JP2724151B2 - 植物培養細胞の培養方法 - Google Patents

植物培養細胞の培養方法

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JP2724151B2 JP63076184A JP7618488A JP2724151B2 JP 2724151 B2 JP2724151 B2 JP 2724151B2 JP 63076184 A JP63076184 A JP 63076184A JP 7618488 A JP7618488 A JP 7618488A JP 2724151 B2 JP2724151 B2 JP 2724151B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、植物培養細胞を培養増殖する装置に関
し、特に、二次代謝産物を生産する為の植物培養細胞を
培養増殖する場合に使用して有効な発明である。
(従来の技術とその問題点) バイオテクノロジーの発達と共に、各種植物細胞を培
養する事が広く行なわれるようになり、これに伴なっ
て、従来から各種の培養方法が考えられている。
これら従来の培養方法は、微生物の培養方法を採用、
改良したものが多く、その改良の主眼は、細胞が大きく
機械的な衝撃に弱い点と、細胞塊を形成し易い点とに置
かれており、これらの点を考慮しつつ、いくつかの培養
方法が用いられてきた。植物細胞の培養方法としては液
体振盪培養法、気泡塔型培養槽法、通気撹拌型培養槽法
等の培養方法があるが、前二者はKLaが低いという欠点
がある。
又、上記通気撹拌型培養槽法は、除菌空気を送り込み
つつ、回転翼で植物培養細胞の懸濁液を直接撹拌するも
のであるが、この培養法では、酸素供給の為に、培養細
胞を懸濁状態で直接撹拌する為、培養細胞が機械的な衝
撃を常に受け、機械的な衝撃に強い細胞を選択して、し
かも限界ストレス以下の強さで撹拌する必要があるだけ
でなく、細胞塊が形成された場合、撹拌の効率を維持す
る為にこれを取り除く必要があった。
更に、培養細胞を懸濁状態としない培養方法では、細
胞塊の表層と内層とで培地や空気との接触状態等が異な
る為、均質な細胞集団にならないという欠点があった。
本発明の培養装置は、植物培養細胞を細胞保持網或は
多孔の支持枠に付着させて、培養液及び溶存酸素を隅な
く循環させる事により、植物培養細胞を機械的な衝撃を
受ける事なく、均質に増殖させるものである。
(問題を解決するための手段) 本発明の植物培養細胞の培養装置は、下端部開口を底
板によって塞がれ、上端部開口に開閉自在な蓋板を設け
て液体培地を貯溜するガラス筒と、このガラス筒内のガ
ラス筒とほぼ同心位置において、ステーにより底板上に
固定され、円輪板の内周縁から上方に立上る円筒部を形
成した整流板と、この整流板の円筒部に下端部を嵌着し
た、多数の小孔を有する支持枠と、上記底板の下方に設
けられたモータの竪軸に取付けられ、上記底板の下方に
おいて回転駆動される第一の磁石と、ガラス筒内下部に
あって第一の磁石と底板を隔てて対向し底板上に回転自
在に支持され遠心翼と結合される第二の磁石と、蓋板を
貫通して支持枠内に挿入され、整流板の円筒部内におい
て複数の小孔を設けたノズル部を取付けた散気管とから
構成したものである。
(作 用) この装置は、散気管より培養槽内に除菌空気を0.1〜
1.0VVM(水1に対して1分間当りに送り込む気体の
量)導入し、培養細胞の増殖に合わせて、KLa(気体を
水中に溶け込ませる効率)を始め100〜300-h、増殖開始
後300〜2000-hとなる様に、上記遠心翼の回転数を上昇
させ、支持枠の外周面に植物培養細胞を、水流によって
付着させる様にして培養を行なう。
(実施例) 培養装置は、第1図に示す様に、円筒状のガラス筒1
の下端部に、このガラス筒1の外径よりも少し大きな外
径を有する円板状の底板2を固定する事によって、ガラ
ス筒1の下端開口を塞いでいる。この底板2の外周寄り
