水草水槽における「鉄」の役割 その①

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以前、当ブログ内で「鉄」が話題に上ったときに書いた記事なのですが、下書きのまま放置されていたのを発見したので、アップしときます。
続編があるんですがそっちはまだ書いてないので、続きは試験が終わったら書きます。

長文ですが、どうぞよろしく。。
-------------------------------------------
はじめに
今回の記事は自分自身の経験論ではなく、学術的に認知されている情報を元に、私なりに理論を組み立てた結果、「私の考え」です。つまりは絶対的な真実ではなく、砂上の楼閣の様な話であることをご了承下さい。

第一回目は一般論を考察

水草水槽を維持する上で、肥料として「鉄」の添加が一般的になっています。
メネデールのような液体や、ADAのアイアンボトムのような固体など様々なものが利用されているのはご存知のことと思います。
でわ、何故「鉄」を施肥するのでしょうか?
ネット上で一般的に言われている事を調べますと・・・
①赤系の水草を赤くするのに鉄の添加が効果的。
②微量ながら必須要素である鉄は餌からの供給が少ないので肥料として与える必要がある。

という意見が多いように思えます。

■鉄が赤系の水草に必要である という点について

長くなるので先に結論を書いておくと、
「一定条件を満たせば鉄の添加は効果があると考えられるが、他にも注意すべき元素はあるはず・・・・」
です。

・赤くなるメカニズム

そもそも、葉が赤くなるというのはどのような現象なのでしょうか?今回は、低光環境下だと緑色の葉で、高光環境だと赤色になるような水草について考えてみたいと思います。

赤系の水草が赤色を示すメカニズムに関する正確な知識を持ち合わせていないので言及は出来ませんが基本的には・・・
光合成が飽和状態になり、余った光エネルギーを、何らかの方法(色素を用いた反射など)によって反射し、その結果赤色の光も反射してくるので葉が赤色に見える。
つまり、
光合成反応(光エネルギー → 化学的エネルギー → CO2を糖に変換)と、光合成の結果生産された糖を葉の細胞から他へ輸送・消費するスピードの関係
であると考えています。

具体的に言えば、
1)光合成によって生産される糖の増加量が、輸送・消費能力を上回り、葉に蓄積する
2)光合成が過剰に行われていると植物が感知
3)光合成反応を抑制するため光合成に必要な赤色の光を反射し、光合成を阻害する物質(色素)を葉で合成
4)その結果赤色の光が葉で反射し、人の目には葉が赤くなったように見える。

というメカニズムが、私の推測。
無論、赤色の色素を作れる植物しか赤くなりません。他の植物は、他の何らかの方法を行っていると思われます。

この理論が正しいと仮定した場合、積極的に赤系の水草を赤くする方法としては・・
●案1:光量を上げる(CO2や養分など、光以外の因子が充実していればこれだけでOK)

●案2:光量がある程度少なくても、光以外の要因を充実させ無駄なく光を利用して光合成を行えるような環境を作り、糖の輸送・消費必要以上の光合成を維持する。(最低限の光環境下で、植物を活発にさせる)

●案3:光合成速度に対し、葉からその他器官への糖輸送・消費量を相対的に減らし、結果的に葉の細胞内に糖が蓄積することを促進させる。(最低限の光環境下で、植物の活性を抑える)

※植物体の成長を抑制しすぎると植物体自身が弱り枯れてしまう可能性があります。また、枯れるまでいかなくても生育が著しく低下した場合、色素という生きるうえで必要不可欠で無い物質の生産を止めてしまう可能性があり、一定レベルの生長は維持する必要があると考えられます。

・・・等が考えられます。
このように方法論としては3つありますが、結局の所
光合成を十分に行える環境作りが重要
であることがわかると思います。


・赤くする方法
案3について言及すると複雑になるので、案1と2について考え、光合成を十分に行える環境作りについて考えたいと思います。

光合成とは、葉の細胞において光エネルギーを使ってCO2を糖に変換する反応です。
でわ、光合成を十分に行える環境とは、どのような環境なのでしょうか?
光合成に必要な因子を簡単に書くと
、光
、CO2
、各種イオン
(、各種酵素も働き増すが、省略)
であると思います。

