平成 11年 8月1日

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ケ イ 素 の 生 物 学

第三種郵便物認可(9).
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京都大学名誉教授

高 橋 英
陸上植物とケイ素
ケイ素集積植物の特徴と系譜 39)
今から四億年余り前の古生代のシルル紀の中ご

いろな種類の植物の無機組成を調べてみました。

ろ，藻類のあるものが上陸を始めました O そして三ケ所の機関(日本新薬山科植物研究所，京都府

蘇苔植物，羊歯植物 p 裸子植物，被子植物をつぎ立植物園，国立遺伝研究所)から採取させていたつぎに進化させ，陸上を覆ってゆきました。陸上だいた植物は 600種に上りましたが，色おかげで興植物は光と炭酸ガスを求めて地上に葉を広げ，水味深いことが分かりました。

分と無機養分を求めて地中に根を下ろし，両者を被子植物におけるケイ素集積導管と師管を内蔵した維管束でつなぎ，互いに養表 6は同じ圃場から採取した被子植物 147種の分を交換するという体制をとりました O

地上部の無機成分組成ですが，これをケイ素濃度

彼らが根をおろした土壌には大量のケイ素 (20の大小で三つのグループに分けてみました。いま‑‑‑30%) が存在しており，土壌溶液のケイ素濃度

土壌溶液のケイ素濃度を 10ppm， 要 水 量 ( 植 物も海水よりはるかに高くなっています。したがっの乾物 19 に相当する吸水量)を 500ml とするて陸上植物は多量のケイ素を吸収することが可能と，植物が土壌溶液中のケイ素をそのまま水ととです。実際，トクサやイネ科の植物にはケイ素含もに吸収(すなわち受動吸収)した場合は，植物有率の高いものがあることはよく知られていま乾物当たりのケイ素濃度は 0.5%になります。供す。しかしケイ素含有率が意外に低い植物も沢山試 した植物にはこの基準値より三倍以上高いグノレあります。

ニプ C と，半分以下のグループ Aがあります。前h

植物は上陸以来，土壌のケイ素を多量に吸収す者はケイ素を水より速く吸収するタイプ(積極吸るものと吸収しないものとに分かれて進化してき収型)， 後者は水より遅く吸収するタイプ(排除たようです。私達はそれがどのようになっている型)，また基準値に近いグループ Bは 水 に と も なのかを探るために，同じ土壌に生育しているいろって吸収するタイプ(中間型)と分類しました。

47種の地上部の無機表 6 同一圃場から採取した被子植物 1
成分組成(対乾物濃度)39)
ー マ、、，
̲Si%

被子植物平均 (i47) 0.
50Ca% Mg%

K%

P% Bppm Alppm

，1.
660.
242.
700.
33A双子葉類 (77) 0.
23平均 (117)
0.
2
11.
781.
87
1.
840.
250.
270.
263.
182.
572.
788)
B双子葉類 (0.
861.
760.
17C単子葉類 (22) 1.
87

0.
65C/A0.
358.
90とイネを比較した実験の結果を，図19.
2980

14‑‑‑16に示します。図 14に見られる

0.
340.
330.
3313.
727.
722.
967612221035

ように，イネは培養液中のケイ素濃

2.
340.
449.
512900.
142.
390.
263.
0575

もケイ素濃度はほとんど変化しませ

0.
540.
860.
790.
130.
56ん(リンやカリウムの濃度はこの場、単子葉類 (40) 0.
18

この分類の妥当性は水耕試験で傍証できます。グループ Aおよびクやループ Cの代表的な値物としてトマト

植物採取地:日本新薬山科植物研究所圃場

L

度を著しく低下させますが，トマトは逆に増加させます。しかしこの違いは根を切除すると失われ，両者と合も有意に低下します)。

また茎基業)01(

農

第三種郵便物認可と科泣L

1年 8月 1日
平成 1寸，
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図 16 地上部と根部の Sる導管液中の濃度を反映)は ，イネでは短時間に外液の十倍近くに達していま すが，・%
68.
4

トマトでは外液より著しく低い濃度に抑えられています(図)。 これを反映して地上部のケイ 素濃度はイネ
51
トマトでは逆に低くでは根部より著しく高いが，)。 これらの実験結果から，
6
図1(なっています

