今週のゲスト作家 チャーリー・ヘインズ は、AoB ブログの移動レポーターです。 EPSO/FESPB 植物生物学ヨーロッパ会議.
ハンス・ランバース 西オーストラリア大学のウィンスロップ教授。1979年にオランダのフローニンゲン大学で博士号を取得し、その後メルボルン大学、オーストラリア国立大学、ユトレヒト大学で勤務。オーストラリア原産の植物、作物、牧草の豆類のミネラル栄養に関する研究に力を入れている。土壌のリン酸欠乏の課題について、私に話を聞いてくれることに快く同意してくれた。
リン酸欠乏はなぜそれほど重大なのでしょうか?
ヨーロッパでは、リン酸塩が問題となっている地域から食料や飼料を輸入しているため、リン酸塩はそれほど重要ではありません。ヨーロッパでは、過剰なリン酸塩が土壌に投棄され、水路に流れ込むことが問題となっています。ヨーロッパでは、今すぐに施肥をやめても、今後20年間は作物を収穫できます。しかし、オーストラリア、南米、アフリカ、東南アジアなど、世界の他の地域では、リン酸塩の不足が深刻な問題となっています。土壌中のリン酸塩の量が少なすぎて作物を効率的に生産できない、あるいは土壌に存在していても容易に利用できないことが原因である可能性があります。つまり、これは作物の生産、ひいては食料安全保障にとっての問題です。しかし、私たちにできるのは、土壌中のリンをより効率的に利用できる植物を育てることです。ここには大きなチャンスがあります。
これにより、これらの国々が栽培できる作物や生産できる収穫量はどのように制限されるのでしょうか?
アフリカでは、サハラ砂漠の最も乾燥した地域でさえ、リンが重要な制限要因となっています。バルヘネナーで働いていた人々は、リンを追加するだけで収穫量を増やすことができることを発見しました。乾燥した土壌は土壌中のリンの移動性を大幅に低下させ、乾燥した土壌では大きな制限要因となります（Lambers H、Raven JA、Shaver GR、Smith SE。（2008）植物の栄養獲得戦略は土壌年齢とともに変化する。生態学と進化のトレンド23：95-103).
では、なぜこれらのコミュニティは収穫量を増やすために肥料を購入しないのでしょうか?
これらのグループにとって、肥料は非常に高価です。収穫までに長い距離を運ばなければなりませんが、これらのグループにはそのための資金がありません。そのため、私たちは既存のリンをより効率的に使用するか、土壌からリンをより効率的に抽出する作物の開発に取り組んでいます。ただし、これは少しリスクのあるビジネスです。もともと栄養分が非常に乏しい土壌の場合、それをより効率的に抽出する植物は土壌をさらにリン不足にします。土壌から取り除いたものは、持続可能なものにするために補充する必要があります。
リン酸塩が利用しやすくなるのはなぜですか?
土壌中のリン酸は、中性 pH では容易に利用できます。石灰質土壌は pH がよりアルカリ性であるため、リン酸はカルシウム複合体に閉じ込められます。リン酸は存在しますが、作物が容易に利用できる状態ではありません。酸性度の高い土壌もリン酸を閉じ込めますが、この場合はカルシウム複合体ではなく、鉄とアルミニウムの酸化物と水酸化物の複合体として閉じ込められます。チリの土壌は非常に酸性で、pH はほぼ 4 で、これらの金属酸化物と水酸化物が大量に存在するため、すべてのリン酸が容易に利用できるわけではありません。しかし、植物はこれらの条件でもリン酸を利用できるように特別な適応をしています。
これらの適応とは何でしょうか?
これらの植物は、植物の生化学と連動して機能する特殊な構造を持っています。これらの植物は、大量のカルボキシレートを生成します。これらは、リン酸のように負に帯電した分子です。これらは互いに交換され、リン酸イオンを土壌溶液に放出し、カルボキシレートアニオンが土壌中のリン酸の代わりとなります。土壌中のリン酸を、その強固な結合から効果的に採掘しているのです。その後、リン酸は溶液中に存在し、誰でも摂取することができます（Lambers H、Bishop JG、Hopper SD、Laliberté E、Zúñiga-Feest A. (2012) リン可動化生態系工学：若いリン制限生態系におけるクラスター根とカルボキシレート滲出の役割。 Annals of Botany 110：329-348).
これを品種改良や遺伝子組み換えによって別の作物に応用することは可能でしょうか?
一歩下がって、「今、すでにそれができる作物は何か」と問いかけたい。ホワイトルピナスは優れた例で、他にもまったく同じことができるルピナスの種がいくつかある。また、これらの素晴らしい構造を持たず、それに近いものを持つルピナスの種や、構造をまったく持たず、それでもカルボキシレートを放出する種もある。つまり、このトリックを実行できる種は実はすでにたくさんあるのだ。大豆でこれを遺伝子操作するよりも、技術を徹底的に理解することが重要です。理解し、遺伝子を持つ作物でそれを栽培することが、明らかに最初の段階です。ルピナスには、この能力を持つ作物がすでにあり、現段階では小麦や大麦よりもはるかに優れています。不可能だとは思いませんが、一歩ずつ進めることが重要です（Lambers H、Clements JC、Nelson MN。(2013) カルボキシレートの分泌に基づくリン獲得戦略が、ルピナス（Lupinus、マメ科）の成功と農業的可能性をどのように高めるか。American Journal of Botany 100: 263-288).
