海水が灌漑水や地下水に混入し、塩化ナトリウム

１．緒言

海水が灌漑水や地下水に混入し、塩化ナトリウム

（NaCl）などの塩類が土壌中に蓄積したり、台風な どの強風により海水を含む海風が内陸に入り込んだ りすることにより、植物生育が過剰の塩類により阻 害されることを塩害という。Szabolcsの推定によれ ば、全耕地面積の約20％が塩類の影響を受けてい る

。塩類集積は植物生育を阻害する主要因の一つ であるだけではなく、生態系の破壊による大規模な 環境破壊がもたらされることから、早急な対応が求 められている

。

塩害をもたらす要因である海水には、高濃度（0.4

～19.4 g L

）のNa

、Mg

、Ca

、K

やCl

が 含まれる

。これらの塩類に比べると低濃度ではあ るが、海水にはホウ素（B）が約4.5 mg L

含まれ ている

。海水のB濃度は植物の水耕栽培試験に利 用される培養液のひとつであるHoagland-Arnon培 養液のB濃度

の約９倍である。しかし、Bは、植 物に対する適正濃度範囲は狭く、植物種ごとに大き く異なり、ある植物種にとっては適正とされる濃度 であっても、別の植物種では過剰症や欠乏症が発生 しやすい元素である

。

また、日本の環境基準における土壌中B濃度は1.0 mg L

と定められており

、環境基準以上のB濃 度で生育試験を行った植物体で過剰障害や枯死がみ られることも報告されている

。そのため、海水 の被害を受けた環境はB濃度が高く、植物に過剰障 害が生じることも予想される。

塩類集積土壌の脱塩において、耐塩性植物や好塩 性植物の利用が期待されているが

、海水の影 響を受けた環境を想定するならばNaClの影響を調

べるだけではなく、Bの影響も調べる必要がある。

しかし、耐塩性植物や好塩性植物に分類される植物 種を対象に、海水のB濃度の影響を想定したB条件 下における植物体の生育や生育した植物体のB濃度 に及ぼす影響を調べた報告はみあたらない。

アイスプラントは、乾燥、強光、低温、塩といっ た環境ストレスに強い植物である

。塩ストレスに 対しては、海水と同程度のNaClを含む土壌でも正 常にライフサイクルを完結させる好塩性を有し、吸 収した塩を体内に蓄積することから土壌脱塩技術へ の応用が期待されている

。

アイスプラントは、塩の吸収にともない茎葉表面 にブラッダー細胞を発達させ、吸収した塩を蓄積す る。このときブラッダー細胞内の塩濃度は葉身の約 1.5倍になることが報告されている

。ブラッダー 細胞は耐塩性及び塩類集積能に重要な役割を果たし ており

、その機能を詳細に解明するために、ブ ラッダー細胞形成遺伝子を単離する試みも行なわれ ている

。しかし、海水のB濃度の影響を想定した B条件下におけるアイスプラントの生育、植物体中 Bの濃度、存在状態、またそれらに対するブラッ ダー細胞の影響に関する報告はみあたらない。

本研究では、アイスプラントを対象に、水耕栽培 試験で利用されるHoagland-Arnon培養液のB濃度 から海水の約２倍のB濃度を含む培養液で栽培試験 を行うことにより、海水の影響を受けた環境を想定 したB濃度の影響を調べ、アイアスプラントを脱塩 技術に利用するための基礎的知見を得ることを目的 とした。

高塩濃度下におけるアイスプラントの生育とホウ素濃度に及ぼす 培養液ホウ素濃度の影響

1

渡邉浩一郎　

三國恭輔

1帝京科学大学生命環境学部自然環境学科

2帝京科学大学生命環境学部自然環境学科卒業生

Effect of growth and boron concentration in Mesembryanthemum crystallinum under high salinity condition

1

Koichiro WATANABE　

Kyosuke MIKUNI

キーワード：高塩濃度、アイスプラント、水耕栽培、生育、ホウ素 Keywords ： high salinity, iceplant, growth, hydroponic culture, boron

２．材料および方法

アイスプラント（Mesembryanthemum crystalli- num（株）タキイ種苗）の種子を蒸留水に約10分 間浸してから、バーミキュライトに播種し催芽した

（2019年４月24日）。発芽するまではイオン交換水 を１週間に１回与え、以降は１/２濃度に希釈した Hoagland-Arnon培養液を与えて育苗を行った。播 種50日後（６月13日）、第３～４葉が展開するまで 生育した苗を500 mL容ポリプロピレン製容器に移 植し、水耕栽培に供した。

