農 学 最 前 線

Special 座談会【生産・環境生物学専攻】根本 圭介 教授

×霜田 政美 教授×青木 直大 准教授×樋口 洋平 准教授×岩田 洋佳 准教授【附属アジア生物資源環境研究センター】鴨下 顕彦 准教授

On The Frontiers

生産農学がリードする本当の“GX”

Frontiers 1

グリーントランスフォーメーション（GX）ときいて何を想像しますか？

炭酸カルシウムで脱炭素！
？

工業化のようにドラマチックなものだけではありません。
生物の力を借りて持続的なシステムを作ること、それが我々のミッションです。

応用生命化学専攻
分析化学研究室
す ず

きみ ちお

鈴木 道生准教授

樋口水で同 等の栄 養 価（の肉 ）が得られ、生 産 時のC O 2 排 出 量は生物が鉱物を作る現象をバイオミネラリゼーションと呼びます。

野でも食料の安定供給と持続性を両立するための変革が求めら1/1000未満とされています。

バイオミネラリゼーションの分子メカニズムを利用し、れています。
“ GX”
に対する生産農学分野の役割や今後の農業活根本動のあり方について議論したいと思います。

避けるために作物の反収を上げる必要があるかと思います。

根本 “GX”
からは再生可能エネルギーや緑化による炭素貯留を青木イメージしやすいですが、実は農業活動そのものが温室効果ガスのさせるような育種や栽培技術の開発がポイントになると思います。最大きな排出源となっています。
まず、戦後の農業生産を支えてきた化

近では、ドローンによる空撮画像からバイオマスや成長量を推定する学肥料の削減について伺います。

技術の開発が進んでおり、バイオマス生産性に優れた育種材料の二酸化炭素をカルシウムイオンに効率的に結合させ脱炭素を目指す研究を進めています。
太古の地球では二酸化炭素（CO 2）が大気中に高濃度で存在しました。現在の大気中にはCO 2は40 ppm程度しか存在していません
が、CO 2の多くが海水中のカルシウムイオン（Ca ）やマグネシウムイオン
2+

青木（Mg ）に結合し炭酸カルシウム（CaCO 3 ）などの炭酸塩鉱物として2+

岩石中に存在するようになりました。一説では地球上で最も多い炭素の化学形態は炭酸塩鉱物だとも言われています。
これらのCaCO3のほとんどは生物の作用、すなわちバイオミネラリゼーションによって生成されたと考えられています。
現在、大気中のCO2が人間活動により急激に上昇し、地球温暖化などの環境変動が問題になっており、炭素を排出しない脱炭素社会の構築を目指すため、「GX（グリーントランスフォーメーション）する」
ことが強く求められています。

図1：海洋中のCaCO3の生成反応

太古の地球の大気中のCO2を減らしたのはバイオミネラリゼーションによるものであるにも関わらず、脱炭素技術としてバイオミネラリゼーショ

バイオミネラリゼーション研究により、石灰化の場でのpHの上昇とCaンはほとんど研究されていません。
これは以下のような理由からだと考えとCO 3 を効率的に結合させる特殊なバイオミネラル有機分子の存在られています。
海水と同じpH8程度の水溶液にCO 2が溶け込むと重炭などが明らかとなり、このメカニズムを環境技術として用いれば直接的酸イオン（HCO3 ）の化学形態になるため、
Ca と炭酸イオン（CO3 ）がに大気中にCO2を放出することなく海水中でCaCO3を生成できることが結合しCaCO3が生成する際にプロトン（H+）
が生じてpHが下がります。

示唆されてきました。
バイオミネラリゼーションによる脱炭素研究の基礎

その結果としてCO 2が水溶液から放出されるので、大気中のCO 2を上と応用について、他大学や企業、東京大学が主催するバイオミネラリ昇させる反応であると考えられてきたためです。
しかし、近年の最新のゼーション研究会との連携により推進しています。

-2+

2-

2+

2-

反収増については、今後は植物体全体のバイオマスを向上選抜の高速化に繋がると期待されます。

分以下で、土壌に残った窒素は水質汚染や温室効果ガス（N 2O）

根本

森林の造成も重要だと思いますが、最近は作物育種の手の排出に繋がっています。化成肥料の使用量を抑える努力がなさ法が樹木育種に役立っていると聞きます。

れていますが、作物自身の土壌窒素利用効率を上げることも重要岩田です。
我々の研究室では、麹菌由来の遺伝子を導入することでイネ的研究に取り組んでいます。現在は、リモートセンシングを用いた林やジャガイモの窒素吸収力の強化に成功しています。今後は圃場木のデジタルフェノタイピングに注力していますが、今後はゲノムデーレベルでの研究が必要ですが、その際には土壌微生物との相互作タと結びつけて成長予測モデリングを行う予定です。最終的には、我々の研究室では、民間と共同でカラマツの遺伝育種学用を含めて解析する必要が過去の気象データと年輪にあるでしょう。