ケイ素含有率に見られる植物 の種特異性の原因は根にあることが分かります。

8%
4.
0

グループ Cのようなケイ素含有率の高い 植物をケイ酸植物と呼ぶことがあり ますが，その特徴を

%
46.
0

表 6から探ってみると次のような 事柄があげられます。ケイ酸植物は被子植物 の中では，単子葉類根部60%.
1
ネ
イ

2時間
7i濃度の減少速度 (4 培養液中の S
図 1トマト後)39)のイネ科，カヤツリク、、サ科に集中していること。
カルシウムと特にホウ素含有 率が低いこと。またアルミニウムも低くなってい ますが，これはむしろ単子葉類の特徴というべき であろうと思われます。単子葉類にはケイ素の高いものはあります・・ ・ ・・・山 ・・・・・ 山が，アルミニウムの高いもの はありません。これiH。
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一悶凶根切除植物﹁￨斗ィH vn HA H H H

aH H H H H V H'h'‑‑一γ・・

iu vvvH1H1HOHOHin‑HlhiH1HVHOH H・一円︺完全植物体︐￨￨﹂トト培養液中の臼濃度変化指数

AυAυ
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jネtc‑‑tillilIFFFiIIFlr‑圃圃

i濃 度 (5時間後)39)
5 溢泌液中の S
図 1001に対して双子葉類にはケイ素 の高いものはありませんが，アルミニウムを集積するものがありま

グループ Bにはウリ科やイラクサ科の植 物が入っていますが，これらは外液 中のケイ素濃度が高いと，かなりのケイ素含有率 を示します。しかしカルシウム合有率はケイ素より高くなっています。後で述べるようにウリ科 のカボチャには，根がトマトなどのようにケイ素 に対して排除的に振る舞う品種と振る舞わない品 種とがあります。
被子植物以外におけるケイ素 集積，2種(ソテツ類 2種
裸子植物は代表佐なもの 10種)を供試しましたが，ケイ 素含有率はマツ類 1溢泌
液平均 0.13%で，高いものはありませんで した O

濃度， トクサ類 2羊歯植物はヒカゲノカズラ類 2種1種を供試しましたが， ヒカゲノカズ
種，シダ類 4p~m，ラ類(平均 4.60%) とトクサ類(平均 5.81%) は0i 5S

いずれも著しく高いケイ素含 有率を示しました。
外液濃度01

これに対してシダ類にはケイ 素含有率の高いものと低いものの二つの系統が見 られました。すなわ

ネイ

ト
マ
ト

，
9種の平均ケイ素含有率は 2.53労
ち 6科 13科 22

平成 11年 8月 1日

農 業 と 科 学

第 三 種 郵 便 物 認 可 ( 11)

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図 17 系統樹におけるケイ酸植物の分布 39)
単子葉類

双子葉類

イラシ
ネン与
カヤツリグサ

ガ

シダ類

トクサ類
ヒカゲノカズラ類

オシダ科

メシダ科

ヒメシダ科

種のそれは 0.26%でした。そして科レベノレでは二ケイ素集積性は系統分類と関係があるように見えつの系統が重なり合うことはありませんでした。

ます。植物の集積する特殊な元素はほかにもアノレ

蘇苔植物は 2種を供試しただけでしたが，ケイミニウム，マンガン，セレンなどがありますが，(蘇類) 1.37%， ゼニゴケ

これらは土壌の酸度や酸化還元，母材などの特殊5.
̲
55% (苔類)でいずれも高い値を示しました。

な土壌環境に個別的に適応した結果と考えられま

素含有率はミズゴケ

このように被子植物以外にも，ケイ素含有率のす。これに対しでケイ素は土壌中に普遍的に多量ケイ酸植物」と認められるものがあります
高い f存在しており，どれだけ吸収するかは植物に委ねが，これらのカルシウム含有率は被子植物のケイられています。おそらくケイ素の集積が植物に有酸植物のように低くはありません。シダ類にはケ利に働いたためトそのような形質が進化の過程でイ素含有率から二つの系統が認められますが，両保存されたのではないかと思われます。

系統のカノレシウム含有率には有意の差はありませんでした。
しかし陸上植物全体を通してみると，限られた7にまとめたように，データーではありますが図 1

参考文献39) 高橋英一:ケイ酸植物と石灰植物， 45 60頁， 165"，，""
176頁，農文協 (1987)