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ぷろどおむ

Author:ぷろどおむ
元サッカー少年。今はしがない化学屋です。

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キレート化・錯体化,植物が必要としている栄養とは?
ワイルドベリーさんからコメントをいただきました。非常に興味深いお話をいただきありがとうございます。本当は,一つ一つお話をさせていただきたいのですが,ちょっと時間が取れそうにないので取り急ぎ以下のご質問についてだけ対応させていただきたいと思います。

私のところでは米ぬか、落ち葉などを原料に微生物を培養した発酵肥料なるものを作るのですが、そのとき微生物による有機物の分解過程で鉄やカルシウムなどのキレート化、錯体化が起こり、吸収率が飛躍的に高まるとの説を耳にしました。そのキレート化、錯体化というのがよくわかりません。調べ方が悪いのかネットで検索してみても今ひとつ理解できません。そこでキレート化、錯体化についてわかりやすく解説していただけませんでしょうか。


とりあえず化学で言うところの「キレート化」「錯体化」について説明させていただきますと,基本的にこの両者は同じ現象を表現していると思っていただいて結構です。

いわゆる金属と呼ばれる元素が自然界に存在する場合,単独の結晶として存在することは非常にまれで,ほとんどの場合は何らかのイオンの形で存在しています。当然,電荷が偏った状態で存在するのは非常に不安定ですので,普通は逆の電荷を持ったイオンと結びついた形で存在します。

そして,非常に大ざっぱな説明をすると,結びついている相手のイオンがいわゆる無機物であれば,「鉱物」と呼ばれる状態になり,有機物と結びついていると「(有機金属)錯体」と呼ばれます。鉱物の場合は結晶の状態で存在することになりますので,色とりどりの石などとして我々の目に触れることになりますが,錯体の場合は一般的には嵩高い有機物のごく一部として取り込まれ,自然界に様々な形で分散しているため,その姿を意識することはかなり難しいですが,ごくごく一般的な状態です。

もちろん植物・動物を問わず生物の体の中にも様々な錯体が存在しています。一番有名なのは,植物で言えば葉緑素であるクロロフィル(マグネシウムの錯体),動物で言えば血液中に含まれるヘモグロビン(鉄の錯体)などでしょうか。また,土壌中ではフミン酸と呼ばれる高分子化合物と様々な金属が錯体を形成していることが知られています。

さて,先ほどから「錯体」としか言っておりませんが,「キレート」はどこに行ったのでしょう。実は,化学用語では「金属と結びついている有機物」のことを「配位子」と呼ぶのですが,「キレート」というのは,この配位子の中でも特に「複数の配位座を持っている配位子のこと」を指します。簡単に言えば,複数の手で金属と結びつくことのできる有機化合物,とイメージしていただくのがよいかと思います。たとえば酢酸なども,配位子として働くことの出来る有機化合物ですが,これは配位子として働くことのできる場所(配位座)が一ヶ所しかありませんので,一般的には「キレート」とは呼ばれません。しかし,この酢酸が二個くっついたような構造を持つシュウ酸やマロン酸などは,配位子として働く場所が二ヶ所あるので「キレート」の一種と言えます。そして,金属イオンがこのような配位子やキレートと結びつくことを「キレート化」「錯体化」と呼び,できあがった化合物を「(金属)錯体」とか,「キレート錯体」と呼びます。一般的に複数の手で結びついている「キレート錯体」の方が,手を一本しか持たない配位子との錯体よりも構造的に安定で壊れにくいです。

と言ったところが,化学における「キレート」および「錯体」の説明になるのですが,ご質問いただいた「発酵肥料」に関わる「キレート化」「錯体化」について調べてみようと思って多少検索をしてみたところ,正直私の持っていた常識とは少々違う話が散見されていて,いったい何の話をしているのかかなりわからなくなってしまいました。

まず第一点として,これはいわゆる「有機農法」を信奉されている方が時折誤解されているようだとは認識していたのですが,
植物は基本的に無機栄養しか吸収しません

ので,「キレート化」により植物への吸収量が増大,とか言われると「?????」となってしまいます。

確かに動物の場合は,有機物を体内に取り込むシステムがありますので,場合によっては錯体化された構造の方が吸収されやすい場合もあるのは確かです。しかし,植物の持つ栄養吸収のシステムは,基本的に根の先端部分にある細胞膜の薄いところから浸透圧の原理により無機イオンを水と共に吸収します。その後,植物自身が細胞内に配位子となる構造のものを作って準備しておくことにより,水と共に細胞の中に入ってきた金属イオンを選択的に錯体化して捕集するという形が基本になるので,最初から錯体化,特にキレート化した状態で入ってこられると,まずそのキレート錯体を分解する手間が必要になり,コスト的に不利になります。というか,そもそもそんなに大きな有機物は直接取り込めません。

