JPH0748964B2

JPH0748964B2 - バイオリアクタ

Info

Publication number: JPH0748964B2
Application number: JP4322862A
Authority: JP
Inventors: 康夫宮
Original assignee: Iwate Prefectural Government
Current assignee: Iwate Prefectural Government
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH06165624A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、植物等の植物体を培養
するためのバイオリアクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、植物体の培養方法は、例えば、植
物の一部を切り取ったものを培養する場合で説明する
と、図５（ａ）に示すように、容器１に養分を含有させ
た寒天等の固体培地２を形成し、この培地２上に植物体
Ｓを置き、蓋３をして、適温適湿条件で放置する。これ
により、植物体Ｓが増殖し、所謂カルスを形成する。次
に、このカルスを分けて、図５（ｂ）に示すように、発
芽用の植物ホルモンを混入した培地４を設けた別の容器
１に植え替える。発芽培地４で発芽したならば、図５
（ｃ）に示すように、発根用の植物ホルモンを混入した
培地５を設けた別の容器１に植え替える。そして、この
発根培地５で発根させ生長させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の植物体の培養方法にあっては、植物体の生長が遅い
という問題があった。その原因は、組織培養される植物体は比較的養分の吸収能力が充分
に発達していないことから、寒天等の固相への接触では
養分の吸収が遅くなる。培地が固相になっていることから植物体の周囲の養分
が消費されていくと新たな養分の供給が不十分になり、
養分不足を生ずる。植物体の根等から出される老廃物が培地中に蓄積さ
れ、この老廃物が植物体の生長を阻害する。培地中の溶存酸素が限られてしまい、植物体に充分な
酸素が供給されない。植物体の生長過程に合わせて、培地の種類を変更しな
ければならないので、その都度植物体を植え替えなけれ
ばならないが、その植え替えの際に植物体の根等を痛め
てしまい、この損傷により植物体の生長が阻害される。等の理由からである。

【０００４】また、上述した従来の植物体の培養方法に
あっては、植物体の発育ステージに合わせて、培地の種
類を変更しなければならないので、その都度植物体を植
え替えなければならないことから、それだけ、植物体を
生長させるための手間が煩雑になっているという問題も
あった。

【０００５】そこで、本発明の課題は、養分の吸収効率
を向上させるとともに、溶存酸素を増加させ、植物体の
生長を早めることができるようにし、しかも、植物体の
植え替え等の煩雑な作業を行なうことなく培養できるよ
うにしたバイオリアクタを提供することにある。

【０００６】

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明のバイオリアクタは、植物体が入れられ
る密封された培養容器と、培養容器の下万に配設され植
物体を培養するための培養液が入れられる密封されたタ
ンクと、一端がタンク内に開放し他端が培養容器内に開
放するとともに培養容器内の開放他端に至る径路が培養
容器内上方に延びてから折れ曲がり下方に延びるサイホ
ン管と、タンク内の培養液を吸引吐出するポンプと、ポ
ンプから吐出される培養液を培養容器内に供給する吐出
管と、培養容器内上部とタンク内上部とを連通する連通
管とを備えたものである。

【０００８】そして、タンク内の培養液を攪拌してタン
ク内の空気を培養液内に溶存させる攪拌装置を備えたこ
とが有効である。

【０００９】そしてまた、培養容器上部に通気性の多孔
質体を備えたことが有効である。

【００１０】

【００１１】

【作用】上記の構成からなるバイオリアクタによれば、
培養容器内に植物体を入れ、この状態でポンプを駆動す
ると、タンク内の培養液が吸引され、吐出管を介して培
養容器上部から供給され、培養容器内に溜っていく。そ
して、液位がサイホン管の上端に至ると、培養容器の内
気圧とタンクの内気圧に差が生じることから培養容器内
の培養液がサイホン管を伝わってタンク内に一気に流下
する。そして、培養容器上部から培養液が供給されるこ
とから、再び、培養容器内に培養液が溜っていく。この
過程においては、植物体は、培養液が培養容器内に溜る
と培養液に浸漬され、培養液が培養容器内から排出され
ると培養容器の内気に露出させられる。そして、この浸
漬及び露出が繰り返し行なわれる。また、培養液が循環
することから、培養液内に空気が混入し易くなり、溶存
酸素が増加させられる。更に、植物体の生長過程に合わ
せて培養液を交換しあるいは改変でき、培養液は液体で
あることから、その交換あるいは改変が容易に行なわれ
る。

