Back to chapter

34.18:

植物栄養学のキーとなる要素

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Key Elements for Plant Nutrition

Languages

Share

観葉植物を長期間、植え替えや追肥をせずに 育てていると、葉が黄色に 変色するなどの ストレスの兆候が表れます。すべての生物と同様、植物も生殖、光合成、恒常性の維持に 特定の栄養素が必要です。元気な植物を育てるために 必要な栄養素は何でしょう?健康な植物は、炭素系の 有機化合物に加えて 無機塩類と呼ばれる 無機栄養素を必要とします。植物が生化学的に 必要とする栄養素は 約17種類あります。これらの栄養素は 必須栄養素と呼ばれます。必須栄養素は他の物質で 補うことができず、不足すると、植物は 生活環を全うできません。必須栄養素には 空気や水に 由来する 炭素、水素、酸素が 含まれます。ほとんどの植物は、その他の必須栄養素を 根付いた土壌から 摂取しています。必須栄養素は、2つの グループに分けられます。多量栄養素と 微量栄養素です。多量栄養素には、炭素、酸素、窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硫黄が含まれます。植物はこれらの栄養素を 比較的多く必要とします。炭素は植物の 乾燥質量の45%を占め、タンパク質、核酸、炭水化物を構成する 重要な成分です。窒素も同様に、核酸、タンパク質、光合成色素である 葉緑素の構成に 欠かせない成分です。カリウムは光合成に 欠かせない ガス交換の制御に 不可欠です。植物の必要栄養素で 必要とされる量が 少ない栄養素を 微量栄養素と呼びます。塩素、鉄、マンガン、ホウ素、亜鉛、銅、ニッケル、モリブデン を含む微量栄養素は、植物が 正常に機能するために必要です。微量栄養素の一部は 補因子として機能します。補因子とは酵素を正常に 機能させる物質です。例えば、鉄はミトコンドリアと 葉緑体に含まれる 酵素の補因子です。必須栄養素が欠乏すると 植物は白化し、葉が黄色くなるなどの 症状が現れ始めます。植物の外観と 土壌に含まれる 栄養素を調べることで 欠乏している栄養素を 特定することができます。必須栄養素が植物の 質量に占める割合は 比較的少ないですが、植物の成長と恒常性には 必要不可欠です。

34.18:

植物栄養学のキーとなる要素

すべての生物がそうであるように、植物も生存、繁殖、成長、恒常性の維持のために有機および無機の栄養素を必要とします。植物の機能に不可欠な栄養素を特定するために、研究者たちは水耕栽培と呼ばれる技術を利用しています。水耕栽培では、土を使わずに、栄養素を含んだ水溶液で植物を育てます。植物に必要な要素として、17種類の栄養素が確認されています。植物はこれらの元素を、大気、根を張った土壌、水などから得ています。

これらの必須栄養素のうち、植物がより多くの量を必要とする9種類の栄養素を総称して多量栄養素と呼びます。多量栄養素には、炭素、酸素、水素、窒素、リン、硫黄、カルシウム、マグネシウム、カリウムが含まれています。水、タンパク質、核酸、炭水化物など、植物の重要な化合物には、多量栄養素が含まれています。また、多量栄養素は細胞のプロセスを制御します。例えば、カリウムは、ガス交換のための気孔の開閉を制御します。

植物が必要とする微量栄養素は、少量です。塩素、鉄、マンガン、ホウ素、亜鉛、銅、ニッケル、モリブデンなどです。微量栄養素の多くは、酵素の活動を可能にする補酵素として機能します。したがって、微量栄養素がなければ、植物は重要な機能を果たすことができません。

植物は必須栄養素が不足すると、葉の乾燥や黄ばみなどの症状が現れます。また、古い葉と若い葉では、栄養素の欠乏が起こりやすいです。例えば、鉄分が不足すると、若い葉の方が影響を受けやすくなります。

植物の栄養不足を効果的に解消することは、農業や環境対策に不可欠な要素です。例えば、土壌中の窒素含有量を測定するために、光センサーが使用されています。窒素は植物にとって非常に重要ですが、窒素を含む肥料を過剰に使用すること(植物が吸収できる量を超えて土壌中の窒素量を維持すること)は、生態系の機能に悪影響を及ぼし、地球温暖化の原因にもなります。

Suggested Reading

Padilla FM, Gallardo M, Peña-Fleitas MT, de Souza R, Thompson RB. Proximal Optical Sensors for Nitrogen Management of Vegetable Crops: A Review. Sensors (Basel). 2018 Jun 28;18(7). [Source]

Rouached H, and Phan Tran LS. Regulation of Plant Mineral Nutrition: Transport, Sensing and Signaling. Regulation of Plant Mineral Nutrition: Transport, Sensing and Signaling. Int J Mol Sci. 2015 Dec; 16(12): 29717–29719. [Source]