JPH08131161A - 植物組織の指数関数的流加培養方法、培養物の生育係数算出方法および植物組織培養装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 植物組織を効率よく培養する。 【構成】 培養カラム１６は貯液部１２と培養部１４と
からなり、培養部１４の各シリンダ１８、２２、２６に
は培養トレイＴが設置されている。スプレイ３２から
は、循環ポンプ３４によって貯液部１２から送出される
培養液Ｍがスプレイされる。貯液部１２に電気伝導度セ
ンサＥＣが設置されている。流量コントローラＦＩＣは
電導度センサＥＣの出力値に応じてフィードポンプ４２
を稼動、停止させ、培養タンク４０からの濃培養液ＭＦ
を培養カラム１６に供給、停止して培養液Ｍの電導度を
目標電導度範囲内に維持する。この結果培養液Ｍの濃度
は目標濃度範囲に維持される。培養液Ｍの濃度が適正範
囲に維持されるので、植物組織の増殖は良好となる。ま
た、電導度の変化率から増殖率を推定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、植物組織の指数関数的
流加培養方法、培養物の生育係数算出方法および植物組
織培養装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、植物組織等を培養するに
当たっては、回分（バッチ）培養、流加（フェッドバッ
チ）培養および連続培養等の操作方法が知られている。
これらの内流加培養は、密閉状態として雑菌等の混入を
防止しつつ培養物の増殖（養分の消費量）に応じた養分
供給が可能であり、大量かつ長期の培養に適している。

【０００３】従来、密封状態の培養容器内にある培養物
の量を直接計測することは困難であったので、サンプリ
ングした培養物を計測する重量測定法（乾式、湿式）、
細胞体積測定法、細胞数計測法等が実施されていたが、
迅速性、精度、簡便さで一長一短があり、迅速性、精
度、簡便さの全てを満足するものではなかった。

【０００４】一方、糖、窒素、カリウム、リン等の濃度
の測定により培地成分を評価することで培養状態を検出
する方法もあるが、培地を無菌的にサンプリングしなけ
ればならず、迅速性および簡便性に欠けていた。また、
培地の誘電率によって培地中の細胞濃度を測定する方法
もある（例えば特公平５−６９４６２号公報）が、この
方法は植物組織等、必ずしも培地中に均一に分散しない
培養物の濃度を測定するには適していなかった。特に、
トレイ等に保持した植物組織等の培養物に培養液をスプ
レイしたり培養物を間欠的に培養液に浸漬する等の手法
による気相培養では、培養容器中の培養液と培養物とが
分離された状態にあるので、容器中に滞留する培養液や
還流された培養液の誘電率を測定しても培養物の量や増
殖率を知ることはできなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、特に植物
組織の培養に当たって上述の従来技術では回避できない
問題を解消して、植物組織を効率よく培養することを可
能とする植物組織の指数関数的流加培養方法、生育係数
算出方法および植物組織培養装置を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の植物組織の指数関数的流
加培養方法は、培養物としての植物組織と培養液とを培
養容器内に収納して培養操作を開始した後に、前記収納
された培養液の養分の減少に応じて前記培養液よりも高
濃度の追加培養液を供給する植物組織の流加培養方法に
おいて、前記培養液の電導度が予め設定された目標電導
度を下回った際に、前記培養容器内に前記追加培養液を
供給することを繰り返すことにより、前記植物組織の増
殖率をほぼ一定に保つことを可能とし、前記培養容器に
前記養分を指数関数的に追加供給することを特徴とす
る。

【０００７】請求項２記載の培養物の生育係数算出方法
は、回分培養または流加培養における培養物の増殖率Δ
Ｘと培養液の電導度Ｅの減少変化率ΔＥとの間に成り立
つ下記の式（１）中の生育係数αを算出するに当たっ
て、

【０００８】

【数３】

【０００９】予め培養物中の指標となる元素の濃度Ｃb
を測定しておき、培養液中の前記指標となる元素が含ま
れるイオンの濃度Ｃiを所定の時間間隔で測定し、下記
の式（２）

【００１０】

【数４】

【００１１】に従って前記生育係数αを算出することを
特徴とする。請求項３記載の植物組織培養装置は、培養
物としての植物組織と培養液とを収納する培養容器と、
前記培養容器内の培養液の電導度を検出する電導度セン
サと、前記培養容器内の培養液の電導度が予め設定され
た目標電導度範囲を下回った際に前記培養容器内に前記
培養液よりも高濃度の追加培養液を供給する培養液供給
機構とを設けたことを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の植物培養装置は、請求項３
記載の植物培養装置において、前記培養液供給機構は、
前記培養容器内の培養液の電導度が前記目標電導度範囲
の上限となった際に前記追加培養液の供給を停止するこ
とを特徴とする。請求項５記載の植物組織培養装置は、
請求項３または４記載の植物組織培養装置において、前
記培養液中の所定のイオンの濃度を検出するイオン濃度
検出手段を設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記の構成になる請求項１記載の植物組織の指
数関数的流加培養方法においては、まず培養物としての
植物組織と培養液とを培養容器内に収納して培養操作を
開始する。この際、培養液の養分濃度は植物組織の種類
等に応じて好適な濃度に調製しておくことが好ましい。

