農 業 と 科 学

平成 1
9年 5月 1日

第三種郵便物認可(1)

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微量元素よもやま話 [6]ゲルマニウム京都大学名誉教授

高 橋 英
周期律表から予言された元素ゲルマニウム18%，という平均値を得ましたが， 100%になら1869年，メンデレーフは当時知られていた 60ないので何度も分析を繰り返しました。しかし常余りの元素をもとに周期律表を作成し，その中でに 7%近くが欠けていることから，この鉱物には将来発見の可能性がある 11種の元素の存在を予言

未知の元素が含まれているに違いないと結論しまl)とインジウしました。中でもアルミニウム (Aした。彼は試行錯誤のあげくIn) の間，およびケイ素 (Si) とスズ (Sn)のム (素の硫化物の沈澱を得

聞に存在を予想した未知の元素のエカアルミニウして新元素を単離することに成功しました。そしムとエカケイ素については，性質を詳しく説明し，てこの新元素はそれらの発見の近いことを予言しています。

テン名ゲルマニアに因んで

果 た せ る か な 6年後の 1875年

フランスの化1886年 2月新元

これを水素気流中で、加熱

ヴインクラーの祖国ドイツのラゲルマニウム (Ge)と命名されました 1)。

メンデレーフのエカアルゲルマニウムの性質は表 1にみられるように，ミニウムと性質の一致する新元素を閃亜鉛鉱中にメンデレーフの予言したエカケイ素の性質と驚く

学者ボアボードランは発見し，祖国フランスの古名ガリアに因んでガリほど一致しておりウム (Ga) と命名しました。

間にあった空席は実在の元素によって埋められま

周期律表のケイ素とスズとの1885年秋，フライブルグの近くの鉱山で銀を含I
I族 と 第IV族に隣り合って，ラした。周期表の第Iむ新しい鉱物が発見されました。発見者のフライ

イバルのフランスとドイツの国名を冠した元素がブルグ鉱山学校の鉱物学教授のヴアイスパハは，並ぶ結果になったのは銀のラテン名 "argentum"に因んで「アルジロダ(図 1。
)Argyrodite)J と命名し
イト (偶然とはいえ象徴的です

同僚の化学教授

しかしこの両元素はその兄に当たるアルミニウのヴインクラーに鉱物の正確な組成を決定するよ

ムとケイ素が地殻の主要元素であるのに比べてう依頼しました。

存在量は極微量であり(クラーク数はガリウム

ヴ イ ン ク ラ ー は 分 析 の 結 果 ， 銀 75%，イオウ

0.001%39位，ゲルマニウム 0.00065%43位)，そ本 号 の 内 容

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一「i ~微量元素よもやま話 [6 ]ゲルマニウム京都大学名誉教授

高 橋 英 一S水稲育苗箱全量基肥専用肥料「苗箱まかせ」による低コスト栽培の実証……… 6
群馬県藤岡地区農業指導センター

高 橋 行 継S肥効調節型肥料によるトンネルスイカの減肥栽培・・・…・一一…一一...一一・…・…… 9
千葉県農業総合研究センター
生産環境部環境機能研究室￨

森 孝 夫 ￨
一一一一一一一一一一一一一一一一一一ー一一一一一一一一一一一一一一一一一」(2)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可平 成1
9年 5月 1日司 '1111 1I 11"~IIIIIII.fl" ，， llhllllll 問問 11.11.11 11 司司川 IUl 川....・， 1 川 1111 ，.. ....'1111 11 ・ H ・.....'..， 111 1" ・・ 4 川 1"11"'" ‘ 11111' 1" 1....... 川刊1 ・ 11......1 11 11 11 111.. 園川 111 1t 11" ，. I. ， lllhfl...~U 川 ..u. 圃"'1 1 ・・，川 1" 匝司川 Ildlll....'III'lllhll.....llhlhlll~ 同 1..11. ， 11'"表， .予言されたエカケイ素の性質とゲルマニウムの性質の比較でいた矢先，文部省在外研究員として一カ年留守

エカケイ素ゲルマニウム

そこで植物のケイ酸栄養について共同研究をし原子量7272.
59

原子価44

比重5.
50.
0735.
470.
076

比熱にすることになりました。ていた岡山大学の三宅靖人氏(現岡大名誉教授)に，イネ，トクサ，ワラビ，スギナなどのゲルマニウムに対する生育反応について，児島湾干拓地の実験農場で水耕試験をしてもらうことにし，筆図， .周期表における GaとGeの位置

