植物のミカタ

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この記事では、乳酸菌がγ-アミノ酪酸(GABA)を生成するメカニズムと、その生理活性について解説しています。千枚漬けからGABA高生産性乳酸菌が発見され、グルタミン酸ナトリウム存在下でGABAを大量に生成することが示されました。GABAはグルタミン酸デカルボキシラーゼ(GAD)によりグルタミン酸から合成され、この酵素はビタミンB6の活性型を補酵素として利用します。GADは人体にも存在し、神経伝達物質としてGABAが機能しています。食品中のGABAはリラックス効果を期待して添加される例が増えており、糠漬けにも含まれる可能性があります。GABAがそのまま神経に到達するかは不明ですが、前駆体であるグルタミン酸は旨味成分として重要です。乳酸菌自身にとってGABAがどのような役割を果たしているかは、今後の研究課題となっています。

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酸の強さは水素イオン濃度で決まり、pH値で表される。pH値が小さいほど酸性は強く、金属を溶かす力も高まる。これは酸が金属と反応し、水素ガスを発生させながら金属イオンを生成するためである。反応のしやすさは金属の種類によっても異なり、イオン化傾向の大きい金属ほど酸と反応しやすい。塩酸などの強酸は多くの金属を溶かすことができる一方、弱酸は反応性が低い。酸が金属を溶かす反応は、電池や金属の精錬など様々な分野で利用されている。

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糠漬けは米糠を乳酸発酵させた糠床に野菜を漬ける日本の伝統的な漬物。生産者から、水茄子の糠漬けで、同じ条件でも変色・腐敗するものと綺麗に漬かるものがあるという質問が寄せられた。肥料などの生産条件が影響している可能性があり、有機質肥料の季節的な肥効の差が要因かもしれない。糠漬けの工程は、野菜の整形・洗浄後、食塩を加えて糠床で乳酸発酵させる。それぞれの工程には意味があり、洗練された手順となっている。

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天川村洞川の「ごろごろ水」は、石灰岩地質を由来とする名水である。湧水付近には鍾乳洞とスカルン鉱床が存在し、石灰岩由来のミネラルと適度な硬度を水に与えていると考えられる。さらに、標高の高さから有機物の分解が遅く、湧水までの過程でろ過され、純度の高い水となる。美味しい水には、有用ミネラル濃度、適度な硬度、低有機物濃度が重要だが、ごろごろ水はこれらの条件を奇跡的なバランスで満たしている。名水百選に選ばれているものの、このような条件は稀であり、名水には未解明の要素や多くの知見が隠されている可能性がある。この地の土壌や水質での栽培は難しそうである。

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シリカゲルの吸水速度を検証するため、水をかけてみたところ、破裂音がして球体が割れた。急激な吸水と膨張が原因と考えられる。吸水量の指標となる青色の変色も見られず、飽和後も吸水を続けるシリカゲルの特性が示された。通常使用では水浸しにならない限りこのような事態は起こらないが、徐々に劣化していく可能性が示唆された。

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お菓子の袋の乾燥剤、シリカゲル(SiO₂・nH₂O)の吸水性の秘密を探る。シリカゲルはメタケイ酸ナトリウムの加水分解で生成され、二酸化ケイ素の微粒子が網目状の微細な孔を形成し、そこに水蒸気を吸着する。吸着には化学的吸着と物理的吸着があり、化学的吸着はシラノール基(-Si-OH)が水を静電気的に吸着する。珪藻土も同様の構造で吸水性を持ち、建材にも利用される。石英にも同様の性質があるか疑問が残る。

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味噌の熟成における褐色化は、糖とアミノ化合物が加熱によりメラノイジンを生成するメイラード反応による。還元糖は構造変化により還元性を持ち、アミノ基と結合する。米ぬかボカシの熟成も同様の反応と考えられる。ボカシ肥において、メイラード反応は還元糖を安定化させる役割を持つ可能性がある。一方、鶏糞に含まれる硝酸態窒素は酸化剤であるため、還元糖を消費しメイラード反応を抑制する可能性があり、ボカシ肥の機能性への影響が懸念される。これは、硝酸の還元を促進する目的の可能性もあるが、更なる検証が必要である。

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京都の一乗寺にある豆乳パティスリー「むしやしない」から自家製白味噌を貰い、味噌汁にして味わってみた。白味噌は甘みが強く塩気が少なく、独特の風味を持つ。白味噌と赤味噌の違いを調べると、コープこうべのサイトでメイラード反応による色の違いが説明されていた。どちらも大豆、米麹、塩が原料だが、大豆の処理方法と熟成期間が異なり、白味噌は短時間の煮豆を使用し、低温で短期間熟成させることでメイラード反応を抑え、淡い色になる。一方、赤味噌は大豆を蒸し、高温で長時間熟成させるため、メイラード反応が促進され色が濃くなる。

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密封包装のお菓子に含まれる脱酸素剤を分解すると、砂鉄のような黒い粒子と白い石が出てくる。黒い粒子は磁気を帯びており、磁鉄鉱(Fe₃O₄)を含んでいると推測される。磁鉄鉱は鉄(II)と鉄(III)を含む酸化物である。鉄の酸化を利用した身近な例としてカイロがある。カイロは鉄が水と酸素と反応し、水酸化鉄(III)になる際に発熱する。脱酸素剤もこの鉄の酸化作用を利用していると考えられる。関連記事では、鉄の性質や用途、玄武岩に含まれる磁鉄鉱、ハードディスクの故障についても触れられている。

