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| タイトル： | 特許公報(B2)_植物プロトプラストによる非セルロース系カロース繊維体の産生方法とカロース繊維体 |
| 出願番号： | 2000220419 |
| 年次： | 2007 |
| IPC分類： | C12P 19/04,C08B 37/00,C12N 5/04,D01F 9/00,C12R 1/91 |
特許情報キャッシュ
近藤 哲男 馬越 淳 安部 久 笹本 浜子 JP 3936522 特許公報(B2) 20070330 2000220419 20000721 植物プロトプラストによる非セルロース系カロース繊維体の産生方法とカロース繊維体 独立行政法人科学技術振興機構 503360115 独立行政法人農業生物資源研究所 501167644 独立行政法人森林総合研究所 501186173 西澤 利夫 100093230 近藤 哲男 馬越 淳 安部 久 笹本 浜子 20070627 C12P 19/04 20060101AFI20070607BHJP C08B 37/00 20060101ALI20070607BHJP C12N 5/04 20060101ALI20070607BHJP D01F 9/00 20060101ALN20070607BHJP C12R 1/91 20060101ALN20070607BHJP JPC12P19/04 ZC08B37/00 CC12N5/00 FD01F9/00 ZC12P19/04 ZC12R1:91C12N5/00 FC12R1:91 C12P 19/04 C08B 37/00 C12N 5/04 D01F 9/00 CA(STN) BIOSIS(STN) WPIDS(STN) Planta,(1989),178,p385-392 Korean Journal of Botany,(1989),32(4),p215-226 Plant.Physiol.,(1990),94,p13-19 3 2002034586 20020205 7 20030815 内藤 伸一 【０００１】【発明の属する技術分野】この出願の発明は、植物プロトプラストによる非セルロース系カロース繊維体の産生方法とカロース繊維体に関するものである。【０００２】【従来の技術と発明の課題】各種の繊維材料が、長繊維あるいは短繊維として、産業や社会生活の広範囲な領域において欠くことのできないものとなっている。このような繊維材料としては、現在、主に天然セルロース並びにレーヨン、テンセル等の再生セルロース繊維と、石油化学による合成繊維が知られている。【０００３】しかしながら、合成繊維は、石油からの繊維の原料調製とその加工のための多量のエネルギーを必要としており、再生することのできない石油資源を使用していることや、合成繊維の廃棄物処理にともなう環境処理問題等の観点から大きな問題をかかえてきている。一方、天然セルロースや再生セルロース繊維は、植物由来の天然物を利用していることから脱石油の可能性を持つものとして考えられているが、実際には、前記のレーヨン、テンセルの場合、一旦セルロースを溶解させた後に再生して繊維化しているため、エネルギー的には、必ずしも低消費の生産とは言えないのが実情である。【０００４】環境調和型社会を目指す２１世紀においては、低エネルギーで繊維材料を生産することのできる方策が望まれる状況であり、天然や再生セルロースの生産における問題点を解消することのできる新しい技術的アプローチと手段を実現することが要望されている。【０００５】この出願の発明は、上記のとおりの事情に鑑みてなされたものであって、従来の天然繊維と比較しても、環境に対して低負荷であり、エネルギー消費も少ない新しい方策を提供することを課題としている。【０００６】【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、植物プロトプラスト培養系に濃度５０〜４００ｍＭの範囲のＣａ2+，Ｍｇ2+およびＮａ+のいずれかの無機イオンを添加し、植物プロトプラストに非セルロース系のカロース繊維体を産生させることを特徴とする植物プロトプラストによる非セルロース系カロース繊維体の産生方法を提供する。【０００７】また、この出願の発明は、上記方法について、第２には、培養系のｐＨ値を２〜６．５の範囲とする非セルロース系カロース繊維体の産生方法を提供する。【０００８】そして、この出願の発明は、第３には、上記の植物プロトプラストによる非セルロース系カロース繊維体の産生方法で産生されるカロース繊維体であって、細胞壁の外に向かって形成され、β−１,３グルカン鎖からなり、へリックス構造を有するアルカリ可溶な繊維状体である非セルロース系カロース繊維体を提供する。【０００９】上記のとおりのこの出願の発明は、発明者により得られた以下の知見に基づいて完成されている。