各論につて詳細を書いていくと
光
光に関しては、植物が光を受容する器官であるクロロフィルaクロロフィルbが吸収できる光が青色周辺(0.45μm付近)と赤色周辺(0.65μm付近)であることから、このあたりの光が十分に植物まで到達していることが重要といえます。また、植物が緑色に見えることからも、緑色の光は吸収されずに反射していることが分かると思います。
つまり、一見人の目には暗く見えるような光であっても、青色周辺(0.45μm付近)と赤色周辺(0.65μm付近)が十分量満たされていれば、植物は光合成を活発に行えるといえます。逆に、一見明るい照明でも、青色周辺(0.45μm付近)と赤色周辺(0.65μm付近)の光が少なければ、光合成はあまり行われません。
※詳細は「別館 アクアリウムのページ」の「植物と光」をご覧下さい

 二酸化炭素 CO2
光合成とはCO2を吸収し糖にする反応であるため、十分なCO2が無くては反応が進みません。よって、CO2は高濃度で維持すべきですが、CO2濃度が高くても光やイオンなど他の因子が不十分だと光合成反応は頭打ちになります。
各因子の要求量は植物種により異なりますが、基本的にCO2無添加だとやや欠乏状態であることが多いようです。基本方針として、CO2は添加したほうが無添加と比べて光合成反応が高まるというのは、一般的に言えると思います。
無論、生体が死ぬような濃度はだめでしょう。


 各種イオン
植物が生きるために欠かすことの出来ない必須元素というものがあります。これらは体を形作るだけでなく、様々な生体反応に重要な役割をになっており、無論光合成にも重要な役割を担っていることが明らかになっています。

必須元素の中から積極的に光合成に関与しているものを抜き出すと・・・
酸素、水素、二酸化炭素以外では
■多量必須元素
窒素:アミノ酸の元になる重要な物質。光合成による生長(=体つくり)に不可欠。
リン:酸化還元補酵素として働き、酸化還元反応において重要。
カリウム:デンプンの合成に関与。
マグネシウム:葉緑体の形成に必要。炭素の固定に必要なリン酸化反応を助ける。
■微量必須元素
鉄:葉緑体の形成に必要。光合成や呼吸に必要な酵素に多く含まれ、重要な働きがある。
銅:葉緑体の形成に必要。鉄と同様、光合成や呼吸に関与。
マンガン:光合成における酸化還元反応の中心的役割。葉緑体に極めて多く含まれる。
塩素:光エネルギーを化学的エネルギーに変換する過程に関与。
・・・・など、有名どころだけでも必須元素の多くが関与していることがわかります。

次に、具体的な必要量を見てみたいとおもいます。
陸生の植物ですが、その光合成をする器官である葉・茎成分としてこのようなデータがあります。
20080416202712.jpg

これは植物種によってバランスが変わってくるため一概に言えるデータではありませんが、大体の目安としては使えるデータであろうと思います。

この表を見ると、一言で多量元素や微量元素といっても、その量にかなりのバラツキがあることがわかります。また、微量要素の中では比較的鉄の含有量が多いように見えます。
しかし、それ以外のイオンもバランスよく存在することに意味があり、鉄だけに着目するのはいかがなものかと思いますが・・・・ね。

以上のことから、
必須元素がバランスよく存在し、光とCO2がある状態
=光合成を活発に出来る環境
=葉を赤くする環境

であると考えられます。

----------------------------------
さて!長々と書いてきましたが、ここで鉄の添加の話に戻ります。
この文を読んで、あなたの鉄に対する考えはどうなったでしょうか??

を見ると、確かに鉄は微量要素の中では多い部類に入りますが、あくまで必須元素の一つでしかありません。また光合成に関しても、鉄以外の元素も重要な役割を担っていることは既に述べたとおりであり、鉄だけが特別な存在であるわけでは無いように思えてこないでしょうか??

