JPWO2020080413A1 - バチルス・プミルスks−c4株の液体培養物を用いた植物残渣分解剤 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]バチルス・プミルスKS−C4株(FERM BP−10842)の菌体を含む植物残渣分解剤であって、前記菌体はKS−C4株の液体培養物をそのまま、または濃縮処理後、菌体を液体から分離することなく製剤化されたものである、前記植物残渣分解剤。
[2]前記菌体は、前記液体培養物の濃縮処理後、乾燥処理されたものである、[1]の植物残渣分解剤。
[3]粒状製剤、液状製剤、粉状製剤、水和剤、または油剤である、[1]の植物残渣分解剤。
[4]対象植物が野菜類、芝、雑草、穀物類、イモ類、豆類、および果樹を含む、[1]〜[3]のいずれかに記載の植物残渣分解剤。
[5][1]〜[4]のいずれかに記載の植物残渣分解剤で植物残渣を処理することを特徴とする、植物残渣分解方法。
[6]前記植物残渣分解剤で植物残渣を直接処理する、および/または植物残渣が残存する土壌を前記植物残渣分解剤で処理する、[5]に記載の方法。
[7]バチルス・プミルスKS−C4株を液体培養する工程、前記工程で得られた液体培養物を濃縮処理する工程、前記工程で得られた濃縮処理物を使用し、菌体を液体から分離することなく製剤化を行う工程を含む、バチルス・プミルスKS−C4株の菌体を含む植物残渣分解剤の製造方法。
[8]前記製剤化を行う工程は、前記濃縮処理物を乾燥する工程を含む、[7]に記載の製造方法。
[9]バチルス・プミルス (Bacillus pumilus) KS−C4株(FERM BP−10842)の培養菌体の乾燥処理物であって、前記培養菌体はKS−C4株の液体培養物を濃縮処理後、菌体を液体から分離することなく乾燥処理されたものである、前記乾燥処理物。
KS−C4株は、セルラーゼ活性及びペクチナーゼ活性を有している。セルラーゼ活性及びペクチナーゼ活性を有するとは、菌体を培養して得られた培養物中にセルラーゼ活性及びペクチナーゼ活性を検出することができる程度にこれらの酵素を産生することをいう。具体的には、細胞内でセルラーゼ及びペクチナーゼを産生し、細胞壁の外側に産生セルラーゼ及び産生ペクチナーゼを付着しているか、細胞外に産生セルラーゼ及び産生ペクチナーゼを分泌することをいう。
これらの酵素の働きにより、植物残渣に菌体を投入した場合に、その植物残渣に含まれる植物体を構築している多糖類を栄養源として増殖し、その結果、植物残渣の固形分の質量や体積を減少させることができる。
なお、本発明に用いるKS−C4株は、植物残渣分解能を有する限り、KS−C4株から誘導される変異株であってもよい。例えば、16S rRNA遺伝子のDNA塩基配列が配列番号1と1〜数塩基、例えば、1〜5塩基、1〜3塩基、1〜2塩基または1塩基異なっていても、16S rRNA遺伝子のDNA塩基配列が配列番号1である元のKS−C4株と同等以上の植物残渣分解活性を有していれば、本発明の植物残渣分解剤に含有されるKS−C4株の範囲に含まれる。
培養に用いる液体培地は、培養に適した濃度の、炭素源および窒素源などの培地成分を含んだ一般的な液体培地を使用することができる。
例えば、炭素源しては、糖(でんぷん、グルコース、ラクトース、グリセロール、アラビノース、リボース、キシロース、ガラクトース、フルクトース、マンノース、イノシトール、マンニトール、ソルビトール、グルコサミン、N-アセチルグルコサミン、セロビオース、マルトース、スクロース、トレハロース、キシリトールなど)もしくは糖源原料、アルコール、有機酸、有機酸塩、アルカンまたは他の一般的な炭素源が例示され、窒素源としては、大豆由来成分、酵母由来成分、コーン由来成分、動植物タンパク質およびその分解物、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、酢酸アンモニウム等のアンモニウム塩、アンモニア、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、グルタミン酸ナトリウム、尿素等が例示される。炭素源および窒素源以外の培地成分としては、微量金属塩、アミノ酸、ビタミン等が挙げられ、また、培養を効率的に行うため消泡剤も必要に応じて適宜添加することができる。このような液体培地の中でも窒素源および炭素源を高濃度に含有し、上記の中から選択される炭素源を1(重量)%以上、同様に窒素源として1(重量)%以上含む培地が望ましい。
