渡邉泉

(1)

37

水耕ポット試験によるキャベツ幼植物のカドミウム吸収に及ぼす培養液中マグネシウム濃度の影響

１

渡邉浩一郎　

^２

國松柚美　

^３

渡邉泉

１生命環境学部自然環境学科

２生命環境学部自然環境学科卒業生

３東京農工大学大学院農学研究院

Effect of magnesium concentration in nutrient medium on the cadmium uptake by cabbage seedlings

１

Koichiro WATANABE　

^２

Yumi KUNIMATSU　

^３

Izumi WATANABE

Summary

　The effects of different concentrations of magnesium (Mg) in nutrient medium on the growth of, and cadmium (Cd) uptake by seedlings of cabbage ( Brassica oleracea L. cv. Kinkei 201; Sakata Seed Co., Japan) were studied under hydroponic culture.

　The nutrient solutions containing different combinations of 0, 0.44, and 0.89 µmol L

^-1

Cd and 1.0, 2.0, and 4.0 mmol L

^-1

Mg were applied for a period of 14 days.

　No significant differences in the growth of seedlings were observed with different concentrations of Cd and Mg. The Cd concentration in the shoots grown with the medium containing 2.0 mmol L

^-1

Mg or 4.0 mmol L

^-1

Mg was significantly decreased to 9%－13% or 4%－24% of those in each 1.0 mmolL

^-1

Mg plus 0.44 or 0.89 µmol L

^-1

Cd medium, respectively. Higher Mg concentration in the medium resulted in decreased concentration and translocation of Cd in the shoots. The Cd concentration in the roots grown in 4.0 mmol L

^-1

Mg plus 0.44 µmol L

^-1

Cd medium decreased to 74%-88%of those in 1.0 mmol L

^-1

Mg plus 0.44 µmol L

^-1

Cd medium, however, no difference was observed using different Mg concentrations plus 0.89 µmol L

^-1

Cd medium.

　The Mg concentration in the shoots with 4.0 mmol L

^-1

Mg was 1.6-times higher than that in 1.0 mmol L

^-1

Mg plus 0.44 µmol L

^-1

Cd medium, but no difference in the Mg concentration in the shoots was observed in each concentration of Mg plus 0.89 µmol L

^-1

Cd medium, respectively. The Mg concentration in the roots with 4.0 mmol L

^-1

　Mg was 1.6-1.8 - times higher than that with 1.0 mmol L

^-1

Mg plus 0.44 or 0.89μ mol L

^-1

Cd medium.

　When the Mg concentration in the medium became higher, the concentrations of Cd in the shoots were decreased. These results indicate that the lower Cd concentration and higher Mg concentration in shoots was due to high Mg concentration in the culture medium.

キーワード：カドミウム、マグネシウム、水耕栽培、キャベツ、幼植物 Keywords：cadmium, magnesium nutrient medium, cabbage, seedling

１．緒　言

　カドミウム（Cd）は植物およびヒト、動物にとって必須ではない有害元素である。国連食糧農業機関・世界保健機関のコーデックス食品規格委員会で、1995年から2006年にかけて、野菜、豆、穀類等の農作物の Cd 濃度について議論され、最大レベル（基準値）が国際的な基準として定められている

^１,２）

。我が国には、廃坑山、旧製錬所、Cd 使用工場等から排出された Cd により汚染された農耕地も存在しており、農作物中の Cd 濃度の一層の低減を図る技術開発が進められている

^３）

。

　農作物による土壌からの Cd 吸収を低減する方法として、アルカリ資材の施用が知られる。アルカリ資材の施用による植物の Cd 吸収の抑制は、土壌 pH が高くなることで、Cd の土壌溶液への溶解度が低下し、植物への可給性が低くなることによると

報告されている

^４～６）

。また、土壌 pH が等しくなるように異なるアルカリ資材を施用した場合、資材の種類により植物の Cd 吸収抑制に対する効果が異なる例も報告されている

^{７～ 11）}

。さらに、炭酸カルシウム（CaCO

3

）または CaCO

3

と炭酸マグネシウム（MgCO

3

）の混合物である苦土石灰の施用により土壌 pH を同じ値になるように高くした場合、オクラの Cd 吸収抑制に対する効果は苦土石灰を施用した方が高いこと

^10）

、キャベツ幼植物の Cd 吸収の抑制効果が MgCO

3

施用の方が CaCO

3

施用よりも高いこと

^11）

が報告されている。これらの結果から Mg の方が Ca よりも植物の Cd 吸収を抑制する効果が高いと考えられる。

　一方、植物の Cd 吸収と Mg の関係については、

水酸化マグネシウム施用によりダイズの Cd 吸収が

抑制されること

^12,13）

が、酸化マグネシウム施用によ

(2)

渡邉浩一郎　國松柚美　渡邉泉

38 り水稲の Cd 吸収が抑制されること

^14）

がそれぞれ報告されている。また、オオムギでは Cd の茎葉部への移行が高濃度の Mg により阻害されること

^15,16）

が報告されている。また、シロイヌナズナでは低 Mg 条件下で Cd 耐性が促進されること

^17）

も報告されている。

　しかし、Cd を吸収しやすいといわれるアブラナ科葉菜類については、Cd 吸収に及ぼす Mg の影響を調べた報告はみあたらない。また、アブラナ科葉菜類は、コーデックス委員会で Cd の基準値が他の農作物に比べて低く定められている。従って、農作物として利用されるアブラナ科葉菜類について、茎葉部 Cd 濃度に及ぼす Mg の影響を調べることは、

