SDGs農業を促進する共生微生物の培養・貯蔵技術
信州大学

農学部教授

農学生命科学科
齋藤 勝晴

２０２３年８月３日

1プラネタリー・バウンダリー「平成30年度環境白書」より

食物連鎖と物質循環
CO2

植物系
光合成による有機物生産

分解者系

消費者系

生食連鎖
植食性動物

肉食動物

最上位の動物

有機物

腐食連鎖
有機物分解者
土壌動物
土壌微生物

無機養分物質系外に溶脱農業におけるリン酸質肥料の利用性

肥料

不可給態
（ 吸着）

欠乏帯

可給態

西尾道徳「農業と環境汚染」より

溶脱

リン鉱石

―リン酸質肥料の原料―
リン鉱石埋蔵量
71,000 Mt

リン鉱石生産量
227 Mt (2019)

USA
20%
0%

Others

China
MoroccoWestern Sahara

China
MoroccoWestern Sahara

USA
20%
0%

Others
USGS Mineral Commodity Summaries

リン資源利用のシナリオ
リン資源の推移

リン資源利用のシナリオ
40

Human excrete

PhosphaterockGuano

ManureCordell et al. (2009)

Amount of P (Mt P)

30消費

効率的利用

20Present10010

1900

203040

1950

2000

2050

2100

2150

再利用生産
Cordell et al. (2009, 2011) modifiedアーバスキュラー菌根共生
タマネギ

非接種

C•

共生菌は土壌養分を植物に供給•

光合成産物の約2割が共生菌に移行

アーバスキュラー菌根菌P

接種

アーバスキュラー菌根共生の利用
従来型体系

共生を利用した体系

リン酸質肥料

リン酸質肥料

不可給態Ｐ

不可給態Ｐ

（土壌への吸着）（土壌への吸着）

可給態Ｐ
Ｐ欠乏帯

可給態Ｐ
アーバスキュラー菌根菌

アーバスキュラー菌根菌資材生産の課題
菌根菌資材の製造工程
In vivo 共存培養

植物・農業資材準備

In vitro 共存培養

培地準備

In vivo 共存培養

菌接種
継代培養

栽培

胞子誘導

資材化

資材化

In vitro 共存培養毛状根Premier Tech社 (http://www.slideshare.net/unlautahgreen/mycorrhizae-benefits-atul-nayar-mon-jan-25-at-2)植物との共存培養が必要なため、資材や労力、時間、スペースの面から高コストパルミトレイン酸は非共生下で胞子形成を誘導
パルミトレイン酸（C16:1Δ9）
Rhizophagus irregularisの培養

500 μmKameoka et al., Nature Microbiol. (2019)

胞子形成

標準化したバイオマス増加量（μg）

ミリスチン酸は非共生的成長を促進
菌種：Rhizophagus irregularis
培地：改変SC培地
培養：2か月間
バイオマス増加量 =
菌体乾重/親胞子数 – 親胞子乾重

Tukey HSD (P < 0.05)

パルミチン酸

モノアシルグリセロール

ミリスチン酸

ミリスチン酸のみがAM菌のバイオマスを増大菌根菌の単独培養に成功
コントロールミリスチン酸Sugiura et al. (2020) PNAS 117: 25779-25788.

ミリスチン酸を添加することで菌根菌のバイオマスや胞子生産が増大することを初めて明らかにした。
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新たな資材開発が可能となる。

MS: ミリスチン酸誘導胞子
PS: 親胞子菌根菌の単独培養に成功
菌糸伸長

分岐菌糸形成親胞子
分岐菌糸

ランナー菌糸1 mm

脂肪酸塩沈殿物
Sugiura et al. (2020) PNAS 117: 25779-25788.

R. irregularisを改変SC培地で２ヶ月間培養。1 mMミリスチン酸カリウムを添加。

200 µm菌根菌の単独培養に成功

親胞子

●

●0.5ccc0●2b●c

菌根菌の単独培養に成功
cc

●c●

●

●

468

Time after inoculation ( week)

E50F
接種胞子00接種実験

0.2

Induced spores / inbb

Spore diamet

Induced spores / ino

1.00No sugar

GHA

接種胞子ERM

DSSugiura et al. (2020) PNAS 117: 25779-25788.

