栄養素 (植物)
全植物にとっての微量要素 > マンガン

健全な葉におけるマンガン（Mn）含有率は乾物当たり数十 - 数百mg/kgであり、これが10-20 mg/kg以下になると欠乏症が生じる。Mn不足の原因となる土壌は、pHが高いか、堆肥を大量に連用されたものである。後者の原因として、有機物が多い土壌でpHが6.5になると、Mn酸化細菌が活発になりMnイオンを不溶性の二酸化マンガン（MnO2）にする。このような土壌では、Mn濃度が高くとも欠乏症を引き起こす。
Mn不足は、葉上の変色斑点の発生といった着色異常を生じさせる。野菜類では上位葉に、麦類では下位葉に葉脈間クロロシスや褐色斑点、線状のネクロシスが生じる。Mn不足に対しては硫酸マンガン（MnSO4）の葉面散布が有効である。
過剰症は、酸性、鉱山跡地、排水不良の土壌などで発生する。また、蒸気消毒や熱水消毒を施した後でも生じる。これは、消毒によって分解生成する易分解性有機物によってMn酸化物が還元されてイオンとなり、さらに微生物の死滅によってMnの酸化が進行しにくくなるためである。過剰症となるMn濃度は植物種や品種の間で大きく異なる。例えば、トウモロコシでは乾物当たり200 mg/kgであるが、大豆で600 mg/kg、ヒマワリで5,300 mg/kgである。
過剰害の症状は、葉脈・葉柄・毛茸基部の褐変・黒変、葉身での小さく不規則な褐色斑点、葉縁部でのクロロシスなどである。斑点の原因は酸化されたフェノール性化合物の蓄積であり、これは過剰な吸収でアポプラストとシンプラストでペルオキシダーゼが異常に活性化するためである。過剰症の対策は土壌pHの増大、もしくはケイ酸塩の施用である。稲の場合、ケイ酸は根表面へのMn酸化物の沈着を促進し、地上部へのMn輸送を抑制する。一方、ササゲ、カボチャ、キュウリでは葉のMn含有率は低下しないが、症状は軽減される。このとき、ケイ酸は細胞壁へのMnの沈着を増やす。
Mnは光合成に必要である。Mnを含む植物酵素には、光化学系II（PSII）複合体の構成員と、光化学系から発生する活性酸素種の除去をするスーパーオキシドジスムターゼ（SOD）が含まれる。クロロプラスト中のMnはほぼすべて、チラコイド膜に結合しているPSIIのMn酵素である。葉に存在するSODの90%以上はクロロプラストで、4-5%だけがミトコンドリアに分布している。Mn-SODはこの微量の分布先であるミトコンドリアとペルオキシソームにある。Mnが不足するとミトコンドリアの呼吸機能が損なわれる。
Mn酵素は光合成のほか、様々な生理反応に関与している；TCA回路のリンゴ酸脱水素酵素やイソクエン酸脱水素酵素、窒素代謝のアルギナーゼ、リグニンなどのフェノール化合物の代謝およびシキミ酸経路のフェニルアラニンアンモニア分解酵素やペルオキシダーゼ。また、インドール酢酸（IAA）の代謝に関与するIAA酸化酵素の活性にもMnが関わっている。Mnによる酵素の活性化はマグネシウムで代替できる場合が多い。しかし、PEK型C4植物の維管束鞘細胞クロロプラストでの脱炭酸を行うPEPカルボキシラーゼの活性化はマグネシウムで代替できない。
Mnはタンニンやアルカノイドの蓄積を促進する。Mn嗜好性植物は水生植物と木本性植物に多く見られ、これらの植物ではタンニンに富み、皮なめしように用いられる。イヌホオズキなどはアルカノイドとMnを多く含む。チョウセンアサガオにMnを微量与えるとアルカノイド含量、アルギナーゼ活性およびタンパク質含量が著しく増加する。タンニン・アルカノイドとMnの関連性の背景には、タンニンとアルカノイドは極めて強力な還元剤であり、Mnは最高の酸化状態で強力な酸化剤であるためである。植物体内で両者は平衡を維持している。
植物や微生物は土壌中の不溶性Mnを可溶化させ、Mnを細胞内へと取り込む。可溶化は、プロトンや低分子有機化合物（有機酸、アミノ酸、フェノール性化合物）を分泌により行う。これらの化合物は、好気的な土壌環境でMnの形態として高い割合で存在する酸化物を還元して溶出させる。可溶化したMnの取り込みは、ZRT/IRT関連タンパク質 [ZRT/IRT-related protein: ZIP] ファミリー、自然抵抗性関連マクロファージタンパク質 [natural resistance-associated macrophage protein: Nramp] ファミリー、カチオン交換輸送体 [cation exchanger: CAX] ファミリー、カチオン拡散促進タンパク質 [cation diffusion facilitator protein: CDF] ファミリーなどが属する膜輸送体が担う。この中で、根での取り込みに重要なのはZIPファミリーのIRT1である。IRT1は基質特異性が広く、Mnイオン以外にも鉄(II)イオン、亜鉛イオン、銅イオン、コバルトイオン、カドミウムイオンの輸送に関わる。シロイヌナズナを用いた試験では、可溶性Mn濃度が低い土壌からのMnの取り込みにおいてNrampファミリーのNramp1が必須であることが示された。
余剰のMnは液胞へと輸送され、貯蔵される。貯蔵MnはNrampファミリーのAtNramp3および4により液胞から放出され、光合成に利用されるために葉肉細胞の葉緑体へと運搬される。液胞への区画化は、細胞質内のMn濃度が過剰にならないようにする意味もある。液胞への輸入を担うCAX2やCAX様輸送体は、Mn過剰な環境における過剰害に対する耐性に重要である。熱帯性のマメ科植物Stylosanthes hamataでは液胞への輸送は、CDFファミリーのShMTP1が関与している。シロイヌナズナから、ShMTP1と近似の膜輸送体AtMTP11が発見されており、同様の役割を持つと考えられている。
シアノバクテリアの葉緑体や酵母のミトコンドリアでの輸送体は発見されているが、植物において葉緑体、ミトコンドリア、ゴルジ体へのMn輸送機構は明らかになっていない。
Mn超集積植物は現在のところ12種類しか知られていない。Mn超集積植物とは、地上部乾燥重量1 kg当たり10,000 mg以上のMnを蓄積することができる植物と定義されている。この中でも、コシアブラは（Mn濃度が）普通の土壌からでもMnのみを特異的に集積する。この植物は根からプロトンを放出し、体内ではシュウ酸と結合させたMnを細胞壁や液胞に蓄えている。以下に、Mn超集積植物とそのMn含有率（mg/kg）を示す。
キョウチクトウ科
Alyxia rubricaulis 14,000 mg/kg
ウコギ科
Eleutherococcus sciadophylloides（コシアブラ） 7,900 mg/kg
ニシキギ科
Maytenus bureaviana 33,750 mg/kg
M. pancheriana 16,370 mg/kg
M. sebertiana 22,500 mg/kg
オトギリソウ科
Garcinia amplexicaulis 10,500 mg/kg
フトモモ科
Eugenia clusioides 10,880 mg/kg
Eugenia spp. 13,700 mg/kg
Austromyrtus bidwillii 19,200 mg/kg
ヤマゴボウ科
Phytolacca acinosa Roxb. 19,300 mg/kg
ヤマモガシ科
Beaupreopsis paniculata 12,000 mg/kg
Macadamia angustifolia 11,590 mg/kg
M. neurophylla 55,200 mg/kg