植物において有害元素になぜ有益性が認められるのか

• 研究課題/領域番号: 15K14673
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 植物栄養学・土壌学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 渡部 敏裕 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (60360939)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 有害元素 / 有用元素 / アルミニウム / ナトリウム / 有益元素

研究成果の概要

本研究では、有害元素がしばしば示す植物生育に対する有益な効果を説明する機構として、有害元素による抗酸化ストレス活性賦活化の関与を予想した。有害かつ有用な元素としてよく知られているアルミニウムとナトリウムに着目し研究を行った。アルミニウムについては直接的な証拠は得られず、ナトリウムに関しては光による酸化ストレスにおいて仮説が支持された。しかしながら、クロロフィル蛍光による解析からこの現象における光合成の関与は認められず、抗酸化物質の測定などさらなる検討が必要であると考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

酸性土壌と塩類土壌は世界の主要な不良（問題）土壌である。アルミニウムは酸性土壌で、ナトリウムは塩類土壌で植物の生育を制限する有害元素である一方、一部の植物種では生育を促進する有用元素としても知られている。しかし、これら有害元素の有用性を示す要因についてはよくわかっていなかった。本研究は、アルミニウムやナトリウムが他の要因によるストレスを直接的あるいは間接的に軽減することを示すものであった。この成果は酸性土壌や塩類土壌における作物生産の向上や森林の保全に貢献できるものである。

研究成果

• [国際共同研究] ウルム大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Effect of mixed cropping with lupin (Lupinus albus L.) on growth and nitrogen uptake in pasture grasses grown under manure application (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujiishi M, Maejima E, Watanabe T
  • 雑誌名: Archives of Agronomy and Soil Science 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 96-109
  • DOI: 10.1080/03650340.2019.1600673
  • NAID: 120006825251
  • 査読あり
• [雑誌論文] A reduced phosphorus application rate using a mycorrhizal plant as the preceding crop maintains the soybean seeds' nutritional quality (2018)
  • 著者名/発表者名: Sha Z, Watanabe T, Chu Q, Oka N, Osaki M, Shinano T
  • 雑誌名: Journal of Agricultural and Food Chemistry 巻: 67 号: 1 ページ: 32-42
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.8b05288
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dark conditions enhance aluminum tolerance in several rice cultivars via multiple modulations of membrane sterols (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadao Wagatsuma, Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Tomonobu Toyomasu, Masaharu Kuroda, Toshiya Muranaka, Kiyoshi Ohyama, Akifumi Ishikawa, Masami Usui, Khan Shahadat Hossain, Hayato Maruyama, Keitaro Tawaraya, Yuriko Kobayashi, Hiroyuki Koyama
  • 雑誌名: Journal of Experimental Botany 巻: 69 号: 3 ページ: 567-577
  • DOI: 10.1093/jxb/erx414
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] テンサイのカリウム施肥，リン酸施肥及び栽植密度の変動が収量・品質に及ぼす影響と土壌分析値との関連について (2018)
  • 著者名/発表者名: 鷹田秀一, 渡部敏裕, 大崎 満
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学雑誌 巻: 89 ページ: 95-107
  • NAID: 130007394734
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concentration of some trace elements in two wild edible ferns, Diplazium esculentum and Stenochlaena palutris, inhabiting tropical peatlands under different environments in Central Kalimantan (2017)
  • 著者名/発表者名: Della Rahmawati, C. Hanny Wijaya, Yasuyuki Hashidoko, Gunawan Djajakirana, Akira Haraguchi, Toshihiro Watanabe, Kanta Kuramochi, Yanetri Asi Nion
  • 雑誌名: Eurasian Journal of Forest Research 巻: 20 ページ: 11-20
  • NAID: 120006370631
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The evolution of aluminum accumulation in ferns and lycophytes (2017)
  • 著者名/発表者名: Marco Schmitt, Klaus Mehltreter, Michael Sundue, Weston Testo, Toshihiro Watanabe, Steven Jansen
  • 雑誌名: Journal of American Botany 巻: 104 号: 4 ページ: 573-583
  • DOI: 10.3732/ajb.1600381
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Contrasting effects of cattle manure applications and root-induced changes on heavy metals dynamics in the rhizosphere of soybean in an acidic Haplic Fluvisol: A chronological pot experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: Qingnan Chu, Zhimin Sha, Mitsuru Osaki, Toshihiro Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Agricultural and Food Chemistry 巻: 65 号: 15 ページ: 3085-3095
