JPH0446089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は植物体の切断法に関する。さらに詳し
くは、植物繁殖のためのレーザビームによる植物
体の切断法に関する。 ［従来の技術および発明が解決しようとする課
題］ 1960年代に、植物を植物の部分または未分化の
カルス組織から生産できることがわかつた。この
方法はミクロ繁殖（mikrolisa¨ykseksi）と呼ばれ
る実験室での無性生殖による植物の生産である。 ミクロ繁殖の目的は、遺伝学的に同一な、有用
で優秀な植物個体を生産することである。生産さ
れる植物は母本のクーロンであるため、母本の選
択が非常に重要である。 ミクロ繁殖は、母本から切断した成長点、芽、
または、たとえば芽柄から始めることができる。
栽培は、植物に必要な重要な微量栄養分、および
成長を調節するためのビタミンとホルモンを含ん
でいる基材の上で行われる。該基材は通常寒天を
固体状にして作られる。 始め植物体は芽を出すが、該芽を繁殖させるた
めに試験管から大きなガラス容器に移植する。ホ
ルモン、主としてサイトカイニンを利用して新し
い芽が、腋芽または、たとえば植物の葉の内に形
成される不安芽から誘発される。約４週間成長さ
せたのち、繁殖した芽は切断されそして繁殖のた
めに新しい基材へ移植される。繁殖は必要な数の
植物体がえられるまで続けられる。 根の形成のために、芽は通常オーキシンを含む
基材へ移植される。根が成長したのち、該植物は
湿度の充分高い温度内の土へ移植される。徐々に
光量を増加させることにより植物の光合成が誘発
される。 ミクロ繁殖における最も重要なコスト因子は、
熟練技術を必要とする非常に多くの作業であり、
そして該作業の主なものは、植物の手作業による
切断と一つの基材から他の基材への植物の移植で
ある。 切断に際し、繊細な植物体は容易に傷つきう
る。ナイフによる切断は時間がかかるので、とり
わけ汚染されやすい植物について作業するとき
は、無菌状態について特別の注意を払わなければ
ならない。 驚くべきことに前記の問題が植物体の切断にレ
ーザビームを使用することにより減ずることとが
できることがわかつた。 ［課題を解決するための手段］ 本発明の植物体の切断法は、植物繁殖のための
植物体の切断法であつて、切断が出力が30ないし
100Wの範囲内の連続ビームまたは平均出力が５
ないし40Wの範囲内のパルスビームであるレーザ
ビームによりなされることを特徴とするものであ
る。 ［実施例］ レーザビームで生きた組織を切断しているのは
唯一外科手術のみである。出血、とりわけ微細な
血管からの出血を防ぐことができるので切断が容
易になり、外科手術では組織内の血管の焼灼は利
点とみなすことができる。 一方、本発明では驚くべきことに、植物体の維
管束は損傷を受けないばかりでなく、組織は切断
面を通して水および栄養分を摂取する能力を保持
していること、さらには切断面の近くの組織が全
能性を有していることがわかつた。 植物体をレーザビームで切断する利点は、取扱
が簡単であることおよび切断の迅速化をも含んで
いる。高度の無菌状態が要求されるために、植物
体がナイフを用いて従来の方法で切断されるとき
は、ナイフは切断と切断とのあいだでエタノール
に浸しかつ炎の中を通すことにより滅菌しなけれ
ばならない。これでは切断速度が遅くなり、エタ
ノールが植物体中に侵入していくであろう。ほん
の少量のエタノールでさえも植物の成長の開始を
遅らせる原因となるであろうし、または植物を死
なす原因となるかもしれない。滅菌は装置を加熱
することによつて行つてもよい。他方、レーザビ
ームは本来滅菌性であるから、無菌状態は非常に
改善される。同様に、滅菌工程が不要となるので
切断速度も向上する。 レーザ切断法ではまた自動化もできる。自動化
したときは、手作業の割合は少なくなりかつ切断
速度は非常に向上する。 レーザ切断法での植物体の損傷は主に熱に基因
するものである。N₂、CO₂、またはArのような
イナートシールドガスが切断結果の改善のために
利用される。切断は開放空間でノズルによりイナ
ートガスを切断対象物に吹き付けながら、または
シールドガスが充満された部屋で行う。イナート
ガスの量は焦げができるだけ少なくなるように選
定される。 本発明の開発に関連して、植物体を切断するた
めに使用した装置はレーザ装置であり、そしてそ
の最も重要なパラメータは後述のごとくである。 レーザ装置のモードはビームの分散の形を示し
ている。切断実験では操作モードは、連続的にビ
ームのエネルギー密度がガウス・ベル曲線にした
がつて分布するTEMOOモードであつた。 レーザ装置の切断出力は、単位時間あたり切断
対象物にどの程度のエネルギーを装置が転送でき
るかを示している。しばしばエネルギーのすべて
は切断対象物に吸収されずに、対象物表面から反
射および（または）対象物から発散する蒸気およ
びガスに吸収される。切断出力はビームの単位表
面積当りの切断出力を示すエネルギー密度の形で
表現することもできる。集光レンズはビームを焦
点に非常に小さな面積で集光するので、低い切断
出力であつても高いエネルギー密度の値をうるこ
とができる。実験によれば、わずか出力20Wの
CO₂レーザを用いてさえも、植物を切断すること
ができるが、このばあいは切断速度は充分ではな
い。文献では出力40W程度であれば生きた動物組
織を切断するのに充分であると記載されている。
一方、レーザ装置の価格はほぼ出力の２乗に比例
するので、レーザ装置の経済的に最も適正な出力
は約100Wである。前述のことより判断すると、
本発明の使用に適したレーザ装置の出力は30−
100Wのあいだであろう。 レーザビームがパルス波のときは、パルス幅お
よびパルス間隔の値は、切断材ができる限り加熱
