植物のミネラル栄養

炭素、水素、酸素以外に、植物は土壌から得られる特定のミネラル元素を必要とし、これらの栄養素を吸収、輸送、同化する方法が、植物の成長と農業が依存する肥料の形態を決定する。

Definition

植物のミネラル栄養とは、植物の成長に不可欠な無機元素の獲得、輸送、同化、およびそれらの供給または欠乏が生理学的に及ぼす影響のことである。

Scope

このトピックでは、必須ミネラル元素（多量栄養素と微量栄養素）、必須性の基準、欠乏症状、根におけるイオンの取り込みと膜輸送、および共生関係の役割を含む窒素と硫黄の同化について扱う。

Core questions

• 植物にとって必須な元素はどれか、またその必須性はどのように確立されるのか？
• 根はどのようにして濃度勾配に逆らってミネラルイオンを吸収するのか？
• 窒素や他の栄養素はどのようにして有機分子に同化されるのか？

Key theories

必須元素の概念

ある元素がなければ植物がそのライフサイクルを完遂できず、かつその元素が特定の代替不可能な役割を持つ場合、その元素は必須である。この基準は、すべての植物に必要とされる多量栄養素と微量栄養素を定義する。

イオンの能動膜輸送

根細胞はプロトンポンプを利用して膜を活性化し、トランスポーターとチャネルがミネラルイオンを選択的に、しばしば濃度勾配に逆らって取り込むことを可能にする。

Mechanisms

形質膜H+-ATPアーゼはプロトンを根細胞の外に排出し、電気化学的勾配を生成する。この勾配が、特定のキャリアとチャネルを介した栄養イオンの二次能動輸送を駆動する。硝酸とアンモニウムは、硝酸還元酵素とグルタミンシンテターゼ-グルタミン酸シンターゼサイクルを介してアミノ酸に同化される。多くの植物は、菌根菌を介して、またはマメ科植物においては、大気中のN2をアンモニアに還元する根粒菌との窒素固定共生によって、栄養素の取り込みを補完している。

Clinical relevance

ミネラル栄養は施肥と土壌管理の科学的基盤である。作物の要求量に合わせた栄養供給は収量を増加させるとともに、窒素とリンの損失によって引き起こされる流出と富栄養化を抑制する。

History

リービッヒの19世紀の栄養に関するミネラル理論とザックスの水耕栽培実験は、植物が特定の無機元素を必要とすることを確立し、科学的な施肥と20世紀に洗練された必須元素の基準の基礎を築いた。

Key figures

• Justus von Liebig
• Julius von Sachs

Seminal works

• taiz2015
• buchanan2015

Frequently asked questions

多量栄養素と微量栄養素の違いは何ですか？

窒素、リン、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硫黄などの多量栄養素は比較的多くの量が必要とされる一方、鉄、亜鉛、マンガン、ホウ素などの微量栄養素は必須であるが、ごく微量しか必要とされない。

マメ科植物はどのようにして窒素を得るのですか？

マメ科植物は、大気中の窒素をアンモニアに固定する根粒菌を宿す根粒を形成し、炭水化物と引き換えに植物に利用可能な窒素を供給する。