【００１４】次に、培養液の電導度を測定する。この電
導度の測定は連続的に行われても、間欠的に行われても
よい。間欠的に計測する場合の時間間隔は、培養される
植物組織の種類等に応じて適宜に決定されればよいが、
培養初期は植物組織の量も少なく養分の時間当たり消費
量も相対的に少ないが、植物組織の量が増加する培養後
期には養分の時間当たり消費も増加するので、培養後期
には測定頻度を高めることが好ましい。

【００１５】培養液の電導度は、培養液中の総イオン量
に対応している。これらのイオンとしては例えばＮ
Ｈ₄ ⁺、ＮＯ₃ ^-、Ｋ⁺ 、Ｃａ⁺⁺等があるが、これらは糖類
と共に植物組織に摂取されるので、電導度の低下＝総イ
オン量の低下＝培養液の養分濃度の低下＝植物組織によ
る養分摂取の進行＝植物組織の増殖と、一連の相関関係
が成立している。したがって、電導度の測定をもって培
養液の養分濃度等の測定に代えることができる。

【００１６】例えば培養実験により植物組織の種類や培
養目的に応じて好適な培養液の養分濃度と、この好適な
養分濃度に対応する培養液の電導度とを求めておき、こ
れを目標電導度として設定し、培養液の電導度が目標電
導度を下回った際に、培養容器内に追加培養液を供給し
培養液の電導度を目標電導度とすれば、培養液の養分濃
度を植物組織に応じた好適な濃度とすることができる。
このように培養液の電導度が目標電導度を下回る毎に追
加培養液を供給することを繰り返すことにより、培養液
の養分濃度をほぼ一定に保つことが可能となる。

【００１７】既に知られるように、培養操作における植
物組織の比増殖速度は培養液の養分濃度に応じたものと
なり、両者の間にはリニアな相関がある。したがって、
培養液の養分濃度をほぼ一定に保つことにより、植物組
織の比増殖速度をほぼ一定に保つことができる。

【００１８】また、比増殖速度がほぼ一定となると、植
物組織は指数関数的に増加することになるが、培養液の
電導度が目標電導度を下回る毎に追加培養液を供給する
ことを繰り返すことにより、養分を指数関数的に追加供
給することが可能となる。したがって、指数関数的に増
殖する植物組織の量に応じた指数関数的な養分供給がで
きるので、きわめて効率よく植物組織を増殖させること
ができる。

【００１９】なお、例えばさまざまな養分濃度に調製し
た培養液の電導度を測定して、グラフや対照表等に表し
た電導度対養分濃度データを作成し、これをコンピュー
タに入力、記憶させておけば、随時取り出して利用でき
るので便利である。また、培養液の濃度としては、例え
ばショ糖あるいは全糖等の特定の基質の濃度を使用する
ことができる。

【００２０】培養液の養分濃度と相関する電導度を測定
し、これに基づいて追加培養液を供給することで、培養
液の養分濃度をほぼ一定とし、植物組織の比増殖速度を
ほぼ一定に保ち、指数関数的に増加する植物組織量＝養
分の摂取量に応じて養分を指数関数的に供給できる。

【００２１】請求項２記載の培養物の生育係数算出方法
は、回分培養または流加培養における培養物の増殖率Δ
Ｘと培養液の電導度Ｅの減少変化率ΔＥとの間に成り立
つ下記の式（１）中の生育係数αを算出する方法であ
る。

【００２２】

【数５】

【００２３】ここで、増殖率ΔＸは任意の２時点ｔn-1
、ｔn 間における培養物の単位容積当たりの増殖量
（時点ｔn での単位容積当たりの培養物量［ｇＤＭ／
ｌ］−時点ｔn-1 での単位容積当たりの培養物量［ｇＤ
Ｍ／ｌ］）に相当し、培養液の電導度の減少変化率ΔＥ
は同じ２時点ｔn-1 、ｔn 間における電導度の減少値
（時点ｔn での電導度Ｅn −時点ｔn-1 での電導度Ｅn-
1 ）に相当する。なお、通常は培養操作を終了して培養
物を実測しない限りは、増殖率ΔＸを直接測定すること
はできない。