ただ,このような機構で無機栄養分が吸収されていますので,アミノ酸のような両性イオン(水の状態により,プラスの電荷とマイナスの電荷の両方を持つことが出来るような構造を持つ分子)と結びついている場合には,通常の状態よりも水に溶けやすくなりますので,吸収率が向上する可能性はあります。

この場合,例えばアミノ酸のカルボン酸の部分(-COOH)がカルボン酸イオン(-COO)の形でマイナス電荷を持つことで金属と結びつき,アミノ基(-NH3)の部分が(-NH4)の形になってプラス電荷を持つことで水に溶けやすい性質を得ることになります。決してこちらのページにあるような「キレート水」なんて科学的にあり得ないようなシステムが存在しているわけではありません。水に溶けにくいような構造のキレート錯体なんてなおさらです。



ただ,嵩高い構造のキレート錯体になりますと,現在私が知っている範囲のシステムでは取り込みにくくなる方向にしか働かないような気がしますので,どこかに良い説明があることをご存じの方がいらっしゃいましたら,私もぜひ教えていただきたいと思います。

というか,個人的には「発酵肥料」のように微生物などを使って肥料を作成することの意義は,意図的に発酵(腐敗)の過程を促進させることにより,それこそ非常に嵩高い構造を持ったキレート錯体などの有機化合物を分解し,植物が利用しやすいような形を持つ無機栄養分を大量に作成させることにあると思っているので,どうしてこういう説明がなされているのかが非常に疑問です。

邪推をすれば,「有機物を無機物に分解している」という字面のイメージが悪いものであると感じる風潮に迎合しているのか,あるいは「どうせ無機物にするんであれば,最初から無機物の化学肥料でもいいんじゃないの?」という批判を避けたいのかな?等と思いますが,実際なんでこういう説明をしているのかは,正直推測しかねています。

植物にはそれぞれの種類により,必要とする無機栄養分の割合が異なっており,もし特定の無機イオンが大量に存在しているような土壌だと,本当に必要としている無機栄養分を吸収できなくなってしまったりすることがあります。そのため,特定の無機物を中心とした化学肥料を用いる場合には,本当はより慎重に目的とする植物と利用している土壌の特性を考えてその混合比を見極めなければいけません。しかし,簡単そうに聞こえても実際にはかなり経験と知識の必要な難しい作業であり,素人が一朝一夕で適切な量の肥料を与えられるものではないように思います。そのため,特に家庭菜園などでは,特定の無機養分に偏っているわけではない有機物由来の肥料(充分に分解・発酵されたものであれば)を用いた方が,比較的容易に良い作物を育てることが出来ているのではないか,と思います。

しかし,戦前までのように植物から得た栄養分を最大限畑に戻すことが出来た時代とは異なり,現代の日本では植物から得た栄養素の大部分(=排泄物,死体)は焼却処分され,元の畑に十分に戻されているとは言い難い状況です。

もちろんこれらを焼却処分することにより得られた衛生面のメリットは非常に大きいものですので,肥だめを日本各地に復活させるべきだ,なんてことは言いません。でも,現実がそのような状況である以上は,日々田畑の土壌から減少している無機栄養分を何らかの形で補填する必要があり,より効率よく失われた栄養分を補充するためには,化学肥料を蛇蝎のごとく嫌って全否定し,生産量が決して多いわけではない有機由来の肥料にだけ頼っていくという姿勢を持ったりなどしたら,とてもやっていけるものではないと思います。

このブログで書いている問題のほぼ全てに言えることなんですが,結局のところいわゆる化学肥料も,有機物由来の肥料も,
正しく使えているかどうかが最大の問題

であって,どちらを使っているかなんていうのは,本質的には些細な問題に過ぎないのではないかと思います。有機物由来の肥料を使っていたとしても,その肥料が十分に発酵(=腐敗・熟成?)されたものでなければ,いわゆる「肥料焼け」を起こしますし,吸収効率も悪くなりますから,まともに成長してくれるかどうかはかなり怪しいものです。その辺はワイルドベリーさんのコメントにもあった「もちろん例外もあって慣行栽培でも上手な人が作ったものは甘みもあって何ともいい味がしますし、有機栽培といっても全然おいしくないものもあります。」という部分なのだと思います。結局のところ,化学肥料も有機肥料も万能ではない,というありふれた事実があるだけなんだと思います。もし化学肥料がそんなに悪いだけの物であるのだとしたら,化学肥料が大々的に導入後,農作物の生産量が大幅に増加したという現実とどう折り合いをつけるのか,という素朴な疑問もわいてきます。

