この研究は、スイス、中国、ドイツの研究機関の研究論文です。

掲載誌：Exposure and Health

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

何を明らかにしようとした研究か

ヒ素は自然界に存在する有害な半金属で、人に対する発がん性物質として分類されています。通常の土壌では濃度は低い水準にとどまりますが、自然由来あるいは人間活動によって高濃度に汚染された場所も存在します。ヒ素が農地にあると作物の生育が妨げられるだけでなく、作物を通じて人がヒ素を取り込む経路にもなるため、汚染地域での食料生産は健康上の懸念とつながっています。

著者らが注目したのは、土の中にもともと棲んでいる微生物(土着微生物)の役割です。土壌微生物は養分の供給を助けたり、植物のストレス耐性や病気への抵抗力を高めたりすることが知られています。ヒ素汚染土壌でも、微生物が植物を守る働きをしている可能性があります。そこで研究チームは、世界で最も広く栽培される作物のひとつであるトウモロコシを用い、(1)ヒ素が土壌や植物に棲む微生物の群集と活性にどのような影響を与えるか、(2)微生物をかく乱したり土壌を滅菌したりすることがヒ素存在下の植物の健康にどう影響するか、という二つの問いに取り組みました。

温室でのポット試験という方法

研究チームは、スイスの農地から採取した土を用いて温室でのポット栽培実験を行いました。土壌には、ヒ素を加えない区(もともと含まれる濃度は約2.91 mg/kg)のほか、1キログラムあたり100 mgと200 mgのヒ素を加えた区を用意し、二か月間なじませてから使っています。

これに加えて、微生物の状態が異なる三種類の土を組み合わせました。何も処理しない「自然土壌」、X線で滅菌した「かく乱土壌」、そして滅菌したうえで自然土壌から取り出した微生物の抽出液を戻した「再構成土壌」の三つです。滅菌処理は微生物を取り除くだけでなく、有機物の分解が進むなどの化学的な変化も引き起こします。そこで、滅菌歴が同じで微生物の有無だけが違う「再構成土壌」と「かく乱土壌」の差を微生物かく乱の影響、微生物の状態が似ていて滅菌歴だけが違う「自然土壌」と「再構成土壌」の差を滅菌による非生物的な影響として区別できるように設計されています。

トウモロコシは五か月間栽培され、草丈、生重量、生育段階を示すBBCHスケール、葉の枚数、葉の葉緑素量、葉の傷みの程度が記録されました。あわせて、土壌と植物(根・葉・子実)に含まれる細菌と真菌の群集構成、および炭素・窒素・リンの循環に関わる五種類の土壌酵素の活性も分析されています。なお、ヒ素が微生物群集に与える影響を調べる部分は、自然土壌でのみ実施されました。

報告された主な結果

自然土壌では、ヒ素を加えると土壌細菌のアルファ多様性(ひとつの試料の中での種類の豊かさ)が増加しました。一方で、微生物群集の組成や、測定した五種類の酵素活性については、一貫した変化は認められなかったと報告されています。根・葉・子実に棲む微生物群集も、ヒ素による影響はわずかでした。

植物の健康についても、高濃度のヒ素だけでは、葉の傷みの程度を除き、測定したほとんどの指標は悪化しませんでした。しかし、土壌の滅菌とヒ素が組み合わさると状況が変わります。この組み合わせでは草丈と葉の葉緑素量が低下し、葉の傷みはより強くなりました。そして、滅菌によって生じたこの悪影響は、微生物抽出液を戻して微生物群集を再構成することで部分的に和らげられました。

これらの結果から著者らは、土着の微生物は高濃度のヒ素に対しておおむね頑健であり、ヒ素によるストレスからトウモロコシを守る働きをしていると結論づけています。なお、同じ実験についての著者らの先行報告では、土着微生物が土壌水や植物組織中のヒ素濃度を下げ、無機ヒ素が葉や子実といった地上部へ移行するのを抑える方向に働くことが示されていました。

この研究が示すこと

この実験が伝えているのは、汚染土壌で作物がどれだけ傷むかは、ヒ素の濃度だけでは決まらないということです。土の中の微生物がそろっているかどうかが、同じヒ素濃度でも植物の受ける打撃の大きさを左右していました。

言いかえれば、土着の微生物群集そのものが、ヒ素の影響を和らげる土壌の性質の一部として働いている、という見方を裏づける報告だといえます。

著者：Hang Guan（Institute of Geography, University of Bern, Bern, Switzerland）、Veronica Caggìa（Department of Environmental Sciences, University of Basel, Basel, Switzerland）、Andrea Gómez-Chamorro（Institute for Infectious Diseases, University of Bern, Bern, Switzerland）、Suyi Hu（ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, University of Bern, Bern, Switzerland）、Jan Waelchli（Department of Environmental Sciences, University of Basel, Basel, Switzerland）、Xiaowen Liu（Center of Deep Sea Research, Institute of Oceanology, Center for Ocean Mega- Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao, China）、Gabriel Deslandes（Department of Environmental Sciences, University of Basel, Basel, Switzerland）、Alban Ramette（Institute for Infectious Diseases, University of Bern, Bern, Switzerland）、Klaus Schlaeppi（Department of Environmental Sciences, University of Basel, Basel, Switzerland）、Adrien Mestrot（Institute of Geography, University of Bern, Bern, Switzerland）、Sandra Spielvogel（Department of Agricultural Soil Science, Georg-August-Universität, Göttingen, Germany）、Moritz Bigalke（Institute of Applied Geoscience, Technical University Darmstadt, Darmstadt, Germany）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Hang Guan, Veronica Caggìa, Andrea Gómez-Chamorro, et al. Soil Indigenous Microbes Protect Maize Plants in Arsenic-Contaminated Soils. Exposure and Health 2026-09-07. DOI: 10.1007/s12403-026-00804-w. 原著ライセンス：CC BY.