水耕栽培開始後31日後（７月13日）から、１/２ 濃度に希釈したHoagland-Arnon培養液に、NaClを 400 mmolL

になるように添加し、B濃度が0.25、

0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 mg L

になるようにした 区を設けて、さらに25日間の栽培試験を続けた。

なお、B濃度0.25 mg L

は１/２濃度に希釈した Hoagland-Arnon培養液のB濃度であり、これまで の当研究室のアイスプラントの水耕栽培法による研 究

に準じた。

播種からサンプリングまでの過程は、実験室内に 設置した植物育成用LED光型栽培棚を使用して、

明期14時間、暗期10時間、室温の条件で行った。

サンプリングした植物体については、茎葉部と根 部に分けて新鮮重を測定後、80℃で48時間燥通風

乾燥し、それぞれの乾物重を測定した。その後、茎 葉部および根部の乾物試料について、クルクミン法 でホウ素濃度を分析した。

各培養液中B濃度においてn＝５で、得られた結 果に対してt-testによる有意差検定を行い、p＜0.05 で有意差がみられた場合は図中に異なるアルファ ベットで示した。

３．結果

（1）植物体の生育

植物体の生育について、１個体当たりの新鮮重を 図１に、乾物重を図２に示した。

茎葉部の新鮮重は（図１）、培養液中B濃度0.25 mg L

区の42 g個体

に比べて、1.0～10.0 mg L

区で61～75 g個体

と有意に高くなった。しかし、

培養液中B濃度0.25 mg L

区と0.5 mg L

区の 間、また0.5 mg L

区～10.0 mg L

区の５区の間 には、いずれも有意な差はみられなかった。

茎葉部の乾燥重は（図２）、培養液中B濃度0.25 mg L

区の2.9 g個体

に比べて、1.0～10.0 mg L

区では3.8～4.5 g個体

と有意に高くなった。しか し、培養液中B濃度0.25 mg L

区と0.5 mg L

区 の間、また0.5 mg L

区～10.0 mg L

区の５区の 間には、いずれも有意な差はみられなかった。

図1　アイスプラントの生育（新鮮重）に及ぼす培養液中B濃度の影響

（n＝5、グラフは平均値±標準偏差、各器官において異なるアルファベット間でp＜0.05で有意差あり）

図2　アイスプラントの生育（乾物重）に及ぼす培養液中B濃度の影響

（n＝5、グラフは平均値±標準偏差、各器官において異なるアルファベット間でp＜0.05で有意差あり）

なお、培養液B濃度0.25 mgL

区の茎葉部にB 欠乏と思われる節間の伸長の阻害、若い葉の枯死、

茎頂分裂組織の壊死などの徴候

は観察されなかっ た。

一方、根部の新鮮重は（図１）、1.5～1.7 g個体

であり、また乾物重は（図２）、0.2 g個体

であり、

培養液中B濃度による有意な差は生じていなかっ た。

また、１個体あたりの新鮮重から乾燥重を引き、

新鮮重で除することにより水分含有率（％）を求め た。 そ の 結 果、 茎 葉 部 は93～94 ％、 根 部 で88～

91％であり、培養液B濃度による有意な差はみられ なかった。

（2）植物体のB濃度

植物体茎葉部および根部のB濃度を図３に示し た。

茎葉部B濃度については、培養液中B濃度0.25～

1.0 mg L

区では24～61 µg乾物g

であり、３区 間で有意な差はみられなかった。一方、培養液中B 濃度2.5、5.0 mg L

区では127、125 µg乾物g

と、0.25～1.0 mg L

区に比べて有意に高くなった。

さらに培養液中B濃度10.0 mg L

区では232 µg乾 物g

と、他の５区に比べて有意に高くなった。

根部B濃度については、培養液中B濃度0.25～5.0 mg L

区では36～57 µg乾物g

であり、５区間 で有意な差はみられなかった。また、培養液中B濃 度10.0 mg L

区では81 µg乾物g

であり、0.25～

2.5 mg L

区に比べて有意に高かったが、5.0 mg L

区との間には有意な差はみられなかった。

（3）植物体のB含有量

植物体の茎葉部および根部の１個体あたりのB含 有量を、（1）および（2）に記した結果から算出し、

表１に示した。

茎葉部の１個体あたりのB含有量は、培養液中B 濃度が高くなるにつれて増加する傾向がみられた。

しかし、培養液中B濃度0.5 mg L

区と1.0 mg L

区の間、1.0～5.0 mg L

区の間、5.0 mg L

区と 10.0 mg L

区の間には、それぞれ有意な差はみら れなかった。

根部の１個体あたりのB含有量は、培養液中B濃 度10.0 mg L

