植物と重金属の関係が、食糧問題解決につながる

植物と重金属の関係

植物が重金属の過不足に対応する仕組みは知恵に満ちています。マンガンや鉄などの重金属は過剰になると危険ですが、光合成にも関わる、植物にとって必須の元素です。窒素・リン酸・カリの三大栄養素だけでは植物栄養は成り立ちません。植物には重金属を土壌から吸収し、体内の濃度を適切に保つ仕組みが存在します。

イネがマンガンをたくさん吸収し溜める仕組み

水を張った水田では、土壌還元によりマンガンが高い濃度で溶け出します。イネはマンガンを土からたくさん吸い上げて積極的に地上部へ輸送し、高濃度に集積します。葉に蓄えた余分なマンガンを無毒化しますが、その能力は大豆やトウモロコシの数十倍にもなります。この高いマンガン集積性にはCDFという種類のトランスポーター（運び屋タンパク質）が関与しています。根にあるCDFの一種はマンガンのスムーズな吸収を担います。また、葉にあるCDFにはマンガンを液胞などへ排出し無毒化するものがあります。

世界中にある不良土壌を活用し食糧危機に貢献を

世界の農地の6～7割は、酸性やアルカリ性に偏っていて、農耕に適さないとされてきました。しかし、世界の飢餓人口がコロナ禍以前の倍になるなど、食糧問題解決には、不良土壌でも育つ作物が求められています。マンガンについては酸性土壌では過剰症が、アルカリ土壌では欠乏症が問題となります。イネのマンガン輸送分子メカニズムをもとに、マンガン耐性の高い作物や、少ないマンガンを有効に利用できる品種を開発することが可能です。ただし、不良土壌での栄養障害には複合的な要因があり、植物種・品種による違いもあるため、ひとつひとつのトランスポーターの役割を研究して知見を積み上げることが大切です。それでも、植物の遺伝子機能は種を超えて保存されているため、イネで明らかにした分子メカニズムは、他の植物種にも応用できると考えられます。

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先生情報 / 大学情報

高知大学農林海洋科学部農芸化学科教授上野大勢先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

植物栄養学、植物分子生理学、肥料学

先生が目指すSDGs

メッセージ

WFPは、新型コロナウイルスの影響などにより、世界で深刻な飢餓に苦しむ人の数が、2019年以降、約2億7600万人へと2倍以上増加したと報告しています。食糧危機の解決策のひとつとして、これまで耕作地に適さないとされてきた不良土壌、例えば鉄欠乏が問題となるアルカリ土壌や、マンガン過剰になる酸性土壌などで作物を増産するための技術開発があります。あなたも私たちと一緒に植物の重金属栄養を研究してみませんか。不良土壌における持続可能な作物生産の実現をめざしましょう。

先生への質問

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高知大学は、四国山地から南海トラフに至るまでの地球環境を眼下に収め「地域から世界へ、世界から地域へ」を標語に、現場主義の精神に立脚し、地域との協働を基盤とした、人と環境が調和のとれた安全・安心で持続可能な社会の構築を志向する総合大学として教育研究活動を展開しています。
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