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.6b05813
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] テンサイの擂潰籾殻混合育苗培地が紙筒紙質へ及ばす影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大竹 勝, 渡部敏裕, 大崎満
  • 雑誌名: 日本土壌肥料学雑誌 巻: 88 ページ: 403-412
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contribution of constitutive characteristics of lipids and phenolics in roots of tree species in Myrtales to aluminum tolerance (2017)
  • 著者名/発表者名: Eriko Maejima, Mitsuru Osaki, Tadao Wagatsuma, Toshihiro Watanabe
  • 雑誌名: Physiologia Plantarum 巻: （印刷中） 号: 1 ページ: 11-20
  • DOI: 10.1111/ppl.12527
  • NAID: 120006313471
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Differential Responses of Soybean and Sorghum Growth, Nitrogen Uptake, and Microbial Metabolism in the Rhizosphere to Cattle Manure Application: A Rhizobox Study (2016)
  • 著者名/発表者名: Qingnan Chu, Zhimin Sha, Takuji Nakamura, Norikuni Oka, Mitsuru Osaki, Toshihiro Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Agricultural and Food Chemistry 巻: 64 号: 43 ページ: 8084-8094
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.6b03046
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The effects of aluminium on plant growth in a temperate and deciduous aluminium accumulating species (2016)
  • 著者名/発表者名: Marco Schmitt, Toshihiro Watanabe, Steven Jansen
  • 雑誌名: AoB PLANTS 巻: 8
  • DOI: 10.1093/aobpla/plw065
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The ionomic study of vegetable crops. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, T., Maejima, E., Yoshimura, T., Urayama, M., Yamauchi, A., Owadano, M., Okada, R., Osaki, M., Kanayama, Y. and Shinano, T.
  • 雑誌名: PLos ONE 巻: 11 号: 8 ページ: e0160273-e0160273
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0160273
  • NAID: 120005853074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The dynamic state of the ionome in roots, nodules, and shoots of soybean under different nitrogen status and at different growth stages (2016)
  • 著者名/発表者名: Qingnan Chu, Toshihiro Watanabe, Takuro Shinano, Takuji Nakamura, Norikuni Oka, Mitsuru Osaki, Zhimin Sha
  • 雑誌名: Journal of Plant Nutrition and Soil Science 巻: 179 号: 4 ページ: 488-498
  • DOI: 10.1002/jpln.201600059
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aluminium Accumulation and Intra-Tree Distribution Patterns in Three Arbor aluminosa (Symplocos) Species from Central Sulawesi (2016)
  • 著者名/発表者名: Marco Schmitt, Sven Boras, Aiyen Tjoa, Toshihiro Watanabe, Steven Jansen
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 2 ページ: e0149078-e0149078
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0149078
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 数種園芸作物のイオノーム解析によって示された組織特異的な元素の蓄積 (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Shibuya, Toshihiro Watanabe, Hiroki Ikeda, Yoshinori Kanayama
  • 雑誌名: The Horticulture Journal 巻: 84 号: 4 ページ: 305-313
  • DOI: 10.2503/hortj.MI-058
  • NAID: 130005105344
  • ISSN: 2189-0102, 2189-0110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Application of ionomics to plant and soil in fields under long-term fertilizer trials (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Watanabe, Masaru Urayama, Takuro Shinano, Ryosuke Okada, Mitsuru Osaki
  • 雑誌名: SpringerPlus 巻: 4 号: 1 ページ: 781-781
  • DOI: 10.1186/s40064-015-1562-x
  • NAID: 120005712478
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 硫気荒原に分布する耐酸性植物種のイオンプロファイル (2019)