Cd 吸収抑制技術の確立に寄与する基礎的知見を得る上でも重要である。

　本研究では、アブラナ科葉菜類のうち生産量が多いキャベツを供試し、水耕ポット試験により培養液中 Mg 濃度が Cd 吸収に及ぼす影響を調べたので報告する。

　なお、水耕ポット試験を行ったのは以下の理由による。土壌にアルカリ資材で Mg を施用した場合、

Mg が施用されるだけでなく土壌 pH も高くなる。

また、Mg 塩を添加した場合には下層への溶脱による影響が生じることも考えられる。一方、水耕ポット栽培試験では、Mg 添加時の pH の調整が比較的容易で、Mg が植物体に直接に及ぼす影響を調べられると考えたことによる。

２．実験方法

　キャベツ（ Brassica oleracea L. 品種 : 金系201 号；（株）サカタのタネ）を供試し、種子を次亜塩素酸ナトリウム溶液（有効塩素0.5％）で滅菌した後、市販ウレタン培地に播種した（2015年７月２日）。１/10倍に希釈した Hoagland-Arnon 培養液（pH5.7）を適宜与えながら第一本葉が展開するまで人工光型植物育成装置（小糸工業（株）製パーソナルグロースキャビネット；コイトトロン HNM-S11型）で育苗した。育苗条件は、装置内床面の平均光強度約200μmolm

^-2

S

^-1

、明期14時間、暗期10時間、温度は明期24℃、暗期19℃とし、相対湿度は約70％であった。

　育苗した植物体を500mL 容ポリプロピレン製容器に移植し（同年７月20日）、１/５～１/２倍に希釈した Hoagland-Arnon 培養液（pH5.7）を用いて、本学上野原キャンパス（山梨県上野原市）構内に設置した自然光型ファイトトロン（小糸工業

（株）製コイトトロン S-180）内で水耕栽培を行った。温度は昼27℃、夜22℃、相対湿度は約70％に設定した。

　培養液中 Cd および Mg 濃度を変化させた試験は、培養液中 Mg 濃度1.0 mmol L

^-1

の１/２倍希釈 Hoagland-Arnon 培養液を対照として、試薬特級硫酸カドミウム水溶液、試薬特級硫酸マグネシウム水溶液をそれぞれ供し、Cd 濃度0, 0.44, 0.89μ mol L

^-1

の３区を設け、さらに各 Cd 濃度において Mg 濃度を1.0, 2.0および4.0 mmol L

^-1

と変化させた３区を設けることにより行った。試験に用いた培養液の pH はすべて5.7に調整した。なお、標準濃度の Hoagland-Arnon 培養液の Mg 濃度は2.0 mmol L

^-1

であるが、幼植物を供した試験では１/２倍程度に希釈して使用することが多い。

　試験は、１株 / ポット、各区４連で、同年７月27 日～８月10日の14日間行った。この間、培養液の交換を１日おきに行った。

　サンプリング後、茎葉部と根部に分け、80℃で48 時間通風乾燥後、乾物重を測定した。また、茎葉部および根部をそれぞれ硝酸 - 過塩素酸法により湿式分解し、Cd および Mg 濃度を内標準元素にロジウム（Rh）を用いて ICP-MS 法で定量分析した。なお根部については、試料量が少なかったため、試験区毎に４連分をまとめて湿式分解し、分析に供した。

　得られた結果については t-test により有意差検定を行った。なお有意差検定結果については、各培養液中 Cd 濃度において、p<0.05で有意差が認められた場合にのみ異なるアスタリスク（＊）数で示した。

３．結　果

（１）植物体の生育

　植物体の生育を茎葉部および根部の１個体あたりの乾物重で示し、図１に表した。

　茎葉部の乾物重は0.63～1.0 g個体

^－１

、根部は0.06

～ 0.09 g 個体

^－１

であり、いずれも培養液中 Cd および Mg 濃度による有意な差はみられなかった。

（２）植物体中 Cd 濃度と１個体あたりの Cd 含有量　植物体中 Cd 濃度を図２に表した。

　茎葉部 Cd 濃度は、Cd0.44μ mol L

^-1

区では、

Mg2.0 mmol L

^-1

区および Mg4.0 mmol L

^-1

区で Mg1.0

mmol L

^-1

区（23.8μ g 乾物ｇ

^-1

）の９～ 13％に有意

に低下した。また Cd 0.89μ mol L

^-1

区では、Mg2.0

(3)

