科学者たちは試験管で木を育てました

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Anonim
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アメリカの科学者たちは、木材や木部の生産で最も一般的に使用されている植物組織である植物外を栽培するための最適な条件を選択しました。おそらく、将来的には、そのような技術は人類を伐採のために木を育てる必要性から解放するでしょう。実験結果は、Journal of CleanerProductionに掲載されています。

木部、または木は、植物の導電性組織であり、その主な機能は、それに溶解した水と無機物質を輸送することです。さらに、木部は、硬い天然高分子であるリグニンを含む厚い細胞壁を通して植物に強度を与えます。木製品は、植物資源の再生可能な性質のため、しばしば持続可能なと呼ばれます。しかし、森林の面積は絶えず減少しています:1990年から2016年の期間に、人類は約130万平方キロメートルの森林を失いました-これは3つのザバイカル地域を超えています。

木材の使用の歴史を通して、その収穫技術は大きな変化を遂げていません。人々は木全体を育て、必要な部分を分離し、不要なものを捨てたり燃やしたりします。このアプローチは不合理であるだけでなく、それよりもコストがかかるように見えます。成長した植物の一部だけが実際に使用され、そのコストは土地、水、肥料、農薬(肥料と農薬は林業でも使用されます)植物の輸送と処理。木材を入手するプロセスに根本的な変更がなければ、状況を大幅に改善することは不可能です。

その間、植物細胞は印象的な植物外発生能力を示します。生細胞は、ほぼすべての種類の植物組織、または植物全体を生み出す可能性があります。この特性は、例えば、母植物の組織サンプルの植物外培養により、数百、数千の遺伝的に同一の若い芽を得ることができる場合、植物のミクロクローン増殖の技術ですでに使用されています。これは、栄養繁殖や種子による他の方法での栽培が非常に難しい植物でさえも繁殖させるのに役立ちます。

LuisVelasquez-GarcíaのチームのMITの科学者は、同様の手法を提案しましたが、別の植物組織である木部(木材)を成長させることを提案しました。彼らは、元植物の木部Zinnia elegansを成長させ、それに望ましい形を与えようとしました。

まず、研究者たちは最適な栽培条件を見つけるために一連の実験を行いました。細胞の成長、それらの数の増加、および気管(硬い殻を持つ枯れ木細胞)の割合は、いくつかの基本的なパラメーターに依存します:養液中の植物ホルモンの濃度、その酸性度、および細胞の初期濃度。

植物ホルモンの中で、導電性組織の発達には、オーキシンとサイトカイニンの2つの大きなグループの化合物が必要です。例えば、両方の濃度の増加は、硬い気管の形成につながることが知られている。しかし、栄養培地中のホルモンの可変比率の影響はこれまでに説明されていません。著者らは、さまざまな濃度のホルモンへの曝露の結果を示し、これらの化合物の含有量が少ないと、細胞の体積が増加し、生存率が高くなるが、長さの成長が不十分であるという結論に達しました。同時に、アルファ-ナフチル酢酸(オーキシン)1ミリリットルあたり0.5ミリグラムと6-ベンジルアミノプリン(サイトカイニン)1ミリグラムあたり1ミリグラムを追加すると、組織内の生細胞の割合を大幅に減らすことができます。同時に、高濃度のホルモンでの培地の酸性度は、硬い細胞膜の形成にほとんど影響を与えませんでした。科学者たちはまた、溶液中の細胞の初期密度が高いほど、細胞の体積が増加し、長さが長くなることにも注目しました。

最適なパラメーターを決定した後、研究者たちは木部の栽培に直接行きました。科学者たちは、前世紀の60年代にルートヴィヒベルクマンによって記述された栽培方法に触発されました。彼は、個々の植物細胞を栄養ゲルの薄層に固定して、それらの発達と分裂を観察することを提案しました。グループは彼の技術に彼らの専門知識を追加し、観察だけでなく植物材料の管理された栽培にも栄養ゲルを使用することを可能にしました。

一般に、研究者によって説明された木材を育てるプロセスは、3つの段階で構成されています。まず、植物は若い葉から細胞を取得します。その後、中間培養のために液体培地に移し、この培地で次の段階まで保存することができます。必要な構造を成長させるために、細胞懸濁液を感熱性ゲルと体積比1:3で混合します。栄養素の混合物は室温で固化し、単一の植物細胞が均一に分布します。時間の経過とともに、細胞は成長し、単一の組織を形成します。

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Ex planta木材栽培プロセス:細胞を取得し、液体培地で培養し、ゲルで成長させます

したがって、研究者たちは栄養ジェルの組成を選択し、その形状を調整して、望ましい特性を持つ植物組織を得ました。組織の硬さ、細胞の形状とサイズ、および最終製品の形状を調整しました。科学者たちは、ガス交換、生物学的信号の細胞間伝達、増粘剤と栄養培地間の相互作用など、組織の成長に影響を与える他のパラメーターのさらなる研究により、プランタ外の木材生産の可能性が高まると指摘しています。彼らは、この技術がいつか広く使われるようになることを望んでいます。

科学者たちはまた、材料としての木材の可能性について多くの実験を行っています。たとえば、木材から柔軟な発光材料を作成したり、透明にしたり、受動的に熱を放散する特性を与えたりします。

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