部分で、ガラス筒1の外周面よりも外側に突出した部分
には、複数本のスタッド3、3の下端部をそれぞれ螺着
し固定している。各スタッド3、3の上端部はそれぞれ
ガラス筒1の上端縁よりも少し上方に迄突出しており、
この上端部を上記ガラス筒1の外径よりも少し大きな外
径を有する円板状の蓋板4の外周寄り部分に穿設した円
孔5、5にそれぞれ挿通している。この実施例では、円
孔5、5を挿通し、蓋板4の上面から突出した各スタッ
ド3、3の上端部にはナット(図示省略)を螺合自在と
して、上端蓋板4をガラス筒1の上端開口部に開閉自在
に装着すると共に、底板2をガラス筒1に圧着し固定し
ている。
又、ガラス筒1の内側下部には、このガラス筒1とほ
ぼ同心に設けられた水平方向の円輪板23の内周縁に、こ
の内周縁から上方に立ち上る円筒24を設けた整流板25
を、ステー7、7によって底板2上に固定している。
この整流板25の円筒24には、ステンレスのフィラメン
トを編組して成る金網(160メッシュ)を円筒状に形成
した支持枠6の下端部を外嵌する事によって、この支持
枠6を上記ガラス筒1の内側に、このガラス筒1とほぼ
同心に固定している。
一方、前記底板2の上面中心部には垂直軸8を植設し
ており、この垂直軸8に、回転ブロック9の中心部に固
定した倒立円筒状のキャップ10を回転自在に被着してい
る。上記回転ブロック9の周囲には環状の第一の磁石11
を嵌合固定しており、この第一の磁石11と、前記底板2
を固定した基板12の下方にブラケット13を介して固定し
たモータ14の出力軸15に固定した環状の第二の磁石16と
を、底板2を隔てて対向させている。
キャップ10を介して垂直軸8に回転自在に支持された
回転ブロック9の外周には、複数枚の平板状の翼板17、
17を放射方向に固定する事で、遠心翼18を構成してい
る。
更に、この遠心翼18の上方で、前記整流板25を構成す
る円筒24の内側部分には、ガラス筒1の内側に貯溜され
た液体培地中に、除菌した空気を吹き込む為の気泡ノズ
ル19を設けている。この気泡ノズル19は、ガラス筒1の
上端開口を開閉する蓋板4の中心にこの蓋板4を貫通し
た状態で固定した送気管20の下端部に、複数の小孔21、
21を有するノズル部22を固定したもので、送気管20を通
じて送り込む圧縮気体を前記遠心翼18の直上位置に噴出
する様に構成している。
尚、図示及び詳しい説明は省略するが蓋板4には送気
管20の他、ガラス筒1内の培養液の状態を検出する為の
センサや、培養液中に栄養分を送る為の管等が設けられ
ている。
以上に述べた通り構成される培養装置によってタバコ
培養細胞を増殖させる場合を説明すると、先ずガラス筒
1と支持枠6の間の空間に、Murashige−Skoog液体培地
(Sucrose 3%、ホルモン無添加)と共に、前培養した
タバコ培養細胞懸濁液(タバコ培養細胞45g相当)を投
入し、液量の総計を1.5とする。
投入を完了したならば、送気管20を通じて気泡ノズル
19を構成するノズル部22内に除菌した空気を0.5VVMの割
合で送り込み、このノズル部22の小孔21、21からガラス
筒1内に貯溜された培養液中に気体を吹き込みつつ、モ
ータ14に通電する事によって遠心翼18を回転させる。
即ち、モータ14への通電によりこのモータ14の出力軸
15に固定された第二の磁石16を回転させると、マグネッ
トカップリング作用によって、この第二の磁石16と底板
2を介して対向した第一の磁石11が回転し、第一の磁石
11と共に回転ブロック9に固定された複数枚の翼板17の
構成する遠心翼18が、整流板25を構成する円輪板23の下
側に於いて、垂直軸8を中心として回転する。
モータ14への通電に伴なう遠心翼18の回転により、培
養液を貯溜したガラス筒1の底部に、上記円輪板23の下
面に沿ってガラス筒1の中心寄り部分から外側に向う流
れが惹起され、これに伴なって整流板25を構成する円筒
24の内側に通じる支持枠6の内側の圧力が外側の圧力よ