ここで、濃縮とは、菌体を含んだ状態で、液体培地中の分泌酵素、特にセルラーゼの総量をある程度維持しつつ液体培地の量を減少させる操作を意味する。濃縮は遠心分離や濾過、限外濾過膜を用いる方法や、エバポレーターによる減圧濃縮などによって行うことができる。また、乾燥処理によって濃縮することもできる。
菌体量を維持し、かつ分泌酵素、特に高いセルラーゼ活性を維持しながら液体培地を濃縮させるためには、液体培地の容量を培養に使用した容量の1/2以下に減少させることが好ましく、1/4以下に減少させることがより好ましく、1/8以下に減少させることがさらに好ましい。なお、液体培地と菌体とを製剤化に使用するため、液体培地と菌体とが完全に分離されないように、濃縮処理後、液体培地は培養に使用した容量の1/400以上残存することが好ましく、セルラーゼを特に高含有させる場合は、1/100以上残存させることが望ましい。
これらの任意の物質は、環境上安全なものであれば特に制限されず、通常土壌散布剤、肥料などに用いられているものを用いることができる。液体担体としては、例えば、リン酸緩衝液、炭酸緩衝液、生理食塩水等が挙げられる。また、固体担体としては、例えば、カオリン、粘土、タルク、チョーク、石英、パリゴルスカイト(アタパルジャイト)、モンモリロナイト、珪藻土等の天然鉱物粉末、ケイ酸、アルミナ、ケイ酸塩等の合成鉱物粉末、結晶性セルロース、コーンスターチ、ゼラチン、アルギン酸等の高分子性天然物が挙げられる。また、界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレン・脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン・脂肪アルコールエーテル、アルキルアリールポリグリコールエーテル、アルキルスルフォネート、アルキルサルフェート、アリールスルフォネート等が挙げられる。補助剤としては、例えば、グリセロール、カルボキシメチルセルロース、ポリオキシエチレングリコール、アラビアゴム、デンプン、乳糖などが挙げられる。
この中でも、本発明の植物残渣の分解剤は、農作物等の収穫残渣、特に、コムギやトウモロコシ、イネなどの穀物類、ジャガイモなどのイモ類、ダイズなどの豆類の残渣の分解に好適に使用することができる。
普通寒天培地上に生育させたKS−C4株のコロニーより1白金耳を取って表1に記載の培地100mlに植菌した。培地はそれぞれ100mLずつ作成し、オートクレーブ滅菌を行った。なおメイラード反応を避けるため、グルコースは別途滅菌の上、無菌的に混合した。植菌した後、30℃、150rpmで振とう培養を44時間行った。その後、培養液を2L分集め、3000rpm、15分の遠心分離により菌体液を500mLまで濃縮した(1500mLの上清を廃棄)。得られた菌体を含む濃縮液をスプレードライヤーにて乾燥させ、菌体乾燥物を調製した。
上記の調製工程における、培養液、濃縮物、乾燥物、それぞれにおける耐熱菌数を以下の方法により測定したところ、表2のようになった。すなわち、菌体培養液を濃縮、乾燥することにより100倍以上に耐熱菌数を高めることができた。
各サンプルを80℃10分間インキュベートした後に、平板希釈法にて耐熱菌数を測定した。スプレードライ後のサンプルに関しては滅菌水にて希釈後用いた。
比較例としてKS−C4株をブイヨン培地(肉エキス、ペプトン、KH2PO4、MgSO4を含む液体培地)を用いて30℃で2日間培養し、得られた液体培養物を種菌として、固体培養物の基材である丸ダイズ(オートクレーブ121℃、30分間滅菌)に接種し、30℃で2日間培養した。ここで得られたそれぞれの菌株の固体培養物を室温で風乾した後、ミルを用いて粉砕して菌体乾燥物を得た。
上記の実施例でKS−C4株を液体培養後、濃縮して乾燥させて得られた菌体乾燥物と、比較例の菌体乾燥物について、セルラーゼ活性を比較した。
結果を表3に示す。その結果、液体培養物を濃縮・乾燥したものの方が、顕著にセルラーゼ活性が高いことが分かった。
試験に供試した植物残渣は以下の通りである。
イネ 品種 コシヒカリ 水稲用育苗培土(平成培土)にてポット栽培後、地上部を回収し乾燥したもの
コムギ 品種 さとのそら 園芸用培土(げんきくん一号)にてポット栽培後、地上部を回収し乾燥したもの
ダイズ 品種 ゆきほまれ 園芸用培土(げんきくん一号)にてポット栽培後、地上部を回収し乾燥したもの
バレイショ 品種 トヨシロ 園芸用培土(げんきくん一号)にてポット栽培後、葉を乾燥したもの