【００２４】しかし、培養液中の各種イオンが同じ割合
で培養物に摂取されると仮定すれば、培養物中での指標
となる元素の増加分ＣbΔＸ ［ｇ／ｌ］と培養液におけ
る指標となる元素を含むイオンの減少分Ｃb（−αΔ
Ｅ） との間に下記の式（３）が成り立つ。

【００２５】

【数６】

【００２６】なお、培養物中の指標となる元素の濃度Ｃ
b は、培養物の定量分析により決定できる。一方、上記
２時点ｔn-1 、ｔn 間における培養液中の指標となる元
素が含まれるイオンの濃度Ｃi ［ｇ／ｌ］の変化量ΔＣ
i は、下記の式（４）で表される。

【００２７】

【数７】

【００２８】また、２時点ｔn-1 、ｔn 間におけるΔＣ
i は培養物中での指標となる元素の増加分ＣbΔＸ ［ｇ
／ｌ］と対応するはずであるから、下記の式（２）が導
かれる。

【００２９】

【数８】

【００３０】ここで、イオン養分吸収効率ηは、例えば
培養装置からの排気に伴って系外へ逃げたり装置の壁面
等に補足されるイオンまたは分子等、イオンの濃度Ｃi
の変化量ΔＣi において培養物に摂取される以外の減量
分を補正するための係数であり、予め実験的に求められ
ている。このイオン養分吸収効率ηは、指標となる元素
（それが含まれるイオン）の種類によって異なるが、一
般に窒素では曝気に伴ってＮＯＸとして排気されたり、
アンモニアガスの状態で排気される率が比較的高くイオ
ン養分吸収効率ηは相対的に小さくなる。一方、カリウ
ムは、このような気体として排出されることがほとんど
無く、壁面等に補足されてもイオン濃度の低下に伴って
離脱するので、イオン養分吸収効率ηは１に近い値とな
る。

【００３１】上述のように、Ｃb は培養物の定量分析に
より既知、ηも既知、ΔＥは測定値によって求められ、
Ｃi;n 、Ｃi;n-1 はいずれも測定値であるから、式
（２）に従って生育係数αを

【００３２】

【数９】

【００３３】の形態で算出することができる。したがっ
て、培養液の電導度［ｍＳ／ｃｍ］および指標となる元
素が含まれるイオンの濃度［ｇ／ｌ］を測定すること
で、生育係数αを算出でき、培養容器内の培養物の増殖
率ΔＸを知ることができる。

【００３４】このため、例えば良好な培養結果が得られ
た培養操作における生育係数αを求めて、これを標準値
α₀ としておけば、以後の培養操作における生育係数α
を標準値α₀ と比較することで該当の培養操作中の培養
物の生育状態を推定できる。また、同様に培養操作にお
ける生育係数αが標準値α₀ 付近となるように培養条件
を操作してやれば、良好な培養結果を得ることが可能と
なる。

【００３５】請求項３記載の植物組織培養装置において
は、培養容器は、培養物としての植物組織と培養液とを
収納する。電導度センサは、培養容器内の培養液の電導
度を検出する。培養液供給機構は、培養容器内の培養液
の電導度が予め設定された目標電導度範囲を下回った際
に培養容器内に培養液よりも高濃度の追加培養液を供給
する。

【００３６】培養液の電導度は、培養液中の総イオン量
に対応している。これらのイオンとしては例えばＮ
Ｈ₄ ⁺、ＮＯ₃ ^-、Ｋ⁺ 、Ｃａ⁺⁺等があるが、これらは糖類
と共に植物組織に摂取されるので、電導度の低下＝総イ
オン量の低下＝植物組織による養分摂取の進行＝植物組
織の増殖と、一連の相関関係が成立している。

【００３７】予め培養液中の特定の成分の濃度変化と電
導度の変化とを対比するデータを得て、特定の成分の良
好な濃度範囲に対応する目標電導度範囲を設定し、電導
度が目標電導度範囲よりも低下する毎に例えば一定量の
追加培養液を供給して目標電導度範囲とすれば、特定の
成分の濃度を植物組織に応じた好適な濃度に維持するこ
とができる。また、電導度を測定することは、間接的に
植物組織の増殖を測定することになるので、培養容器内
の植物組織の増殖程度を良好に検知することができる。

【００３８】請求項４記載の植物培養装置においては、
培養液供給機構は、培養容器内の培養液の電導度が目標
電導度範囲の上限となった際に追加培養液の供給を停止
する。したがって、追加培養液の供給量を特に定めなく
とも培養液の電導度を目標電導度範囲に維持することが
でき、請求項３記載の構成による効果を向上させる。

【００３９】請求項５記載の植物組織培養装置において
は、イオン濃度検出手段は、培養液中の所定のイオンの
濃度を検出する。このイオン濃度検出手段で請求項２記
載の指標となる元素が含まれるイオンの濃度を検出し、
電導度センサの検出値と共に演算処理すれば、請求項２
記載の生育係数αを簡単に算出できる。また、この生育
係数αを追加培養液の供給量の補正等に使用すれば一層
良好な培養操作を実現できる。

