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汚泥肥料に含まれる可能性のある有害金属カドミウムについて、イネへの影響を中心に解説しています。イネは根から吸収したカドミウムをクエン酸などと結合して運び、各組織に蓄積します。この蓄積には、金属と結合するタンパク質であるメタロチオネインが関わっています。メタロチオネインはカドミウム以外にも、亜鉛や銅などの金属とも結合します。植物の種類によってメタロチオネインの働きは異なり、カドミウム耐性に差がある可能性があります。
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検索キーワード：「亜鉛(Zn)」
イネがカドミウムを吸収したら？
汚泥肥料に含まれる可能性がある有害金属のこと
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この記事は、汚泥肥料に含まれる可能性のある有害金属、特にカドミウムについて解説しています。
汚泥肥料は資源有効活用に役立ちますが、製造過程によってはカドミウムなどの有害金属が混入する可能性があります。カドミウムは人体に蓄積し、腎臓障害などを引き起こすことが知られています。
著者は、汚泥肥料中のカドミウムが農作物に与える影響について調査しており、次回の記事で詳細を解説する予定です。
亜鉛欠乏と植物のオートファジー
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植物のオートファジーは必須栄養素の欠乏時に活性化される。特に、世界の農耕地の約半数で欠乏し、植物の健全な生育に不可欠な亜鉛（Zn）の欠乏時に注目。亜鉛は金属酵素の補因子であるため、欠乏時にはオートファジーが亜鉛を含むタンパク質を分解し、再利用する。この機能がなければ、活性酸素抑制酵素（Cu/Zn SOD）への亜鉛再分配が滞り、葉に活性酸素が蓄積してクロロシスが発生するなど、植物に深刻な影響が出る。オートファジーは高品質な作物生産（秀品率）にも関与する重要なプロセスである。
C4型光合成の二酸化炭素濃縮
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C4植物はCO2濃縮メカニズムにより高い光合成速度を達成する。CO2は葉肉細胞で炭酸脱水酵素(CA)の働きで炭酸水素イオンに変換され、リンゴ酸として貯蔵される。このCO2濃縮により、光合成の律速となるCO2不足を解消する。CAは亜鉛を含む金属酵素で、CO2と水の反応を促進する役割を持つ。C4植物のソルガムを緑肥として利用する場合、亜鉛の供給がC4回路の効率、ひいては植物の生育に影響を与える可能性がある。この亜鉛の重要性は、畑作の持続可能性を考える上で重要な要素となる。
元素118の新知識から金属酵素の働きを知る
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亜鉛はI-W系列の元素であり、農薬に含まれることで植物の生育を促進します。I-W系列の元素は相互に関わり合いながら、酵素などの生体分子を構成しています。
亜鉛を含む金属酵素には、炭酸無水化酵素、アルコール脱水素酵素、カルボキシペプチダーゼなどがあります。これらの酵素は、炭酸の除去、アルコールの酸化、タンパク質の分解などに重要な役割を果たします。
さらに、亜鉛はジンクフィンガータンパク質にも含まれており、遺伝子発現の制御に関わっています。植物における亜鉛欠乏は、光合成の低下、成長阻害、花の減少などの症状を引き起こす可能性があります。
亜鉛を含む農薬の作用をI-W系列から考えてみる
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マンゼブは亜鉛を含む農薬で、I-W系列に基づくと、亜鉛は強力な結合力を持ちます。この亜鉛がマンガンや鉄を利用する酵素タンパク質に結合すると、酵素の作用が阻害されます。
I-W系列では、結合力が強い金属ほどリグニンなど強固な物質の合成に関与しますが、結合力が強すぎると生命活動に悪影響を及ぼします。銅は生理作用を維持できる範囲で結合力が強く、リグニン合成に必須ですが、アルミニウムは強すぎて毒性があります。
亜鉛は銅に次ぐ結合力を持ち、生命活動に不可欠な微量要素でもあります。マンゼブが亜鉛を含んでいるため、病原菌の酵素を阻害する効果がありますが、植物は微量要素として亜鉛を利用するため、予防薬として用いることができます。