りも低くなる。
この様に遠心翼18の回転に伴なって支持枠6の内外に
圧力差が生じると、この支持枠6の外側に存在する培養
液が支持枠6の内側に流れ込もうとする流れが惹起さ
れ、ガラス筒1内の培養液は支持枠6の内側に流下し、
この下降流と、支持枠6の外周面とガラス筒1の内周面
との間の筒状の空間を上昇する上昇流による循環流がガ
ラス筒1内に生じる。この循環流の途中に存在する支持
枠6の多数の小孔(網目)は、培養液と共にガラス筒1
内に投入された植物培養細胞の小塊よりも小さく、培養
液と共に流れようとする各細胞の小塊は、この小孔を通
過する事が出来ず、支持枠6の外周面に付着したままと
なり、培養液及び網目より小さな僅な細胞塊のみが支持
枠6を通過しつつ流れる。又、この小さな細胞塊も培養
開始後2〜3時間で支持枠6に付着した細胞塊に付着す
る。
この様に外周面に植物培養細胞が付着した支持枠6を
通過して流れる培養液中には、前記遠心翼の直上で整流
板を構成する円筒24の内側位置に設けた気泡ノズル19か
ら除菌した空気が、0.5VVMの割合で送り込まれており、
この培養液中の酸素濃度を、常に植物培養細胞の増殖に
最適な濃度に保っている為、上記細胞保持網に付着した
植物培養細胞は活発に増殖する。
この様な培養装置を使用する事により、支持枠(細胞
保持網)に付着した植物培養細胞の表面には、常に培養
液が流通する為、植物培養細胞が局部的に貧栄養の状
態、溶存酸素不足或は分泌分等が蓄積した状態になる事
が防止され、培養装置内の植物培養細胞を均質なものと
して増殖させる事が出来る。
更に植物培養細胞は、支持枠6の外周面に付着するの
で、培養装置の運転時に翼板17によって叩かれる事がな
く、培養装置の運転に伴なって植物培養細胞が破壊され
る事はない。
次に、この装置を使用して本発明者が行なった実験に
就いて説明する。先ず前培養として、タバコ培養細胞
(Nicotiana tabacun L.“Bright Yellow"T−13馴化カ
ルス)5〜10gを維持継代培地から取り出して、100mlの
Murashige−Skoog液体培地(Sucrose 3%、ホルモン無
添加、500mlの三角フラスコ)に植え込み、160rpm、30
℃の条件で約2週間液体振盪培養を行なった。この培養
により、培地中のタバコ培養細胞は20〜30gに増殖し
た。本培養に使用した即ち、タバコ培養細胞は、30℃、
15日間の培養で培養装置内一杯に増殖し、その新鮮重は
400g程度(8〜9倍)になった。タバコ培養細胞は支持
枠6の外周面に付着し、ガラス筒1の内周面と支持枠6
の外周面との間の空間を埋め尽し、緻密な構造と海綿状
の構造との混合した厚い層を構成した。細胞の個々の大
きさ、形状は厚い層の内層(支持枠6側)、外層(ガラ
ス筒1側)、及び中間層において、顕著な違いは無く均
一であった。
タバコ培養細胞の増殖の様相を調べる目的で、成長曲
線を作製し、三角フラスコを用いた液体振盪培養(前培
養と同じ条件)の場合と比較した。培養期間中には培養
装置中のタバコ培養細胞の量を直接に調べる事が出来な
い為、培養液を少量取り出し、培養液中に栄養分として
加える糖の減少を調べる事により、細胞の増殖量を推
定、算出した。推定、算出には、三角フラスコを用いた
液体振盪培養に於ける予備試験により、細胞の増殖量と
培養液中の糖の減少との相関関係を調べておき、これを
援用し、又培養液中の糖は、この実験のみ、測定の容易
さからグルコースを単独で用いた。この結果、この培養
装置を用いた場合成長曲線は第2図の様になり、三角フ
ラスコを用いて、第3図に示す様な成長曲線を得られる
液体振盪培養(培養液量100ml、500mlフラスコ使用)に
比べて、増殖初期の誘導期が短かくなる傾向にあり、又
その後の増殖量もほぼ同様であって、タバコ培養細胞が
活発な増殖を示す事を確認出来た。
植物培養細胞を増殖させる事の産業上の最大の目的の
一つに、植物二次代謝物質を生産させる事がある。その
際、二次代謝活性が高く、且つ均質な細胞を多量に得る