ですから,有機肥料を用いるにしろ化学肥料を用いるにしろ,今自分はどういう成果を求めてどういう行動を行い,その結果として何が起きているのか,と言うことを一つ一つ理解して行動の指針とすることが,一番大切なのではないでしょうか。

といった感じで,ある程度回答になりましたでしょうか。ワイルドベリーさんが行われている発酵肥料による農業は,ある意味昔ながらの方法(肥だめによる熟成)を現代科学の知識(発酵学・微生物学)などで磨き上げたものだと認識しています。ですが,一点だけ。ここまでもいろいろ書きましたが,「土中の微生物によって分解されあるいは再合成されたビタミン類」が植物の生育に有意義な効果を発揮しているとは,少々考えにくいものがあります。そもそも「ビタミン」がなぜ人間にとって珍重されているかと言えば,ビタミンとは「人間が生命活動を行う上で必ず必要なものだけれども,体内で生合性することが出来ない化合物」であるからです。なので,「人間にとってのビタミン」が植物にとっても有効である=「植物のビタミン」である理由は全くありません。というか,そもそも彼らは私たちにとっての「ビタミン」を自分たちで生産し蓄積することが可能なんですから,わざわざ外部から苦労して取り入れる必要がありません。

もちろん微生物が「彼らにとってのビタミン」を生産し,供給していることは充分考えられますし,ある意味微生物が生産してくれる無機栄養分こそが「彼ら(=植物)にとってのビタミン」であるとも言えます。そう言う意味では,前述したとおり発酵肥料を利用した農業は,伝統的な手法を現代科学により向上させた好例となり得る事例だと思うのですが,発酵肥料に関するWebの中には,微妙に現代科学を否定する方向に走っているページが混じっているのが少々残念なところです。

というわけで,相変わらず長くてすいません。何かご意見・ご質問などありましたら,ぜひよろしくお願いいたします。
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テーマ:自然科学 - ジャンル:学問・文化・芸術

雑学 | 17:25:35 | Trackback(0) | Comments(7)
コメント
ぷろどおむさん
わざわざいろいろとお調べいただいたうえ、ご丁寧な解説をしていただき誠にありがとうございます。おかげさまで、キレート化・錯体化に関する疑問は氷解しました。
確かに錯体化による吸収率の向上なんて話はナンセンスといえそうですね。この話を聞いたときも頭から信じ込んでいた訳ではなく、キレート化・錯体化などといわれても煙に巻かれたような感じで何となくうさんくさい感じがしたのでご質問した次第です。
またビタミンが植物の生育を促進なんて話をしてしまったのもお説の通りでまさに汗顔の至りです。
私はガチガチの有機農法信奉者ではなく、もちろんぷろむどおむさんにけんかを売るつもりなどさらさらありません。ここだけの話、商品として出荷している作物は商売上農薬も化学肥料もいっさい使っていませんが、自家用の野菜には化学肥料も使っています。
その上であえて申し上げますが農業を続ける上で有機物の投入は絶対必要だと思います。
土壌中での有機物の働きは分解されて植物の養分となるだけにとどまらず、土壌の物理的特性の改善、それに伴う微生物相の多様化といった点が大きいと思います。
堆肥などの有機物が分解したときできる腐植が接着剤のような働きをして土の団粒化を促進して通気性と透水性そして保水性を併せ持つようになり、根の生育が格段に違ってきます。(黒々としてふかふかの土になるということです)
こうゆう土壌だと微生物にとっても住みやすい環境となります。栄養分の供給は化学肥料だけでできますが、水分と酸素の安定した供給は土壌の物理的特性によるところが大きいと思います。雨が降ったらドロドロ、乾けばガチガチといった土ではまともなものはできません。
釈迦に説法かと思いますが、微生物にも好気性、嫌気性様々な種類がおりそれぞれがお互い牽制し合ったり共生したりして微妙なバランスを保っているのはご存知かと思います。(もちろん共生といっても自分の生存のため相手を利用しているだけなのでしょうけど)いったん土壌に投入された化学肥料も一部は微生物に栄養分として取り込まれ代謝生成物として分泌されたり、死滅したときに遺体が分解されてそれが植物の栄養分となったりするなどして、一気に効きすぎることなく穏やかに効果を発揮するといった働きや、病原性の細菌の爆発的増殖を抑えるなど様々な働きをしてくれていて、微生物を無視しては農業は成り立ちません。こういった土壌中の微生物を畜養する意味でも、化学肥料を使った慣行栽培でも有機物の投入を適宜行うというのは農家の間では常識です。
農家の現況を少しお話ししますと、最近化学肥料の値上げが尋常ではなく2~3倍の価格となって農家の経営を圧迫しております。そこで注目されてきているのが畜産堆肥です。
家畜排せつ物法により家畜の糞尿を野積みすることが禁止されました。屋根付きの堆肥舎を設置することが義務づけられた訳ですが、さらに撹拌設備を整えて良質な堆肥を生産し販売に力を入れる酪農家が増えています。私の友人の酪農家もその一人なのですが、土壌改良のためではなく肥料計画の一部に取り入れる農家が増えて売り上げも伸びているそうです。今年度から成分分析が義務づけられるそうで、酪農家は大変ですが農家にとっては肥料計画が立てやすくなりそうです。
酪農家にとっては日々増え続ける糞尿の処理が長年悩みの種であったわけでこういった取り組みがうまくいけば、現代版肥だめの復活ともいえるんじゃないでしょうか。運搬と散布が大変なので大型機械をもっている酪農家が近くにある地域限定となってしまいますが、うまくいって農業がすしでも元気になってくれることを切に望みます。