●
●
●
●
●
●

1.00.5 Symbiotic
spore−b2.0

DS: 娘胞子, ERM: 外生菌糸

菌根菌純粋培養の課題•••

低温貯蔵後に胞子発芽能を失う。
増殖速度が遅いため、大量培養が困難である。
胞子成熟度が低い。

脂肪酸ミックスにより低温貯蔵性の問題を克服
1009682

胞子発芽率（％）

8063

発芽菌糸

56

60

4040

200

次世代胞子0ミリスチン酸(C14:0)ミリスチン酸
ミリスチン酸(C14:0)(C14:0)＋＋パルミチン酸 パルミトレイン酸(C16:0)(C16:1)

ミリスチン酸(C14:0)＋オレイン酸(C18:1)

ミリスチン酸
ミリスチン酸(C14:0)(C14:0)＋＋パルミチン酸
パルミチン酸(C16:0)(C16:0)＋＋
パルミトレイン酸 オレイン酸(C16:1)(C18:1)

アーバスキュラー菌根菌の低温耐性に対する脂肪酸の組み合わせの影響

改変SC培地に各脂肪酸の組み合わせて添加しRhizophagus irregularis（植物との共培養で生産された胞子（500胞子））を4か月間純粋培養した。１カ月間４℃で低温処理したのち素寒天で発芽させた。発芽処理後4週間以内に発芽管を伸長させたものを発芽胞子とした。

純粋培養による菌根菌の資材化に向けて胞子成熟化 → 成熟化因子の探索

増殖効率 → 脂肪酸の利用性向上、脂肪酸の組み合わせ

胞子発芽

栄養成長

ストリゴラクトン

胞子誘導

胞子成熟

ミリスチン酸Sugiura et al. PNAS (2020)

Akiyama et al. Nature (2005)
Tanaka et al., bioRxiv (2020)

パルミトレイン酸

Kameoka et al. Nature Microbiol. (2019)？

低温貯蔵
脂肪酸ミックス
特願2023-082755

従来技術とその問題点
既に実用化されている菌根菌資材の製造法には、植物との共生による共培養法等があるが、・植物病原菌などの雑菌が混入するリスク・年１回しか製造できず、製造工程も煩雑等の問題があり、広く利用されるまでには至っていない。

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新技術の特徴・従来技術との比較• 新技術により、アーバスキュラー菌根菌の純粋培養が可能になり、しかも生物活性を保ったまま低温貯蔵できる。
• 従来法では、菌根菌資材を年１回程度しか製造できなかったが、周年的に製造できるようになった。
• 本技術の適用により、雑菌混入のリスクが少ない菌根菌資材を常時供給できることが期待される。
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想定される用途• 本技術の特徴を生かすためには、アーバスキュラー菌根菌資材の製造に適用することで資材開発や製造コストを削減できるメリットが大きいと考えられる。
• 上記以外に、高品質の菌根菌資材が得られることも期待される。
• また、本技術で製造された菌根菌資材を、農業や緑化といった分野に展開することも可能と思われる。
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実用化に向けた課題• 現在、アーバスキュラー菌根菌の純粋培養について、培養産物の低温貯蔵が可能なところまで開発済み。しかし、大量培養の点が未解決である。
• 今後、菌根菌増殖率の向上について実験データを取得し、大量培養による資材化に適用していく場合の条件設定を行っていく。
• 実用化に向けて、培地製造技術を向上できるよう技術を確立する必要もあり。
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企業への期待• 未解決のアーバスキュラー菌根菌の増殖については、純粋培養・貯蔵技術により克服できると考えている。
• 微生物用培地製造技術を持つ、企業との共同研究を希望。
• また、微生物の培地を開発中の企業、環境保全型農業や緑化分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称：アーバスキュラー菌根菌の保管方法および微生物資材• 出願番号 ：特願2023-082755• 出願人：国立大学法人信州大学• 発明者：齋藤勝晴

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産学連携の経歴• 2021年-（株）松本微生物研究所と共同研究実施

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お問い合わせ先
株式会社信州TLO

ＴＥＬ 0268－25－5181
ＦＡＸ 0268－25－5188
e-mail info＠shinshu-tlo.co.jp

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