衝撃波による植物細胞破壊現象の画像解析評価

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研究目的:本研究の目的は、水中衝撃波を負荷した植物細胞の走査型電子顕微鏡(SEM)観察とその画像解析によって、衝撃波圧力に対する植物細胞の選択的破壊効果を評価することにある。これを明らかにし、過去の研究において明らかにした微生物細胞破壊の効果を植物細胞へと展開させることを目的とした。研究方法:植物試料に対する衝撃波負荷実験、熊本大学所有の爆発実験施設において、導爆線を用いた衝撃波負荷を行った。対象とする植物試料は、木材、葉、種子、果実・根菜など、その硬さや油含有量などにより数種類を用意した。衝撃波の圧力はおよそ数10MPa～200MPa程度とし、特に木材などの硬い植物試料ならびに油含有量が多い種子に対しては、4回程度の複数回の衝撃波負荷を行った。走査型電子顕微鏡観察:走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製JCM-5700)を用いて、倍率500倍～10,000倍を、段階的に撮影した。特に顕微鏡下では衝撃波によって生じたスポーリング破壊や損傷の痕跡に関して、詳細な探索と撮影を行った。研究成果:杉材の幹は150MPaの衝撃波を4回程度負荷することで、仮導管の壁孔膜がスポーリング破壊によって選択的に破壊されていた。果実や根菜は、50MPaの衝撃波負荷で41%程度に、120MPaの衝撃波負荷で30%程度に軟化する。300Wの電熱で1時間茹でた場合の軟化効果が75%程度であり、衝撃波負荷による蓍しい軟化効果が認められる。SEM画像においては細胞壁に亀裂状のスポーリング破壊痕跡が認められた。油含有量の多いナンヨウアブラギリ種子は、180MPaの衝撃波負荷により、球体が押しつぶされているのが確認されたが、明確なスポーリング破壊の痕跡は確認されなかった。油分による破壊作用の緩和が原因として考えられる。スポーリング破壊が生じる衝撃波負荷条件の確立によって、より高い搾油効果が期待される。