【００１０】すなわち、通常、植物プロトプラストは、細胞壁、すなわち主としてセルロースを形成するが、プロトプラスト培養系に無機イオンを添加する場合には、通常の細胞分裂が極めて低く抑えられ、細胞壁の外に向ってプロトプラストが巨大な非セルロース系繊維を産生することであり、また産生された繊維は、これまで大きな繊維形成が知られていない、β−１，３−グルカン鎖として構成されているカロース繊維体であるとの全く新しい知見である。【００１１】たとえば、植物細胞中においてカルシウムイオン（Ｃａ2+）の役割は重要と考えられているが、これまでのところ植物生理分野においてのみ注目されているにすぎない。「Ｃａ2+は主として細胞壁が細胞質などのアポプラスト間隙の部分にイオン吸着されて存在し、細胞質内への取り込み速度が小さく、濃度も低い。細胞はむしろＣａ2+レベルを低く保っている」とされていた。しかし、細胞壁形成などの二次代謝のＣａ2+の影響についてはほとんど検討されていないのが実情である。このようなことは、Ｃａ2+だけでなく、各種イオンの影響の点についても同様であった。【００１２】だが、天然高分子の高次構造形成のシステムの検討にとっては、植物体におけるＣａ2+等のイオンの２次代謝（細胞壁形成）の影響を検討することは極めて意義あることであって、このような検討の過程において、前記のとおりの新しい知見がこの出願の発明者によって導かれているのである。【００１３】植物プロトプラストからのカロース繊維体の産生を可能とするこの出願の発明は、細胞が直接繊維体を産生するため、高いエネルギー消費を必要とする合成繊維の製造に比べてはるかに低エネルギー型の生産システムを提供し、また、パルプ化、精製、溶解、繊維化を経るこれまでの天然繊維の製造に比べても、環境に対して低負荷であり、エネルギー消費も少ない。この出願のカロース繊維体の産生方法は、低エネルギー型材料生産のための基本的な提案である。【００１４】【発明の実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。【００１５】植物プロトプラスト培養系に無機イオンを添加し、細胞分裂可能なプロトプラストの通常の意味での分裂を極めて低く抑えることにより、細胞壁の外に向ってプロトプラストが巨大非セルロース繊維としてのカロース繊維体を産生するようにするこの出願の発明方法においては、対象とする植物プロトプラストとしては、各種植物体由来のものであってよく、その培養系も、従来より知られているものをはじめとして各種の構成でよい。【００１６】植物体は、広葉樹、針葉樹等の任意のもの、たとえば、シラカバやカラマツ等の入手しやすく、植物体として育成も比較的容易なものが適宜に対象とされる。また、培養系については、たとえば、ＭＳ(Murashige and Skoog's ; Murashige, T., Skoog, F., Physiol. Plant, 15, 473-497 (1962) )液体基本培地あるいはその強度希釈培地を用い、各種のホルモン条件、たとえば、マンニトール、シュクロース、ナフタレン酢酸、ベンジルアデニン等の成分によって構成することができる。【００１７】培養系には、この発明の方法においては無機イオンが添加されるが、その濃度としては、無機イオンの種類によっても相違するが、一般的には、５０〜５００ｍＭの範囲、さらに好ましくは５０〜４００ｍＭの範囲とする。５０ｍＭ未満の濃度では繊維体の産生よりもコロニー体の生成が優先する傾向にあり、また、５００ｍＭを超える場合にも繊維体の産生はあまり期待することができない。【００１８】添加する無機イオンについては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属等のうちのカチオン種が好ましく、Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｓｒ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗ等の各種のものでよい。なかでも、Ｃａ2+，Ｍｇ2+等の２価イオンが好適なものとして挙げられる。特に、Ｃａ2+はこの発明でのカロース繊維体の産生にとって効果的である。無機イオンは、培養系に対して、たとえば、塩化物、炭酸塩等の状態で添加することができる。【００１９】培養系のｐＨ値としては２〜６．５の値とすることが好ましい。たとえば、Ｃａ2+の場合には、ｐＨ３〜６の範囲が好適でもある。ｐＨの調整には、たとえば、ＫＯＨ、ＨＣｌ等のアルカリや酸の添加の手段が採用される。また、培養時の温度は、一般的には１０〜３５℃程度の範囲が考慮される。【００２０】この発明の方法によって産生される繊維体は、これまで天然繊維材料として用いられてきた、植物細胞壁を構成するβ−１，４−グルカン鎖からなるセルロースと異なり、β−１，３−グルカン鎖からなる物質としてのカロースにより構成されている。セルロースは直鎖状の高次構造をとるが、カロースはヘリックス構造を示すため、繊維としての性状はこれまでのセルロース繊維とは異なる。【００２１】この発明のカロース繊維体は、数ミクロン幅の長い繊維体であって、アルカリ可溶である。