39 mmol L

^-1

区で Mg1.0 mmol L

^-1

区（22.9μ g 乾物 g

^-1

）の24 ％に、Mg4.0 mmol L

^-1

区で Mg1.0 mmol L

^-1

区の４％に、それぞれ有意に低下することが示された。

　根部 Cd 濃度は、Cd0.44μ mol L

^-1

区では、Mg2.0 および Mg4.0mmol L

^-1

区で Mg 1.0mmolL

^-1

区（663 μ g 乾物 g

^-1

）の74 ～ 88％に低下した。しかし、

Cd0.89μ mol L

^-1

区では660 ～ 690μ g 乾物 g

^-1

と大きな変化はみられなかった。

　次に、植物体１個体当たりの Cd 含有量を図３に表した。

　茎葉部 Cd 含有量は、Cd0.44μ mol L

^-1

区では、

Mg2.0 mmol L

^-1

区および Mg4.0 mmol L

^-1

区で Mg1.0 mmol L

^-1

区（15μ g 個体

^-1

）の９～ 16％に有意に低下した。また Cd0.89μ mol L

^-1

区では Mg2.0 mmol L

^-1

区で Mg1.0 mmol L

^-1

区（20μ g 個体

^-1

）の15 ％に、Mg4.0mmol L

^-1

区では Mg1.0mmol L

^-1

区の４％

に、それぞれ有意に低下した。

　根部 Cd 含有量は、Cd 0.44μ mol L

^-1

区では Mg2.0 mmol L

^-1

区および Mg4.0 mmol L

^-1

区で Mg1.0 mmol L

^-1

区（49μ g 個体

^-1

）の56 ～ 66％に低下した。一方 Cd 0.89μ mol L

^-1

区では、51 ～ 59 μ g 個体

^-1

であった。

　さらに、茎葉部と根部の１個体当たりの Cd 含有量（図３）から、Cd の茎葉部と根部の分配率を算出したところ、Cd の茎葉部への分配率は、培養液中 Mg 濃度が高くなるに従い、Cd 0.44μ mol L

^-1

区では24％から５～７％へと、Cd0.89μ mol L

^-1

区では27％から１～６％へと、いずれも低下する傾向がみられた。

（３）植物体中 Mg 濃度と１個体あたりの Mg 含有量　植物体中 Mg 濃度を図４に表した。

　茎葉部 Mg 濃度は、Cd 0μ mol L

^-1

区の Mg2.0 および4.0mmol L

^-1

区で Mg1.0 mmol L

^-1

区（6.5 mg 乾物 g

^-1

）よりも2.2 ～ 2.6倍有意に高くなった。

Cd0.44μ mol L

^-1

区でも Mg2.0および4.0 mmol L

^-1

区で Mg1.0 mmol L

^-1

区（4.9 mg 乾物 g

^-1

）よりも1.2 ～ 1.6倍有意に高くなったが、Cd0.89μ mol L

^-1

区では培養液中 Mg 濃度の違いによる有意な差はみられなかった。

　根部 Mg 濃度は、培養液中 Mg 濃度が高くなるに従い、Cd 0μ mol L

^-1

区で3.8 mg 乾物 g

^-1

（Mg1.0 mmol L

^-1

区）から5.9mg乾物g （Mg4.0 mmol L

^-1 ^-1

区）

へと、Cd0.44μ mol L

^-1

区で3.5 mg 乾物 g

^-1

（Mg1.0 mmol L

^-1

区）から6.2mg乾物g （Mg4.0 mmol L

^-1 ^-1

区）

10

図１キャベツ幼植物体の生育に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4）

図２キャベツ幼植物体の Cd 濃度に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部）,1(根部 ), 茎葉部では各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタリスク数間で p<0.05 で有意差あり）

図１　キャベツ幼植物体の生育に及ぼす培養液中 Mg 濃 度の影響（n=4）

図２　キャベツ幼植物体の Cd 濃度に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部），1（根部），茎葉部で は各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタリス ク数間で p<0.05で有意差あり）

(4)

40 へと、Cd0.89μ mol L

^-1

区では3.1 mg 乾物 g

^-1

（Mg1.0 mmol L

^-1

区）から5.3 mg 乾物 g

^-1

（Mg4.0 mmol L

^-1

区）へと、1.6 ～ 1.8倍高くなる傾向がみられた。

　次に、植物体１個体当たりの Mg 含有量を図５に表した。

　茎葉部 Mg 含有量は、Cd 0μ mol L

^-1

区では Mg2.0 mmol L

^-1

区および Mg4.0 mmol L

^-1

区（12

～ 14 mg 個体

^-1

）で Mg1.0 mmol L

^-1

区（７ mg 個体

^-1

）よりも有意に高かった。また Cd 0.44μ mol L

^-1

区では Mg4.0 mmol L

^-1

区（５ mg 個体

^-1

）で Mg1.0 mmol L

^-1

区（３ mg 個体

^-1

）よりも有意に高くなったが、Cd0.89μ molL

^-1

区では培養液中 Mg 濃度の違いによる有意な差はみられなかった。

　根部 Mg 含有量は、いずれの培養液中 Cd 濃度においても、Mg 1.0 mmol L

^-1

区および Mg 2.0 mmol L

^-1

区（0.23 ～ 0.28 mg 個体

^-1

）よりも Mg4.0 mmol L

^-1

区（0.35 ～ 0.49 mg 個体

^-1

）の方が1.4 ～ 2.0倍高

くなる傾向がみられた。

　また、茎葉部と根部の１個体当たりの Mg 含有量

（図５）から、Mg の茎葉部と根部の分配率を算出したところ、茎葉部には91～98％が存在していた。

（４）Cd および Mg の濃縮係数

　濃縮係数とは、環境中の種々の物質が生物体内に高濃度で濃縮される場合、その程度を示す係数である

^18）

。濃縮係数＝対象物質の生物体内の濃度 / 対象物質の外界における濃度で求められる

^18）

。

　図２および図４のグラフを作成する際に算出した植物体茎葉部または根部の Cd、Mg 濃度を、栽培した培養液中の Cd、Mg 濃度で割ることにより、

濃縮係数を求めた。その結果を表１に表した。

　茎葉部の Cd の濃縮係数は、Cd0.44μ mol L

^-1

区では培養液中 Mg 濃度が1.0 mmol L

^-1

から2.0 mmol L

^-1

になると約１/７に、4.0 mmol L

^-1

になると約１/12

図３　キャベツ幼植物体の Cd 含有量に及ぼす培養液中

Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部），1（根部），茎葉 部では各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタ リスク数間で p<0.05で有意差あり）

