リン酸肥料の代替品: バイオ炭ベースで植物の反応を制御

2023 年 8 月 2 日

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カールスルーエ工科大学による

ここ数年、バイオ炭はリン酸肥料の代替品として広く研究されてきました。 バイオ炭は、バイオマスの熱分解によって生成されるリサイクル物です。つまり、有機原料は酸素を使用せずに 400°C ～ 700°C の温度で焼却されます。 バイオ炭のベースはかなり異なる場合があります。 廃材、鶏糞、落ち葉などを肥料に加工できます。

しかし、過去の研究により、植物はバイオ炭に対して異なる反応を示したことが明らかになりました。 より良く成長したものもあれば、まったく肥料を与えていないかのように反応するものもあれば、バイオ炭肥料に酔ったものさえありました。

ジョセフ・ゴットリープ・ケルロイター植物科学研究所（JKIP）と技術化学研究所のKIT研究者からなる学際的チームはトマトの苗木を使用し、バイオ炭バイオマスの起源がトマトに存在するアーバスキュラー菌根菌（AM菌）との共生に重要であることを発見した。土壌。

最初の実験で、研究チームは小麦わらと鶏糞から作られたバイオ炭の効果を研究した。 鶏糞バイオ炭には、小麦わらをベースにしたバイオ炭の 9 倍のリン酸塩が含まれていました。 リン酸塩は、酸素と結合したリンの可溶性形態です。 植物の成長に欠かせない分子です。 JKIPの分子植物病理学の専門家であるナタリア・レケナ教授は、「予想通り、鶏糞バイオ炭で施肥したトマトの苗木は急速かつ見事に成長した」と語る。 「非常に多くのリン酸塩が直接処理に利用可能でした。」

2番目の実験では、研究者らはAM菌をトマトの植物に定着させた。 これらの微生物は 4 億年以上にわたり、地球上の陸上植物の 80% の根に生息してきました。 彼らは樹皮に定着し、リン酸塩を取り込み、それを植物に移します。 次に、植物はそれらに糖と脂質を供給します。

研究者らは、選択した分子を観察したところ、鶏糞をベースとしたリン酸塩が豊富なバイオ炭がトマトと AM 菌類の共生を阻害し、分子交換がほとんど起こらないことを発見しました。 小麦わらをベースにしたバイオ炭はその逆を行い、植物と微生物は活発な共生を発展させました。 「長期的には、小麦わらバイオ炭で施肥された植物は他の微生物との適合性が高く、病原体に対してよりよく保護されます」とレケナ氏は説明します。 「植物がこれほど複雑な分子反応を示すとは予想していませんでした。」

研究チームは遺伝子発現解析を利用してこれらの結果を証明しました。 「これは複雑で高価な方法ですが、植物の遺伝子で何が起こっているのか、どのマーカーが誘発されるかどうかを確認できるようになります」とレケナ氏は言う。 植物の反応をさらに詳しく理解するには、さらなる実験が必要です。 「この反応の解読に成功すれば、植物が必要とするリン酸塩が少なくなり、したがってミネラル肥料も少なくなるように、植物を長期的にプログラムすることができます」とレケナ氏は指摘する。

詳しくは： David Figueira-Galán et al、遺伝子発現分析を使用したトマト植物のリン獲得に対するバイオ炭とアーバスキュラー菌根菌の相乗効果の探求、総合環境の科学 (2023)。 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.163506

雑誌情報:トータル環境の科学