木質資源植物とは？

第13回資源植物学
木質資源植物
2016年1月8日
生命環境科学域
植物バイオサイエンス課程
尾形善之
本講義の概要
★木質資源植物について
♦定義
♦特徴
♦目的
♦利用
♦探索
樹木はどれでしょうか？
Wikipedia
木質資源植物はどれでしょう
か？
Wikipedia
木質資源植物とは
★ネットで調べても出てきません
♦「樹木」と言えればいいのですが……
★木質資源とは
♦「木質バイオマス」とも言います
♦林野庁によると、「再生可能な、生物由来
の有機性資源（化石燃料は除く）の中で木
材からなるもの」
★木材：樹木からの材、主に幹や枝
木質とは
★大辞林
♦木の性質。植物の幹の内部の固い部分。木化し
た細胞からなる。木材に似た性質。
• 木材：建築物・工作物やパルプなどの材料あるいは原
料として用いる木。材木。
★大辞泉
♦木の性質。木のたち。木材に似た性質。
♦「木質部」に同じ。
• 木質部：樹木の幹の内部の、木質化して堅い部分。
• 木質化：植物の細胞壁のリグニンが沈着して、組織が
堅くなること。木化。
木質とは
★木材の性質。または木材に似た性質。
★木質化した組織、すなわち植物の細胞
壁にリグニンが沈着して堅くなった組織。
★「木化した細胞壁」
♦セルロース
♦ヘミセルロース
♦リグニン
Wikipedia
木質資源とは
★木質をもつ植物資源
♦木質バイオマスとも呼ばれます
★林野庁
♦再生可能な、生物由来の有機性資源（化
石燃料は除く）の中で、木材からなるもの
★「木化した細胞壁を基にした資源」
木質資源植物
★針葉樹（イチョウを含める）
♦マツ、スギ、ヒノキなど
★広葉樹
♦ケヤキ、ナラ類、カンバ類、カエデ類
★つる植物
★タケ類（ヤシ類を含める）
★イネ科草本類
リュウゼツラン
★高さ10数メートル
★20～30年
木質資源植物の形態的特徴
★マクロ的特徴
♦幹と茎と稈
木質資源植物の形態的特徴
★ミクロ的特徴
♦木化した細胞壁
単子葉植物
双子葉植物（草本）
樹木（木本）
チェックポイント・I
1. 木質とは？
2. 木質資源とは？
3. 木質資源植物とは？
4. 木質資源植物のマクロの特徴は？
5. 木質資源植物のミクロの特徴は？
木質資源植物を研究する目的
★木質資源は最大のバイオマス
♦微生物と比べると、量が多く合成が中心
★細胞壁成分の中心は多糖類
♦分解すれば糖としてバイオエネルギーに利
用
★その他の成分の多くが未利用
♦種子の脂肪などもバイオエネルギー等に利
用
★天然の合成系を利用
そのまま利用する
★木材
♦建材、楽器など
★端材・間伐材
♦家具、ウッドチップ、DIY、燃料など
★木粉
♦パーティクルボード
銘木
★シタン（紫檀）
★コクタン（黒檀）
★タガヤサン（鉄刀木）
★ウォールナット（胡桃）
★チーク
★マホガニー
★ジンコウ（沈香）
Wikipedia
スポーツや芸術の分野では…
★スポーツ
♦野球のバット：アオダモ、アッシュ
♦弓道の弓：マダケ、ハゼノキ
★芸術
♦ヴァイオリン：ドイツトウヒ、イタヤカエデ、黒
檀
♦ピアノ：ドイツトウヒ、スプルース、黒檀
Wikipedia
木材利用の課題
★建材として使われなくなった。
♦「暮らしごこち」のためには使われる。
★一般的な利用価値が少ない。
♦スポーツや芸術は限られた利用にすぎな
い。
★産業利用が期待される。
♦バイオエネルギーや工業部品。
細胞壁の成分を利用する
★セルロースが最大の標的
♦ヘミセルロースやリグニンの除去がポイント
♦従来は、紙など
♦今後の課題はセルロースの分解
細胞壁の成分を利用する
★セルロースの効率的な分解
♦酵素糖化
• 効率的に分解できるセルラーゼの探索
• シロアリ、マツノザイセンチュウ、ヨコエビなど
♦工業的な分解
• 蒸煮爆砕法、希硫酸前処理、加圧熱水など
