JPS5835676B2 - シヨクブツサイボウノゾウシヨクホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は懸濁液中で植物細胞または単細胞藻類を培養
する方法に関するものである。

葉緑体を含有している植物細胞の液中振盪培養あるいは
寒天培地上における培養技術は、種々のタイプの植物培
養に用いられてきている。

一つの技術は、アメリカン ジャーナル オブ ボタニ
ー、１９６３．Ｖｏｌ、５０，２４８〜２５４頁のニー
・シー・ヒルドブランド（Ａ、 Ｃ６Ｈｉ Ｉｄｅｂｒ
ａｎｄｔ）、ジエー・シー・ウィルマー（Ｊ、Ｃ３Ｗｉ
Ｉｍａ ｒ ） 、エッチ・ジョーンズ（Ｈ，Ｊｏｈ
ｎｓ）およびニー・ジエー・リカー（Ａ、Ｊ、Ｒｉｋｅ
ｒ ）の論説中に記載されている。

この技術は、基本的には、植物のある部分から無菌の癒
合組織をとり、これを培養基に移しそしてその組織を光
にさらすことよりなるものである。

組織は培養基中で生長する。

また、植物細胞を液体栄養培養基中で懸濁液として培養
する為に同様の技術を用いることができる。

栄養培養基としてはよく知られたものが多数あり、これ
らは植物細胞の培養に用いられている。

これらの培養基は、成る場合にはマクロ−エレメントと
呼ばれる栄養剤として必要な種々の鉱物および、成る場
合にはミクロ−エレメントと呼ばれる種々の金属塩類を
含有している。

種々のアミノ酸、ビタミン類および植物生長調整剤もま
た存在している。

普通の栄養培養基の例としては、スクーグ、ヘラ−、ノ
ツプ、スクーグ アンド ムラシゲ、ガムボルグ、ホワ
イトおよびストリート培養基がある。

これらの培養基は種々の成分を種々の量で含んでいる。

炭水化物源として、ショ糖、グルコースおよびココナツ
トミルクが用いられている。

典型的なマクロ−エレメントとしては、窒素、燐、カリ
ウム、カルシウムおよびマグネシウムの化合物が包含さ
れ、典型的なミクローエレメントとしでは、鉄、亜鉛、
マンガン、銅、ニッケル、モリブテンおよびほう素の塩
が包含される。

使用される培養基には、ホウキシンおよびチトキニンの
如き生長調整剤、およびアミノ酸類およびニコチン酸、
チアミン、グリシンおよび葉酸の如きビタミン類もまた
含まれている。

植物細胞をガラス製振盪容器中で培養する場合には、大
きなスケールで培養するのは困難であることが見出ださ
れた。

従来、大規模で培養する方式としては、屋外池で培養し
たり、或いは管体を地上もしくは壕に配設して、これら
管体中に培養液を流過させつつ培養するものが知られて
いる。

（武智芳部「クロレラ−その基礎と応用−第２７７〜２
８１頁および米国特許第２，７３２，６６３号公報参照
）。

管体を地上や壕に配設する方式は、培養液が外気に触れ
ないので塵埃の混入がなく、ＣＯ２の利用率を高める長
所があるが、特に夏期における培養液の過熱などの欠点
があった。

我々は、今や、懸濁液として植物細胞を培養する為の改
良された方法を見出だした。

本発明によれば、葉緑体を含有している植物細胞の懸濁
液を、細長い、少なくとも部分的に透明な容器に入れ、
該懸濁液を入れた容器を水により支持すると共に、水中
への容器の浸漬の深さを変えることにより支持水の冷却
効果の増加で懸濁液の温度を制御し、該懸濁液を光にさ
らしかつ二酸化炭素と接触させることを特徴とする懸濁
液の形で培養基中にて上記植物細胞を増殖する方法が提
供される。

透明な物質は、可撓性のものが好ましく、植物組織に対
し無害のものならばどのようなものでもよいが、実質的
に水に不溶性でかつ水ノ】５浸透しないもので、しかも
可視光線および近紫外線を透過するものである。

適当な物質としては、ポリオレフィン、例えば、ポリエ
チレンおよびポリプロピレン、ポリアクリレート、ポリ
アミド、ポリカーボネート、水不溶性セルローズエステ
ルおよびポリエステルフィルムから作られた物質がある
。

