サトウキビ苗のマンガン過剰誘導性黄化症の鉄による克服

この研究の発端は「強酸性土壌下でのサトウキビのマンガン誘発性黄化症からの季節的回復の原因が雨水でないか、と考えて、その原因を追究し、それが雨水中の微量の鉄であることを発見し、積極的な鉄散布による鉄欠乏の回復法が実証されたものである。素晴らしいぶっかけ試験の成果である。


サトウキビ苗のマンガン過剰誘導性黄化症の鉄による克服

Overcoming Mn-induced chlorosis in sugarcane seedlings by iron

Dongling Li1,2, Guizhi Ling1 and Shu Yang1*
1State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources, Guangxi University, Nanning, China, 2School for Environment and Sustainability, University of Michigan, Ann Arbor, MI, United States


Front. Plant Sci. 16:1739211.
doi: 10.3389/fpls.2025.1739211

要約

背景：酸性土壌で栽培されるサトウキビにおいて、マンガン（Mn）毒性は深刻な幼苗の黄化と生育阻害を引き起こすが、季節的な回復を促すメカニズムや拡張可能な緩和策は依然として不明確である。本研究は、自然回復における雨水由来の鉄（Fe）沈着の役割を解明し、効率的な対策として葉面Fe補給の有効性を検証することを目的とした。

方法：78地点での野外モニタリング、季節的回復の生物季節学的追跡、クロロフィル生合成経路の分子解析、および検証実験（水耕栽培試験と野外試験）を統合し、Feを介したMn毒性緩和を調査した。主要指標として、葉のクロロフィル/Fe相関、遺伝子発現パターン、Fe処理に対する農学的応答を評価した。

結果：現地データは葉緑素含量と葉面鉄濃度間に強い正の相関（r=0.82, p<0.01）を示した。黄化苗は晩夏までに完全な視覚的回復を達成し、葉緑素・鉄濃度は春季基準値比でそれぞれ11.1倍・4.4倍増加した。メカニズム的には、Feは5-アミノレブリン酸合成（2.3倍増加）およびMgプロトポルフィリンIXモノメチルエステル変換（1.8倍増加）を促進することでMn誘発性機能性Fe欠乏を逆転させると同時に、FLUORESCENT発現を抑制（60％減少）し、MgPMEシクラーゼ活性を亢進（3.1倍増加）させた。葉面FeSO4処理（0.5-1.5 g Fe L-1）は、Mn毒性条件下において葉緑素含有量を1.9-2.7倍、苗の生存率を100%、サトウキビ収量を1.7倍に増加させ、
最小限の投入量（7.5-22.5 g Fe ha-1）で黄化を効果的に回復させた。

結論：本研究は、雨水由来の鉄がサトウキビのマンガン誘発性黄化症からの季節的回復の主要因であることを実証した。葉面鉄補給はマンガン毒性緩和のための費用対効果が高く拡張可能な戦略として浮上しており、酸性土壌における持続可能なサトウキビ生産において、資源集約的な土壌改良法に比べ顕著な優位性を提供する。


図3
雨水灌漑がマンガン欠乏によるサトウキビ幼苗の黄化に及ぼす影響。(A) 処理後15日目の代表的な葉；(B) 処理後0日目および15日目のSPAD値；(C) 処理後15日目の葉の鉄およびマンガン濃度。値は平均値±標準誤差（n=3）。**棒グラフ上の記号はp<0.01で有意差を示す（スチューデントのt検定）。

図5
酸性土壌（pH 5.1）において、葉面散布した0.5 g L-1の鉄（FeSO4溶液として）によるマンガン過剰による黄化サトウキビ苗の視覚的回復状況：（A）0日、（B）3日、（C）13日、および（D）33日後の状態。

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図５