者は留学先のアラバマ州マッスルショールズにあ

員~

Nb族

るTVA(テネシー峡谷開発局)肥料開発センター(炭素)のグリーンハウスで

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族

2B

3

AQ (アルミニウム)Si (ケイ素)対 す る 生 育 反 応 を ， 水 耕 砂 耕 土 耕 の 3段階で4固(ガリウム)固(ゲルマニウム)検討することにしました。

5In (インジウム)

Sn (スズ)

6

TQ (タリウム)

Pb (鉛)C(ホウ素)

各種作物のゲルマニウムに

さらに 1
972年に帰国してからは，京大農学部の温室で大学院生であった粛聡明君(昭野聡一氏，の後長らく注目されることはありませんでした。

現多木化学研究所)とキウリ，インゲンマメ，ア

942年にアメリカの NDRC (国防研究ところが 1

サガオ，ヒルガオなどの蔓性植物のゲルマニウム委員会)が，電子機器に必要な半導体の素材としてに対する反応を調べました。また当時ラジオアイゲルマニウムがすぐれていることをみいだすと 1)，

ソトープ研修所の天正清氏らが，放射性ゲルマニ商業的に重要な価値をもつようになり，以後電子ウムを使って植物のゲルマニウム吸収について研工学の分野で利用されるようになりました。

究されていたので，その技術を教えていただいてゲルマニウムとの出会いトレーサー実験もあわせて行いました。

筆者はかねてからケイ酸含量の著しく高い植物

このようにして三つの異なる場所，三種類の栽のケイ酸吸収機構に興味をもっていましたが，エカ培方法，多数の植物について実験を重ねた結果，ケイ素と名付けられただけあってケイ素と化学的いくつかの新しい性質がよく似ているゲルマニウムを使って，比較検た。その概略をつぎに紹介します。

討してみたら面白いだろうと考えるようになりまゲルマニウムに対する植物の反応興味ある現象がみつかりましした。それにまたケイ素の放射性同位元素(31Si)

第 1にゲルマニウム(二酸化ゲルマニウムの粉は，半減期が 2.
62時間と極めて短く利用しにくい末あるいは水溶液を使用)の吸収性はケイ酸の場が，ゲルマニウムには長寿命の放射性同位元素合と同様，植物の種類によって著しく異なり，ケ(68Ge，半減期 280日)があるので，手段的にも一イ酸吸収性の大きい植物はゲルマニウムの吸収性歩前進できるだろうという期待もありました。

も大きい傾向があります。しかしゲルマニウムはこういうわけで 1970年頃からゲルマニウムを使う実験にとりかかりましたがたまたま長野県ケイ酸と異なり植物体にある程度(数百ppm以上)蓄積すると障害を呈します。このゲルマニウのトランジスター工場の廃液流入国で、水稲に被害

ム過剰に対する感受性はが発生し，その原因が廃液中のゲルマニウムにあ大きい植物，すなわちケイ酸吸収性の大きいケイるらしいという報告が酸植物ほど高い傾向があります。なかでも実際に茨城大学の茅野充男氏(現東大名誉教授)らによってなされました 2)。
この報告は，イネはケイ酸と同じようにゲルマニウムの吸収性も大きいこと

しかしケイ酸と異ゲルマニウム吸収性の被害のでたイネはゲルマニウム吸収性が非常に大きく，過剰障害のでやすい作物でした。
第 2にゲルマニウムの吸収はケイ酸の存在によなり体内に集積したゲルマニウムはイネに対してって著しく抑制され毒性を呈することを示唆しており，大変興味深く大きい植物で顕著です。たとえば強酸性土壌を，思いました。そしてこれに刺激されて実験を急い

一方は炭酸カルシウムでこの効果はケイ酸吸収性の
他方はケイ酸カルシウ

農 業 と 科 学

平成 1
9年 5月 1日

第三種郵便物認可(3)-明・ ""1111 匝司川 11.1..."9 11 1 ，， 1.... 同，.. hltlllll.....IIIIIIIIII....'1・ 11 111 ' ，......， 1 川『川，...咽 \111 111 "...... 刊 11"11" ー‘ 111 1I'P 11....~11 ・ '11 ・ 11....... 川"・ 111111 圃 "11 川川...，. llllllhll.... ，. IIIII"U.....' ・・ 1111111..IIII"I.'I....IIII'I.lllll.."IIII.IIIII ..，田川， 111"'"ムで、同一 pHに中和しゲルマニウムを添加してさらに根部を切除したイネ地上部をケイ酸を含む溶液に浸した場合はケイ酸は吸水にともなっの作物とくにイネは，炭酸カルシウム系列にくらてとりこまれるに過ぎずイネの特徴であるケイべて障害は軽く(表 2参照)，ゲルマニウム吸収量酸の積極吸収性はみられませんが，ゲルマニウムも低くおさえられていました (TVAでの実験)。の場合も同様で各種の作物を栽培するとケイ酸カルシウム系列根部を切除した地上部のゲルマニウムの吸収は激減します

