樹木花粉の超低温貯蔵に関する基礎的研究 (1)

Abstract

花粉の長期貯蔵は超低温下で生物的活性をすべて停止し, 解凍後に賦活させて正常な授精をすることが最もよい方法と考えられる。そのためには花粉内の自由水を, 花粉に害を与えない程度にとり除くことが重要である。筆者らは, 1961年から花粉の超低温長期貯蔵に関する一連の研究を行なってきた。本論文は, その中で特に基礎的な部分をまとめたものである。＋温度では花粉内部の物質代謝に関与する自由水は, 超低温下で氷晶を生成し物理的傷害を与える。凍結傷害をおこさない限界を凍結限界含水率, 凍結限界温度と称する。この両者は樹種によって特有な値をもち, この両者によって凍結致死をひきおこす範囲が決定される。冷却の速度は凍結限界含水率に近い水分量の花粉の冷却時は急速を必要とするが, 凍結に対して安全な範囲にある含水量の場合は, そう問題ではない。また加温過程でも急速度を要求され, 緩速で加温すると, ここでも氷晶を生成し傷害をうける。この凍結傷害をおこす温度帯は樹種により多少の差はあるが －35 - －45℃程度と考えられる。この温度帯を最大氷晶生成帯と称し, 他の植物柔組織・生鮮植物性食品の場合とほぼ同じと考えてよい。また凍結するべき飽水状態 (約70％含水量) の花粉を予備的に, －10, －20, －30℃程度で冷却すると, －196℃で凍結してもなお生存させることができた。この方法を予備凍結と称し, その効果のある温度, 時間は－30℃程度, 数時間以上が最もよく, －196℃, 100日間の凍結で, スギ花粉は非常に高い生存率を維持した。

The preservation of pollen in deep-frozen state has been studied since 1961. The purpose of this study was to find out the method of storage in the deep-frozen state and to pollinate the most favourable time. The best way to store pollen for a long time is to stop the biological activity at -196℃. Free water participating in pollen metabolism, forms ice-crystals and causes physical injury when deep-frozen, so reducing the water content of pollen is most important. The maximum water content at a definite temperature below zero, and minimum temperature at definite water content to avoid frost injury are called limiting temperature for crystalization, respectively. Pollen has its own charasteristic value for these factors and they determine the survival range of deep-frozen pollen. Cooling rate is not as usual but pollen of about limiting water content must be cooled rapidly. Rapid rewarming is important, for if it is rewarmed slowly, ice-crystal is formed and the pollen is injured. The temperature range where frost damage most easily occurs is from about -35℃, -45℃ depending upon tree species. High water content pollen (about 70%) died when it was frozen rapidly, but it was still able to live by frozen prefreezing it at -10℃, -20℃ and -30℃ before it was deep-frozen. For many species the most effective pre-freezing temperature and time are about -30℃ and more than four or five hours respectively. Pre-freezing treatment was very effective in many species such as Cryptomeria japonica and many other trees when they were deep-frozen at -196℃ for 100 days.