【００１２】そして、タンク内の培養液を攪拌する攪拌
装置を備えた場合には、培養液が攪拌されるので、培養
液の循環に加えて、空気の混入が促進され、培養液内の
溶存酸素量が増加させられる。

【００１３】そしてまた、培養容器上部に通気性の多孔
質体を備えた場合には、新鮮空気が培養容器内に供給さ
れるとともに、培養容器内の温度調整が行なわれる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例に
係るバイオリアクタを説明する。図１には実施例に係る
バイオリアクタを示している。

【００１５】図１において、１０は植物体Ｓが入れられ
る密封された培養容器である。この培養容器１０は、ガ
ラス管を垂直にし、その上下開口を栓で封止したもので
ある。培養容器１０上部の上栓１１は、通気性を有しか
つ雑菌の侵入が不能な細孔を有した多孔質体、例えば、
スポンジ状のシリコン栓で構成されている。培養容器１
０下部の下栓１２は、非通気性のゴム栓で構成されてい
る。

【００１６】１５は培養容器１０の下方に配設され植物
体Ｓを培養するための培養液Ｗが入れられる密封された
タンクである。このタンク１５は、ガラス製の容器状タ
ンク本体の開口を非通気性のゴム栓１６で封止したもの
である。タンク１５本体の側部には内部に連通し栓で封
止された第一及び第二の挿通孔１７，１８が突出形成さ
れている。

【００１７】２０はタンク１５のゴム栓１６及び培養容
器１０の下栓１２を貫通したサイホン管であって、一端
２１がタンク１５内上部に開放し他端２２が培養容器１
０内下部に開放するとともに培養容器１０内の開放他端
２２に至る径路が培養容器１０内上方に延びてから折れ
曲がり下方に延びている。開放他端２２と底面（下栓１
２の上面）との間隔Ｌ（図２）は適宜に定める。

【００１８】２３はタンク１５内の培養液Ｗを吸引吐出
するポンプである。２４はポンプ２３に接続された吸引
管であって、タンク１５のゴム栓１６を貫通しており、
吸引口がタンク１５内下部に至っている。２５はポンプ
２３に接続された吐出管であって、培養容器１０の上栓
１１を貫通しており、吐出口２６が培養容器１０内上部
あり、ポンプ２３から吐出される培養液Ｗを培養容器１
０内に上から供給するものである。２７はポンプ２３の
駆動制御部であって、培養液Ｗの吸引吐出量を調整する
とともに、プログラムされてポンプ２３の駆動停止時間
を適宜に調整する。

【００１９】２８は培養容器１０内上部とタンク１５内
上部とを連通する連通管であり、タンク１５のゴム栓１
６及び培養容器１０の上栓１１を貫通している。

【００２０】３０はタンク１５内の培養液Ｗを攪拌して
タンク１５内の空気を培養液Ｗ内に溶存させる攪拌装置
である。この攪拌装置３０は、タンク１５内に設けられ
た攪拌子３１と、タンク１５が載置され攪拌子３１を磁
気的に回転させるスターラ台３２とから構成されてい
る。

【００２１】３３はタンク１５内に培養液Ｗを供給する
供給装置であり、フラスコ３４内の培養液Ｗをポンプ３
５により吸引し上記タンク１５の第一の挿通孔１７の栓
を貫通した吐出管３５ａを介してタンク１５内に吐出す
る。３６はタンク１５内の培養液Ｗを排出する排出装置
３６であって、上記タンク１５の第一の挿通孔１７の栓
を貫通した吸引管３６ａを介してタンク１５内の培養液
Ｗをポンプ３７により吸引しフラスコ３８に排出する。
各フラスコ３４，３８には、フラスコ３４，３８内の空
気を流通させる流通管３９が設けられている。３９ａは
流通管３９に介装されたエアフィルタである。

【００２２】また、タンク１５の第二の挿通孔１８に
は、タンク１５内の培養液Ｗの養分濃度を測定するため
の電気電導度計（ＥＣメータ）４０や、溶存酸素量を測
定する溶存酸素測定装置（ＤＯメータ）４１や、ＰＨ計
４２等が取付けられている。４３は各計器の計測値を表
示する表示部４３である。