私の思うに、
確かに鉄は重要な光合成において非常に重要な因子であり、微量要素の中でも必要量が多い元素であることから、鉄を肥料として添加することにより少しは光合成効率は上がることは確かだと思います。
しかし、
鉄が十分に供給されても、他の因子の条件が適していなければ、その因子が制限因子として足を引っ張ってしまうと思います。
つまり、
鉄を入れるから光合成が促進されるわけではなく、あくまで制限因子の一つを取り除いたに過ぎない
のではないでしょうか??
私はこのように考えているため、光合成を高めることを目的として鉄のみを添加しまくっている方が多いことに、少なからず疑問を感じています。

これは、文頭に書いた「②微量ながら必須要素である鉄は餌からの供給が少ないので肥料として与える必要がある。」という点にも共通して言えます。微量ながら必須元素の供給を重要視するならば、鉄以外の必須微量元素も同様に気にするべきであろうと思います。


まとめ
以上のことより・・・・

鉄は必須微量要素の中では要求量が多く、欠乏しやすい元素である。よって、制御因子になりやすい。また、光合成に重要な元素であるため肥料として与えることに一定の効果はある。
しかし、あくまで微量要素であるため、多量必須元素のカリウムのように多量に施肥する必要もないと考えられる。
むしろ、鉄イオンの濃度を気にするのであれば、他の微量必須元素も気にするべきであろう。


っというのが、私の考えです。
ちなみに私は微量要素の施肥として
ハイポネクス ハイグレードシリーズ 活力液
を使用しています。
この商品は、窒素-リン酸-カリウムを含まず、それ以外の栄養素を殆ど網羅しているものです。
商品説明をそのまま貼り付けると↓

植物の生理活性を高める15種類(鉄・カルシウム)の各種栄養素をバランスよく配合。ビタミン類、高純度天然糖質配合により、植物に活力を与えます。

との事。
個人的には鉄だけを与えるより、このようは混合肥料を利用したほうがいいと判断している事から、この商品を利用しています。
使用量は3週間に一度、水換え用の水に原液を5滴位入れている感じです。
微量要素なので大量に必要ないと思いますし、私はソイルを使用しており、固形肥料も利用しているので微量要素の欠乏症はさほど発生しないと考えています。無論、欠乏症が見られれば使用量を増やそうと思いますが、現在のところ問題ありません。
また、過剰に与えすぎると蓄積し、多量必須要素の吸収を阻害したりするので、月に1,2回程度の施肥で十ニ分だと思います。

まぁ、参考までに・・・っというところで。


※次回予告
今回は鉄の添加についてマイナス思考の文を書きました。
一方、光合成効率以外の観点から見ると、鉄の添加が必要であるという考えもあるため、それについて書きたいと思います。
「火山灰土壌由来のソイルにおける、鉄施肥の必要性」って感じかな??

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コメント
この記事へのコメント
ふ・・・深い・・・深すぎて、おととには・・・
でも赤くなる部分についてはわかった
確かにそうなんです、実際うちにもダッセンが入ってます
これって高光量だと、葉が赤く色付いてきます
逆に光量が下がってくると緑に
これは実感したので、良くわかりました
でも後半になるつれて・・・(爆
これはもう、論文としていけますね
いやはや、やっぱ凄いわ
2008/05/24(土) 23:35 | URL | おとと #-[ 編集]
こんばんは。
鉄の話って、おもしろいですね~。
利助さんの二価鉄の過剰添加危険の話を耳にしていたので、
先日、浩之さんのコメ内の
硫黄分の多い火山灰由来ソイルと鉄の話など、
興味ある話がたくさんでうれしいです。
私としては、もうちょっと学生のとき化学の授業を聞いとけば・・・
と反省しきりなんですが。

植物の赤は不思議です。
たとえば緑葉が、ほんの数時間で赤みが差してくる事があります。
赤いライトの金魚水槽に入れて数日でルドウィジアが真っ赤になりました。
光量は圧倒的に減ったにもかかわらず、です。
また、赤く見えるという事は、赤の光を取り入れたくないから
というのは、なぜエーハのパイプが緑色なのか?と言う話に似てて面白いです。
2008/05/25(日) 01:52 | URL | cheepappa #SQbl7Cak[ 編集]
>おととさま
もう少し分かりやすく書くべきですよね。文章ばかりですし、少々言葉遣いも優しくないと思います。そこは重々自覚しているところ・・・(==;)。
この記事、書くだけ書いたのは良いものの、不親切な記事だと思ったので、いつか書き直そうと下書きのまま放置してあったのですよ・・・。今回それを訂正しないでUPしたので、分かりにくくて当然かも。
いつか簡略した形で書き直したいと思います。

