著者の所属・活動拠点の国は、オーストラリア、タイです。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

ニンニク特有の香りや品質には、アリシンやその材料となるアリインなど、硫黄を含む化合物が関わっています。窒素肥料が収量に与える影響はこれまで多く調べられてきました。しかし、窒素の量がこうした硫黄化合物の生成とどう関係するかは、特に畑での栽培条件ではよく分かっていませんでした。窒素は、アリインやその前段階の化合物の構造に含まれる元素でもあります。

研究チームは、次の3点を明らかにしようとしました。1つ目は、畑で窒素の施用量を変えたときに、球根（りん茎）のアリインとアリシンの濃度がどう変わるかです。2つ目は、球根の中の硫黄がどのような化学的な形で存在し、その割合が変わるかです。3つ目は、生育途中の葉や球根に含まれる窒素・硫黄の量が、アリインやアリシンの蓄積とどう関係するかです。背景には、生育中に作物の窒素の状態を正しく把握できれば施肥の管理に役立つという考えがあります。著者らの以前の研究では、肥料の条件を一定にした場合に葉の養分と球根の成分との関係が見られていましたが、窒素量を変えた条件でもこの関係が成り立つかは未確認でした。

何を、どのように調べたか

試験は2020年に、オーストラリア・クイーンズランド州ガットンの研究圃場で行われました。土に残る硝酸態窒素を減らすため、事前に大麦を育てて収穫してから、ニンニクを植え付けています。窒素は1ヘクタールあたり0、40、80、120、160、200、240、300、360キログラムの9段階で与え、尿素と硝酸カルシウムからほぼ半分ずつ供給しました。硫黄を含むほかの養分は、生育が制限されないよう十分な量を与えています。肥料は点滴かんがいの水に溶かして施しました。

品種は、アリシン濃度の異なる3品種を用いました。著者らの以前の研究でアリシンが多いとされたサザングレン、少ないとされたAV08、そしてグレンラージです。窒素の量を大きな区画に、品種をその中の小区画に割り当てる配置で、3反復の試験としました。生育途中（植え付け後約105日）には、最も若い成熟葉を採って養分を分析しました。植え付け後185日の収穫時には、各区画から球根を5個選んで成分を測りました。アリシン濃度は3品種すべてで測定しました。面積あたりのアリシン収量は、アリシン濃度に球根の乾物収量を掛けて求めました。アリインの分析と硫黄の形の分析は、この地域でよく栽培されるグレンラージで詳しく行いました。

硫黄の化学的な形を調べるために、シンクロトロン（大型の加速器）から得られる強いX線を使う「XANES」という分析を用いました。この方法は、硫黄の結合の仕方や酸化の程度によってX線の吸収のされ方が変わることを利用します。既知の標準物質の吸収パターンを組み合わせることで、試料中の各成分の割合を推定します。

主な報告結果

窒素を多く与えるほど、球根のアリシン濃度は3品種とも直線的に高くなりました。窒素0から360キログラムまでで、各品種とも約50％増加しました。グレンラージでは乾燥重量1グラムあたり約9ミリグラムから約13ミリグラムへ、サザングレンとAV08では約11ミリグラムから約16.5ミリグラムへと上昇しています。グレンラージは、どの窒素量でもほかの2品種より約2ミリグラム低い値でした。窒素の効果の現れ方に、品種による違いは認められませんでした。

グレンラージのアリイン濃度も窒素量に応じて直線的に増え、乾燥重量1グラムあたり約28ミリグラムから約45ミリグラムになりました。著者らは、窒素を増やすとアリインが減ったとするほかの研究とは異なる結果だと述べています。

面積あたりのアリシン収量は、窒素0から360キログラムまでで増加しました。グレンラージでは約67％（1ヘクタールあたり約37キログラムから約62キログラム）、サザングレンとAV08では約65％（約32キログラムから約53キログラム）の増加です。アリシン収量はグレンラージが最も多く、ほかの2品種はそれより約20％少ない値でした。

XANESの分析では、球根中の硫黄は主に2つの形で存在していました。アリインと、その前段階の化合物であるγ-グルタミル-S-アリル-L-システイン（GSAC）です。分析した6段階の窒素量を通じて、硫黄のおよそ56％がアリイン、約44％がGSACと推定されました。両者の割合は、窒素量によって大きくは変わりませんでした。

生育途中の葉の窒素濃度は、窒素量の増加に伴い1キログラムあたり約35グラムから約51グラムへと直線的に上がりました。この葉の窒素濃度は、収穫時の球根のアリイン濃度、アリシン濃度と強く相関していました。一方、葉の硫黄濃度は窒素量によってわずかにしか変わらず、どの区でも十分とされる範囲内にありました。葉の硫黄濃度と球根のアリイン濃度との間には、関係が見られませんでした。

この報告が示すこと

研究チームは、植物の窒素の状態がこれらの硫黄化合物の蓄積と密接に関わっていると結論づけています。窒素の供給は硫黄化合物全体の蓄積に影響しうる一方で、主な硫黄化合物どうしの割合はあまり変えない可能性があるとしています。また、生育途中の葉の窒素の状態が、のちの球根のアリインやアリシンの蓄積を示す手がかりとなり、生育中の窒素管理に役立つ可能性を挙げています。

ただし著者らは、1ヘクタールあたり200キログラムを超えるとアリシン収量の伸びは小さくなると述べています。そのため、今回の最大量である360キログラムを最適な施肥量とみなすべきではなく、最適量はこの研究では決めていないと明記しています。さらに、XANES分析は9段階のうち6段階、グレンラージ1品種に限られていました。3反復の試料を混ぜて1つにしたため、統計的な比較もできていません。加えて、試験は1か所の畑で1作期だけ行われたものです。ほかの作期や土壌、環境条件でも同じ関係が成り立つかは、確かめる必要があるとしています。

原著論文の著者・所属：Binh Thi Nguyen（School of Agriculture and Food Sustainability, The University of Queensland, Gatton, QLD 4343, Australia）、Bernhard J. Wehr（School of Agriculture and Food Sustainability, The University of Queensland, Gatton, QLD 4343, Australia）、Peter M. Kopittke（School of Agriculture and Food Sustainability, The University of Queensland, Gatton, QLD 4343, Australia）、Timothy J. O’Hare（Queensland Alliance for Agriculture and Food Innovation, The University of Queensland, Brisbane, QLD 4108, Australia）、Neal W. Menzies（School of Agriculture and Food Sustainability, The University of Queensland, Gatton, QLD 4343, Australia）、Hung Trieu Hong（School of Agriculture and Food Sustainability, The University of Queensland, Gatton, QLD 4343, Australia）、Brigid A. McKenna（School of Agriculture and Food Sustainability, The University of Queensland, Gatton, QLD 4343, Australia）、Wantana Klysubun（Synchrotron Light Research Institute, Nakhon Ratchasima 30000, Thailand）、Wutthikrai Busayaporn（Synchrotron Light Research Institute, Nakhon Ratchasima 30000, Thailand）、Stephen M. Harper（School of Agriculture and Food Sustainability, The University of Queensland, Gatton, QLD 4343, Australia）

※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）：Binh Thi Nguyen, Bernhard J. Wehr, Peter M. Kopittke, et al. Effects of Nitrogen Nutrition on Accumulation and Speciation of Sulfur Compounds in Garlic Under Field Conditions. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-07. DOI: 10.3390/plants15172735. 原著ライセンス：CC BY.