著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Nanomaterials

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

羅漢果（ラカンカ）は中国で薬用と食用の両方に使われてきた植物で、果実に含まれるモグロシドVは低カロリーの天然甘味成分として知られています。ただし生の果実に含まれるモグロシドは約0.45%と少なく、原料コストの高さが産業上の課題とされてきました。研究チームは、優良品種の育成や栽培効率の向上が求められており、その基盤となる苗の生産では、ウイルスを除いた組織培養苗が広く使われていると説明しています。

カーボンドットは、大きさが数ナノメートルほどの炭素の微粒子で、光を当てると蛍光を発し、生体への毒性が低いとされる材料です。植物由来の材料から作ったカーボンドットが植物の成長を促したという報告はこれまでにもありました。しかし、羅漢果から作ったカーボンドットを羅漢果自身の組織培養に使った研究はありませんでした。そこで研究チームは、羅漢果の葉を原料にカーボンドットを作り、その性質を調べたうえで、羅漢果の組織培養苗の生育にどう影響するかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、乾燥させた羅漢果の葉の粉末10.0gを水100mLと混ぜ、密閉容器に入れて200℃で8時間加熱する「水熱法」という一段階の方法でカーボンドットを作りました。その後、ろ過と透析で余分な成分を除き、凍結乾燥して粉末にしました。この葉由来のカーボンドットを、論文ではL-CDsと呼んでいます。

得られた粒子については、電子顕微鏡で形と大きさを観察しました。あわせて、X線や赤外線などを使う分析で、構造と表面の化学的な性質を調べました。蛍光の強さや、紫外線照射・酸性度（pH）・塩分による蛍光の変化も測定しました。安全性の目安としては、培養細胞（L929細胞）に最大1mg/mLの濃度でカーボンドットを24時間与え、細胞の生存率を確かめました。

植物での実験では、羅漢果の種子を無菌的に発芽させて育てた苗を節ごとに切り分けました。これを、植物ホルモン（6-BAとIBA）を加えた培地に植え付けました。培地に加えるカーボンドットの濃度は0、0.3、0.6、0.9、1.2mg/Lの5段階で、カーボンドットを加えない培地を対照としました。各濃度に30本ずつの芽を植え、20日後の草丈、新たに出る芽（不定芽）の数、増殖係数（苗がどれだけ増えたかの指標）を記録しました。さらに、活性酸素から細胞を守る抗酸化酵素（SOD、POD、CAT）の働きと、細胞の傷みの指標とされるマロンジアルデヒド（MDA）の量を測りました。光合成に関わる指標として葉緑素の量と、二酸化炭素を取り込む酵素RuBisCOの働きも測定し、炭水化物と可溶性タンパク質の量も調べました。

主な報告結果

苗の生育は、カーボンドットの濃度によって大きく異なりました。0.6mg/Lで育てた苗は、平均草丈4.3cm、苗1本あたりの不定芽が平均3.5個で、増殖係数は4.2でした。対照の苗は平均草丈2.3cm、不定芽2.1個、増殖係数2.8でした。一方、1.2mg/Lでは、組織が水っぽく透き通る「ガラス化」という異常がはっきり現れ、生育も遅くなりました。このときの平均草丈は2.2cm、不定芽1.5個、増殖係数1.9でした。

抗酸化酵素の働きは、濃度が上がるにつれていったん高まり、その後低下しました。最も高かったのは0.6mg/Lのときで、対照と比べてSODが82.61%、PODが33.33%、CATが58.82%高くなりました。細胞の傷みの指標であるMDAは濃度とともに徐々に増え、1.2mg/Lでは対照より31.25%多くなりました。研究チームは、この苗が強い酸化ストレスを受けていたと判断しています。

光合成に関わる指標も、0.6mg/Lで最も高くなりました。葉緑素の量は7.8mg/gで対照より30.0%多く、RuBisCOの働きは3.8pmol/gで対照より31.03%高くなりました。同じ濃度では、炭水化物が対照より66.67%、可溶性タンパク質が31.25%多くなりました。

作製したカーボンドットの粒子はほぼ球形で、直径は1.5〜4.5nmでした。表面には酸素や窒素を含む水になじみやすい構造が多くあり、水によく溶ける性質を持っていました。紫外線を当てると青く光り、蛍光の効率（量子収率）は10.23%でした。蛍光は180分間の紫外線照射、pH1〜12の範囲、塩分濃度の変化のいずれでもほとんど変わりませんでした。培養細胞の生存率は1mg/mLでも97%を上回り、研究チームは目立った細胞毒性は見られなかったと報告しています。

この報告が示すこと

研究チームは、羅漢果の葉から作ったカーボンドットについて、低い濃度では組織培養苗の生育を促し抗酸化酵素の働きを高める一方、高い濃度では生育に悪影響を及ぼすと結論づけています。効果は濃度に強く左右され、研究チームはこの現象を、少量では生物の働きを刺激し、多量では害になる「ホルミシス」と呼ばれる考え方に当てはまると解釈しています。植物の葉という身近な材料を、同じ植物の苗づくりに生かす試みとして、研究チームはこの成果が植物の育種や増殖に新しい手法を示すものだとしています。

作用の仕組みについて、研究チームはいくつかの可能性を示しています。たとえば、カーボンドットが植物の使いにくい紫外線を吸収し、光合成に使える青〜緑の光に変えている可能性です。小さく水になじみやすい粒子が、水や栄養の運搬を助けている可能性も挙げています。ただし、これらは推測の段階にとどまります。研究チームも、蛍光の性質が光合成や生育に実際どう影響するかは、さらに生物学的な研究で確かめる必要があると述べています。

原著論文の著者・所属：Lizhen Zhang（School of Chemistry and Life Health, Guilin Normal College, Guilin 541119, China）、Yihan Liu（Suzhou Institute of Pharmaceutical Innovation, Suzhou Industrial Park, Suzhou 215218, China）、Dongye Yang（Scientific Research Center, Guilin Medical University, Guilin 541000, China）、Jiayue Deng（School of Chemistry and Life Health, Guilin Normal College, Guilin 541119, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Lizhen Zhang, Yihan Liu, Dongye Yang, et al. Preparation of Siraitia grosvenorii Leaf-Derived Carbon Dots and Its Effect on Tissue Culture Seedlings of Siraitia grosvenorii. Nanomaterials（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-20. DOI: 10.3390/nano16181185. 原著ライセンス：CC BY.