図４　キャベツ幼植物体の Mg 濃度に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部），1（根部），茎葉部で は各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタリス ク数間で p<0.05で有意差あり）

12

図３キャベツ幼植物体の Cd 含有量に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部）,1(根部 ), 茎葉部では各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタリスク数間で p<0.05 で有意差あり）

13

図４キャベツ幼植物体の Mg 濃度に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部）,1(根部 ), 茎葉部では各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタリスク数間で p<0.05 で有意差あり）

(5)

41

水耕ポット試験によるキャベツ幼植物のカドミウム吸収に及ぼす培養液中マグネシウム濃度の影響

に低下した。また Cd0.89μ mol L

^-1

区では培養液中 Mg 濃度が1.0 mmol L

^-1

から2.0 mmol L

^-1

になると約１/４に、4.0 mmol L

^-1

になると約１/26に低下した。

　茎葉部の Mg の濃縮係数は、培養液に Cd を添加しない場合には、培養液中 Mg 濃度が1.0 mmol L

^-1

から2.0 mmol L

^-1

になるとわずかに大きくなったが、4.0 mmolL

^-1

になると約２/３に低下した。

また Cd0.44μ mol L

^-1

区では培養液中 Mg 濃度が

1.0 mmol L

^-1

から2.0mmol L

^-1

になると約３/５に、

4.0 mmolL

^-1

になると約２/５に低下し、Cd0.89μ mol L

^-1

区では培養液中 Mg 濃度が1.0 mmol L

^-1

から 2.0mmol L

^-1

になると約２/５に、4.0 mmol L

^-1

になると約１/４に低下した。

　一方、根部の Cd の濃縮係数には、Cd 0.44μ mol L

^-1

区では培養液中 Mg 濃度が1.0 mmol L

^-1

から2.0および4.0 mmol L

^-1

になるとわずかに低下する傾向が

14

図５キャベツ幼植物体の Mg 含有量に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部）,1(根部 ), 茎葉部では各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタリスク数間で p<0.05 で有意差あり）

14

図５キャベツ幼植物体の Mg 含有量に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部）,1(根部 ), 茎葉部では各培養液中 Cd 濃度において異なるアスタリスク数間で p<0.05 で有意差あり）

図５　キャベツ幼植物体の Mg 含有量に及ぼす培養液中 Mg 濃度の影響（n=4（茎葉部），1（根部），茎葉部では各培養液 中 Cd 濃度において異なるアスタリスク数間で p<0.05で有意差あり）

表１　キャベツ幼植物体の茎葉部および根部における Cd および Mg の濃縮係数

培養液中濃度濃縮係数

茎葉部根部

Cd Mg

Cd Mg Cd Mg

(μmol L

^{- 1}

) (mmol L

^{- 1}

)

0

1.0

268

158 2.0 299 95

4.0 176 61

0.44 1.0 481 201 13 143

2.0 65 125 12 86

4.0 42 80 10 64

0.89 1.0 237 201 7 128

2.0 57 77 7 79

4.0 9 54 7 55

表１キャベツ幼植物体の茎葉部および根部における Cd

および Mg の濃縮係数

(6)

42 みられたが、0.89μ molL

^-1

区では培養液中 Mg 濃度の変化はみられなかった。また、根部の Mg の濃縮係数は、Cd を添加しない場合、Cd 0.44および 0.89μ mol L

^-1

区のいずれも、培養液中 Mg 濃度が1.0 mmol L

^-1

から2.0 mmol L

^-1

になると約３/５に、4.0 mmol L

^-1

になると約２/５に低下した。

４．考　察

　本研究において培養液に Cd を添加して栽培したキャベツ幼植物体の茎葉部 Cd 濃度は0.8 ～ 23.8μ g 乾物 g

^-1

であったが、設定した培養液中 Cd 濃度および Mg 濃度では、植物体の生育に阻害はみられなかった。我が国において、Cd の平均濃度が最も高い葉菜としてキャベツの Cd 濃度が0.16mg FW kg

^-1

と報告されている

^19）

。この数値を水分含有率90 ～ 95％と仮定して乾物あたりに換算すると1.6 ～ 3.2μ g 乾物ｇ

^-1

と算出された。本研究で培養液の Mg 濃度を2.0mmolL

^-1

にして栽培した植物体中 Cd 濃度は 3.2および5.5μ g 乾物ｇ

^-1

、4.0mmolL

^-1

では2.1および 0.85μ g 乾物ｇ

^-1

であり、上述の報告

^24）

のキャベツの Cd 濃度とほぼ同程度かやや高い程度であった。

農作物を対象とした場合には、Cd による生育阻害がみられない Cd 濃度でも、Mg 施用濃度を高くすることにより植物体の Cd 濃度が低下することが明らかにされることにより、植物体 Cd 濃度を抑制する方法として Mg 施用が有用であると考えられる。