♦現状では、産業ニーズには届いていない。
バイオエタノール
★糖質原料（単糖や二糖が中心）
♦サトウキビの搾りかす、ほぼそのまま利用可能
• ブラジル
★デンプン質原料（多糖類）
♦トウモロコシ（可食部）、分解が必要
• アメリカ
★セルロース系原料（多糖類）
♦木質（非食部）、分解が必要
• 各国で研究段階（スイッチグラスなど）
Wikipedia
各種成分を利用する
★樹皮に含まれる成分
♦ラテックス（パラゴムノキ）
• 長所：強度、伸縮性
• 短所：熱、気候、油
★種子に含まれる成分
♦菜種油
♦ヤトロファ燃料（ヤトロファ）
• 例えば、バイオマスジャパン株式会社
Wikipedia
バイオディーゼル
★原料
♦欧州：菜種、ひまわり
♦北中米：大豆
♦熱帯：ヤトロファ、ヤシ
★精製
♦脂肪酸メチルエステル（FAME）
• メチルエステル化～グリセリン除去
♦水素化処理油（BHD）
• まだ研究段階
Wikipedia
バイオ燃料の現状
★原油価格の影響をまともに受ける
♦価格が高騰すると、脚光を浴びる
♦継続的な研究開発が不可欠
Wikipedia
遺伝資源としての植物
★遺伝資源とは…
♦「現実の又は潜在的な価値を有する遺伝素
材（遺伝の機能的な単位を有する植物、動
物、微生物その他に由来する素材）」
• 生物多様性条約第2条より
♦あえて簡単に言えば、「遺伝子とその派生
物」
遺伝資源を保つには…
★生物多様性が重要
♦多くの遺伝子の機能は、まだ分かっていな
い
♦潜在的な価値をもつ遺伝子の消失を防ぐ
♦いつまでも機能が分からないままでは……
♦多くの遺伝子の機能を明らかにしていく
♦さらに、明らかになった遺伝子を活用してい
く
有用遺伝子の探索・合成編
★重要成分の合成量を増やすには…
♦生合成経路を活性化する!!
♦経路に関わる遺伝子を探す
♦その植物のゲノムを解読する
♦条件ごとに遺伝子発現を調べる
♦合成量と高発現した遺伝子の関係を知る
♦その遺伝子が高発現する条件を知る
木質資源植物のゲノム解読
★ポプラ：モデル樹木
★ブドウ：つる性果樹
★ユーカリ：ユーカリオイル
★ヤトロファ：バイオ燃料
★リンゴ：バラ科果樹
★ほか続々
Wikipedia
木質資源植物の遺伝子探索
★木質（細胞壁）形成の関連遺伝子の探索
♦セルロース合成酵素
♦ヘミセルロース合成酵素
♦リグニン合成酵素
★二次代謝成分の生合成関連遺伝子の探索
♦果実の利用：食用、バイオ燃料用
♦薬効・機能性成分：果皮、樹液
セルロース合成酵素
★茎で遺伝子発現量が高い
Wikipedia
遺伝子の探索・分解編
★例えば、セルラーゼ遺伝子の探索
♦セルロースを分解できる生物を探す
• 木材腐朽菌、シロアリ腸内、ウシの消化管内
♦注目微生物のゲノムを解読する
♦セルラーゼ遺伝子を選び出す
♦セルラーゼによる分解プロセスを明らかにす
る
♦有用な分解プロセスを活用する
探索例
★汚泥試料
♦セルロース
入り
♦時点1
• A, B, C
♦時点2
• D, E, F
Yamazawaら、2014
遺伝子探索の今後…
★植物・微生物ともに、多くの生物のゲノ
ムが解読されていない
★ゲノムが解読され遺伝子が予測されて
も、遺伝子の機能が分かっていない
★遺伝子の機能を明らかにするために…
♦遺伝子の塩基配列から攻める!!
♦遺伝子の発現傾向から攻める!!
チェックポイント・II
6. 木質資源植物を研究する目的は?
7. 木質資源植物はどのように利用されるか?
8. 木質資源植物の遺伝子を探索する方法
は?
今日の課題
★木質資源植物を対象として、どのような
研究をしてみたいですか？植物種、目
的、期待する結果を含めて書いてくださ
い。

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