またもや長くなってしまいましたが、間違っている点、ご意見などありましたらご指摘いただければ幸いです。
2010-05-01 土 07:46:39 | URL | ワイルドベリー [編集]
ぷろどおむさん
植物の栄養吸収メカニズムにつきまして興味深い記事を見つけました。
植物も有機化合物を吸収していて、その仕組みも一部は解明されているとのことです。
http://www.shk-net.co.jp/shk/webshiryokan/index.htm
http://www.shk-net.co.jp/shk/webshiryokan/PDF/webdata009.pdf

有機農業に関するこの手の話は昔からうさんくさいのが多く、
中にはぷろどおむさんがお嫌いな”えせ科学”(ちなみに私も大嫌いです)や”新興宗教”に近いものまでもあって私自身つい斜に構えてしまう癖がついておりまして、肥料会社のHPということもあってなお一層眉につばをつけながら読んだのですが、この記事はそういった与太話とは一線を画したきわめて真摯な記述がなされているようです。

記事の紹介文にもありますように一般人にはやや難解なレベルのようですが、”へたれ生物学おたく”の意地で何とか読破しました。
ヘモグロビンのような大きな分子もアメーバのように細胞内に取り込んで分解してしまうくだりなど驚きを禁じ得ませんでしたが、素人目にはなかなかに正鵠を射ているように思えます。

中に植物によってアミノ酸等の吸収率が違うとの記述があり、あくまで経験にもとずく個人的感覚に過ぎませんが有機質肥料を使ったニンジンの食味のよさ、堆肥を入れた田んぼのイネの生育のよさなど頷ける点も多々あります。しかしながら現役の生産農家にとっては極力排除に努めてはいるもののどうしてもバイアスがかかってしまうのも事実で、自分の都合のいいよう解釈してしまっている可能性もあるかと思います。
ぷろどおむさんのお時間があるときで結構ですのでぜひご一読頂いたうえで専門家としてのご意見を伺えないでしょうか。
よろしくお願いいたします。
2010-05-08 土 10:45:56 | URL | ワイルドベリー [編集]
吸収はされても
有機農法で、食味が向上するという実験結果は、これまで得たことはありません。二重盲検で試験すれば、有意な差は出ません。
ぷろどおむさんのおっしゃるように、「有機肥料も化学肥料も万能ではない」だけです。

ワイルドベリーさんがお求めの、「根に、金属錯体が吸収されやすい」というのは、
・根から分泌される有機酸と土壌の相互作用 平舘俊太郎(1999)化学と生物37(7):454-459pp
・ライムギ根端におけるアルミニウム誘導性タンパク質の解析 古川&馬(2003)根の研究12(4):180-225pp.
あたりが、日本語で読める文章でしょうか。ただし、これは植物の根が分泌する有機酸のキレートの話しです。
堆肥の微生物が作る有機酸と錯体形成、根の錯体吸収は英語論文しか見あたりません。しかし、報告数は大変多いです。錯体化による金属原子の吸収促進は、ごくごく普通のことです。

また、植物が比較的大きい分子量の有機分子を吸収するというのは、植物生理学の常識です。
そして、肥料としてバリバリ有機分子を吸収するわけではないこともまた、常識です。ニンジンのうま味をもたらす、アスパラギンなどのアミノ酸が、有機肥料から吸収されたアミノ酸である、という報告はありません。
ニンジンは、基肥よりも追肥の吸収で太るので、ゆっくり効く有機肥料の方が有効に働く、ということです。
・作物の集約栽培と持続型地力維持について 堀内孝次(2001)日本作物學會紀事70(2)143-150pp.