　著者らは既報

^11）

で、Cd 添加土壌を用いた土耕ポット試験においてキャベツ幼植物の Cd 吸収に及ぼす炭酸マグネシウム（MgCO

３

）施用の影響を調べている。その結果、土壌の全 Cd 濃度が1.0μ gg

^-1

となるように Cd を添加した場合、Mg 施用濃度を 0.31mg 乾土 g

^-1

から0.71mg 乾土 g

^-1

に高くすると、

茎葉部 Cd 濃度は3.9μ g 乾物 g

^-1

から2.6μ g 乾物 g

^-1

と約67％に有意に低下することを、また、茎葉部 Mg 濃度は55mg 乾物 g

^-1

から73 mg 乾物 g

^-1

と約1.3 倍に有意に高くなることを報告した

^11）

。

　本研究の培養液中 Cd 濃度は、Cd0.44μ molL

^-1

区は0.05μ g mL

^-1

、Cd0.89μ mol　L

^-1

区は0.1μ g mL

^-1

であり、既報

^11）

の Cd 添加土壌の全 Cd 濃度（1.0 μ gg

^-1

）の１/20または１/10である。本研究の水耕ポット試験では、茎葉部 Cd 濃度は、22.9 ～ 23.8 μ g 乾物ｇ

^-1

（培養液中 Mg 濃度1.0mmolL

^-1

）から 0.8 ～ 5.5μ g 乾物ｇ

^-1

（培養液中 Mg 濃度2.0、4.0 mmol L

^-1

）と４～ 24％に有意に低下した。培養液中 Mg 濃度が低いときの茎葉部の Cd 濃度は、上述の土耕ポット試験の結果よりも約６倍も高い濃度で

あったが、培養液中 Mg 濃度を高くした場合には土耕ポット試験の結果とほぼ同程度となった。

　一方、本研究の培養液中 Mg 濃度は、Mg1.0mmolL

^-1

は0.024 mg mL

^-1

、Mg2.0mmolL

^-1

は0.048mg mL

^-1

、 Mg4.0mmolL

^-1

は0.072 mg mL

^-1

であり、既報

^11）

で土壌に与えた Mg 濃度の１/13 ～１/10である。本研究の水耕ポット試験では、茎葉部 Mg 濃度は、上述の土耕ポット試験の結果の約１/11 ～１/９であった。また、培養液中 Cd 濃度0.44μ mol L

^-1

区では、培養液中 Mg 濃度2.0、4.0 mmol L

^-1

区の茎葉部 Mg 濃度は、6.1

～ 7.8mg 乾物ｇ

^-1

と培養液中 Mg 濃度1.0mmolL

^-1

区に比べて1.2 ～ 1.6倍に高くなったが、培養液中 Cd 濃度 0.89μ mol L

^-1

区では培養液中 Mg 濃度の違いによる差はみられなかった。

　これらのことから、培養液と土壌を用いた場合では、Cd 添加および Mg 施用が茎葉部の Cd 濃度や Mg 濃度の変化に及ぼす影響には相違がみられることが示唆される。その要因として、土壌に Cd や Mg を添加した場合には、土壌粒子に吸着されたり、あるいは下方に溶脱されたりして、Cd や Mg の植物への可給性が培養液と異なることについても考慮しなければならないと考えられる。

　本研究では、培養液中 Mg 濃度を高くすると、茎葉部の Cd 濃度、１個体あたりの Cd 含有量および茎葉部への Cd の分布率、Cd の濃縮係数が低下することが示された。また茎葉部の Mg については、

濃縮係数は低下するものの、Mg 濃度、１個体あたりの Mg 含有量は高くなる傾向がみられた。これらのことから、培養液中 Mg 濃度を高くすることにより生じた茎葉部 Cd 濃度の低下は、茎葉部における Mg 濃縮による影響を受けているものと考えられる。

　根部については、植物体の Cd 濃度および Cd 含有量は培養液中 Cd 濃度0.44μ molL

^-1

区では培養液の Mg 濃度が高くなるに従い低下する傾向がみられた。また、Cd 0.44μ molL

^-1

区では根部の Cd の濃縮係数は培養液中 Mg 濃度を高くするとやや低下する傾向がみられた。これらのことから、根部における Cd の吸収および集積には培養液中 Mg の影響はほとんどみられないと考えられる。ただし、根部の Cd および Mg 濃度については、試料量が少なかったため試験区毎にまとめて分析した結果である。そのため解析精度は茎葉部に比べて劣る。したがって、今後、精度を高めた詳細な検討を行う必要がある。

　水耕オオムギでは、培養液中 Mg 濃度を1mmolL

^-1

(7)

43 から10mmolL

^-1

に高くすることにより、植物体の Cd

吸収量が低下すること、Mg 蓄積量が低い葉で Cd 蓄積量が増加することから、Mg は植物体内での Cd の転流に影響する可能性が示唆されている

^15）

。また、高濃度の Mg が Cd の根からの吸収よりも茎葉部への移行を阻害することにより、茎葉部 Cd 濃度が低下することも報告されている

^16）

。

　したがって、本研究において培養液中 Mg 濃度を高くすることによって生じたキャベツ幼植物体の茎葉部 Cd 濃度の低下は、茎葉部への Cd の移行が Mg により抑制されたためではないかと考えられる。しかし、低 Mg 濃度下で植物の Cd 耐性が促進されるという報告

^17）

もあり、Mg が Cd の吸収および茎葉部への移行に及ぼす影響については、今後、

さらに詳細な検討も必要である。

　一方、国連食糧農業機関・世界保健機関のコーデックス食品規格委員会が定めたアブラナ科葉菜類の Cd 濃度の基準値は0.05mg/FW kg といわれている

^１）

。この数値は水分含有率90 ～ 95％と仮定して乾物あたりに換算すると0.5 ～ 1.0μ g 乾物ｇ

^-1

と推定される。本研究における Cd 添加区のキャベツ幼植物体の茎葉部 Cd 濃度は0.8 ～ 23.8μ g 乾物ｇ

^-1

であり、基準値よりも1.6 ～ 48倍高い。今後、本研究よりも Cd 濃度が低いレベルで Mg 施用により Cd 濃度が基準値よりも低下する現象がみられるのか否か、またその機構についても明らかにする必要がある。

５．引用および参考文献

１．浅見輝男：食品・飲料水・土壌中有害金属の基準値（最大レベル），改訂増補データで示す

－日本土壌の有害金属汚染，アグネ技術センター，東京，2010，pp.13-18.