二酸化炭素は、好ましくは、二酸化炭素含有ガスを懸濁
液中に泡立たせることにより、懸濁液と接触させる。

例えば、３．０容量φまで二酸化炭素含有量を増加させ
た空気、好ましくは約０．３容量優の二酸化炭素を含有
する空気を用いるのが好ましい。

容器は広い水面により支持される。

例えば、湖、貯水池または海に浮かすことにより支持さ
れる。

懸濁液が好都合にゆるやかに撹拌されるので、容器を支
持する水面としては海が好ましい。

細長い容器としては、入口および出口を有する管状のも
のが好ましく、そして栄養を含有する水は、人口から中
に入れられ、出口から排出される。

二酸化炭素気体は容気中に流れる水と同じ方向あるいは
逆方向に容気中に流される。

この発明の一態様においては、いかだを介して連続的流
れが得られるように、少なくても２本の管をジグザグに
結合したいかだを用いる。

容管を一緒に結合し、そしてこれを強固ないかだを得る
為にかたいフレームに保持してもよい。

強いいかだをつくった場合には、管に近づく道を設ける
為に、いかだの縁のまわりに歩道をつけてもよい。

管を液で満した場合、１０〜８０ｃｒｎ１例えば約３０
ｃＩｒＬの深さを有するのが好ましい。

管の深さは、管全体にわたって満足すべき成長速度が得
られるように、植物細胞の懸濁液を十分な光が通過しう
る程度でなければならない。

培養基は、前に述べたよく知られている栄養培養基なら
どれでもよいが、使用する培養基は培養される細胞に依
存する。

培養する植物の細胞は、自己栄養または光合成種のもの
が、炭水化物の存在を必要としないので好ましい。

炭水化物が存在しない場合は、バクテリヤによる汚染の
危険性が少なくなる。

容器の浮力は容器中のガス、例えば、空気の量により調
節することができる。

若し容器が水中に沈み過ぎている場合には、容器中によ
り多くのガスを供給し、若し容器が浮き過ぎている場合
には、容器中のガスを水と置換する。

容器が日光にさらされている場合には、容気中の温度は
上昇する（温度効果）。

そして該温度が高過ぎる場合、容器を水中に深く沈める
ことにより、支持水により、より冷却することができる
。

若し容器中の温度が低過ぎる場合には容器を水面上に高
く出るようにすることにより支持水による冷却が少なく
なり、容器中の温度は上昇する。

容器は全部透明な物質で作ってもよく、あるいは底部は
（実質的にこの部分は通常日光にさらされない）不透明
にしてもよい。

装置に供給されるべき空気を調整する感温装置によりあ
るいは容器に当る光の強さを測定する光検出装置、例え
ば、光電池により、浮力を自動的に制御することができ
る。

若し光検出装置を用いる場合には、その装置の示度を、
二酸化炭素の添加速度の制御に用いることができる。

光の強さが大きくなるにつれて、二酸化炭素の要求量お
よび懸濁液中の植物細胞の光合成および増殖の速度が犬
となる。

細長い容器に、浮かべる為の装置を設けるのが好ましい
。

例えば、この浮力装置は、空気または水を満すことがで
き、浮力装置中の空気又は水の量を調節することにより
浮力を調節することができる。

可撓性の細長い部材がチューブである場合には、浮力装
置は、細長い部材に縦に結合されたチューブを用いるの
が好ましい。

通常の空気および水の入口を空気および水の出し入れに
用いることがでできる。

複数の管よりなるいかだが、かたいフレーム中に保持さ
れている場合には、浮力が与えられこれはいかだの夫々
の縁に設けられた浮力装置によりコントロールされるの
が好ましい。

そして浮力装置中の液とガスの相対的な量によりいかだ
の浮力が調節される。

植物生体を連続的に培養するために、植物組織の懸濁液
を連続的に引き出し、そして組織を分離することができ
る。

懸濁液を引き出す速度および新鮮な栄養培養基の添加速
度を制御することにより、懸濁液中の植物細胞の密度を
希望する割合に保つことが可能である。

昼間の時間中、細胞上に光があたることにより、細胞の
光合成が起り、かつ生長する。

そして懸濁した植物生体を含有している液状培養基を連
続的に引き出しかつ新鮮な培養基を添加することにより
、細胞の濃度を実質的に一定に保つことができる。

引き出された液体は、例えば遠心分離法、濾過あるいは
沈澱により生物体を分離できる。

懸濁液中の細胞の望ましい濃度は１１当り１乃至Ｉｏｎ
ｌ例えば、■ｌ当り約１０ｇである。

成る種のバクテリアが一定の条件下に光合成を行なうこ
とは知られている。

これらのバクテリアは通常植物により利用される光線よ
りも長い波長の光を利用する。

例えば、バクテリアは赤色および赤外線領域のスペクト
ラム中の光線を利用することができる。

赤色および赤外線領域のスペクトラム内の光線は、可視
部スペクトル中の光線に対して不透明または半透明であ
る培養基を通過しうる。

植物細胞の懸濁液を閉じこめた容器を日光にさらした場
合、スペクトラムの可視部の光線は懸濁液により吸収ま
たは反射され、一方スペクトラムの赤外線部の光線は懸
濁液を通過する傾向を有する。

