水田からの亜酸化窒素排出量水稲の役割を理解する

Nitrous Oxide Emissions from Paddies: Understanding the Role of Rice Plants.

• Arbindra Timilsina
• Fiston Bizimana
• Bikram Pandey
• Ram Kailash Prasad Yadav
• Wenxu Dong
• Chunsheng Hu

抄録

水田は、人為的な亜酸化窒素（NO）の排出源となる可能性があります。水田では、土壌とイネの両方がNOを大気中に放出しています。水田のイネは、土壌と大気との間でNO排出のためのチャネルとして機能していると考えられています。しかし、近年の研究では、植物もNOを生成することが示唆されているが、植物におけるNO生成のメカニズムは不明である。そのため、水稲は土壌微生物が産生するNOの流路としか考えられていない。無菌的に成長した植物によるNOの放出や、植物から放出されたNOの二重同位体フィンガープリントは、様々な研究で報告されており、植物におけるNOの生成を支持するものである。ここでは、イネにおけるNOの生成経路を提案する。イネでは、細胞が低酸素ストレスや無酸素ストレスを受けると、硝酸-亜硝酸-一酸化窒素（NO-NO-NO）経路を介してミトコンドリアでNOが生成される可能性がある。この経路は様々な酵素によって触媒されており、これまでにも記述されています。そのため、水田から排出されるNOには、土壌微生物とイネの2つの起源があるのではないかと考えられます。そのため、微生物が産生するNOを輸送する媒体としてイネだけを見るのは、水田におけるイネの役割を理解する上で誤解を招く可能性がある。また、稲作は世界の主要な農業活動であるため、イネにおけるNOの生成経路を理解していないと、NOバジェットの不確実性が高くなると考えられる。

Paddies are a potential source of anthropogenic nitrous oxide (NO) emission. In paddies, both the soil and the rice plants emit NO into the atmosphere. The rice plant in the paddy is considered to act as a channel between the soil and the atmosphere for NO emission. However, recent studies suggest that plants can also produce NO, while the mechanism of NO formation in plants is unknown. Consequently, the rice plant is only regarded as a channel for NO produced by soil microorganisms. The emission of NO by aseptically grown plants and the distinct dual isotopocule fingerprint of plant-emitted NO, as reported by various studies, support the production of NO in plants. Herein, we propose a potential pathway of NO formation in the rice plant. In rice plants, NO might be formed in the mitochondria via the nitrate-nitrite-nitric oxide (NO-NO-NO) pathway when the cells experience hypoxic or anoxic stress. The pathway is catalyzed by various enzymes, which have been described. So, NO emitted from paddies might have two origins, namely soil microorganisms and rice plants. So, regarding rice plants only as a medium to transport the microorganism-produced NO might be misleading in understanding the role of rice plants in the paddy. As rice cultivation is a major agricultural activity worldwide, not understanding the pathway of NO formation in rice plants would create more uncertainties in the NO budget.