２．浅見輝男：食品中カドミウム濃度の国際安全基準作成の状況，改訂増補データで示す－日本土壌の有害金属汚染，アグネ技術センター，東

京，2010，pp.160-176.

３．農林水産省農林水産技術会議事務局：農用地土壌から農作物へのカドミウム吸収抑制技術等の開発に関する研究，東京，2005．

４．高橋秀子，Kashem Md. Abul，菅原玲子，亀井　茂，河合成直：各種アルカリ資材を施用したコマツナ栽培におけるカドミウム吸収と土壌中カドミウムの動態．土肥要旨集，53, pp.165, 2007.

５．高橋秀子，菅原玲子，河合成直：カドミウム汚

染土壌におけるコマツナのカドミウム吸収と土壌ｐ H の関係 ―化成肥料施用によるｐ H 変化

－．土肥要旨集，54, pp.168, 2008.

６．雄川洋子，稲原　誠：アルカリ資材を用いた土壌ｐ H 矯正によるダイズのカドミウム吸収抑制．土肥誌，80,589-595, 2009.

７．渡邉浩一郎，花岡治，木村和彦：アブラナ科葉菜類（ハクサイ、チンゲンサイ、キャベツ）

の生育、カドミウムおよび必須微量金属吸収に及ぼすカキ殻施用の効果 -Cd 添加土壌を用いた土耕ポット試験 -. 帝京科学大学紀要，7，17- 24，2011.

８．戸上和樹，中村佳与，工藤一晃，青木和彦，三浦憲蔵：各種無機質資材施用によるカドミウム吸収抑制効果の比較．土肥要旨集，58, pp.149, 2012.

９．渡邉浩一郎，花岡治，内田淳基，木村和彦：

数種葉菜類および根菜類の生育とカドミウム吸収に及ぼすカキ殻施用の効果 ? 園芸用培養土を用いた土耕ポット試験 -. 帝京科学大学紀要，9，

63-69，2013.

10．渡邉浩一郎，澤井　聖樹，渡邉泉：オクラの生育とカドミウム吸収に及ぼす炭酸カルシウムおよび苦土石灰施用の効果．帝京科学大学紀要，10，95-99，2014.

11．渡邉浩一郎，池　値悠，渡邉　泉：キャベツ幼植物のカドミウム吸収に及ぼす炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウム施用の効果　－ Cd 添加土壌を用いた土耕ポット試験－．帝京科学大学紀要，12，1-9，2016.

12．稲坂恵美子：水酸化マグネシウムの施用がダイズのカドミウム吸収に及ぼす影響．土肥要旨集，52, pp.154, 2006.

13．宮田邦夫，稲坂恵美子，金川健祐：水酸化マグネシウムの施用方法がダイズ子実カドミウム濃度に及ぼす影響．土肥要旨集，53, pp.167, 2007.

14．T. Kikuchi, M. Okazaki, S. Dorothea Kimura, T. Motobayashi, J. Baasansuren, T. Hattori and Toshio Abe：Suppressive effects of magnesium oxide materials on cadmium uptake and accumulation into rice grains Ⅱ : Suppression of cadmium uptake and accumulation into rice grains due to application of magnesium oxide materials. J.

Hazardous Materials，154，294-299，2008.

15．工藤一晃，河合成直：水耕オオムギのカドミウ

(8)

渡邉 泉

37

水耕ポット試験によるキャベツ幼植物のカドミウム吸収に及ぼす 培養液中マグネシウム濃度の影響

渡邉浩一郎

國松柚美

渡邉 泉

Effect of magnesium concentration in nutrient medium on the cadmium uptake by cabbage seedlings

Koichiro WATANABE

Yumi KUNIMATSU

Izumi WATANABE

Summary

The effects of different concentrations of magnesium (Mg) in nutrient medium on the growth of, and cadmium (Cd) uptake by seedlings of cabbage ( Brassica oleracea L. cv. Kinkei 201; Sakata Seed Co., Japan) were studied under hydroponic culture.

The nutrient solutions containing different combinations of 0, 0.44, and 0.89 µmol L

Cd and 1.0, 2.0, and 4.0 mmol L

Mg were applied for a period of 14 days.

No significant differences in the growth of seedlings were observed with different concentrations of Cd and Mg. The Cd concentration in the shoots grown with the medium containing 2.0 mmol L

Mg or 4.0 mmol L

Mg was significantly decreased to 9%－13% or 4%－24% of those in each 1.0 mmolL

Mg plus 0.44 or 0.89 µmol L

Cd medium, respectively. Higher Mg concentration in the medium resulted in decreased concentration and translocation of Cd in the shoots. The Cd concentration in the roots grown in 4.0 mmol L

Mg plus 0.44 µmol L

Cd medium decreased to 74%-88%of those in 1.0 mmol L

Mg plus 0.44 µmol L

Cd medium, however, no difference was observed using different Mg concentrations plus 0.89 µmol L

Cd medium.