事が重要である。本発明の培養装置開発の目的もここに
あり、次に、得られたタバコ培養細胞に就いて二次代謝
系路の活性に関して検討を加えた。
芳香族二次代謝系路の導入部において、l−フェニル
アラニンアンモニアリアーゼ(EC4、3、1、5、以下P
ALと略)は律速酵素である。前記実験に用いたタバコ培
養細胞に於いて、培養液中に添加した植物ホルモン(カ
イネチン)がPALの活性を増大し、その結果細胞内のク
マリン類二次代謝産物(スコポレチン、スコポリン)の
生成量を増加する事が知られており、この事をこの培養
装置を用いて増殖させたタバコ培養細胞に就いて調べ
た。その結果、カイネチンを添加する事によりPALの活
性は2倍以上の増大を示し、三角フラスコに於ける液体
振盪培養と同等以上の高い反応性を持つ事が解った。更
に、支持枠(細胞保持網)上に形成された厚い細胞層の
内層(支持枠6側)、外層(ガラス筒1側)、及び中間
層を構成する細胞のPAL活性は各層共、同等の高い活性
を示し、又クマリン類を抽出、定量した所、第4図に示
す様に、各層からほぼ同量のスコポレチン、スコポリン
が抽出された。
更に、同じタバコ培養細胞に於いて、スコポレチンを
スコポリンに転換する酵素(スコポレチン配糖体化酵
素)が植物ホルモン(2、4−D)によって活性化を受
ける事が知られており、この酵素の活性を調べた所、別
表に示す様に、厚い細胞層の内層、外層及び中間層を形
成する細胞に於いて類似の結果を示し、PAL活性と同様
の結論が得られた。
以上に述べた実験から、この培養装置を用いて増殖さ
せた植物培養細胞が二次代謝系路の活性に於いても高い
反応性と均質性とを示す事が解った。
(発明の効果) 以上に述べた通り構成される本発明の培養装置による
植物培養細胞の培養方法は、従来の培養方法に比べ、植
物培養細胞に機械的な衝撃を加える事なく、十分な栄養
分、酸素を供給し、効率良く、均質に増殖させる事が出
来、特に二次代謝産物を生産する場合に使用して有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の培養装置を例示する縦断面図、第2図
はこの培養装置によるタバコ培養細胞の成長曲線を示す
線図、第3図は従来の方法によるタバコ培養細胞の成長
曲線を示す線図、第4図は本発明の培養装置により培養
されたタバコ培養細胞中のスコポレチンとスコポリンと
の量を示す棒グラフである。 1:ガラス筒、2:底板、3:スタッド、4:蓋板、5:円孔、6:
支持枠、7:ステー、8:垂直軸、9:回転ブロック、10:キ
ャップ、11:第一の磁石、12:基板、13:ブラケット、14:
モータ、15:出力軸、16:第二の磁石、17:翼板、18:遠心
翼、19:気泡ノズル、20:送気管、21:小孔、22:ノズル
部、23:円輪板、24:円筒、25:整流板。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下端部開口を底板によって塞がれ、上端部
    開口に開閉自在な蓋板を設けて液体培地を貯溜するガラ
    ス筒と、このガラス筒内のガラス筒とほぼ同心位置にお
    いて、ステーにより底板上に固定され、円輪板の内周縁
    から上方に立上る円筒部を形成した整流板と、この整流
    板の円筒部に下端部を嵌着した、多数の小孔を有する支
    持枠と、上記底板の下方に設けられたモータの竪軸に取
    付けられ、上記底板の下方において回転駆動される第一
    の磁石と、ガラス筒内下部にあって第一の磁石と底板を
    隔てて対向し底板上に回転自在に支持され遠心翼と結合
    される第二の磁石と、蓋板を貫通して支持枠内に挿入さ
    れ、整流板の円筒部内において複数の小孔を設けたノズ
    ル部を取付けた散気管とから構成した植物培養細胞の培
    養装置。
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