著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

カドミウムは毒性が高く、土壌の中を移動しやすい重金属です。農地の土に蓄積すると植物に取り込まれます。薬用植物では、収穫物に重金属が残れば生薬の安全性に直接関わります。重金属は植物の代謝を乱し、有効成分の蓄積を減らすこともあります。さらに、根のまわりの土（根圏）にすむ微生物の構成や働きを変え、それを通じて植物に影響することも知られています。

今回の研究の対象は、中国で大規模な人工栽培が広がる薬用植物デンドロビウム・オフィシナーレ（鉄皮石斛）です。この植物は礫の多い基質や栽培環境で育てられることが多く、カドミウム汚染を受けやすいとされます。また、系統によってカドミウムへの耐性や成分の蓄積に差があると考えられてきました。研究チームは、カドミウムにさらされたときの生育、カドミウムの蓄積、酸化ストレスへの反応、金属の輸送に関わる遺伝子の働き、有効成分、根圏微生物を総合的に調べました。目的は、品質と安全性がどう変わるのか、そして微生物の変化が品質の形成とどう関係しうるのかを明らかにすることです。

何を調べたか

研究チームは、組織培養で育てた4系統の苗を、カドミウムを含む土壌で1か月育てました。生育の比較には、カドミウムを加えない対照区と、土壌1キログラムあたり0.9ミリグラムのカドミウムを加えた処理区を用いました。

植物は根・茎・葉に分け、それぞれのカドミウム濃度を測りました。あわせて、細胞の酸化的な傷みの目安となる物質（MDA）と、活性酸素を分解する酵素（POD、SODなど）の活性も調べました。金属イオンの輸送に関わる遺伝子（NRAMP、ZIPなど）がどれだけ働いているかも測定しました。

さらに、特徴の異なる2系統を中心に、多糖類・フラボノイド・アルカロイドなどの有効成分の含有量を比較しました。根のまわりの土に含まれる細菌の遺伝子配列も読み取り、どのような細菌がどれほどいるかを調べました。細菌群集の機能については、遺伝子の情報からの推定も行いました。

主な結果

カドミウム処理によって、どの系統でも根の長さと生の重さが減りました。ただし、減り方は系統によって大きく異なりました。生の重さの減少は系統1で最も大きく（約65.4％）、系統3で最も小さい（約14.4％）結果でした。系統1は、見た目の傷みも最も強く現れました。

一方、カドミウムのたまり方は生育の悪化とは一致しませんでした。どの系統でも、根のカドミウム濃度は乾燥重量1キログラムあたり2ミリグラムを超えました。薬として使う茎と葉では、系統2と系統4が中国薬局方の上限値（1ミリグラム）を超え、系統1と系統3は下回りました。最も多くためたのは系統2で、根・茎・葉でそれぞれ6.42、1.08、1.70ミリグラムでした。系統1はどの部位でも低い値でした。著者らは、生育の安定性とカドミウム蓄積の少なさは必ずしも連動しないと述べています。

酸化ストレスの面では、系統2〜4でMDAが増えました。これに対し、系統1ではほとんど変わらず、PODとSODの活性が高まっていました。著者らはこれを、系統1で抗酸化の反応が有効に働いた可能性を示すものと解釈しています。系統2では金属の取り込みや輸送に関わる遺伝子の働きが目立ちました。著者らは、これが系統2のカドミウム濃度の高さと関連しうると考察しています。

有効成分では、カドミウム処理によって多糖類が両系統の茎と葉で減り、フラボノイドも減少しました。フラボノイドの落ち込みが最も大きかったのは系統1の葉です。系統2は、いくつかの成分の変動が比較的小さく、可溶性タンパク質は有意に増えました。

根圏の細菌については、種類の数そのものには有意な差がありませんでした。一方、群集の多様性や均等度の指標はカドミウム処理で低くなりました。群集構造の違いを最も強く左右していたのは、系統よりもカドミウム処理の有無でした。主要な細菌の門の顔ぶれは保たれていましたが、その割合は変化していました。機能の推定では、カドミウム処理下で系統1の根圏ではエネルギー代謝に関わる機能が多く見られました。系統2の根圏では、環境の感知や解毒に関わる機能が多く見られました。ただし著者らは、これらは群集の構成からの推定であり、微生物の働きを実験で確かめたものではないと断っています。

研究が示すこと

この研究は、同じ植物でも系統によってカドミウムへの反応が大きく異なることを示しました。よく育つ系統が安全とは限らず、生育が落ちても薬用部位にカドミウムをためにくい系統があるということです。著者らは、薬としての安全性の観点から、カドミウムに汚染された土壌での栽培には、薬用部位への蓄積が少なかった系統1が適していると結論づけています。カドミウムの影響は植物の中だけでなく根のまわりの微生物にも及んでおり、安全な栽培のための系統選びを考えるうえで手がかりとなる成果です。

原著論文の著者・所属：Hexigeduleng Bao（College of Smart Agriculture (College of Artificial Intelligence), Nanjing Agricultural University, Nanjing 210031, China; Key Laboratory of Specialty Agri-Product Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China）、Yu Wang（Key Laboratory of Specialty Agri-Product Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China）、Hainan Bao（College of Smart Agriculture (College of Artificial Intelligence), Nanjing Agricultural University, Nanjing 210031, China; Key Laboratory of Specialty Agri-Product Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China）、Feijuan Wang（Key Laboratory of Specialty Agri-Product Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China）、Qiong Jiang（Key Laboratory of Specialty Agri-Product Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China）、Hua Li（College of Smart Agriculture (College of Artificial Intelligence), Nanjing Agricultural University, Nanjing 210031, China）、Yanfei Ding（Key Laboratory of Specialty Agri-Product Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China）、Cheng Zhu（Key Laboratory of Specialty Agri-Product Quality and Hazard Controlling Technology of Zhejiang Province, College of Life Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China）

※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）：Hexigeduleng Bao, Yu Wang, Hainan Bao, et al. Cadmium Exposure Modulates Quality of the Medicinal Plant Dendrobium officinale via Regulation of Gene Expression, Antioxidant Systems, Bioactive Compound Accumulation, and Rhizosphere Microbial Community. Plants 2026-10-17. DOI: 10.3390/plants15203187. 原著ライセンス：CC BY.