では、世界の一部の地域では、土壌の種類や気候に合わない作物に重点を置いているのでしょうか?
はい、もちろんです！チリではかつてアンデス地方のルピナスが栽培されていました。スペイン人が侵攻した際、ルピナスはスペインの作物ではないとして、原住民に栽培を禁じました。原住民が既に環境に適した作物を持っているのに、外来作物に切り替えるというのは愚かな考えです！キヌアもそうした作物の一例で、スペイン人はそれを阻止しました。キヌアの作物は、当時導入されたスペイン産の外来作物よりも優れた作物だったと言えるでしょう。しかし、一つできることは混作です。これは、複数の植物を混植しながら同時に栽培することです。小麦を栽培したい場合、南米の一部の環境では小麦はあまりよく育ちません。ルピナスと混植すれば、リンを動員でき、近隣の作物もその恩恵を受けることができます。輪作も可能です。ドイツのグループが実際にこれを行い、大豆とトウモロコシの輪作を行っています。トウモロコシはリン酸の吸収があまり良くありませんが、大豆は（使用する品種にもよりますが）リン酸の吸収が良いのです。優れた大豆品種は、次作に確かな利益、つまりリンの恩恵をもたらします。このリン酸を得るために、同時栽培することも、輪作することも可能です。どちらの栽培方法も非常に大きなメリットがあります。
リンの乏しい環境に住む人々がこれを実行できないのはなぜでしょうか?
興味深い質問ですね。中国では何百年も前から混作が行われており、適切な混作の組み合わせによって収穫量を40～50%も増加させることができると実証されています。これはかなり印象的です！イギリスやアイルランドの農家が、これほどの収穫量増加を実現したら、きっと大喜びするでしょう！中国ではすでに混作が実践されており、ヨーロッパでも研究が進められています。世界の他の地域でもできるはずですが、大規模には行われていません。それは教育不足のためです。アフリカからオーストラリアに至るまで、地元の農家にこのことを啓蒙することが重要です！私はドイツのアンドレアス・ブルグッツ氏というグループと共同研究をしています。彼らはソルガムのリン酸利用性を高める選抜を行い、葉のマンガン濃度を指標としています。マンガンもリン酸と同じように植物に吸収されるため、指標として用いられます。このような研究には、アフリカに赴き、現地の環境に適した品種を選ぶことが必要であり、私たちの研究室の圃場では不可能です。これは研究を行い、その成果を農家に届けることであり、科学者の象牙の塔に留まるものではありません。研究は学術誌の枠を超え、私たちが変化を生み出せるような場所で行われるべきです。
この知識を現場に取り入れようと取り組んでいる人は他にいますか?
から誰かが訪ねてきました イクリサート彼らはインドに拠点を置き、主要な農作物の干ばつと塩分濃度について研究しています。彼らは現在、リンに関する研究に熱心に取り組んでおり、私の研究について聞いて、一緒に何かを開発することに興味を持っていました。これらの大規模な国際研究所は、本当に変化をもたらすことができる世界の地域の草の根農業コミュニティとつながりを持っています。私はハイエンドの科学を行うことができるかもしれませんが、つながりがなければ現実世界に大きな影響を与えることはできません。
他に誰が関与していますか？
大規模な国際機関は良い仕事をしている。 イリ フィリピンでは、 イカルダ アレッポと イクリサート ハイデラバードのこれらの大規模な国際研究所は科学だけでなく、その応用にも興味を持っており、それが非常に重要だと思います。
これらの工場は他の重要な分野でも可能性を秘めているのでしょうか?
はい、例えば、重金属で汚染された土壌がある場合、光浄化のプロセスでそれらを使用できます。ここでは、植物が重金属を除去して土壌を「きれいに」する能力があるために使用されます。ベルギーには、亜鉛や銅でひどく汚染された地域があります。この土壌の化学的または物理的な浄化はほぼ不可能です。これらの金属を非常に高濃度に蓄積するだけでなく、成長が速く、多くのバイオマスを生成する種が必要です。そうしないと、プロセスに長い時間がかかります。これには大きな可能性があります。これに加えて、これらの植物は植物採掘や探鉱に使用でき、地中に大量の金属鉱床があることを示す指標として機能する少量の金属を蓄積します。これは、グループが採掘を開始できるようにするための、金やその他の金属のかなり良い指標として機能します。
ハンスの著書「オーストラリア南西部の砂地の植物、地球規模の生物多様性ホットスポット」は9月に出版され、現在は UWA Publishingのウェブサイトでオンラインで入手可能.