【００４０】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。 （予備実験１）まず、培養液の電導度の低下と糖濃度、
硝酸態窒素濃度およびアンモニア態窒素濃度の低下の相
関を確認した予備実験１について説明する。

【００４１】実験方法 培養物：ハトムギ（Coix lacryma-jobi L. var. ma-yue
n Stapf.）岡山在来種の無菌根由来の根 培養容器：三角フラスコ、５０ｍｌ容、ふたはアルミ箔
にメンブランフィルタを貼付けて使用 培養方式：バッチ、加湿した恒温室内で振とう培養（８
０ｒｐｍ） 培養液：３％ショ糖および０．２％カゼイン加水分解物
を含むムラシゲ−スクーグ（ＭＳ）培地２０ｍｌを使
用、ｐＨは６．０に調整、滅菌条件は１２１℃、２０分 接種根量：２０ｍｌ当たり０．２ｇＦＷ 電導度測定器：ＨＯＲＩＢＡ ＤＳ−７型 糖濃度：液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、 カラム；ＳＣＲ−１０１Ｎ（島津製作所製） 移動相；水、流量；１．０ｍｌ／分、カラム温度；４０
℃、検出器；示差屈折計検出器（２１０ｎｍ） 硝酸態窒素濃度：分光分析法、ハック社製ＤＲ／２００
０、波長３５５ｎｍ アンモニア態窒素濃度：分光分析法、ハック社製ＤＲ／
２０００、波長４２５ｎｍ 実験結果 （１）糖濃度低下 図１に示すように、相関係数ｒ＝０．９２８でｙ＝０．
９０ｘの相関が認められ、培養液の電導度（ＥＣ）の測
定により糖濃度を推定できることが確認できた。ただ
し、ｘ：低下電導度差（低下ΔＥ）［ｍＳ／ｃｍ］、
ｙ：低下糖濃度差（全糖＝ショ糖＋グルコース＋フルク
トース）単位［％］である。 （２）硝酸態窒素濃度低下 図２に示すように、相関係数ｒ＝０．８５０でｙ＝１０
７．３４ｘの相関が認められ、培養液の電導度（ＥＣ）
の測定により硝酸態窒素濃度を推定できることが確認で
きた。ただし、ｘ：低下電導度差（低下ΔＥ）［ｍＳ／
ｃｍ］、ｙ：低下硝酸態窒素（ＮＯ₃ ^-−Ｎ）濃度差［ｍ
ｇ／ｌ］である。 （３）アンモニア態窒素濃度低下 図３に示すように、相関係数ｒ＝０．９５０でｙ＝９
７．０２ｘの相関が認められ、培養液の電導度（ＥＣ）
の測定によりアンモニア態窒素濃度を推定できることが
確認できた。ただし、ｘ：低下電導度差（低下ΔＥ）
［ｍＳ／ｃｍ］、ｙ：低下アンモニア態窒素（ＮＨ₄ ⁺−
Ｎ）濃度差［ｍｇ／ｌ］である。

【００４２】これらの結果から、培養液の電導度（Ｅ
Ｃ）の測定に基づいて培養液の各成分の濃度を推定でき
ることが確認できる。ここで各イオン濃度に対して次式
が成立する。

【００４３】

【数１０】

【００４４】（予備実験２）次に、培養液の電導度の低
下と培養物の増殖量との相関を確認した予備実験２につ
いて説明する。 実験方法 培養物：ハトムギ（Coix lacryma-jobi L. var. ma-yue
n Stapf.）岡山在来種の無菌根由来の根 培養容器：三角フラスコ、５０ｍｌ容、ふたはアルミ箔
にメンブランフィルタを貼付けて使用、容器数は２７個 培養方式：バッチ、加湿した高温室内で振とう培養（８
０ｒｐｍ） 培養液：３％ショ糖および０．２％カゼイン加水分解物
を含むムラシゲ−スクーグ（ＭＳ）培地２０ｍｌを使
用、ｐＨは６．０に調整、滅菌条件は１２１℃、２０分 接種根量：２０ｍｌ当たり０．２ｇＦＷ 電導度測定器：ＨＯＲＩＢＡ ＤＳ−７型 電導度および生育量の測定：培養３，６，９，１２，１
５，１８，２１，２４および２７日目に各３個の容器か
ら培養根および培養液を採取し、培養根の生育量および
培養液の電導度を測定 実験結果 図４に示す実験結果のグラフから明らかなように、培養
根の生育量差と培養液の電導度の低下差（低下ΔＥ）と
の間にはリニアな相関（相関係数＝０．９８５）が認め
られ、培養液の電導度（ＥＣ）の測定により培養物の増
殖量を推定できることが確認できた。