表2. ゲルマニウム過剰障害に対するケイ酸塩の軽減効果
地上部乾物重の CaSi03/CaC03
比(高橋英一1976)

トウモロコシエンバクa
Si
03 CaSi
03 CaC03 C
Ge02 CaC03 CaSi
03Ca
Si
03a
Si
03 CaSi
03 CaC03 CCaC
03Ca
C
03Ca
C
03pp
町1g/
pot g/
potg/
pot g/
potg/
pot g/
pot

土壌中イネ。

18.
99 20.
580.
52 3.
690.
1
1 1.6150100

1.1 25.
53 27.
537.
1 12.
20 18.
0514.
6 4.
23 5.
97l.1
1.51.417.
36 17.
5912.
17 13.
245.
3
1 7.
951.0
1.11.5(表4)。
また供試した蔓性植物のうちキウリ，インゲンでは，水耕液に 1ppmのゲ、ルマニウムが存在すると伸長は阻害されましたが，アサガオ，ヒルガオでは 10ppmのゲ
ルマニウムによっても伸長

第 3にケイ酸植物のゲルマニウムの吸収様式はケイ酸のそれとよく似ており積極吸収です。た

表4. 地上部の 68Ge吸収に対する根部の役割(高橋英ーらとえばイネのゲルマニウム吸収はケイ酸の場合と同様，蒸散を抑制しでも影響を受けず活発に行われます(外液のゲルマニウム濃度は時間と共に著植物しく低下する)。またイネのゲルマニウム吸収はケイ酸の場合と同じく，NaCN，DNP，2，4‑Dなどの代謝阻害剤によって強い阻害を受けます。

1976)

地上部 68Ge吸収量
根付き地上部
A

根切除地上部
BA/B68Gecpm/ m g 新鮮重イネ
ツル性インゲン

第 4に植物のゲルマニウム吸収における特異性

ヒルガオ

は，ケイ酸の場合と同じく根部に局在しています。

アサガオ

2330
29.
29023.
034.
422.
46.
64.
426.
01.30.
20.
2ケイ酸吸収性に乏しいトマトの地上部を切除し，茎基部からの溢泌液のケイ酸濃度を測定すると，は殆ど阻害されませんでした。これらの植物では最初の聞は外液より低く，かなり経ってからようゲルマニウムは根部にとどまりやく外液濃度に達するのに対しはごく僅かでした。地上部の伸長が阻害されなかイネの溢泌液のケイ酸濃度は短時間に外液より著しく高く濃縮されることが認められています。それと同様にイネ地上部への移行ったのはこのためと思われます。
そしてヒルガオとアサガオではイネと反対に，の溢泌液のゲルマニウム濃度も短時間に外液の数根部を切除した場合の方が十倍に濃縮されることがウムの取り込みは多くなりました(表 4)。さら放射性ゲルマニウム(68Ge)を用いた実験で確認されました(表 3)。に代謝阻害剤は地上部へのゲルマニ

ヒルガオに対しては初期にはゲルマニウムの吸収を低下させるよりも，むしろ対. イネ溢泌液中のゲルマニウム濃度
表3
処理後時間

外液中の Ge濃度
A。

7255.
0424326423292794.
42.
3(高橋英ーら

1976)

溢泌液中の Ge濃度
BB/A

1.933106136

ことが，放射性ゲルマニウムを用いた実験で認められました。
このように根の正常な機能がイネではゲルマニcpmprr
8Ge/mQ Geppm 668Ge
イうnQ Geppm