この発明の方法においては、光線が植物組繊細胞を含有
している容器中を通過して、第２の容器中へ通過するよ
うに、植物組繊細胞を含有している容器に取りつけた第
２の容器中に、光合成性バクテリアの懸濁液を入れ、こ
の第２の容器中で光合成性バクテリアを同時に培養する
のが好ましい。

この同時培養により、容器によりカバーされる同一面積
当り、大量の戒物体が生皮される。

植物細胞の懸濁液を含有している容器が管状である場合
、長さに沿って二つに分割し、１つの半円筒状容器が他
の上にあるように、２つの半円筒状容器を形成すること
ができる。

そして底部の半円筒状容器は光合成性バクテリアの懸濁
液を含有しており、上部の半円筒状容器は植物細胞を含
有している。

半円筒状容器の間の隔壁は、可撓性透明物質、例えば、
容器が作られているのと同じ種類の物質でつくられるの
が好ましい。

光合成性バクテリアは、植物細胞よりも長波長の光を吸
収するので、たとえ植物細胞の培養に適当でないとして
も、光合成性バクテリアにとっては適当である。

植物細胞という語は、単細胞藻類、例えば、クロレラ、
セネデスムラス、クラミドモナスおよびスピルレナ属の
単細胞藻類で、普通のおよび細胞壁欠陥突然変異株を包
含する。

植物細胞を含有している栄養培養基を循環させる為に通
常ポンプ装置が必要である。

この発明の一実施の態様において好ましいポンプは、熱
ポンプである。

熱ポンプ用熱源として、植物細胞の懸濁液が循環される
管より小さな、少くとも前記管に十分に近い位置に配列
された一連の管を用いることができる。

これらの小さな管は、暗い光を吸収する物質、例えば、
黒色のプラスチックス物質でつくることができ、そして
これらの管中を通過する液体は太陽光線の作用で加熱さ
れ、ついでこの加熱された液体は熱ポンプの熱源として
用いられる。

植物細胞の培養の為により好ましい光の波長は４４０ｍ
ｍおよび６６０間であると思われる。

スペクトルの紫外線端における光は通常植物細胞により
利用されない。

管を製造する材料中に近紫外線を吸収しそして約４３０
７７！７１！の螢光を発する１、４−ジー（２−（５−
フェニルオキザゾイル）〕−ベベンフの如き、既知の波
長変更剤を配合すれば、植物細胞上にあたる光の利用量
が増加するので便利である。

この発明を添付図面にもとづいて更に説明する。

先づ第１図に基づいて説明すると、透明な物質で作られ
た一連の管１乃至１０がいかだを形成するように一緒に
結合されている。

右前は図面に示されているように、いかだの一端より他
端へ連続的な通路を形成するように結合されている。

１１は液状栄養培養基の入口でありかつガスの出口であ
って、１２は液状栄養培養基の出口でありかつガスの入
口である。

第２図に基いて説明すると、容管は、水および空気の不
透過性膜１５で仕切られた上部半容器１３および下部半
容器１４よりなるものである。

容管には小さな浮力用管１６がつけである。

入口および出口１１および１２は半容器１３用のもので
あって、半容器１４に関しては、ガス入口ならびに液出
口２０およびガス出口ならびに液入口２０ａが設けられ
ている。

操藻するに当っては、いかだを水面に浮かべ植物組織の
水性懸濁液によって半容器１３を部分的に満たし、二酸
化炭素含有量を増加せしめた空気を入口１２を通して導
入し、ガスはいかだの中を通って出口１１に流れ、この
流れは破線矢印で示されている。

植物細胞を培養する為に必要な栄養剤を含んでいる栄養
培養基は入口１１を通して供給され、そしていかだの中
を通って液出口１２への流れは実線矢印で示されている
。

半容器１４は光合成性バクテリアで満たされバクテリア
用栄養培養基は入口２０ａから供給されそして出口２０
から引き出され、二酸化炭素は入口２０ａから導入され
、そして出口２０から排出される。

半容器１４中のガスおよび液の流れは半容器１３におけ
るそれと同じである。

いかだは水上に浮いており、そして太陽光線が管中へ通
過するにつれて、植物組織は半容器１３中で増殖し、バ
クテリアは半容器１４中で増殖する。

各半容器におけるガスおよび栄養培養基の流れは、増殖
の度合に応じて調節する。

夫々の容器からの液状生成物は分離器に供給し、各液状
生成物から植物細胞およびバクテリアを分離する。

各半容器中の液体に所属する感温装置が備えられている
。

これらの感温装置は、浮力用管１６中の水と空気の量を
調節する。

若しいかだの中の液温か高過ぎる場合には、浮力用管１
６中に水の量が多くなりかつ空気が少なくなるように調
節され、その結果いかだは水中に深く沈み（きつ水が深
くなり）、より冷却される。