>cheepappa 様
金魚の赤いライトで直ぐに赤くなったってのは、多分光合成するに十二分な環境がそこにあったからでしょうね。
多くの場合、金魚水槽では養分が蓄積してますし、赤いライトであるなら光合成効率もうなぎ上りだったのでしょう(笑)

てか、本来本題であるはずの「火山灰土壌由来のソイルと鉄の話」をまだ書けてなくてすみません。この記事の続きで書くつもりが、この記事で詰まってたので(汗)
まぁ、テスト落ち着いたら書きますので、もうしばしお待ち下さいm(_ _)m
2008/05/26(月) 21:04 | URL | 浩之@管理者 #-[ 編集]
赤を出すのに鉄が必要という話を聞いていて鉄分の添加してるんでとても興味深い話でした!

話がそれそうですが照明が明るすぎて葉が赤くならないっていうことはあるんですかね?
それとも単に光合成がうまく出来ていないのでしょうか?
難しいですw
2008/05/28(水) 09:45 | URL | hirojet #-[ 編集]
>hirojet 様
光が強すぎて葉が明るくならないという事例に遭遇したことがないので何ともいえませんねぇ。しかしながら近い事例を幾つか述べときます。

①強光は葉の緑色化を阻害することが知られています・・・が、これは葉を赤くしない植物のもののように思えるので、微妙。

②その植物種にとって強すぎる光が当たった場合、葉焼けを起こして白色化する場合がある。これはナナなど陰性植物に見られる現象で、一般的な陽性植物だと余程の事が無い限り起きないと思われます・・・・多分。

って感じです。結局のところ、強光が直接的に赤色化を阻害するっていう事例の知識は無いで、有るとも無いともいえません。

一方、強すぎない程度に強光にしても赤くならないという場合であれば(=生長阻害を及ぼすような強光でないのに、赤くならない)、
①やはり光合成が上手くいってない可能性がありますね。
この記事にもあるように、光合成には光以外に、CO2や肥料成分が重要な役割を担っています。CO2は添加量で調節できますが、肥料成分、特に窒素などは硝酸塩に過敏に反応する人が多い関係で欠乏しがちのようです。
hirojet様のブログを拝見すると、パールグラスの下葉が落ちているようですので、光か窒素の欠乏が起きている可能性があります。光が十分であれば、早急に窒素(=硝酸塩)濃度が低すぎないか検査した方が良いかもしれません。

②そして意外に盲点なのは、光が強いように思っていて、実は光合成に必要な波長が少ない場合です。
この記事にも書いてありますが、光合成には青色周辺(0.45μm付近)と赤色周辺(0.65μm付近)が有効なのですが、光合成用でない蛍光灯はこの領域の波長が少ない物が多いです。人間の目には明るく見えても、植物にとっては暗かった・・・なんてことは良くある話なので、気にしてみてください。
メタハラなら問題ありませんが蛍光灯を用いている場合、自分が使っている蛍光灯の波長をメーカーHPの商品説明などを見て調べて、有効波長が十分放出されているものかチェックしてみるといいかもしれません。
まぁ、公開してるメーカーが少ないのが実情なんですがね。ちなみに、私は全商品の波長を公開している「スドー」の蛍光灯ユーザーです。
私が使っている「トロピカルレッド」は見た目かなり暗いですが、光の波長を見る限り植物にはいい感じの蛍光灯みたいです。無論、それだけだと見栄えが悪いので、普通の室内蛍光灯であるパルックを一番手前に置いて、見栄えの改善もしてるんですけどね。
2008/05/29(木) 22:27 | URL | 浩之@管理者 #x9c5GV3o[ 編集]
分かりやすい解説ありがとうございます!
指摘された点を調査してます!
2008/05/30(金) 10:07 | URL | hirojet #-[ 編集]
>hirojet様
ブログの更新はまだ先になると思いますが、コメントの返事はしますので、調査報告お待ちしております。
私自身勉学に励む身なので、様々な事例に接したいと考えており、是非、問題解決のお手伝いをさせていただきたいと思います^^
2008/06/01(日) 15:15 | URL | 浩之@管理者 #-[ 編集]
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