4，770
15，40019，700照(阻害剤無添加)にくらべると若干増加させる

74771

ウムの積極吸収にヒルガオやアサガオでは吸収抑制に働くという正反対の現象がみられるのは非常に興味深いことです。

(4)農 業 と 科 学

第三種郵便物認可

平成 19年 5月 1日，， ，，"司1111.
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以上に紹介したいくつかの現象から，つぎの二ることができますがその興味深い応用の例としつを強調しておきたいと思います。一つは選択吸て，岡山大学の馬建鋒氏らによる「イネのケイ酸収性は植物の種類によって非常に異なり，それが植物の生態的特性(たとえば異常な化学的環境，吸収欠損変異体の単離」について紹介しておきます4)。

ここではゲルマニウム汚染に対する耐性の違い)

同氏らはイネ種子をアジ化ナトリウムで処理しの主因をなす場合があるということです。
いま一つは元素の invitro(生体外)での性質のて突然変異を誘起させすることによってゲルマニウム耐性を検定

多数の種子から幾つかのゲルnvivo(生体内)でもある程度の類似性類似性は， iマニウム耐性(ゲルマニウム吸収性に乏しい性を発揮する場合があるということです。ケイ酸植質)をもった変異体を単離することに成功しまし

物はケイ酸を吸収集積する特性をもっているが，た。この突然変異種はもとのイネに比べて， リンケイ素と化学的性質の類似したゲルマニウムに対酸やカリウムの含量に差はないがケイ酸含量は著しでも，吸収の面では同じ様な行動をします。

しく低いことが認められました。そしてそのケイ土壌中のケイ素の存在量は 33%であるのに対し，酸吸収は NaCNや低温処理による阻害を受けなかゲルマニウムはその 33万分の lの0.0001%に過ったので， この突然変異種はケイ酸の積極吸収性ぎないので，植物がゲルマニウムに接する機会はのみを失ったものであることが推察されました。

ケイ酸植物の根にイネなどの特異的なケイ酸集積種にはケイ酸ト存在するケイ酸を取り込む機構は，ゲルマニウムランスポーターの存在が予想されますが， この突に遭遇したときこれを異物と認めずに受け入れて然変異種はトランスポーターやそれに関与する遺しまいます。

伝子の解析などの研究に有益であり，今後の進展極めて少ないと思われますがしかし体内に入ってからはケイ素と異なり，ゲが期待されます。

ルマニウムの集積した部位は褐変し，甚だしい場

ゲルマニウムはケイ藻にも特異的阻害作用を呈合は枯死し，ゲルマニウムは明らかに異物としてしますが， これは海洋におけるケイ藻の生態を調行動します。植物はゲルマニウムをケイ素と同じべるのに利用されています。すなわち海洋に存在ように吸収しでもする光合成生物の中ケイ素の代替物として自己のケイ藻のみをゲルマニウム体制に組み入れることはできないでいるのです。

で選択的に抑えることによって植物のケイ素栄養研究へのゲルマニウムの利用

炭酸固定の中にケイ藻の占める割合を推定するこ植物のケイ素栄養研究の一つに，植物の種によとができますが海洋で行われるそれによるとケイ藻の寄与率はってケイ素含量に大きな違いがあるのは何故かと50%以上にもなるということです。また海苔の養いう問題があります。これには植物の養分選択吸殖に大きな被害をもたらすケイ藻の繁殖防止剤と収性が関わっていますがしてのゲルマニウムの利用もあります。

その仕組みの研究には放射性同位元素がよく使われました。
ケイ素にも人工放射性同位元素(31Si)がありマスメディアに登場したゲルマニウム
昭和 60年頃だ、ったと思いますが，街角でたまたますが，、半減期は 2.
26時間と極めて短いので実用

ま「ゲルマニウム温泉」や「ゲルマニウムクリニッ的でありません。しかしケイ素のかわりに吸収のクJ の看板を目にして驚いた記憶があります。調面でよく似た行動をするゲルマニウムを使えば，べてみるとゲルマニウムはゲルマニウムには長寿命の放射性同位元素がある

よる公害病やガンに効く 「ネ申秘の元素」とうたわので便利です。また放射性ゲルマニウムを与えたれ，健康関連商品としてブームになっているらし

植物のラジオオートグラフをとって，吸収されたいことが分かりました。

ゲルマニウムの体内分布を調べることも可能です。

水銀やカドミウムにそれを裏書きするように昭和 61年には，

1ゲル

今一つは，吸収されるとケイ素と違って害作用

マニウム飲料水は万病に効くと宣伝して摘発」とを呈するというゲルマニウムの性質の利用です。

か， 1
ゲルマニウム療法で死者一ブームの裏に無機

これで植物のケイ素吸収性の程度を簡単迅速に知性商品横行J などの記事が新聞に載るようになり

農 業 と 科 学

平成 1
9年 5月 1日

第三種郵便物認可(5)