  • 著者名/発表者名: 和崎淳・山本晃弘・齋藤天翔・坪田博美・渡部敏裕・中坪孝之
  • 学会等名: 第60回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Mobilization of unavailable phosphate in the rhizosphere soil by cluster roots of Helicia cochinchinensis (2018)
  • 著者名/発表者名: Okamura T, Watanabe T, Tsubota H, Wasaki J
  • 学会等名: 6th Symposium on Phosphorus in Soils and Plants
  • 国際学会
• [学会発表] 日本に在来するカヤツリグサ科植物のダウシフォーム根形成と低リン耐性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和崎淳・松山理絵・枡田元気・渡部敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] 本在来種ヤマモガシのクラスター根におけるリン可給化能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡村惟史、渡部敏裕、坪田博美、和崎淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] アルミニウム集積植物Melastoma malabathricumのアルミニウムストレスに対する初期応答 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉井健祐・丸山隼人・西田翔・和崎淳・渡部敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会2018年度神奈川大会
• [学会発表] 異なる光条件下におけナトリウムの西洋フダンソ対す影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 合田健登・菅井徹人・丸山隼人・渡部敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会北海道支部秋季大会
• [学会発表] HMG遺伝子を過剰発現させたイネのアルミニウム耐性獲得について (2018)
  • 著者名/発表者名: 亀岡悠香・丸山隼人・我妻忠雄・黒田昌治・渡部敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会北海道支部秋季大会
• [学会発表] Properties of mineral accumulation of solfatara plants in western Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Jun Wasaki, Akihiro Yamamoto, Takako Saito, Hiromi Tsubota, Toshihiro Watanabe, Takayuki Nakatsubo
  • 学会等名: 10th International Symposium on ‘Plant-Soil Interactions at Low pH’
  • 国際学会
• [学会発表] Transcriptome analysis of Melastoma malabathricum under aluminum stress (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Watanabe, Sho Nishida, Hayato Maruyama, Kensuke Yoshii, Jun Wasaki
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Molybdenum accumulation in wheat grown under nitrogen deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: Soyoka Tokunaga, Hayato Maruyama Ryosuke Okada, Toshihiro Watanabe
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] シロイヌナズナ野生系統を用いたカドミウム耐性のゲノムワイド関連解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中野友貴, 楠和隆, Gregory J. Taylor, 渡部敏裕, 井内聖, 小林正智, 小山博之, 小林佑理子
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] The mechanism of acid tolerance of Lycopodium cernuum L. grown in solfatara fields (2017)
  • 著者名/発表者名: Takako Saito, Toshihiro Watanabe, Takayuki Nakatsubo, Jun Wasaki
  • 学会等名: Taiwan-Japan Plant Biology 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 低リン土壌に生育するヤマモガシが周辺植物のミネラル吸収に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡村惟史, 渡部敏裕, 坪田博美, 和崎淳
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学（佐賀県・佐賀市）
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] Effect of cattle farmyard manure application on heavy metals dynamics in soil and soybean plant (2016)
  • 著者名/発表者名: Qingnan Chu, 渡部敏裕, 中村卓司, 岡紀邦, 大崎満
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学（佐賀県・佐賀市）
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 低温条件下で栽培したMelastoma malabathricum の生育に対するアルミニウムの効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前島恵理子, 合田健登, 大崎満, 渡部敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学（佐賀県・佐賀市）
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] ストレス条件下でのテンサイの生育に対するナトリウムの効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 南波佐間幹人, 前島恵理子, 松本卓也, 土谷修平, 大崎満, 渡部敏裕
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学（佐賀県・佐賀市）
  • 年月日: 2016-09-20
• [学会発表] 強酸性土壌に生育する植物とアルミニウムの関係 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部敏裕, 前島恵理子
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会佐賀大会
  • 発表場所: 佐賀大学（佐賀県・佐賀市）