The Mg concentration in the shoots with 4.0 mmol L

Mg was 1.6-times higher than that in 1.0 mmol L

Mg plus 0.44 µmol L

Cd medium, but no difference in the Mg concentration in the shoots was observed in each concentration of Mg plus 0.89 µmol L

Cd medium, respectively. The Mg concentration in the roots with 4.0 mmol L

Mg was 1.6-1.8 - times higher than that with 1.0 mmol L

Mg plus 0.44 or 0.89μ mol L

Cd medium.

When the Mg concentration in the medium became higher, the concentrations of Cd in the shoots were decreased. These results indicate that the lower Cd concentration and higher Mg concentration in shoots was due to high Mg concentration in the culture medium.

キーワード：カドミウム、マグネシウム、水耕栽培、キャベツ、幼植物 Keywords：cadmium, magnesium nutrient medium, cabbage, seedling

１．緒 言

。我が国には、廃坑山、旧製錬所、Cd 使用 工場等から排出された Cd により汚染された農耕地 も存在しており、農作物中の Cd 濃度の一層の低減 を図る技術開発が進められている

。

報告されている

。また、土壌 pH が等しくなる ように異なるアルカリ資材を施用した場合、資材 の種類により植物の Cd 吸収抑制に対する効果が異 なる例も報告されている

。さらに、炭酸カル シウム（CaCO

）または CaCO

と炭酸マグネシウ ム（MgCO

）の混合物である苦土石灰の施用によ り土壌 pH を同じ値になるように高くした場合、オ クラの Cd 吸収抑制に対する効果は苦土石灰を施用 した方が高いこと

、キャベツ幼植物の Cd 吸収の 抑制効果が MgCO

施用の方が CaCO

施用よりも高 いこと

が報告されている。これらの結果から Mg の方が Ca よりも植物の Cd 吸収を抑制する効果が 高いと考えられる。

一方、植物の Cd 吸収と Mg の関係については、

水酸化マグネシウム施用によりダイズの Cd 吸収が

抑制されること

が、酸化マグネシウム施用によ

38

り水稲の Cd 吸収が抑制されること

がそれぞれ報 告されている。また、オオムギでは Cd の茎葉部へ の移行が高濃度の Mg により阻害されること

が 報告されている。また、シロイヌナズナでは低 Mg 条件下で Cd 耐性が促進されること

も報告されて いる。

Cd 吸収抑制技術の確立に寄与する基礎的知見を得 る上でも重要である。

本研究では、アブラナ科葉菜類のうち生産量が多 いキャベツを供試し、水耕ポット試験により培養液 中 Mg 濃度が Cd 吸収に及ぼす影響を調べたので報 告する。

なお、水耕ポット試験を行ったのは以下の理由に よる。土壌にアルカリ資材で Mg を施用した場合、

Mg が施用されるだけでなく土壌 pH も高くなる。

２．実験方法

S

、明期14時間、暗 期10時間、温度は明期24℃、暗期19℃とし、相対湿 度は約70％であった。

（株）製コイトトロン S-180）内で水耕栽培を行っ た。温度は昼27℃、夜22℃、相対湿度は約70％に設 定した。

培養液中 Cd および Mg 濃度を変化させた試験 は、培養液中 Mg 濃度1.0 mmol L

の１/２倍希釈 Hoagland-Arnon 培養液を対照として、試薬特級硫 酸カドミウム水溶液、試薬特級硫酸マグネシウム 水溶液をそれぞれ供し、Cd 濃度0, 0.44, 0.89μ mol L

の３区を設け、さらに各 Cd 濃度において Mg 濃度を1.0, 2.0および4.0 mmol L

と変化させた３区 を設けることにより行った。試験に用いた培養液 の pH はすべて5.7に調整した。なお、標準濃度の Hoagland-Arnon 培養液の Mg 濃度は2.0 mmol L

で あるが、幼植物を供した試験では１/２倍程度に希 釈して使用することが多い。

試験は、１株 / ポット、各区４連で、同年７月27 日～８月10日の14日間行った。この間、培養液の交 換を１日おきに行った。

得られた結果については t-test により有意差検定 を行った。なお有意差検定結果については、各培養 液中 Cd 濃度において、p<0.05で有意差が認められ た場合にのみ異なるアスタリスク（＊）数で示し た。

３．結 果

（１）植物体の生育

植物体の生育を茎葉部および根部の１個体あたり の乾物重で示し、図１に表した。

茎葉部の乾物重は0.63～1.0 g個体

、根部は0.06

～ 0.09 g 個体

であり、いずれも培養液中 Cd およ び Mg 濃度による有意な差はみられなかった。

（２）植物体中 Cd 濃度と１個体あたりの Cd 含有量 植物体中 Cd 濃度を図２に表した。

渡邉泉

水耕ポット試験によるキャベツ幼植物のカドミウム吸収に及ぼす培養液中マグネシウム濃度の影響

渡邉浩一郎　

國松柚美　

渡邉泉

Koichiro WATANABE　

Yumi KUNIMATSU　

　The effects of different concentrations of magnesium (Mg) in nutrient medium on the growth of, and cadmium (Cd) uptake by seedlings of cabbage ( Brassica oleracea L. cv. Kinkei 201; Sakata Seed Co., Japan) were studied under hydroponic culture.

　The nutrient solutions containing different combinations of 0, 0.44, and 0.89 µmol L

　No significant differences in the growth of seedlings were observed with different concentrations of Cd and Mg. The Cd concentration in the shoots grown with the medium containing 2.0 mmol L

　The Mg concentration in the shoots with 4.0 mmol L

　Mg was 1.6-1.8 - times higher than that with 1.0 mmol L

　When the Mg concentration in the medium became higher, the concentrations of Cd in the shoots were decreased. These results indicate that the lower Cd concentration and higher Mg concentration in shoots was due to high Mg concentration in the culture medium.