【００４５】この結果を一般化すると、下記の数式
（１）になる。

【００４６】

【数１１】

【００４７】したがって、植物の種類や植物組織の由来
（根、茎等の部位やカルス等）による生育係数αと時間
当たりの電導度変化率ΔＥを知れば、その際の増殖率Δ
Ｘを知ることができる。また、上述した下記の式（３）
が成り立ち、

【００４８】

【数１２】

【００４９】予備実験１から明らかなように、培養液中
の各種イオンの濃度Ｃi と電導度との間にはリニアな関
係が成立しているから、既に説明したように下記の式
（２）

【００５０】

【数１３】

【００５１】が成り立つ。ここで、指標となる元素を窒
素、イオンを総窒素イオン（アンモニウム態および硝酸
態窒素イオンの総量）とすれば、

【００５２】

【数１４】

【００５３】となり、指標となる元素をカリウム、イオ
ンをカリウムイオンとすれば、

【００５４】

【数１５】

【００５５】となる。さらに、（２）および（６）式よ
り、

【００５６】

【数１６】

【００５７】が成立ち、この（９）式よりＣb を算出ま
たは推定できる。他の元素およびその元素が含まれるイ
オンについても同様の関係が成り立つことは明らかであ
る。したがって、培養液の電導度と併せて総窒素イオ
ン、カリウムイオン等任意のイオンの濃度「ｍｇ／ｌ］
を測定すれば、植物組織の生育状態を反映する生育係数
αを算出できる。また、植物組織の増殖率ΔＸも算出で
きる。

【００５８】このため、例えば良好な培養結果が得られ
た培養操作における生育係数αを求めて、これを標準値
α₀ としておけば、以後の培養操作における生育係数α
を標準値α₀ と比較することで該当の培養操作中の植物
組織の生育状態を推定できる。また、同様に培養操作に
おける生育係数αが標準値α₀ 付近となるように培養条
件を操作してやれば、良好な培養結果を得ることが可能
となる。 （予備実験３）予備実験１、２の結果を踏まえて、培養
液の電導度の変化に基づいて培養物の増殖量および培養
液の糖濃度を推定する予備実験３を実施した。

【００５９】実験方法 培養物：ハトムギ（Coix lacryma-jobi L. var. ma-yue
n Stapf.）岡山在来種の無菌根由来の根 培養容器：通気性ジャーファメンタ（東京理化器械株式
会社製、ＭＢＦ−５００型、標準型ターボリフト翼、容
量５ｌ） 培養方式：バッチ 培養液：３％ショ糖および０．２％カゼイン加水分解物
を含むムラシゲ−スクーグ（ＭＳ）培地３ｌを使用、ｐ
Ｈは６．０に調整、滅菌条件は１２１℃、２０分 接種根量：１ｌ当たり１０ｇＦＷ 通気：４００ｍｌ／ｍｉｎ、溶存酸素液相拡散係数ＫＬ
ａ＝５（ｌ／ｈｒ） 電導度測定：東亜電波工業株式会社製ＣＧ−８３５Ａ型
を用いてオンライン測定 糖濃度： 実験結果 （１）図５に電導度の変化率に基づいて推定した根重量
の変化と２４日目の実測根重量を示した。２４日目の実
測根重量は１２．０２［ｇＤＭ／ｌ］であり、推定値と
ほぼ一致している。このことから、電導度の変化率に基
づいて増殖率の推定を良好に行えることが確認された。

【００６０】（２）図６に低下糖濃度差の実測値（図中
三角プロット）と電導度に基づく推定値（四角プロッ
ト）を示す。この図６から明かなように、電導度に基づ
く推定値は実測値と良好に対応している。

【００６１】以上の予備実験１〜３の結果から、培養液
の電導度の測定が、培養物の増殖率、培養液成分の推定
に有効であることが分かったので、次に気相培養装置で
実施した指数関数的流加培養の実施例について説明す
る。 （実施例）まず、この実施例の気相培養装置１０のプロ
セスフローを示す図７に従って気相培養装置１０の概要
を説明する。

