超強酸性領域における植物と土壌の相互作用に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15208008
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 三枝 正彦 東北大学, 大学院・農学研究科・附属複合生態フィールド教育研究センター, 教授 (10005655)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大崎 満 北海道大学, 大学院・農学研究科, 教授 (60168903) ; 犬伏 和之 千葉大学, 園芸学部, 教授 (00168428) ; 南條 正巳 東北大学, 大学院・農学研究科, 教授 (60218071) ; 馬 建鋒 香川大学, 農学部, 助教授 (80260389) ; 山本 洋子 岡山大学, 資源生物科学研究所, 助教授 (50166831)
• Keywords: Al^<3+> / Alポリマー / 超強酸性 / 有機酸 / Al耐性機構 / Al耐性遺伝子 / 茶園土壌 / アパタイト

Research Abstract

超強酸性土壌の現地調査を静岡県富士市、鹿児島県知覧町の茶園土壌で行い、土壌pH4以下の試料を採取できた。両土壌はアロフェン質黒ボク土であるがpH4以下と低いため、アロフェンの溶解が起こり、見かけの交換性Alを多量に含んでいた。また酸根添加による超強酸性土壌を作成し、オオムギ、ゴボウ、トウモロコシの栽培試験を行ったところ、自然溶脱条件下ではAlの過剰障害が見られないアロフェン質黒ボク土でも土壌pH4以下で激しいAlの過剰障害が発生した。これら土壌に畜産コンポストを施用したところ、pHの上昇とAlの過剰障害軽減が確認された。超酸性条件下でリン酸含有鉱物アパタイトの溶解に対する有機酸の影響を検討したところ、有機酸添加の超強酸性状態ではアパタイトの溶解が著しく増加したが、シュウ酸が2mM以上存在すると難溶性シュウ酸カルシウムがアパタイト表面に形成され溶解を阻害した。またAl_<13>ポリマーの生成に対する有機酸の影響を検討したところ、有機酸存在下ではAl_<13>ポリマーの生成至適pHが上昇した。逆に生成したAl_<13>ポリマーに有機酸を添加したところ溶解速度が加速された。これらのことは有機酸が存在する根圏土壌ではAl_<13>ポリマーは存在し難いことを意味している。一方、超強酸性領域における植物のAl耐性と集積機構を検討し、ソバのAl集積機構はAlがシュウ酸と結合し無毒化している事を明らかにした。またオオムギのAl耐性はクエン酸の放出と関係することを遺伝子工学的に明らかにした。さらに出芽酵母からAl耐性に関する遺伝子のスクリーニングを行った。またタバコ培養細胞の新規Al耐性機構を検討し、初期応答反応として細胞の浸透濃度が低下し、続いて水吸収が抑制されることを明らかとした。これに対してイネ培養細胞ではH^+を放出し、Al^<3+>を排除する新規の耐性機構を見いだした。

Research Products

• [Publications] M.Saigusa: "Phytotoxic aluminum in acid soils with special reference to their charge characteristics"Proc.of 20th RIB Simposium. 281-282 (2004)
• [Publications] Inubushi, K.et al.: "Seasonal changes of CO_2,CH_4 and N_2O fluxes in relation to land-use change in tropical peatlands located in coastal area of south Kalimantan"Chemosphere. 52. 603-608 (2003)
• [Publications] Yamaguchi, N.U.et al.: "Formation and Disappearance of Al Tridecamer in the Presence of Low Molecular Weight Organic Ligands"Soil Sci.Plant Nutr.. 49. 551-556 (2003)
• [Publications] Kihara, T.et al.: "Alternation of citrate metabolism in cluster roots of white lupin"Plant Cell Physiol.. 44. 901-908 (2003)