農業における栄養素「ニッケル」の重要性

ニッケル（Ni）は、植物に微量含まれる栄養素です。植物はニッケルを二価の陽イオンNi²⁺として吸収します。ニッケルは非常に少量しか必要とされず、その上限は100万分の1程度と考えられています。以前は有毒金属元素として分類されていたため、植物の生長と発育におけるその役割は見過ごされがちであったものの、植物体内のいくつかのプロセスに好影響を与えることが確認されています。

ニッケルは、植物の必須要素リストへ最後に追加されました。この追加は20世紀後半に行われました。ニッケルが必須要素として認識されたのは、1980 年代後半にブラウン博士らによって行われた研究に基づくもので、同博士らはニッケルが植物にとって必須であると判断しました。米国植物防疫官協会は、2004年にニッケルを必須栄養素として正式に認定しました。

植物生理におけるニッケルの役割

ニッケルは、いくつかの酵素、特に尿素をアンモニアと二酸化炭素に加水分解するウレアーゼの必須成分です。このプロセスは、植物の窒素代謝に欠かせません。ニッケルがないと、有害レベルの尿素が植物組織 に蓄積し、葉の先端が壊死してしまいます。

ニッケルはまた、窒素固定（特定の細菌が大気中の窒素を植物が利用できる形に変換するプロセス）にも関与しています。これは、窒素固定に大きく依存して生長するマメ科作物にとって特に重要です。

さらに、ニッケルは、アミノ酸合成、タンパク質代謝、二次代謝産物の生成に関連する酵素プロセスにも関与しているようです。

植物におけるニッケルの欠乏と過剰

ニッケルは通常、土壌や水中の汚染物質として十分な量が存在するため、欠乏症は非常にまれです。ニッケルの欠乏症は作物栽培条件下では観察されていませんが、栽培研究の場では、研究者が欠乏症状を再現しています。軽度の欠乏症は目に見える症状を示さないため、見過ごされがちですが、生長と収量を低下させることがあります。ニッケルは植物内でかなり移動しやすく、重度の欠乏症状はまず、古い葉のクロロシス、葉先の壊死、生育阻害として現れます。マメ科植物では、欠乏症状として、葉全体のクロロシスや、有毒な尿素レベルの蓄積による葉先の壊死が見られます。

ニッケル欠乏症は、一部の苗木や果樹で観察され ています。木本植物では、ニッケルが欠乏すると、節間が短くなり、新梢の生長が弱まり、終芽が枯れ、最終的に新梢や枝が枯れることがあります。

ニッケルの濃度は、乾燥重量1kgあたり10 ～100mgで植物毒性に達します。その高い含有量は植物の成長を制限し、光合成と蒸散を阻害します。マメ科植物では、窒素固定の強度が低下します。ニッケルの毒性は、その絶対濃度よりもむしろ、植物中のNi:Fe比によって説明されます。

農業におけるニッケルの重要性

農業におけるニッケルの役割は、植物の健康にとどまりません。ニッケルは植物体内の窒素代謝に関与するた め、窒素の利用効率を直接的に高め、適切なニッケル濃度であれば過剰な施肥の必要性を減らすこ とができます。これは、作物の収量を最大化する一方で環境への影響を最小限に抑えることを目標とする現代の農業では特に重要となります。

また、抗酸化酵素活性のサポートを通じて、ニッケルが植物の生物的ストレスに対する耐性に好影響を与えることを示唆する研究もあります。このため、ニッケルの管理は、極端な気象条件 の影響を受けやすい地域では特に重要です。

ニッケル濃度の管理

植物の最適な生育には、土壌中のニッケル濃度を適切に保つことが不可欠です。ニッケルは通常、土壌、水、肥料に含まれる汚染物質として十分な量が存在します。しかし、土壌のpHや、亜鉛、銅、鉄、コバルト、 カドミウム、マグネシウムなどの他の金属の存在に よって、ニッケルの利用可能性が影響を受ける可能性があります。これらの金属の濃度が高いと、ニッケル欠乏症が引き 起こされる可能性があるため、土壌組成の監視と管理が必要になります。

ニッケルの葉面散布は、欠乏症に対処する効果的な方法である可能性があります。例えば、ニッケルの葉面散布によって、ミネラル栄養状態、 ウレアーゼ活性、大豆の品質が改善されたという研究結果があ ります。この方法では、土壌に関連する潜在的な問題を回避して、植物が必要なレベルのニッケルを直接吸収することができます。ニッケル塩（硫酸塩や硝酸塩など）や有機ニッケル配位子（リグノスルホン酸塩やヘプトグルコン酸塩など）は、葉面肥料として効果的です。他の葉面散布用肥料では現場作業員の安全性に問題が生じる可能性があるため、Ni-リグノスルホン酸塩の形態が現場での散布に適しています。

結論

ニッケルは、必要とされる量は少ないが、植物の健康と農作業に影響を与えます。ニッケルは、植物の窒素代謝、窒素固定、様々な酵素プロセスに重要です。ニッケルが欠乏することは稀ですが、植物の健康と生育に悪影響を与える可能性があります。逆に、過剰なニッケル濃度は有毒であり、植物の生長を阻害する可能性があります。したがって、土壌、水、肥料中のニッケル濃度を理解し、 適切に管理することは、生産者が健康な作物、最適な収量を確保し、より持続可能で生産性の高い農業システムに貢献するために 不可欠です。