β−グルコースからなるヘリックス構造の物質でもあることから、セルロース繊維の場合の用途に限定されることなく、たとえば薬用繊維のほか、可食性の繊維、フィルム、マイクロカプセル等としての用途の拡大も期待される。用途に応じて、セルロース等の他種の繊維や、他物質との複合材を構成してよいことも言うまでもない。【００２２】そこで次に、実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明について説明する。なお、以下の例によってこの発明が限定されることはない。【００２３】【実施例】＜実施例１＞シラカバ(Betulaplatyphylla var japonica)のプロトプラストを培養し、その際に、無機イオンとして、Ｃａ2+，Ｍｇ2+をＣａＣｌ2 ，ＭｇＣｌ2 として添加し、ｐＨ値並びにイオン濃度を変更してカロース繊維体を産生させた。ｐＨの調整は、ＫＯＨ、ＨＣｌを用いて、１２１℃２０分のオートクレーブ滅菌処理前に行った。【００２４】また、培養系は、ＭＳ液体基本培地の半分の強さのものに、以下のホルモン条件を添加したものとした。【００２５】０．６Ｍ マンニトール０．０９Ｍ シュクロース１μＭ ナフタレン酢酸（ＮＡＡ）１０μＭ ベンジルアデニン（ＢＡ）繊維体(ribon) とコロニー体(colony)の産生についてその結果を図１（Ｃａ2+添加）および図２（Ｍｇ2+添加）に示した。図１の結果から、ｐＨ３．５〜５．７の条件下に、Ｃａ2+濃度１００〜４００ｍＭ、特に、ｐＨ３．５〜４．５、濃度２００ｍＭの時に、カロース繊維体の産生が顕著であることがわかる。また、図２の結果からは、ｐＨ３．５〜５．７、Ｍｇ2+濃度１００〜４００ｍＭ、特にｐＨ４．５〜５．７、濃度１００ｍＭの時に、カロース繊維体の産生が良好であることがわかる。＜実施例２＞実施例１において、ｐＨ３．５〜４．５、Ｃａ2+濃度２００ｍＭとして約３ヶ月放置することで培養した。図３の蛍光顕微鏡写真に示したように、巨大な繊維体の産生が確認された。【００２６】図３は、カルコフルオールによる染色後の繊維体の蛍光顕微鏡写真を示したものである。この繊維体については、染色法、抗体蛍光染色法、酵素分解挙動等の方法による同定で、β−１，３−グルカン鎖であるカロースであることが判明した。＜実施例３＞実施例１において、Ｃａ2+，Ｍｇ2+に代えて、Ｎａ+ イオンを添加して培養を行った。Ｃａ2+，Ｍｇ2+の場合よりもその効果のレベルは低いが、ｐＨ３．５〜５．７において、Ｎａ+ 濃度５０〜５００ｍＭ、特に、ｐＨ３．５において２００〜３００ｍＭ、ｐＨ５．７において５００ｍＭで、カロース繊維体の産生が確認された。＜実施例４＞カラマツ(Larix Kaempfeli) のプロトプラストに対し、ｐＨ３〜６．５において、５０ｍＭのＭｇ2+、およびＣａ2+のイオンを各々添加して培養したところ、数週間で、図３と同様に、巨大なカロース繊維体の産生が確認された。【００２７】【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、以下のとおりの効果が奏せられる。【００２８】（１）細胞が直接繊維を生産するため、高いエネルギーを要する合成繊維製造と比較してはるかに低エネルギー型の製造システムであり、パルプ化、生成、溶解、繊維化を経るまでの天然繊維の製造法と比較しても、環境に対して低負荷であり、エネルギー消費も少ない。このようにこの出願の方法は、植物プロトプラストを用いる低エネルギー型材料生産システム構築のための基本となる。【００２９】（２）産生される繊維は、これまで天然繊維材料として用いられてきた植物細胞壁を構成するβ−１，４−グルカン鎖からなるセルロースと異なり、β−１，３−グルカン鎖から成るカロースという物質により構成されている。セルロースは直鎖状の高次構造をとるが、カロースはヘリックス構造を示すため、繊維としての性状はこれまでのセルロース繊維と異なる。そのため、繊維状物質としての用途拡大が期待される。【００３０】（３）β−グルコースからなるカロースは、数ミクロン幅の長い繊維状物質で、アルカリ可溶であるため、薬用繊維のほか、可食性の繊維、フィルム、マイクロカプセル等として用いることが可能となる。【図面の簡単な説明】【図１】実施例１において、Ｃａ2+添加によるカロース繊維体の産生について例示した図である。【図２】実施例１において、Ｍｇ2+添加によるカロース繊維体の産生について例示した図である。【図３】実施例２についての蛍光顕微鏡写真である。 植物プロトプラスト培養系に濃度５０〜４００ｍＭの範囲のＣａ2+，Ｍｇ2+およびＮａ+のいずれかの無機イオンを添加し、植物プロトプラストに非セルロース系のカロース繊維体を産生させることを特徴とする植物プロトプラストによる非セルロース系カロース繊維体の産生方法。 培養系のｐＨ値を２〜６．５の範囲とする請求項１の非セルロース系繊維体の産生方法。 請求項１または２の植物プロトプラストによる非セルロース系カロース繊維体の産生方法で産生されるカロース繊維体であって、細胞壁の外に向かって形成され、β−１,３グルカン鎖からなり、へリックス構造を有するアルカリ可溶な繊維状体である非セルロース系カロース繊維体。