刻まれた成長量の変化をも家 畜 由 来に加えてとに、個々の木の成長に見ら農業廃棄物由来のメタン発れる遺 伝 子 型と環 境の交生も重要な課題です。昆虫

互作用のモデル化も行い、を使った廃棄物処理のお話

成長が良く二酸化炭素固を伺いたいです。

定が効率的にできる品種を根本

霜田

昆虫を使った有 機

廃棄物処理方法として、腐食性昆虫のミズアブが注目

左上から時計回りに樋口洋平准教授・鴨下顕彦准教授（附属アジア生物資源環境研究センター）
・青木直大准教授・霜田政美
教授・根本圭介教授・岩田洋佳准教授（鴨下准教授以外：生産・環境生物学専攻所属）

育成する、あるいは、将来の気候変動にも耐えうる品種を育成することができるのでされています。
ミズアブは体外消化という能力をもち、人や家畜の糞はと考えています。

バイオミネラリゼーション

尿や腐ったものでさえ食べて「同化」することができます。成長したミ根本

ズアブは栄養価が非常に高く、イワシなどの魚粉（家畜のタンパクをお聞かせください。

源）が枯渇する中、その代替飼料として期待が高まっています。
また、鴨下

ミズアブを利用することで、有機廃棄物の焼却等で排出されているする多投多収システムで、これは中国やベトナムにも当てはまります。

CO 2を削減することができます。
当研究室では、ミズアブの処理過程“GX”を世界的に推進していくには、化学肥料の吸収・利用効率で放出されるCO 2やメタンの発生分析を通じ、温室効果ガス発生の向上、スマート農法の開発、有機栽培体系への転換が重要でを抑制する技術開発に取り組んでいます。

す。
これまで有機農法は生物間相互作用（微生物、昆虫等）の複炭酸カルシウム
Ca とCO3 から成る鉱物で、原子の並びの違いによりcalcite、aragonite、vateriteなどの多形があることが知られています。バイオミネラリゼーションの生成反応においては、急激なpH上昇と特殊なバイオミネラル有機分子などの作用により不定形の炭酸カルシウム（ACC）がまずは沈着し、それから多形や形態、方位などが厳密に制御されたCaCO3が効率よく結晶成長すると考えられています。
2+2-

図2：バイオミネラリゼーションによるカーボンリサイクル

http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/analchem/index.html【バイオミネラリゼーション研究会】 http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/biomineral/index.html

詳しくはこちら、【分析化学研究室】

施肥された窒素肥料のうち作物に吸収・利用されるのは半農地造成に伴う森林破壊も大きな問題です。農地拡大を教えて！Q&A
生物が生体の内外に無機元素を含む鉱物を生成する現象のことです。炭酸カルシ
ウム、リン酸カルシウム、ケイ酸、マグネタイ
トなど様々な鉱物を生成することが知られていますが、地球上で最も多いバイオミネラルは炭酸カルシウムです。炭酸カルシウ
ムはサンゴ、ウニ、貝類、甲殻類、藻類、有孔虫など様々な生物が生成します。

4

世界的に脱炭素化への機運が高まっていますが、農業分樋口

家畜由来のメタン抑制と飼料・水資源節約のため、食肉の代替として昆虫食が注目されていると聞きました。

最後に、途上国を含む海外での農業開発についての展望
先進国の企業的な穀物生産は、化学肥料を大量に投入雑性から技術の普及が難しく、主流ではありませんでしたが、最近再び注目を集めています。今後は、有機栽培体系に転換した場合現在、世界で約8億人が飢餓に苦しんでおり、今後一層食の適性品種開発も課題です。
インドでは州政府が、化学肥料に依糧難が深刻化すると考えられています。FAOは地球規模での昆虫存しないSRI農法や自然農法の普及を推進してきました。
高い人口

食の必要性を訴えており、欧州ではコオロギを使ったパンやビスケット増加率で開発志向が強い途上国にとっても、農業生態系の生物が大手スーパーで販売されるなど、昆虫食の普及が加速しています。

を理解して、代替的な持続可能な生産システムを展望できることは、牛肉と比較してコオロギの飼育には1/10以下のエサ、1/50以下の重要だと思います。

霜田5