司t ・ ""11 ，，"喝 1111111 .， 1"9 1 1.. ，1. .11 町四川"， '11'...."'1 川，"....， '1 ，， '11" ，. ..'1川刊 11 ‘岨 \111 11 ・ l' ・・・ 4 刊 11"11" ー‘川川1 ・"ー.."川1・ '''....'''11 ・ 1111 ・ ."II" ，，，， ~"'II ・H ・ .'1.....11 ・"，， 11..'" ・・ 1'011" 園町1 1 111111・""，，，川・ 11・ 11111.. 1 111 ・ 1" ，，""1四"，， 1 ，， 11' '9ました。そして昭和 63年 10月には厚生省から各都

分析化学の著しい進歩によって，現在周期律表

道府県知事宛に「ゲルマニウムを含有させた食品の元素の大部分が生物体中に見出されています。の取り扱いについて」という通達が出されました。

しかし生物に対しでもつ意味がある程度知られてゲルマニウムを含有させたいる元素の数は，全元素の三分のーもありません。

食品が健康食品として流通・販売されているが，とはいえ先端技術産業の進出にともなって，元来これを継続的に摂取した結果生じたものと疑われ微量存在するに過ぎなかった元素が人間によってる健康障害の発生が報告されている。このため厚局所的に濃縮され生省では，生物性の一端が明るみに出ることがあります。こ

その中には"近年i
食品中に含まれるゲルマニウムに関する専門家会議」を設け検討を行ってきたが，酸その結果未知であった元素のこで紹介したゲルマニウムはその例です。

化ゲルマニウムを含有させた食品の摂取と，同食ゲルマニウムはケイ素と化学的性質が似ている品を継続的に摂取した者に散見される人の健康障だけでなく，吸収の面でもケイ素と同様の行動を害の聞には，臨床的データから強い因果関係があとるという生物的類似性をもっているということることが認められ動物実験においても人と同様が明らかにされました。吸収という面での類似性の健康障害が発生することが認められるため，酸は，カルシウムとストロンチウム，イオウとセレ化ゲルマニウムを含有させた食品を継続的に摂取

ン，モリブデンとタングステンなどの兄弟元素のすることはさけること。"と書かれています。

間でも認められています。

これを契機にブームは沈静化しましたが，ゲル生物もまた類縁関係に結ばれながら進化してきマニウムという言葉がマスメディアから消え去っました。その過程で， とくに上陸後，生物はいろたわけではありません。たとえば平成 10年の第いろな元素と新しい関係を持つようになりました。

119回芥川賞受賞作品の題名は奇しくも「ゲルマ必須元素もそのような関係の一つですが，今日認ニウムの夜」でした。

められている必須元素の全部がはじめからあった

おわりにのではなく，進化の過程で必須性を獲得していっ自然界は鉱物界と生物界に大別されますが，そたと思われる元素もあります(たとえばホウ素人

れらは原子というもので組み立てられていると化生物と元素の関わり合いにはどんな法則性があ学は教えています。われわれは森羅万象がどのよるのか，机の前に貼り付けた周期律表を時々眺め

うな原子の組み合わせでできているかについては，ながら考えています。

限られた知識しかもっていません。しかし原子の参考文献

種類がどれだけあるかは知っています。それは元

1)ウィークス/レスター著大沼正則監訳:元素素の周期律表にまとめられています。

98)
発見の歴史 3，ゲルマニウム朝倉書店(1916， 64

理的，化学的類縁性によって結ぼれた一大家族と

2) 茅野充男，田中孝之:土肥講演集(1970)して存在していることがわかりこれらによって

3) 高橋英一，着聡明，三宅靖人:ケイ酸植物の構成される世界には，おのずから一定の秩序，原ゲルマニウムに対する反応の特異性について，則が存在するであろうことが感じられます。ただ47， 183‑190， 191‑197， 217‑
22 (1976)
4) J.F.Ma，K.Tamai，M.I
chi，andG.F.W U:
A RiceMutantDefective inSiUptake，PlantPhysiology 130 2111‑2117(2002)

周期律表を眺めていると，元素というものが物

周期律表には元素の生物性(生物との関わりについての情報)がもりこまれていないので，生物界との関連をイメージしにくい憾みがあります。

日土肥誌