ゆいな　さん：

日本植物生理学会　みんなの広場　質問コーナーのご利用有り難うございます。植物への金属の影響についてのご質問は登録番号0987で受け付けました。

植物栄養学が専門の京都大学農学研究科　間藤　徹先生に回答をお願いし、以下のようなたいへん詳しい解説を頂きました。元素の周期表というのはもう習いましたか？　元素を作っている電子の並び方が似ていると、似た性質を持つことから並べた表です。もし分からなければインターネットで「周期表」を調べるとすぐに出てきますので参考にしてください。いろいろな物質の影響（効果）を調べるとき、使う物質の濃度がとても大切なことをよく知っておいてください。


中学生なのに難しい実験をして、面白い結果を出しましたね。
順番にお答えしようと思います。

銅の公害というのは愛知県別子銅山や栃木県足尾銅山で有名です。亜鉛による公害というのはありませんが、亜鉛はカドミウムと一緒に産出されるので、亜鉛をより分けたあとの残土に残るカドミウムが流れ出して公害を引き起こしました。有名なのは富山県の神通川ですが、日本各地で問題があったようです。また、酸性雨が降ると土壌が酸性になってアルミニウムが溶け出すことが知られています。そういう意味で、銅、亜鉛、アルミニウムという選び方はなかなかいいですね。また、この機会に勉強しておいてほしいのですが、銅も亜鉛も実は植物にとってなくてはならない元素なんです。たくさんあると障害を与えますが、全然なかったら欠乏障害が出て、やはり植物は生えることが出来ません。こういう元素を必須元素と呼びますが、高等植物では　
鉄、マンガン、亜鉛、銅、モリブデン、ニッケル
が金属の必須元素、このほかに
ホウ素、塩素、カルシウム、マグネシウム、カリウム、窒素、リン、イオウ
がどうしても必要です。これに酸素、水素、炭素を加えた17の元素を高等植物の必須元素と呼びます。

さて、ご質問ですが
ここで計画された実験はなかなか複雑ですから、すこしづつ簡単にしていきますね。説明の都合上、実験２のABCから行きます。

酢、水、石灰水（金属なし）のカイワレダイコン発芽伸長への影響
植物は生き物ですから生育に最適のpHがあります。多くの植物にとっていちばん調子がよいのはpH5から7です。これ以下でも以上でも調子が悪くなります。酸性やアルカリ性の水で発芽が損なわれるのは、細胞の内外のpH勾配（中が弱アルカリ性、外が酸性）が維持できなくなることが理由です。その他にも、まわりのpHが中性でないと細胞膜が障害を受けて細胞内からアミノ酸や糖などの養分が外に漏れ出してしまいます。ですから、酸性の酢でもアルカリの石灰水でも本当はほとんど発芽しません。アルカリ性の石灰水は、最初はpH10でも２，３日経つと空気中の二酸化炭素を吸収して白く濁ったはずです。これは炭酸カルシウムが出来たからで、そうするとpHはだんだん低下し中性に近づきます。ですから、この実験で、カイワレの種子を浸している石灰水を毎日新しい石灰水と交換したら、やはり発芽はしなかったはずです。また酢も長い間ほっておくと微生物によって二酸化炭素と水に変えられ、なくなってしまいます。カルシウムは根の伸長にとても大切ですから、pHが中性になってそこにカルシウムがあるとカイワレダイコンはとても調子がよかっただろうと思います。酢は水素イオンが多く、酢に漬けるとカイワレの種子からカルシウムを奪ってしまうので、あまり調子がよくないだろうなと思います。

金属の影響を見る前に、ABCの水そのものがこれだけの作用をカイワレダイコンに与えます。亜鉛と銅、アルミニウムを比較しますと、銅は一番金属らしい元素、アルミニウムはカルシウムなんかに近いやさしい元素、亜鉛はこれらの中間の、金属らしい金属よりはすこしやさしい金属元素、という性質を持っています。
元素は電子の数が違います。それぞれの元素では、電子数が違い、しかも原子の中での電子の配置も違うので、元素ごとに特徴のある性質になります。周期表を見ると、銅は第２族、亜鉛は第４族、アルミニウムは第３族の陽イオンです。そのために、上に簡単に書いたような性質の違いがあり、その結果、カイワレダイコンに対する影響も変化します。ここでの実験では、とてもうまくいって、水に入れただけで出てきた銅、亜鉛、アルミニウムのカイワレダイコンに対する効果が銅＞亜鉛＞アルミニウムになったようですね。しかし実験２では、これらの元素の溶解度はpHにかなり影響されますから、うーん、解釈するのは難しいです。でも銅の薄い液とアルミニウムの濃い液なら、いくらやさしいアルミニウムでも銅よりきつい障害をもたらします。銅や亜鉛が公害金属でもあり必須元素であるというのも、濃い液では毒になるが、薄い液は役に立つ例です。元素の性質は、その元素が作用するときの濃度も考慮しないと一言では言えません。
元素の植物に対する違いはその元素の原子構造に深く関係しています。宇宙は約100種類の元素から成り立っています。それぞれの元素の性質を勉強してみたら面白いですよ。
"僕らは星のかけら"　マーカス・チャウン　糸川洋訳　無名舎　がお勧めです。

間藤　徹（京都大学大学院農学研究科）