2021 Fiscal Year Research-status Report
Construction of a white-rot fungi-bacteria complex system that completes lignocellulose conversion by microbial reaction
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20K21341
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
亀井 一郎 宮崎大学, 農学部, 教授 (90526526)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上村 直史 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (50646528)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 白色腐朽菌 / 複合微生物系 / 共培養 / リグニン / 細菌 / セルロース / ブタノール発酵 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、白色腐朽菌と細菌との複合微生物系による木質の微生物変換を目標としている。
木質中セルロースの微生物反応による変換
セルロースを基質として複合微生物系による物質変換を達成するために、セルロースを直接エタノール発酵できる白色腐朽菌Phlebia sp. MG-60と乳酸生成菌Rhisopus oryzaeとの共培養を試みた。セルロースを基質として一定期間共培養を行ったが、乳酸の生成は観察されず、エタノールの生成も見られなかった。このことから両菌株の共存がお互いに阻害的に働くことが示された。次に、セルロースからブタノールを生成できる白色腐朽菌とクロストリジウム属細菌との組み合わせを用いて、リグニンの分解とセルロースの発酵を複合微生物系による微生物反応のみで達成することを試みた。白色腐朽菌を一定期間培養し脱リグニン処理したコナラ木粉に、液体培地とクロストリジウム属細菌を添加し、ブタノールの生成を試みた。昨年度の成果同様に細菌を添加した実験区からはブタノールの生成が観察されたが、その生成量はごくわずかであり、生成量を上昇させるには至らなかった。一方で、アルカリ前処理を施したタケ紛を基質に白色腐朽菌とクロストリジウム属細菌との共培養を行ったところ、顕著なブタノール生産が観察された。
複合微生物系構築による木質中リグニンの分解
低分子リグニン資化性細菌であるSphingobium sp. SYK-6株と数種の白色腐朽菌をコナラ木粉上で共培養したところ、数種の白色腐朽菌において木粉の重量減少の増加傾向が観察された。また、Sphingobium sp. SYK-6株と一部の菌については脱リグニン能の上昇が観察されたが、数値のばらつきが多く、再検討が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通りに実行した。結果そのものは必ずしも当初期待した成果が得られたわけではないが、想定していなかった現象も明らかにできているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
木質中セルロースの微生物反応による変換
多機能型白色腐朽菌Phlebia sp. MG-60による脱リグニンと糖化発酵を組み合わせた脱リグニン同時糖化発酵プロセスにおいて、ブタノールの生産性を上昇させることが課題である。ブタノール収率が低い理由としてリグニン分解産物の影響や、白色腐朽菌のリグニン分解からセルロース糖化への代謝切り替えを細菌が阻害している可能性がある。細菌添加のタイミングが重要であると考え、好気条件での脱リグニン処理終了後、発酵用液体培地を添加して2から5日後に細菌を添加しブタノールの生産性を検討する。また、アルカリ処理を施したタケ紛においてブタノールの生成が確認されたことから、発酵残渣の組成分析を多なうことでセルロースとヘミセルロースのどちらに対して発酵促進作用が生じたのかを明らかにする。
複合微生物系構築による木質中リグニンの分解
本項目は高分子リグニン分解性の白色腐朽菌と低分子リグニン資化性の細菌との共培養によるリグニンの分解を目標としている。Sphingobium sp. SYK-6株と白色腐朽菌を木粉培地で共培養し、木粉中リグニンの分解に対する影響を再度評価する。木粉の乾燥重量測定による木粉の重量減少率を測定するとともに、Klason法によるリグニン量を測定する。加えて、白色腐朽菌単独および白色腐朽菌―細菌共培養後の木粉を有機溶媒で抽出し、GC-MSおよびHPLCで分析を行いリグニン断片の分析を行い、白色腐朽菌による高分子リグニンの低分子化と低分子化リグニンの細菌による資化の存在を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
研究代表者が病気休暇により計画通り研究を遂行できなかったため、計画を後ろ倒しすることとした。2021年度の計画をそのまま後ろ倒し、計画通りに研究費を使用する。
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