【００２３】次に、このバイオリアクタを用いて、植物
体Ｓを培養する場合について説明する。植物体Ｓとし
て、例えば「アスパラガス」の一部を切り取ったものを
培養する。図２に示すように、予め、植物体Ｓをその保
持体４４とともに培養容器１０に入れる。保持体４４と
しては、例えば、アルギン酸ナトリウムを塩化カルシウ
ムに滴下して生成したゼリー状でビーズ状のものが多数
用いられる。この保持体４４は、比重が培養液Ｗより大
きく、通常粒径が１ｍｍ〜４ｍｍであり、サイホン管２
０の内径より大きい。また、予め、タンク１５内には、
例えば、カルス生成のための植物ホルモン（例えばオー
キシンとしてα−ナフタレン酢酸）を混入した培養液Ｗ
を適宜量入れておく。更に、供給装置３３のフラスコ３
４内にも同様の培養液Ｗを入れておく。

【００２４】この状態で、駆動制御部２７によりポンプ
２３を駆動し、また、攪拌装置３０を駆動する。これに
より、タンク１５内の培養液Ｗが吸引管２４を介して吸
引され、吐出管２５を介して培養容器１０上部から供給
され、培養容器１０内にその底面から溜っていく。そし
て、図３に示すように、液位がサイホン管２０の上端に
至ると、培養容器１０の内気圧とタンク１５の内気圧に
差が生じ、培養容器１０とタンク１５とは連通管２８で
連通されていることから、培養容器１０内の培養液Ｗが
サイホン管２０を伝わってタンク１５内に一気に流下す
る。そして、再び、培養容器１０上部から培養液Ｗが供
給されていることから、図２に示すように、培養容器１
０底面から培養液Ｗが溜っていく。この過程において
は、植物体Ｓは、培養液Ｗが培養容器１０内に溜ると培
養液Ｗに浸漬され、培養液Ｗが培養容器１０内から排出
されると培養容器１０の内気に露出させられる。そし
て、この浸漬及び露出が繰り返し行なわれる。

【００２５】この過程においては、攪拌装置３０が駆動
しているので、培養液Ｗが攪拌され、また、サイホン管
２０からの流下時にも攪拌される。これにより、タンク
１５内及び培養容器１０内の空気が培養液Ｗに混入さ
れ、そのため、培養液Ｗの溶存酸素量が略飽和状態に保
たれる。また、培養容器１０上部には、通気性の上栓１
１が設けられているので、新鮮な空気の供給が確保され
ている。そのため、温度，湿度調整が行なわれ、高温多
湿になって植物体Ｓに悪影響を与える事態が防止され
る。また、このバイオリアクタは閉鎖系であり、培養容
器１０上部の上栓１１は通気性ではあるが孔が極めて細
かいことから、外部から雑菌が侵入する事態が防止さ
れ、植物体Ｓの環境が良好に保たれる。

【００２６】そして、この過程で、植物体Ｓは培養液Ｗ
中の養分やホルモンを吸収して、カルスを形成する。こ
の場合、植物体Ｓは、培養液Ｗという液体に接している
ので、養分への接触が良く、しかも、溶存酸素量が略飽
和状態になっているので、酸素量も充分確保されること
から、養分の吸収効率が良くなり、それだけ、生長が早
く行なわれる。特に、植物体Ｓは、周期的に培養液Ｗに
浸漬と露出を繰り返すことになり、これが刺激となっ
て、生長が促進される。また、培養液Ｗが循環するの
で、植物体Ｓ周囲の養分供給が十分に行なわれ、養分不
足を生ずる事態が防止される。

【００２７】また、この過程では、タンク１５内の培養
液Ｗの養分濃度、溶存酸素量やＰＨが各計器に測定され
て、その測定値が表示部４３に表示される。そのため、
養分の消費状態等の培養液Ｗの変化を見ることができ
る。そして、この表示部４３に表示された計測値によっ
て、培養液Ｗ中の養分が消費されてきたと判断されたな
らば、排出装置３６のポンプ３７を駆動してある程度培
養液Ｗを排出し、供給装置３３のポンプ３５を駆動して
新たな培養液Ｗを供給すれば良い。これにより、養分や
ホルモンの供給が十分になり、この点でも、生長を早く
することができる。この場合、タンク１５や培養容器１
０を閉鎖したまま、養分やホルモンを供給でき、培養液
Ｗを一定の状態にすることができるので、植物体Ｓを傷
めることが防止される。尚、培養液Ｗの排出及び供給を
することなく、第一の挿通孔１７から養分やホルモンだ
けを供給するようにしても良い。

