ベチベリア・ジザニオイデスにおけるヒ素とアンチモンの異なる種の分布と類似した生化学的反応

Differential distribution of and similar biochemical responses to different species of arsenic and antimony in Vetiveria zizanioides.

• Huang Yu
• Xizhe Yan
• Xiafei Zheng
• Kui Xu
• Qiuping Zhong
• Tony Yang
• Feifei Liu
• Cheng Wang
• Longfei Shu
• Zhili He
• Fanshu Xiao
• Qingyun Yan

抄録

ベチバー草（Vetiveria zizanioides L. Nash）は重金属汚染のファイトレメディエーションへの応用が期待されている。しかし、ベチバー草に含まれるAsとSbのバイオアベイラビリティーや分布を調べた研究はほとんどなかった。そこで、植物の根や新芽に含まれるAsとSbの分布を確認するために、温室条件下で実験を行った。また、抗酸化酵素（スーパーオキシドディスムターゼ、SOD）や細胞内構造の変化を調べることで、V.zizanioidesの金属元素耐性を評価した。その結果、V. zizanioidesはAsよりもSbを蓄積する能力が高いことが明らかになった。Sb吸収に関しては、Sb(III)が栄養溶液表面で酸化されているにもかかわらず、V. zizanioidesの組織中のSb(III)含有量はすべての濃度でSb(V)よりも有意に高かった。追加のSbは、主に植物の根に蓄積され、Sbが沈殿物に変化して固定化された。Asは、より容易に空中組織に移行し、低い蓄積率を有していたが、これはおそらく輸送が制限されているというよりはむしろその取り込みが制限されているためであった。多くの場合、AsとSbの2つの無機種は、そのバイオマス、SOD活性、MDA含量および官能基から推定されるV. zizanioidesに対する生物毒性はほぼ同じであった。以上のことから、本研究の結果は、ヒ素とアンチモンの植物毒性効果を理解するための新たな知見を提供するものである。V. zizanioidesの組織におけるAs(III), As(V), Sb(III), Sb(V)の分布と生化学的応答の模式図。

Vetiver grass (Vetiveria zizanioides L. Nash) has a great application potential to the phytoremediation of heavy metals pollution. However, few studies explored the bioavailability and distribution of different speciations of As and Sb in V. zizanioides. This study aimed to clarify the allocation and accumulation of two inorganic species arsenic (As(III) and As(V)) and antimony (Sb(III) and Sb(V)) in V. zizanioides, to understand the self-defense mechanisms of V. zizanioides to these metal(loids) elements. Thus, an experiment was conducted under greenhouse conditions to identify distribution of As and Sb in plant roots and shoots. Antioxidant enzymes (superoxide dismutase, SOD) and changes of subcellular structures were tested to evaluate metal(loids) tolerance capacities of V. zizanioides. This study demonstrated that V. zizanioides had higher capacity to accumulate Sb than As. For Sb absorption, Sb(III) content is significantly higher than Sb(V) in tissues of V. zizanioides under all concentration levels, despite the oxidation of Sb(III) on the nutrient solution surface. Additional Sb was mainly accumulated in plant roots due to Sb immobilization by transforming it into precipitates. As was more easily transferred to aerial tissues and had low accumulation rates, probably due to its restricted uptake rather than restricted transport. In many cases, two inorganic species of As and Sb showed almost same biotoxicity to V. zizanioides estimated from its biomass, SOD activity, and MDA content as well as functional groups. In summary, the results of this study provide new insights into understanding allocation, accumulation and phytotoxicity effects of arsenic and antimony in V. zizanioides. Schematic diagram of distribution of and biochemical responses to As(III), As(V), Sb(III), and Sb(V) in tissue of V. zizanioides.