ワイルドベリーさんが紹介している(かなり怪しい)資料にある、アメーバが食べる様な吸収機構は、食胞作用といいます。土壌中にあって、硬い細胞壁を持つ根っこが、易々と食胞作用を実施できるとは言えません。もとの論文の中でも、提案はされていますが、多くの研究者は食胞作用はほとんど無いと考えています。
代わりに有力なのは、根っこに共生する微生物が有機分子を吸収することです。
2010-05-12 水 22:19:59 | URL | まいまい [編集]
まいまいさん
別にあなたのご高説を拝聴すべくお願いした憶えはないのですが…

私はぷろどおむさんの常に中立的な物の見方、
そして素人の質問に対してもいつも親切に、丁寧に答えて下さる姿勢に、
深く感服しておりまして、私の質問に対しても同様にお答えいただいたうえ、
さらに質問、意見があればとのことでしたのでそのお言葉に甘えさせていただいただけです。

そもそもここはぷろどおむさんのブログです。
ひと様の庭先で勝手に泥を投げ合って敷地を汚すようなまねは私の趣味ではありませんので、あなたと議論するつもりは毛頭ありませんのであしからず。

と言いつつ関係のない話でコメント欄を汚してしまい申し訳ありません。
不適切とお考えでしたら削除していただいてかまいません。
2010-05-13 木 21:29:38 | URL | ワイルドベリー [編集]
ワイルドベリーさん,まいまいさん,いつも貴重な情報&話題提供ありがとうございます。

せっかくいただいた情報なのですぐにでも飛びついてエントリに仕上げたいところなのですが,実はこの5月に職場が変わりその関係でドタバタしておりまして,なかなかブログに割ける時間が取れません。そのため,せっかくいただいた貴重なコメントにも全く対応できておりません。こんなブログにもかかわらず,コメントしてくださっているお二方には大変申し訳なく,お詫びの言葉もありません。

とはいえ,せっかくいただいた情報ですので,微力ながら少しでも有効に活用させていただくべく,何とか時間を取ってワイルドベリーさんにご紹介いただいた文章中で引用されている論文なども可能な限り探しながら,植物の栄養吸収についてエントリを組み上げる準備をしております。大変申し訳ありませんが,もう少々お待ちください。

というわけで,管理人がコメントを出せない状況で大変申し訳ないのですが,このブログの運用方針といたしましては,知識や議論の集積という意味でもこのブログを会場として議論いただくことについては,ぜひ活発にしていただければと思っています。個人的な感情から言うと,どちらかと言えば推奨に近いレベルでそう考えております。ですから,決して泥を投げられているなんて思いませんし,正直なことを言いますと私にとって現在の話題は少々疎い分野でもありますので,お二人からいただいたご意見や情報は非常に勉強になっております。ですので,ぜひワイルドベリーさんにもお時間などの許す範囲で結構ですので,議論にご参加いただければと願っております。

もちろんお二方以外の方にご参加いただくのも大歓迎ですので,ぜひよろしく御願いいたします。私もがんばって勉強して,みなさんの議論に追いつけるようにいたしますので(^^;
2010-05-14 金 14:24:32 | URL | ぷろどおむ [編集]
もう、更新は、されないのですか?
今さらなんですが
このサイトをみつけました。解らない言葉などが多い多いけど
ためになる事が多くて・・・・
引っ越しされてれば
教えてほしいのですが・・・・
2011-01-21 金 03:27:37 | URL | ちぃー [編集]
Re: タイトルなし
コメントから何からほったらかしにしてしまっていて申し訳ありません。
本当はこんな形で再開するつもりではなかったのですが,
こんな形で更新を再開することになってしまいました。

今後の更新がどの程度の頻度になるかはまだ確定できませんが,
どうかよろしくお願いいたします。
2011-03-16 水 10:42:18 | URL | ぷろどおむ [編集]
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