されないように選定すべきである。0.1から10ms
のあいだの値が適切な値である。 焦点でのビームの直径も切断結果に影響を及ぼ
すが、一般にはこのパラメータは一定でありしか
も0.2mmまたはそれ以下の等級順位（luokkaa0.2
mmtai pienempi）である。 以下の例では、使用された切断用レーザは縦ビ
ーム（pitktta¨isvirtaus）CO₂レーザ（コヒーレ
ント）で、ビームモードはTEMOOであり、共
振器にはビームをパルス波に変換するEQCモジ
ユールが装備されていた。レーザ装置の連続出力
は、原則として90−350Wの範囲で調整可能であ
つたが、切断実験に対しては、特殊混合ガスのた
め出力を下げることが望まれ、実験においては一
定連続出力は61Wであつた。パルス周波数は約10
−2500Hzの範囲で選択可能であり、個々のレーザ
パルスのパルス幅は0.1ms−10sの範囲のあいだ
で選択可能であつた。使用したシールドガスは純
度99.998％のN₂ガスであつた。切断作業台は、
600mm×600mmの大きさのXYテーブルで構成し
た。 実施例 実験はバーク材について行つた。切断の効果の
観察は繁殖実験およびその後の温室内の栽培につ
いて行つた。 レーザビームは被切断体を加熱するので、植物
組織は乾燥したり焦げるかもしれない。切断表面
の損傷は顕微鏡により観察した。もし切断表面が
非常に高い出力にさらされたならば、それはしば
しば焦げおよび維管束全体のくびれ、すなわち組
織の「溶解」として観察できる。装置のパラメー
タを変えることにより、切断の痕跡を改善するこ
とを試みた。 切断のために、植物体は寒天（９ｇ／）が満
たされた小さな滅菌ペトリ皿に固定された。 バーク、ベテユラ・ペンデユラ（Betula
pendula） バーク若枝（インビトロ（in vitro）個体群か
らの）が各々一つの腋芽を含む長さにレーザ装置
を使用して切断された。対照実験は若枝をナイフ
で切断することにより行つた。芽は成長基材の上
に置かれた無菌培養器（23℃、湿度50％、照度
2000ルクス、16時間照射、８時間非照射）で育成
された。並行実験（Rinnakkaiskokeita tehtiin）
は二通り（１実験につき３−７若枝片）行つた。 移植した植物には成長の開始が認められ、繁殖
係数が移植後４週目と６週目とについて計算され
た。第１表に示されたパラメータはレーザ切断に
ついてのものである。

【表】 レーザにより切断した移植植物の繁殖はよい。
異なつた方法で切断したバークの４週間および６
週間での繁殖結果が第１図に示されている。 パルス幅（Tp）は実験番号１−３では0.1msで
あるが、バルス休止幅（Te）は異なつている。
実験番号１では、パルス休止幅は0.4msであり、
実験番号２では、パルス休止幅は0.7msである。
両実験では切断速度をほぼ同じに保つことができ
た。パルス休止幅を延ばすことは、繁殖係数が増
加することより組織の活力を改善するように思わ
れる。繁殖は実験番号５、６および７のものが、
最もよいように思われた。実験番号５では急速処
理（２％1m／ｓ）のあいだ長いパルス幅
（1.0ms）および比較的長いパルス休止幅
（1.0ms）を用いたので、よい結果がえられた。
実験６では、処理速度を犠牲にして、パルス休止
幅を10msにして同様の繁殖結果をえた。実験番
号７では驚くべきことに最良の繁殖結果がえられ
た。実験番号７では、中間処理速度（0.6％1m／
ｓ）で非常に長いパルス休止幅（10ms）を使用
した。 61Wの連続出力で切断した組織（実験番号８）
はパルスビームで切断した組織よりも平均して繁
殖が弱いように思われた。 実験結果より、レーザビームはバークを切断す
るのに非常に適していると結論づけられる。繁殖
は少なくともナイフで切断したときのものと同程
度によい。バークはレーザ切断後の繁殖で通常の
とおり根を形成した。最も繁殖のよかつたものは
パルスビームを用いた実験番号７であり、その長
いパルス休止幅は組織が加熱されて過度に燃える
のを防いだものと想像される。また本実験結果よ
り、低周波数のレーザビームは植物をほとんど傷
つけないと結論づけることができる。さらに使用
するパルスの平均出力が５ないし40Wの範囲にあ
るのが好ましいと判断できる。 ［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明の植物体の切断法
によるときは、植物体の切断を簡単かつ迅速に行
うことができ、従来のナイフによる切断のように
組織に損傷を与えることもなく、切断に熟練を要
することもなく、さらに自動化も可能になるとい
つた効果がえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は異なつた方法で切断したバーク４週間
および６週間での繁殖結果を示す。 （図面の主要符号）、：標準誤差（S.E.）、
〓：４週間成長後、〓：６週間成長後。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 植物繁殖のための植物体の切断法であつて、
   切断が出力が30ないし100Wの範囲内の連続ビー
   ムまたは平均出力が５ないし40Wの範囲内のパル
   スビームであるレーザビームによりなされること
   を特徴とする植物体の切断法。 ２ 植物繁殖がミクロ繁殖である請求項１記載の
   植物体の切断法。 ３ レーザがCO₂レーザである請求項１記載の植
   物体の切断法。 ４ 被切断物のまわりにシールドガスが供給され
   る請求項１、請求項２または請求項３記載の植物
   体の切断法。 ５ シールドガスがイナートガスである請求項４
   記載の植物体の切断法。 ６ イナートガスがN₂ガスまたはCO₂ガスであ
   る請求項５記載の植物体の切断法。