土壌セレンの運命に及ぼすミミズEisenia fetidaとマメ科植物Phaseolus vulgaris Lの相互作用

Interactive effects of earthworm Eisenia fetida and bean plant Phaseolus vulgaris L on the fate of soil selenium.

• Azhar-U-Ddin
• Jung-Chen Huang
• Xinyu Gan
• Shengbing He
• Weili Zhou

抄録

セレン（Se）は、必須性と毒性の間の狭いマージンを持つ動物のための必須微量栄養素です。セレンの毒性は、土壌中のセレン酸塩やセレン酸塩などの無機物が植物に取り込まれて食物連鎖に入り、高次栄養レベルの生物を脅かしていることに大きく関係している。この実験では、ミミズEisenia fetidaとマメ科植物Phaseolus vulgaris Lを用いて、ミミズの活動が土壌中のSeのバイオアベイラビリティとその後の植物の取り込みに及ぼす影響を調査した。植物は、急速に新芽に輸送されたSeの84％までと、亜セレン酸よりも速くセレン酸（最大221倍）を取りました。ミミズの存在下では、セレン酸を供給された植物のSe蓄積は明らかに増加し、1mgkgのセレン酸処理を除くすべての処理でSeの移動係数が最大4％増加することにつながった。また、ミミズは、セレン酸に曝露した場合、組織内でのSeの濃縮が速くなった（最大274mgkg DW）。セレン酸の毒性については、XASを用いて植物およびミミズのSe種分化解析を行った。その結果、ミミズを用いない場合と比較して、セレン酸に対するミミズの存在下では、有機-Se、すなわちSeMetとCysSeSeCysの割合がマメに増加した（最大34％）が、元素Seの割合はセレン酸に対する結果とは逆に有意に減少または欠落した。驚くべきことに、セレン酸の形態にかかわらず、元素Se（最大65％）はミミズが優勢であった。以上のことから、ミミズは植物へのセレンの取り込みと移動を促進し、新梢のセレン濃度を上昇させることが明らかとなった。その結果、人間や他の動物への危害を防ぐために、ミミズの活動が活発なSe汚染土壌から収穫した新芽、特に豆類を摂取する際には注意が必要である。最後に、土壌中のSeが大幅に減少していることから、ミミズを植物の補助として利用することで、土壌からのSeの植物抽出が改善される可能性があることが示唆された。

Selenium (Se) is an essential micronutrient for animals with a narrow margin between essentiality and toxicity. Se toxicity is largely related to inorganic forms of Se in soil, i.e., selenite and selenate that enter food chains through plant uptake, threatening higher trophic level organisms. This experiment investigated effects of earthworm activity on Se bioavailability in soil and the subsequent plant uptake, using earthworm Eisenia fetida and bean plant Phaseolus vulgaris L, both exposed to either selenite or selenate at 1 or 4 mg Se kg for 16 weeks. Plants took up selenate (up to 221-fold) faster than selenite, with up to 84% of the Se rapidly transported to shoots. In the presence of earthworms, Se accumulation obviously increased for selenate-supplied plants, leading to an up to 4% increase in Se translocation factor for all treatments except for 1 mg kg selenite treatment. Earthworms also concentrated Se faster in tissues (up to 274 mg kg DW) at exposure to selenate. For Se toxicity, Se speciation analysis was conducted on the plants and earthworms using XAS. Compared to worm-free treatments, the percentage of organo-Se, i.e., SeMet and CysSeSeCys, increased in beans (up to 34%) in the presence of earthworms for selenate, while the elemental Se portion was significantly reduced or absent, opposite to the results for selenite. Surprisingly, elemental Se (up to 65%) dominated earthworms, regardless of the form of Se supplied. In conclusion, earthworms clearly enhanced Se uptake and translocation in plants, leading to elevated Se levels in shoots. To prevent resulting hazards to humans and other animals, caution should be taken while consuming the shoots, particularly beans, harvested from the Se contaminated soil where earthworm activity is high. Finally, the significant reduction in soil Se suggests phytoextraction of Se from the soil could be improved using earthworms as an aid to plants.

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