区で0.25～2.5 mg L

区よりも有意 に増加した。しかし、培養液中B濃度0.25～5.0 mg L

の５区の間、また5.0 mg L

区と10.0 mg L

区の間では、それぞれ有意な差はみられなかった。

また、植物体１個体中におけるBの茎葉部と根部 の存在割合を表１の結果から求めた。その結果、培 養液中B濃度0.25 mg L

区では茎葉部に91％が存 在していたのに対し、0.5～10.0 mg L

区では茎葉 部の存在割合が97～98％と高くなった。

（4）茎葉部、根部におけるB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

。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

。（2）に述 べた結果から、茎葉部、根部のB濃度を、培養液中

図3　アイスプラントの植物体中B濃度に及ぼす培養液中B濃度の影響

（n＝5、グラフは平均値±標準偏差、各器官において異なるアルファベット間でp＜0.05で有意差あり）

表1　アイスプラントの植物体1個体あたりのB含有 量（n＝5、数値は平均値±標準偏差、各器官に おいて異なるアルファベット間でp＜0.05で有 意差あり）

培養液中B濃度

（mg L^－1）

B含有量（µg個体^－1）

茎葉部 根部

0.25 67±15 a 6.8±1.8 a 0.5 223±35 b 7.9±0.5 a 1.0 284±62 bc 7.8±0.5 a 2.5 547±91 c 8.8±1.5 a 5.0 622±206 cd 11±3.0 ab 10.0 884±137 d 16±2.5 b

B濃度で除することにより濃縮係数を求め、表２に 示した。

茎葉部の濃縮係数は、培養液中B濃度0.25～0.5 mg L

区では95、112であり、1.0、2.5 mg L

区 の濃縮係数は61、52と0.5～0.6倍に、5.0、10.0 mg L

区では26、23と0.2～0.3倍に、それぞれ低下し た。

一方、根部の濃縮係数は、培養液中B濃度0.25 mg L

区では144であり、培養液中B濃度が高く なるに従って低下する傾向が示され、5.0、10.0 mg L

区では0.06～0.08倍に著しく低下した。

４．考察

アイスプラントを海水の影響を受けた塩類集積土 壌の除塩に供することを想定し、Bに対する影響の 基礎的知見を得ることを目的として本研究を行っ た。

海水のB濃度は、植物の水耕栽培試験に利用され る培養液の一つであるHoagland-Arnon培養液のB 濃度（0.5 mg L

）の約９倍である

。また、日 本の環境基準における土壌中B濃度は1.0 mg L

と定められており

、環境基準以上のB濃度で生育 試験を行った植物体で過剰障害や枯死がみられるこ とも報告されている

。また、Bの含有量と要求 量には植物種間差が大きく、ある植物種にとっては 必要十分量のBを供給できる土壌や培養液B濃度で あっても、別の植物種では欠乏症や過剰症が発生す るなど、植物種により最適濃度が大きく異なること が知られている

。そのため、海水の影響を受 けた環境では、Na

やCl

の影響に加えて、Bの過 剰障害が生じることも予想される。しかし、本研究 においては、培養液中B濃度1.0～5.0 mg L

区の アイスプラントの生育は、0.25 mg L

区および0.5

mg L

区よりも促進されていた（図１、図２）。

また、培養液中B濃度10 mg L

区の生育は0.5 mg L

区と同程度であった（図１、図２）。これらの ことから、アイスプラントは高濃度のBに対する耐 性をもつものと思われる。なお、アイスプラントや 他の好塩性植物について、B過剰の影響を調べた報 告はみあたらない。

本研究では、培養液のNaCl濃度を400 mMとし た条件で、培養液中B濃度の影響を調べた。これ は、海水による塩害を受けた土壌環境からの除塩を 想定したからである。

アイスプラントは200～400 mMのNaClを与える ことにより葉にブラッダー細胞を発達させて過剰の Na

やCl

などを蓄積して障害を避けている

。 本研究において、培養液中B濃度を高めた条件で も、植物体の生育にB過剰による低下が生じていな いのは、NaCl濃度を400 mMとしたことで、葉で ブラッダー細胞を発達させて、過剰に吸収されたB を蓄積して障害を避けていた可能性も考えられる。

しかし、本研究では、葉のブラッダー細胞の発達状 況や、ブラッダー細胞におけるBの存在状況などを 調べていない。今後、これらの点について明らかに する必要がある。なお、アイスプラントの葉のブ ラッダー細胞におけるBの蓄積を調べた報告はみあ たらない。