【００２８】次に、カルスが形成されたならば、ポンプ
２３を停止して、苗状形成ホルモンの入った培養液Ｗに
交換する。この場合、先ず、排出装置３６のポンプ３７
を駆動して培養液Ｗを排出し、供給装置３３のフラスコ
３４に植物ホルモン（例えばサイトカイニンとしてカイ
ネチン）の入った培養液Ｗを入れてポンプ３５を駆動し
て新たな培養液Ｗを供給すれば良い。また、培養液Ｗを
排出することなく、第一の挿通孔１７から今まで使用し
た培養液Ｗに植物ホルモンを加えるようにしても良い。
この場合、タンク１５や培養容器１０を閉鎖したまま、
培養液Ｗを交換もしくは改変することができるので、植
物体Ｓを傷めることが防止される。また、この場合、植
物体Ｓを植え替えなくても培養液Ｗを交換もしくは改変
することができるので、作業が簡易に行なわれる。

【００２９】そして、再びポンプ２３を駆動する。これ
により、植物体Ｓは、別の培養液Ｗへ浸漬され、培養容
器１０の内気へ露出させられ、この浸漬及び露出が繰り
返し行なわれる。この過程においては、植物体Ｓは培養
液Ｗ中の養分や植物ホルモンを吸収して、苗状を形成し
ていく。この場合も、植物体Ｓは、培養液Ｗという液体
に接しているので、養分への接触が良く、しかも、溶存
酸素量が略飽和状態になっているので、酸素量も充分確
保されることから、養分の吸収効率が良くなり、それだ
け、生長が早く行なわれる。また、培養液Ｗ中の養分や
植物ホルモン等が消費されてきたならば、上記と同様
に、排出装置３６のポンプ３７を駆動してある程度培養
液Ｗを排出し、供給装置３３のポンプ３５を駆動して新
たな培養液Ｗを供給すれば良い。

【００３０】次に、苗状を形成したならば、ポンプ２３
を停止して、発根用の培養液Ｗ、例えば、オーキシン濃
度の低いものに交換する。この場合、先ず、排出装置３
６のポンプ３７を駆動して培養液Ｗを排出し、供給装置
３３のフラスコ３４に発根用の培養液Ｗを入れてポンプ
３５を駆動して新たな培養液Ｗを供給すれば良い。この
場合においても、タンク１５や培養容器１０を閉鎖した
まま、培養液Ｗを交換もしくは改変することができるの
で、植物体Ｓを傷めることが防止される。また、植物体
Ｓを植え替えなくても培養液Ｗを交換もしくは改変する
ことができるので、作業が簡易に行なわれる。

【００３１】そして、再びポンプ２３を駆動する。これ
により、植物体Ｓは、発根用の培養液Ｗへ浸漬され、培
養容器１０の内気へ露出させられ、この浸漬及び露出が
繰り返し行なわれる。この過程においては、図４に示す
ように、植物体Ｓは培養液Ｗ中の養分を吸収して、発根
し生長していく。この場合、根は、保持体４４間に伸び
ていくので、その保持が確実になり、地上部が安定して
上に生長できるようになる。また、植物体Ｓは、培養液
Ｗという液体に接しているので、養分への接触が良く、
しかも、溶存酸素量が略飽和状態になっているので、酸
素量も充分確保されることから、養分の吸収効率が良く
なり、それだけ、生長が早く行なわれる。特に、植物体
Ｓは、周期的に培養液Ｗの浸漬されると、湿潤と乾燥を
繰り返すことになり、これが刺激となって、植物の維管
束（導管、篩管）の成長が促進される。そのため、根の
養分の吸収能力が充分に発達し、養分の吸収が早くな
る。また、培養液Ｗが循環するので、植物体Ｓ周囲の養
分供給が十分に行なわれ、養分不足を生ずる事態が防止
される。

【００３２】そしてまた、この段階になると、植物体
Ｓ、特に根から出される老廃物や生育阻害物質が多くな
っていくが、培養液Ｗが循環するので、この老廃物や生
育阻害物質が拡散され、そのため、根の生長を阻害する
事態が防止され、この点においても、生長が早められ
る。また、培養液Ｗ中の養分が消費されてきたならば、
上記と同様に、排出装置３６及び供給装置３３を用いて
新たな培養液Ｗを供給すれば良い。