【００６２】気相培養装置１０は、下部に設けられた貯
液部１２と上部に設けられた培養部１４とからなる２段
状で、ほぼ全体がステンレス製の培養カラム１６を備え
ている。培養部１４は、貯液部１２に溶接された下シリ
ンダ１８、下シリンダ１８にフランジ対２０にて連結さ
れた中シリンダ２２、中シリンダ２２にフランジ対２４
にて連結された上シリンダ２６および上シリンダ２６に
フランジ対２８にて連結されたトップヘッド３０からな
っており、フランジ対２０、２４、２８を分離すれば中
シリンダ２２、上シリンダ２６、トップヘッド３０を取
り外すことができる。これら下シリンダ１８、中シリン
ダ２２および上シリンダ２６には、メッシュ状の培養ト
レイＴが各１段ずつ設置されており、各シリンダ１８、
２２、２６に設けられた接種口（図示略）から培養トレ
イＴ上に無菌的に植物組織を接種することができる。ま
た、トップヘッド３０にはスプレイ３２が内蔵されてい
る。このスプレイ３２には、循環ポンプ３４を介して貯
液部１２のボトムヘッド１２ａに至る循環配管３６が接
続されており、循環ポンプ３４によって貯液部１２から
送出される培養液Ｍを培養部１４内にスプレイ可能であ
る。

【００６３】さらに、循環配管３６には、循環ポンプ３
４のサクション側に、イオン濃度検出装置３７が介装さ
れており、循環される培養液Ｍのアンモニアイオン（Ｎ
Ｈ₄ ⁺）濃度、硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）濃度、カリウムイオ
ン（Ｋ⁺ ）濃度を、連続的に測定可能であり、このイオ
ン濃度検出装置３７の出力データがコンピュータＰＣに
入力され記憶される構成である。

【００６４】培養カラム１６には、貯液部１２に温度セ
ンサＴ１、溶存酸素センサＤＯ、酸化還元電位センサＯ
ＲＰおよび電導度センサＥＣが設置されており、貯留さ
れる培養液Ｍの温度、溶存酸素、酸化還元電位および電
導度を測定できる。また、下シリンダ１８に設置された
温度センサＴ２により下シリンダ１８内の培養トレイＴ
付近の温度を測定可能であり、トップヘッド３０に設置
された圧力センサＰ２によって培養カラム１６内の気圧
を測定可能である。

【００６５】培養カラム１６は、貯液部１２の肩１２ｂ
に接続されたフィード配管３８により培養液タンク４０
に接続されており、フィードポンプ４２によって培養液
タンク４０内の濃培養液ＭＦが供給される構成である。
この培養液タンク４０はステンレス製で、温度センサＴ
３および圧力センサＰ１により培養液タンク４０の温
度、圧力を測定できる。

【００６６】一方、フィード配管３８には、フィードポ
ンプ４２の吐出側に、フィード配管３８の流量を測定す
るための流量センサＦが設置されており、流量センサＦ
の出力は流量コントローラＦＩＣへ入力される構成であ
る。この流量コントローラＦＩＣへは電導度センサＥＣ
の出力信号も入力される。流量コントローラＦＩＣは、
電導度センサＥＣの出力値が予め設定される目標電導度
範囲を下回ると稼動指令信号を出力して、インバータ４
４を介して接続されているフィードポンプ４２を稼動さ
せ、電導度センサＥＣの出力値が目標電導度範囲の上限
値に達すると稼動指令信号の出力を停止して、フィード
ポンプ４２の稼動を停止させる。また、流量コントロー
ラＦＩＣは、流量センサＦの入力信号に応じて流量指令
信号を出力することによりフィードポンプ４２の吐出
量、すなわちフィード配管３８の流量を制御できる。な
お、上述の説明から明かなように、フィード配管３８、
培養液タンク４０、フィードポンプ４２、インバータ４
４、流量コントローラＦＩＣにより培養液供給機構が構
成されている。

【００６７】さらに、気相培養装置１０には、湿度調整
部４６と温度調整部４８とを備える空気調整槽５０が設
けられている。湿度調整部４６には湿度センサＨが装着
され、温度調整部４８には温度センサＴ４が装着されて
いる。空気調整槽５０は、図示しないフィルタを通過し
て除菌された外気を取入れ、湿度および温度を調整した
調整空気を排出する。この調整空気は、空気配管５２、
５４を介して培養カラム１６および培養液タンク４０に
供給される。また、培養カラム１６および培養液タンク
４０には、排気配管５６、５８が接続されており、培養
カラム１６および培養液タンク４０から気体を排出可能
である。排気配管５６、５８の合流部の下流側には二酸
化炭素センサＣＯ２が設置されており、排出される気体
の二酸化炭素濃度を検出できる。

【００６８】なお、気相培養装置１０には、外気温度を
検出するための温度センサＴ５が設置されており、この
温度センサＴ５も含めて、全てのセンサ類Ｈ１、Ｔ１〜
Ｔ５、Ｐ１、Ｐ２、Ｆ、ＥＣ、ＤＯ、ＯＲＰ、ＣＯ２の
出力データがコンピュータＰＣに入力され記憶される構
成で、これらのデータおよびイオン濃度検出装置３７の
出力データを数値あるいはグラフとしてコンピュータＰ
Ｃの画面上に表示させることができる。