次に、植物体茎葉部の新鮮重は培養液中B濃度 2.5～10 mg L

の３区で、また乾物重は培養液中B 濃度1.0～10 mg L

の４区で、いずれも0.25 mg L

区よりも有意に高かった。植物体茎葉部のB濃度は 培養液B濃度0.25 mg L

～1.0 mg L

区に比べて 2.5 mg L

以上の区で有意に高く（図３）、植物体 １個体当たりのB含有量は、培養液中B濃度が0.5 mg L

以上の５区では0.25 mg L

区よりも有意 に高かった（表１）。このことから、培養液中B濃 度0.25 mg L

区で他の５区よりも生育が劣る傾向 が見られたのは、茎葉部のB含有量が少なかったこ とも影響しているのではないかと思われる。

また、本研究では高塩濃度下のアイスプラントの 生育に対する最適な培養液中B濃度は0.5～10 mg L

－1

であった。しかし、NaClを添加しない条件での アイスプラントの生育に対する最適な培養液中B濃 度を調べた報告や、培養液中B濃度を10 mg L

に 高めた条件でも良好な生育が示される植物種を明ら かにした報告はみあたらない。

Bはホウ酸として受動的に吸収され、植物のB吸 収量は培養液中B濃度とほぼ比例するといわれてい

縮係数（n＝5、数値は平均値±標準偏差、各器 官において異なるアルファベット間でp＜0.05 で有意差あり）

培養液中B濃度

（mg L^－1）

濃縮係数 茎葉部B濃度／

培養液中B濃度 根部B濃度／

培養液中B濃度 0.25 95±12 a 144±27 a

0.5 112±15 a 86±2.2 b 1.0 61±19 b 55±10 c 2.5 52±11 b 20±2.0 d 5.0 26±6.1 c 11±5.7 de 10.0 23±1.9 c 8±1.2 e

る

。本研究でも、培養液中B濃度が高くなるに従 い、植物体中B濃度（図３）およびB含有量（表１）

も高くなることから、同様の傾向がみられた。

一方、Bの濃縮係数は、培養液中B濃度が低い条 件で高く、培養液中B濃度を高くすると有意に低下 していた（表２）。また、茎葉部の濃縮係数は根部 の濃縮係数よりも著しく高かった。このことから、

吸収されたBは茎葉部に積極的に輸送され、集積す ることが示唆された。

アイスプラントにおけるBの吸収、茎葉部への輸 送に関する知見はみあたらない。しかし、Bの吸収、

輸送については、低濃度B条件下におけるヒマワリ で、土壌や培養液などの根域環境から積極的にBを 取り込む機構と、取り込んだBを積極的に道管に取 り込み、茎葉部へ輸送する機構が存在することが報 告されている

。また、植物に吸収されたBの輸 送に関する輸送体については、シロイヌナズナで、

低濃度B条件下で道管液のB濃度を高く保つ輸送体 が発現し、高濃度B条件下では根細胞からBを排出 する機能を有する輸送体が発現されることが報告さ れている

。

植物細胞の細胞膜や液胞膜には、一般的な植物に おいても多様な輸送体が存在する

。例えば、K

、 Mg

、Fe

、Mn

、Zn

、NO

、H

PO

などで は、土壌溶液や培養液中の濃度が低いときには、そ れらのイオンを能動的に取り込むために、それぞれ のイオンの輸送体がはたらき

、さらに、道管への 積み込みにも木部柔細胞の細胞膜に存在するそれぞ れのイオンの輸送体がはたらくことが知られている

23）

。また、Ca

には、受動的な吸収にはたらく輸送 体が知られる

。

一方、Na

については、一般的な植物では細胞か ら排出する輸送体を有することが知られている

。 しかし、好塩性植物であるアイスプラントの細胞膜 や液胞膜にはNa

、Cl

を積極的に取り込む輸送体 の存在が報告されている

。また、アイスプラ ントの細胞膜にはK

、NO

などを取り込む輸送体 も存在することが報告されている

。

このように、植物は、多様な輸送体を制御するこ とにより、成長に必要なイオンを積極的に取り込 み、一方、成長に不要なイオンを排除し、植物体内 のイオン環境の恒常性を保つと考えられる。

したがって、アイスプラントにおいても、Bの吸 収、道管への取り込み、あるいは過剰のBの排出 が、それぞれの輸送体により制御されているのでは ないかと思われるが、詳細は今後の研究による解明

が必要である。

以上のことから、本研究では、アイスプラントは B過剰耐性が比較的強い植物種であると考えられ、

海水の影響を受けた塩類集積土壌の除塩に供する上 では、B過剰による影響はみられないと示唆される。

今後は、実際に海水の影響を受けた土壌を用いて除 塩効果とBの影響を実証する必要もある。

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