【００３３】尚、上記実施例において、培養容器１０内
には、植物体Ｓの保持体４４を入れたが必ずしも保持体
４４を入れなくても培養することができる。また、培養
容器１０やタンク１５の形状や大きさは上述したものに
限られるものではなく適宜変更して差し支えない。更
に、上記実施例では、植物体Ｓとして、「アスパラガ
ス」を用いたが、必ずしもこれに限らず、あらゆる種類
の植物体Ｓに適用して良いことは勿論である。また、培
養液Ｗの成分も上述したものに限られず適宜変更して良
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のバイオリ
アクタによれば、植物体を培養液に浸漬することと植物
体を内気に露出させることとを繰り返し行なって培養す
るので、植物体は、培養液という液体に接することか
ら、養分への接触が良くなり、また、周期的に培養液へ
の浸漬と露出を繰り返すことから、これが刺激となって
生長が促進される。しかも、培養液の相対的移動によっ
て培養液に空気が混入し易くなり、培養液の溶存酸素量
を充分に確保でき、植物体を活性化できる。そのため、
植物体の養分の吸収効率を向上させることができ、生長
を早く行なわせることができる。

【００３５】また、培養液は相対的に移動することか
ら、植物体周囲の養分供給が十分に行なわれ、養分不足
が生ずる事態を防止することができるとともに、植物体
から出される老廃物や生育阻害物質が拡散していくの
で、それだけ、植物体の生長を阻害する事態を防止で
き、この点においても、生長を早く行なわせることがで
きる。

【００３６】更に、植物体の生長過程に合わせて培養液
を交換しあるいは改変でき、培養液は液体であることか
ら、その交換あるいは改変を容易に行なうことができ、
そのため、従来のように、植物体の植え替えを行なわな
くても良いので、それだけ煩雑さがなくなり、作業性や
管理を容易にできるという効果がある。

【００３７】また、本発明のバイオリアクタによれば、
サイホンの原理を用いた閉鎖系になっているので、雑菌
の侵入が防止され、植物体を雑菌の影響から保護でき
る。

【００３８】更にまた、タンク内の培養液を攪拌する攪
拌装置を備えた場合には、培養液を攪拌して、空気の混
入を促進でき、そのため、培養液の循環による空気の混
入に加えて、培養液内の溶存酸素量を増加させることが
できる。

【００３９】そしてまた、培養容器上部に通気性の多孔
質体を備えた場合には、新鮮空気が培養容器内に緩やか
に供給され、また、水蒸気の出入りも可能になるので、
培養容器内の温度，湿度調整が行なわれ、高温多湿にな
って植物体に悪影響を与える事態を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るバイオリアクタを示す斜
視図である。

【図２】本発明の実施例に係るバイオリアクタをその培
養液の供給状態とともに示す断面図である。

【図３】本発明の実施例に係るバイオリアクタをその培
養液の別の供給状態とともに示す断面図である。

【図４】本発明の実施例に係るバイオリアクタを植物体
の生育状態とともに示す断面図である。

【図５】従来の植物体の培養方法を示す図である。

【符号の説明】

Ｓ植物体Ｗ培養液１０培養容器１１上栓１２下栓１５タンク１６ゴム栓１７第一の挿通孔１８第二の挿通孔２０サイホン管２１一端２２他端２３ポンプ２４吸引管２５吐出管２６吐出口２７駆動制御部２８連通管３０攪拌装置３３供給装置３６排出装置４０電気電導度計（ＥＣメータ）４１溶存酸素測定装置（ＤＯメータ）４２ＰＨ計４３表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】植物体が入れられる密封された培養容器
と、培養容器の下方に配設され植物体を培養するための
培養液が入れられる密封されたタンクと、一端がタンク
内に開放し他端が培養容器内に開放するとともに培養容
器内の開放他端に至る径路が培養容器内上方に延びてか
ら折れ曲がり下方に延びるサイホン管と、タンク内の培
養液を吸引吐出するポンプと、ポンプから吐出される培
養液を培養容器内に供給する吐出管と、培養容器内上部
とタンク内上部とを連通する連通管とを備えたことを特
徴とするバイオリアクタ。
【請求項２】タンク内の培養液を撹拌してタンク内の
空気を培養液内に溶存させる撹拌装置を備えたことを特
徴とする請求項１記載のバイオリアクタ。
【請求項３】培養容器上部に通気性の多孔質体を備え
たことを特徴とする請求項１または２記載のバイオリア
クタ。