【００６９】また、コンピュータＰＣは、培養される植
物組織に応じて予め記憶された植物組織中の総窒素濃度
［ｍｇ／ｇ］または植物組織中のカリウム濃度［ｍｇ／
ｇ］とイオン濃度検出装置３７の出力データおよび電導
度センサＥＣの出力データに基づいて、下記の式
（５）、（６）に表される生育係数αを算出できる。

【００７０】

【数１７】

【００７１】

【数１８】

【００７２】（培養実験）培養実験に先だって、気相培
養装置１０内部のスチーム滅菌を実施した後、培養カラ
ム１６の貯液部１２に３％ショ糖および０．２％カゼイ
ン加水分解物を含むムラシゲ−スクーグＭＳ培地、ｐＨ
６．０、を培養液Ｍとして投入、培養液タンク４０に
は、６％ショ糖および０．４％カゼイン加水分解物を含
む高濃度のＭＳ培地、ｐＨ６．０を濃培養液ＭＦとして
投入した。さらに、ハトムギ（Coix lacryma-jobi L. v
ar. ma-yuen Stapf.）岡山在来種の無菌根由来の根を、
各シリンダ１８、２２、２６に設けられた接種口から各
段の培養トレイＴに無菌的に接種した。

【００７３】また、流量コントローラＦＩＣは、電導度
センサＥＣの目標電導度ＥＣ＝４．５［ｍＳ／ｃｍ］、
すなわち培地の全糖の濃度１．５％に対応する値でＰＩ
Ｄフィードバック制御を行った。以上の準備処理の後、
気相培養装置１０を稼動させてフェッドバッチ培養を開
始し、２４日間継続した。

【００７４】図８（ａ）に、電導度センサＥＣの出力の
変化率に基づいて推定した培養期間におけるハトムギ根
の生育重量の変化（但し、初期値および最終値（収穫
時）は実測値）を示す。 （比較例）実施例と同条件、ただし循環ポンプ３４は稼
動、フィードポンプ４２は停止してのバッチ培養でハト
ムギ根を培養して比較例とした。生育重量の変化（電導
度センサＥＣの出力の変化率に基づく推定値、初期値と
最終値は実測値）を図８（ｂ）に示す。

【００７５】実施例のハトムギ根が指数関数的に順調に
生育しているのに対して、比較例のハトムギ根は１５日
目付近を変曲点として生育が頭打ちとなっている。これ
らの結果から、実施例の培養が優れていることが判る。
また、電導度センサＥＣの出力の変化率に基づく生育重
量の推定値と実際の生育重量との整合性が良好なことも
判る。

【００７６】このように、実施例の気相培養装置１０を
使用し、培養液の電導度が目標電導度を下回る毎に追加
培養液を供給して培養液の電導度を目標電導度に維持す
るフェッドバッチ培養によれば、植物組織を、ほぼ一定
の比増殖速度で指数関数的に増殖させてきわめて効率よ
く培養することができる。また、このような植物組織の
増殖に応じて、養分を指数関数的に供給できる。

【００７７】しかも、培養液の電導度の変化率から特定
の時点における植物組織の増殖率つまり生育重量を良好
に推定することができるので、植物組織の生育程度に応
じて適切な量の養分を補給することが可能となる。以
上、実施例に従って、本発明について説明したが、本発
明はこのような実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲でさまざまに実施できること
は言うまでもない。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の植
物組織の指数関数的流加培養方法によれば、培養液の養
分濃度と相関する電導度が目標電導度を下回る毎に追加
培養液を供給することで、培養液の養分濃度をほぼ一定
とし、植物組織の比増殖速度をほぼ一定に保って指数関
数的に増殖させ、その増殖程度に応じて養分を指数関数
的に追加供給することができる。このため、植物組織を
効率よく増殖させることができる。

【００７９】請求項２記載の生育係数算出方法によれ
ば、培養液の電導度および指標となる元素が含まれるイ
オンの濃度を測定することで、生育係数αを算出でき、
培養容器内の培養物の増殖率ΔＸを知ることができる。
このため、例えば良好な培養結果が得られた培養操作に
おける生育係数αを求めて、これを標準値α₀ としてお
けば、以後の培養操作における生育係数αを標準値α₀
と比較することで該当の培養操作中の培養物の生育状態
を推定できる。また、同様に培養操作における生育係数
αが標準値α₀ 付近となるように培養条件を操作してや
れば、良好な培養結果を得ることが可能となる。

【００８０】請求項３記載の植物組織培養装置によれ
ば、培養液の所望の成分の濃度を植物組織に応じた好適
な濃度に維持することができる。また、電導度の測定に
より、培養容器内の植物組織の増殖程度を良好に検知す
ることができる。請求項４記載の植物培養装置によれ
ば、培養液の電導度を目標電導度範囲に維持すること、
すなわち培養液の所望の成分の濃度を植物組織に応じた
好適な濃度に維持することが一層簡単にできるので、請
求項３記載の構成による効果を向上させる。