１．緒　言

。我が国には、廃坑山、旧製錬所、Cd 使用工場等から排出された Cd により汚染された農耕地も存在しており、農作物中の Cd 濃度の一層の低減を図る技術開発が進められている

。また、土壌 pH が等しくなるように異なるアルカリ資材を施用した場合、資材の種類により植物の Cd 吸収抑制に対する効果が異なる例も報告されている

。さらに、炭酸カルシウム（CaCO

と炭酸マグネシウム（MgCO

）の混合物である苦土石灰の施用により土壌 pH を同じ値になるように高くした場合、オクラの Cd 吸収抑制に対する効果は苦土石灰を施用した方が高いこと

、キャベツ幼植物の Cd 吸収の抑制効果が MgCO

施用よりも高いこと

が報告されている。これらの結果から Mg の方が Ca よりも植物の Cd 吸収を抑制する効果が高いと考えられる。

　一方、植物の Cd 吸収と Mg の関係については、

がそれぞれ報告されている。また、オオムギでは Cd の茎葉部への移行が高濃度の Mg により阻害されること

が報告されている。また、シロイヌナズナでは低 Mg 条件下で Cd 耐性が促進されること

も報告されている。

Cd 吸収抑制技術の確立に寄与する基礎的知見を得る上でも重要である。

　本研究では、アブラナ科葉菜類のうち生産量が多いキャベツを供試し、水耕ポット試験により培養液中 Mg 濃度が Cd 吸収に及ぼす影響を調べたので報告する。

　なお、水耕ポット試験を行ったのは以下の理由による。土壌にアルカリ資材で Mg を施用した場合、

、明期14時間、暗期10時間、温度は明期24℃、暗期19℃とし、相対湿度は約70％であった。

（株）製コイトトロン S-180）内で水耕栽培を行った。温度は昼27℃、夜22℃、相対湿度は約70％に設定した。

　培養液中 Cd および Mg 濃度を変化させた試験は、培養液中 Mg 濃度1.0 mmol L

の１/２倍希釈 Hoagland-Arnon 培養液を対照として、試薬特級硫酸カドミウム水溶液、試薬特級硫酸マグネシウム水溶液をそれぞれ供し、Cd 濃度0, 0.44, 0.89μ mol L

と変化させた３区を設けることにより行った。試験に用いた培養液の pH はすべて5.7に調整した。なお、標準濃度の Hoagland-Arnon 培養液の Mg 濃度は2.0 mmol L

であるが、幼植物を供した試験では１/２倍程度に希釈して使用することが多い。

　試験は、１株 / ポット、各区４連で、同年７月27 日～８月10日の14日間行った。この間、培養液の交換を１日おきに行った。

　得られた結果については t-test により有意差検定を行った。なお有意差検定結果については、各培養液中 Cd 濃度において、p<0.05で有意差が認められた場合にのみ異なるアスタリスク（＊）数で示した。

３．結　果

　植物体の生育を茎葉部および根部の１個体あたりの乾物重で示し、図１に表した。

　茎葉部の乾物重は0.63～1.0 g個体

であり、いずれも培養液中 Cd および Mg 濃度による有意な差はみられなかった。

（２）植物体中 Cd 濃度と１個体あたりの Cd 含有量　植物体中 Cd 濃度を図２に表した。

　茎葉部 Cd 濃度は、Cd0.44μ mol L

区では、

）の24 ％に、Mg4.0 mmol L

区で Mg1.0 mmol L

区の４％に、それぞれ有意に低下することが示された。

　根部 Cd 濃度は、Cd0.44μ mol L

区では、Mg2.0 および Mg4.0mmol L

区で Mg 1.0mmolL

と大きな変化はみられなかった。

　次に、植物体１個体当たりの Cd 含有量を図３に表した。

　茎葉部 Cd 含有量は、Cd0.44μ mol L

）の９～ 16％に有意に低下した。また Cd0.89μ mol L

区で Mg1.0 mmol L

区（20μ g 個体

）の15 ％に、Mg4.0mmol L

　根部 Cd 含有量は、Cd 0.44μ mol L

区では Mg2.0 mmol L

区および Mg4.0 mmol L

区で Mg1.0 mmol L

）の56 ～ 66％に低下した。一方 Cd 0.89μ mol L

　さらに、茎葉部と根部の１個体当たりの Cd 含有量（図３）から、Cd の茎葉部と根部の分配率を算出したところ、Cd の茎葉部への分配率は、培養液中 Mg 濃度が高くなるに従い、Cd 0.44μ mol L

区では24％から５～７％へと、Cd0.89μ mol L

区では27％から１～６％へと、いずれも低下する傾向がみられた。

（３）植物体中 Mg 濃度と１個体あたりの Mg 含有量　植物体中 Mg 濃度を図４に表した。

　茎葉部 Mg 濃度は、Cd 0μ mol L

区の Mg2.0 および4.0mmol L

区（6.5 mg 乾物 g

）よりも2.2 ～ 2.6倍有意に高くなった。

区で Mg1.0 mmol L

区では培養液中 Mg 濃度の違いによる有意な差はみられなかった。

　根部 Mg 濃度は、培養液中 Mg 濃度が高くなるに従い、Cd 0μ mol L