トウモロコシ 品種 38V52 園芸用培土(げんきくん一号)にてポット栽培後、地上部を乾燥したもの
培養後、残っている植物残渣を回収し、80℃で乾燥後、乾燥重量を測定した。
試験は各処理区3反復で行い、処理後の平均乾燥重量を算出した。処理前の平均植物残渣重量からの減少率を算出し、分解率とした。
分解率(%)=処理後の植物残渣の平均乾燥重量/処理前の植物残渣の平均乾燥重量×100
その結果、本発明の分解剤ではいずれの植物残渣に対しても、固体培養物の分解剤と比べて顕著に高い分解度を示すことが分かった。
普通寒天培地上に生育させたKS−C4株のコロニーより1白金耳を取って表1に記載の培地100mlに植菌した。培地はそれぞれ100mLずつ作成し、オートクレーブ滅菌を行った。なおメイラード反応を避けるため、グルコースは別途滅菌の上、無菌的に混合した。植菌した後、30℃、150rpmで振とう培養を44時間行った。その後、培養液を2L分集め、3000rpm、15分の遠心分離により菌体液を500mLまで濃縮した(1500mLの上清を廃棄)。得られた菌体を含む濃縮液をスプレードライヤーにて乾燥させ、菌体乾燥物を調製した。
KS−C4株の液体培養菌体が製剤中に5×108cfu/g含有されるようにHAカオリンクレーと混合し、ミキサーで粉砕し粉剤を調製した。
ソルポール5082が製剤中に10%、大豆粉が製剤中に3%含有され、KS−C4株の液体培養菌体が製剤中に5×108cfu/g含有されるようにHAカオリンクレーと混合し水和剤を調製した。
大豆粉が製剤中に3%含有され、KS−C4株の液体培養菌体が製剤中に5×108cfu/g含有されるように一度適当量の水に希釈した後に、軽石に噴霧処理を行ったのちに、風乾燥を行い、粉剤を調製した。
乳化剤を5%添加しKS−C4株の液体培養菌体が製剤中に5×108cfu/g含有されるように大豆油と混合することでと混合し、油剤を調製した。
グリセリンが10%、Tween-20が製剤中に10%含有され、KS−C4株の液体培養菌体が製剤中に5×108cfu/g含有されるように水と混合することで、液剤を調製した。
比較例としてKS−C4株をブイヨン培地(肉エキス、ペプトン、KH2PO4、MgSO4を含む液体培地)を用いて30℃で2日間培養し、得られた液体培養物を種菌として、固体培養物の基材である丸ダイズ(オートクレーブ121℃、30分間滅菌)に接種し、30℃で2日間培養した。得られた培養物を室温で風乾した後、ミルを用いて粉砕して菌体乾燥物を固体培養物として使用した。
Claims (9)
- バチルス・プミルス (Bacillus pumilus) KS−C4株(FERM BP−10842)の菌体を含む植物残渣分解剤であって、前記菌体はKS−C4株の液体培養物をそのまま、または濃縮処理後、菌体を液体から分離することなく製剤化されたものである、前記植物残渣分解剤。
- 前記菌体は、前記液体培養物の濃縮処理後、乾燥処理されたものである、請求項1に記載の植物残渣分解剤。
- 粒状製剤、液状製剤、粉状製剤、水和剤、または油剤である、請求項1に記載の植物残渣分解剤。
- 対象植物が野菜類、芝、雑草、穀物類、イモ類および豆類、果樹を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の植物残渣分解剤。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の植物残渣分解剤で植物残渣を処理することを特徴とする、植物残渣分解方法。
- 前記植物残渣分解剤で植物残渣を直接処理する、および/または植物残渣が残存する土壌を前記植物残渣分解剤で処理する、請求項5に記載の方法。
- バチルス・プミルスKS−C4株を液体培養する工程、前記工程で得られた液体培養物を濃縮処理する工程、前記工程で得られた濃縮処理物を使用し、菌体を液体から分離することなく製剤化を行う工程を含む、バチルス・プミルスKS−C4株の菌体を含む植物残渣分解剤の製造方法。
- 前記製剤化を行う工程は、前記濃縮処理物を乾燥する工程を含む、請求項7に記載の製造方法。
- バチルス・プミルス (Bacillus pumilus) KS−C4株(FERM BP−10842)の培養菌体の乾燥処理物であって、前記培養菌体はKS−C4株の液体培養物濃縮処理後、菌体を液体から分離することなく乾燥処理されたものである、前記乾燥処理物。
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