【００８１】請求項５記載の植物組織培養装置において
は、イオン濃度検出手段は、培養液中の所定のイオンの
濃度を検出する。このイオン濃度検出手段で請求項２記
載の指標となるイオンの濃度を検出し、電導度センサの
検出値と共に演算処理すれば、請求項２記載の生育係数
αを簡単に算出できる。また、この生育係数αを追加培
養液の供給量の補正等に使用すれば一層良好な培養操作
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 培養液の電導度の低下ΔＥと糖濃度の低下差
との関係を示すグラフである。

【図２】 培養液の電導度の低下ΔＥと硝酸態窒素濃度
の低下差との関係を示すグラフである。

【図３】 培養液の電導度の低下ΔＥとアンモニア態窒
素濃度の低下差との関係を示すグラフである。

【図４】 培養液の電導度の低下ΔＥと植物組織の増殖
率との関係を示すグラフである。

【図５】 培養液の電導度の変化率に基づいて推定した
根重量の変化との関係を示すグラフである。

【図６】 低下糖濃度差の実測値と電導度の低下ΔＥに
基づく推定値との対応を示すグラフである。

【図７】 実施例の気相培養装置のプロセスフローの説
明図である。

【図８】 実施例の気相培養装置による培養実験での電
導度の変化率に基づいて推定したハトムギ根の生育重量
の変化を表すグラフであり、図８（ａ）はフェッドバッ
チ培養のハトムギ根の生育重量の変化を表すグラフ、図
８（ｂ）はバッチ培養のハトムギ根の生育重量の変化を
表すグラフである。

【符号の説明】

１０・・・気相培養装置（植物組織培養装置）、１２・
・・貯液部、１４・・・培養部、１６・・・培養カラム
（培養容器）、１８・・・下シリンダ、２２・・・中シ
リンダ、２６・・・上シリンダ、３２・・・スプレイ、
３４・・・循環ポンプ、３７・・・イオン濃度検出装置
（イオン濃度検出手段）、３８・・・フィード配管（培
養液供給機構）、４０・・・培養液タンク（培養液供給
機構）、４２・・・フィードポンプ（培養液供給機
構）、４４・・・インバータ（培養液供給機構）、ＥＣ
・・・電導度センサ（電導度センサ）、ＦＩＣ・・・流
量コントローラ（培養液供給機構）、Ｍ・・・培養液、
ＭＦ・・・濃培養液（追加培養液）、Ｔ・・・培養トレ
イ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田野 仁 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 (72)発明者 佐藤 忠彦 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 (72)発明者 河合 和保 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 培養物としての植物組織と培養液とを培
   養容器内に収納して培養操作を開始した後に、前記収納
   された培養液の養分の減少に応じて前記培養液よりも高
   濃度の追加培養液を供給する植物組織の流加培養方法に
   おいて、 前記培養液の電導度が予め設定された目標電導度を下回
   った際に、前記培養容器内に前記追加培養液を供給する
   ことを繰り返すことにより、 前記植物組織の比増殖速度をほぼ一定に保つことを可能
   とし、前記培養容器に前記養分を指数関数的に追加供給
   することを特徴とする指数関数的流加培養方法。
2. 【請求項２】 回分培養または流加培養における培養物
   の増殖率ΔＸと培養液の電導度Ｅの減少変化率ΔＥとの
   間に成り立つ下記の式（１）中の生育係数αを算出する
   に当たって、 【数１】 予め培養物中の指標となる元素の濃度Ｃbを測定してお
   き、 培養液中の前記指標となる元素が含まれるイオンの濃度
   Ｃiを所定の時間間隔で測定し、下記の式（２） 【数２】 に従って前記生育係数αを算出することを特徴とする培
   養物の生育係数算出方法。
3. 【請求項３】 培養物としての植物組織と培養液とを収
   納する培養容器と、 前記培養容器内の培養液の電導度を検出する電導度セン
   サと、 前記培養容器内の培養液の電導度が予め設定された目標
   電導度範囲を下回った際に前記培養容器内に前記培養液
   よりも高濃度の追加培養液を供給する培養液供給機構と
   を設けたことを特徴とする植物組織培養装置。
4. 【請求項４】 前記培養液供給機構は、前記培養容器内
   の培養液の電導度が前記目標電導度範囲の上限となった
   際に前記追加培養液の供給を停止することを特徴とする
   請求項１記載の植物組織培養装置。
5. 【請求項５】 前記培養液中の所定のイオンの濃度を検
   出するイオン濃度検出手段を設けたことを特徴とする請
   求項３または４記載の植物組織培養装置。