植物の時間　２時限目『植物の栄養を学ぼう！』

窒素は、タンパク質のもとになるアミノ酸の構成成分の一つで、さらにはその生成およびエネルギーの生産に関与するクロロフィル(葉緑素)の構成成分の一つです。また遺伝情報の保存や伝達、発現や制御に関わる核酸の構成成分の一つでもあります。そして、酵素の活性化を促す補酵素の構成成分です。このように、植物の体を作り、調整する物質の構成成分になる窒素は、植物の必要とする栄養分のうち最も重要な物質と言われています。空気の80%を締めるという窒素ですが、実は植物が吸収できる形態の窒素は自然界にわずかな量しか存在しない無機態(アンモニア態や硝酸態)の窒素だけです。

一部、土壌微生物（根粒菌）と共生することによって大気中の窒素を吸収する性質をもつ植物（マメ科植物など）もありますが、それは今後土壌微生物について学ぶ機会に際に詳しく勉強していきたいと思います。

窒素過剰になると、葉色は濃緑色となり葉がぐんぐんと成長します。一方で繊維質が発達せず、植物体が軟弱になり、病害虫の被害を受けやすくなります。キャベツに窒素を多量に施用すると、食物繊維の含有量が低下するという情報もあります。

窒素が欠乏すると、下位の葉から退色し黄化します。生育が鈍くなり、植物体は小さくなっていきます。また、葉色が部分的に欠けるクロロシス（クロロシスについては別途解説）が下位の葉から生じるという症状も現れます。

リンは、核酸中の塩基の接合に必要で、またエネルギー代謝や光合成の一連の反応の中で重要な役割をはたす物質です。植物は、土壌中に存する可給態のリン酸からリン酸イオンを吸収し、有機態リン酸を生成・活用します。
自然界では土壌微生物による有機物の分解によりリン酸が供給されますが、農業においてはリン鉱石から生成されたリン酸肥料も使用されています。

リン過剰による外観的な症状は現れにくいと言います。

リン欠乏に陥ると、植物は生育不良となり、葉色が濃くなります。葉の生育が妨げられ、相対的にクロロフィル(葉緑素)の濃度が上昇するためです。
欠乏の原因としては、土壌によるリン酸の吸着が挙げられます。土壌中のリン酸は、アルミニウムや鉄との反応により難溶化します。難溶化したリン酸は、植物には吸収されず土壌に固定されてしまいます。このリン酸障害は、アルミニウムや鉄を多く含む火山灰土壌で多く発生し、また土壌が酸性化することでより強くなります。

カリウムは、植物の体内でイオンとして存在し、浸透圧の調整やpHの安定化に重要な役割を担っています。

カリウム過剰は症状としては現れにくいのですが、カリウムが過剰になると、拮抗作用としてカルシウムやマグネシウムの吸収を阻害します。結果としてこれら2種類の欠乏症状が現れます。

カリウムは、欠乏すると下位の葉の縁から黄化し、縁枯れを示す場合があります。葉面にクロロシス斑点を生じる場合もあります。

カルシウムは、細胞壁の構造と機能の維持に関わっています。大半のカルシウムは、細胞壁や細胞膜などのアポプラスト部分に存在していて、細胞質内にはごくわずかです。細胞質内では、セカンドメッセンジャーとして機能しています。

カルシウム過剰は、リンの不溶化、高浸透圧による水分吸収の阻害、拮抗作用によるマグネシウムやカリウムの吸収低下などが生じます。カルシウム過剰症の要因は主に人為的なもので、自然界では生じにくいと言われています。

カルシウムが欠乏すると、細胞壁や組織の崩壊が発生します。トマトなどの果実の尻腐れ、白菜の芯腐れなどが欠乏症状として挙げられています。また、新芽が成長前に枯死する症状（チップバーン）や、新葉が縁から枯れて器状になる症状（エッチエス）もカルシウム欠乏によって発生すると言われています。土壌中にカルシウムが十分に存在していても窒素過多や高温乾燥によってその、吸収が阻害されることで生じます。症状は主に、内葉や果実、新葉部分に生じます。これは、カルシウムが蒸散の激しい外葉に集中し、また下葉の液胞に不溶化して固定され再転流しないためです。

マグネシウムは、クロロフィルの構成成分となる他、酵素の活性化、細胞壁pH調整、アニオン(陰イオン)のバランス維持に重要な役割を果たしています。ATP分解酵素の働きを助け、エネルギー生産に寄与しています。また、グルタミン(タンパク質を構成するアミノ酸の一つ)合成酵素の活性化や、タンパク質合成のためのリボーソームの立体構造維持に関与しています。

マグネシウムは、カリウムなど他の陽イオンとは異なり土への吸着略も弱いことから土壌溶液中に多く存在します。過剰症状は、外見には現れにくいとされていますが、マグネシウムの濃度障害によると考えれる草丈の伸長不良、根の発育低下なども確認さています。

マグネシウムは、生体内を再転流しやすいため、欠乏状態に陥ると、下位の葉から、葉脈間の黄化や白化が生じます。

植物は、硫黄を硫酸イオンの形で吸収します。硫酸イオンは還元されて有機化合物に変化します。このうち含硫アミノ酸(システイン、メチニオンなど)はタンパク質や、細胞内の酸化還元状態を調整するグルタチオンの構成成分となります。

硫黄が欠乏すると、タンパク質合成が阻害され、窒素欠乏時と同様にクロロシスを生じます。硫黄は植物体内でゆっくりと再転流するので、葉の黄化は成長点付近から始まり、次第に下位の葉に広がって行きます。