  • 年月日: 2016-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] Ionomic variation in leaves of 826 plant species growing in the botanical garden of Hokkaido University, Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T, Maejima E, Osaki M, Azuma T
  • 学会等名: Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016 Congress
  • 発表場所: Clarion Congress Hotel Prague（プラハ・チェコ）
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of phenolics in root cells of Al-tolerant woody plants (2016)
  • 著者名/発表者名: Maejima E, Hiradate S, Osaki M, Wagatsuma T, Watanabe T
  • 学会等名: Plant Biology Europe EPSO/FESPB 2016 Congress
  • 発表場所: Clarion Congress Hotel Prague（プラハ・チェコ）
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] シロバナルーピンで観察される特異的なCs吸収傾向 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高雄惇英, 渡部敏裕, 和崎 淳, 大崎 満
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会北海道支部会
  • 発表場所: かでる27（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] Physiological variations in aluminum accumulation in different aluminum-accumulator plant species (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T, Maejima E, Hiradate S, Wasaki J, Osaki M, Jansen S
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH（国際学会）
  • 発表場所: Hotel Ariston（ドゥブロヴニク・クロアチア）
  • 年月日: 2015-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] Characteristics of root cell components in aluminum-tolerant woody plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Maejima E, Watanabe T, Wagatsuma T, Osaki M
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Plant-Soil Interactions at Low pH（国際学会）
  • 発表場所: Hotel Ariston（ドゥブロヴニク・クロアチア）
  • 年月日: 2015-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of different nitrogen sources on N, mineral elements mobility and microbial metabolism in rhizosphere soil of different plant species (2015)
  • 著者名/発表者名: Qingnan Chu, 渡部敏裕, 中村卓司, 岡紀邦, 大崎満
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会京都大会
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] アルミニウム超耐性をもつ木本植物の根に含まれるフェノリクスの特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前島恵理子, 渡部敏裕, 我妻忠雄, 大崎満
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会京都大会
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] ナトリウム処理下におけるテンサイの抗酸化応答 (2015)
  • 著者名/発表者名: 土谷修平, 渡部敏裕, 松本卓也, 大崎満
  • 学会等名: 日本土壌肥料学会京都大会
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] The characteristics of root cell components of plants adapted to acidic soil (2015)
  • 著者名/発表者名: Maejima E, Watanabe T, Wagatsuma T, Osaki M
  • 学会等名: Rhizosphere 4 congress（国際学会）
  • 発表場所: MECC（マーストリヒト・オランダ）
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Ionomic variation in plant species growing in various soil environments (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T, Kusumoto Y, Morita S, Koyanagi T, Osaki M, Hiradate S
  • 学会等名: Rhizosphere 4 congress（国際学会）
  • 発表場所: MECC（マーストリヒト・オランダ）
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of different nitrogen sources on nitrogen dynamics, mineral elements and microbial communities in rhizosphere soil of different plant species (2015)
  • 著者名/発表者名: Chu Q, Watanabe T, Sha Z, Osaki M
  • 学会等名: Rhizosphere 4 congress（国際学会）
  • 発表場所: MECC（マーストリヒト・オランダ）
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [図書] Aluminum Stress Adaptation in Plants (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadao Wagatsuma, Eriko Maejima, Toshihiro Watanabe, Md. Shahadat Hossain Khan, Satoru Ishikawa
  • 総ページ数: 274
  • 出版者: Springer
• [備考] T. Watanabe
  • URL: http://www.geocities.jp/watanabe1209/
• [備考] T. Watanabe
  • URL: http://www.geocities.jp/watanabe1209/index.htm