若しいかだの中の液温か低すぎる場合、浮力用管中の空
気の量が多くなり水の量が少なくなるように調節され、
その結果いかだは水中で高く浮き上り、冷却の度合が少
なくなる。

高温においては植物細胞の増殖速度が速くなるので、感
温装置は栄養いかだに導入される培養基および空気の量
をコントロールすることも出来る。

第３図について説明すると、一連の管２１が仕切２２に
より２つに仕切られており、かつこれらは、一つの連続
した流路が他の流路の上になるように、ジグザグに結合
されている。

容管はいかだを形成するためにかたいフレームワーク２
３中に保持されている。

フレームワーク２３にはバラスト管２４が結合されてお
り、これは変化しうる量の空気および水を有している。

管２１中を液体を連化させる為に、パイプ２５および２
６がポンプ２７に結合されており、また管端部に液体の
取出し部がある。

管へ近づくことが出来るようにする為に、バラスト管２
４の上に要路２８が設けられている。

操業するに当っては、いかだを水面上に浮かべ、そして
仕切り２２の上の部分の管を殖物組織の水性懸濁液で満
たし、増加された量の二酸化炭素を含有している空気を
パイプ２５から送入し、そして流体は、いかだの中を通
って端部の取り出し点へ流れる。

植物細胞の増殖に必要な栄養剤を含有している栄養培養
基は、空気に対し向流的に通される。

仕切り２２の下部の管部分は、光合或性バクチリアで満
たし、そして栄養培養基と二酸化炭素を含有している空
気とを、管の下部中を管の上部におけると同じ方向で通
過させる。

いかだは水面上に浮いており、日光が管中に通過するに
つれて、植物組織は管の上の部分で増殖し、バクテリア
は管の下の部分で増殖する。

ガスおよび栄養培養基の流れは管の各部分毎に調節され
る。

管の各部分からの液状生成物は、分離器に導入され、植
物細胞およびバクテリアが夫々の液状生成物から分離さ
れる。

各半容器に取付けられた感温装置が設けられ、これらの
感温装置によりバラスト管２４中の水および空気の量が
コントロールされる。

いかだの中の液体の温度が高過ぎる場合には、バラスト
管２４中の水の量が多くなり、空気の量が少なくなるよ
うに調節され、その結果、いかだは水中に低くなりより
冷却される。

若しいかだの中の水の温度が低過ぎる場合には、バラス
ト管２４中の空気の量が多くなり、かつ水の量が少なく
なるように調節され、その結果、いかだは水中で高く浮
き上り冷却の度合が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の一態様を示し、第２図は第１
図に示した装置を一側面から見た図を示し、第３図は一
部を切り欠いたこの発明の他の態様を示す。 １〜１０・・・・・・一連の管、１１・・・・・・ガス
出口、１２・・・・・・ガス入口、１３・・・・・・半
容器、１４・・・・・・半容器、１５・・・・・・不透
過性膜、１６・・・・・・浮力用管、２０・・・・・・
液出口、２０ａ・・・・・・液入口、２１・・・・・・
一連の管、２２・・・・・・仕切、２３・・・・・・フ
レームワーク、２４・・・・・・バラスト管、２５，２
６・・・・・・パイプ、２７・・・・・・ポンプ、２８
・・・・・・実路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 葉緑体を含有している植物細胞の懸濁液を、細長い
   、少なくとも部分的に透明な容器に入れ、該懸濁液を入
   れた容器を水により支持すると共に、水中への容器の浸
   漬の深さを変えることにより支持水の冷却効果の増加で
   懸濁液の温度を制御し、該懸濁液を光にさらしかつ二酸
   化炭素と接触させることを特徴とする懸濁液の形で培養
   基中にて上記植物細胞を増植する方法。 ２ 少なくとも１部が透明の材料から成る少なくとも２
   つの管体により形成したいかだからなり、前記管体はジ
   グザグ形に接続されて前記いかだを貫通する連続流路を
   形威し、管体用流入口および流出口を有すると共にいか
   だに装着した浮力部材を有し、浮力部材中の空気と水の
   相対的量を変化させることによりいかだの浮力を可変と
   して、水中への管体の浸漬の深さを変えることにより水
   の冷却効果の増加で懸濁液の温度を制御するよう構成し
   たことを特徴とする植物細胞を懸濁液中で培養する装置
   。