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土壌中の硝酸態窒素は、脱窒作用により窒素ガスとなって大気中に放出される。脱窒菌が硝酸イオンを窒素ガスに変換するこの過程で、肥料成分としての窒素が失われる。土壌中の窒素は、タンパク質分解から硝化、還元、そして脱窒へと複雑な変化を遂げるため、安定した測定が困難となる。基肥の効果をNPKベクトルで評価する際、この窒素の不安定性が課題となる。変動する窒素量を包括的に捉える指標が必要とされている。

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土壌中のアルミニウムは、腐植物質の分解を抑制する役割を果たします。腐植物質は土壌の肥沃度にとって重要ですが、微生物によって分解されます。アルミニウムイオンは腐植物質と強く結合し、微生物による分解から保護します。この結合は、アルミニウムイオンが腐植物質の表面に吸着したり、腐植物質の内部に入り込んで錯体を形成したりすることで起こります。特に酸性土壌では、アルミニウムイオンの濃度が高いため、この保護作用が顕著になります。結果として、アルミニウムの存在は土壌中の腐植物質の蓄積を促進し、土壌の長期的な肥沃度維持に貢献します。

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カルシウム過剰土壌では、植物はカルシウムを吸収しにくくなる「カルシウム欠乏」を起こす。これは、過剰なカルシウムがリン酸と結合し難溶性のリン酸カルシウムとなり、リン酸欠乏を引き起こすため。リン酸欠乏は根の伸長を阻害し、カルシウムを含む養分の吸収を妨げる。結果として、植物体内のカルシウム濃度が低下し、カルシウム欠乏症状が現れる。土壌へのクエン酸施用は、難溶性カルシウムを可溶化しリン酸の有効化を促すため、カルシウム過剰によるカルシウム欠乏対策として有効。

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石炭は、湿地帯で植物の死骸が分解されずに蓄積し、泥炭となった後、圧力によって生成される。分解を防ぐには、酸素が少ない水中環境が重要となる。炭鉱のように地層の中に石炭層が形成されるには、湿地帯の沈降と堆積の繰り返しが必要である。石炭に含まれる硫黄は、植物体内のタンパク質や、周辺生物の死骸、自然発生した硫酸に由来すると考えられる。そのため、動物由来の重油に比べ、石炭は燃焼時の硫酸発生が少ない。

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肥料成分の偽装問題に関する記事の要約です。栽培者視点から、硫安の生成について解説しています。硫安は硫酸とアンモニアから合成される他、石炭ボイラーの排ガス中の亜硫酸ガスをアンモニア液で中和する過程で副産物として回収される方法がありました。しかし、近年は石油製品の品質向上に伴い硫酸排出量が増加し、アンモニア注入法に代わり溶解塩噴霧システムが主流となっています。このシステムではNa系塩やMg系塩がコストパフォーマンスに優れ、Ca系塩はコストが悪いとのこと。以前は火力発電所などで副産物として硫安が得られましたが、新技術の普及により減少している可能性があります。肥料としても有用な水マグの使用が別用途に転用され、肥料価格の高騰につながらないことを願っています。

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NHK「サラメシ」で京都の金平糖店「緑寿庵清水」が紹介され、職人の大変さを知った筆者は店を訪れ金平糖を購入。2週間かけて作られる金平糖は、大きな釜を回転させながら蜜を何度も加えて作られる。特徴的な突起は意図的なものではなく、自然に形成されるが、その理由は未だ解明されていない。材料の砂糖(おそらくテンサイ由来)が、生育過程で何かを具現化しているのかもしれない、と筆者は考察している。

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雪解けの水田を見て、筆者は米どころの将来を危惧している。雪の重みと水は土壌を還元状態にし、過剰な肥料と相まって土壌劣化を招く可能性がある。特に肥料偽装問題の影響も受け、雪国の米作りは衰退の危機に瀕しているという。大規模農家への指導を含め、土壌の質を重視した対策が必要だと訴えている。

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座布団の上で見つかったカタツムリの殻の模様の生成メカニズムに興味を持った筆者は、殻の主成分である炭酸カルシウムと、カタツムリ飼育時にカルシウム源として卵の殻を与えることを関連付けて考察している。卵の殻の炭酸カルシウムがカタツムリの体内でイオン化され、再結合して殻を形成する過程は理解できるものの、殻の複雑な模様を作り出すメカニズムは不明である。筆者は、炭酸カルシウムを規則的に配置する酵素の存在を仮定し、その酵素の動作原理に思いを馳せているが、解明には至っていない。

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年末に焼き魚の骨を土に埋めたら、骨の周りの油分にカビが生えた。カビが繁殖した白い部分が減った箇所を見ると、骨に縦線が入っており、以前観察した土に還りつつある鶏の骨と同じ状態だった。おそらく、油分を分解したカビが有機酸を作り出し、それが骨のリン酸カルシウムを溶かし始めたと考えられる。冬の寒さの中でも、油分があればカビが活動し、骨の分解を進めるようだ。このことから、油分があれば土中のリン酸カルシウムも分解される可能性が考えられる。

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みかんの皮を土に混ぜると、作物が病気になりにくくなる可能性があります。これは、皮に含まれるリモネンという成分が虫を寄せ付けない効果があるためです。ある栽培者は、みかんの皮を混ぜた土で栽培した結果、虫による食害がなくなりました。虫の食害による葉の傷口から病原菌が侵入するリスクが減るため、病気の発生も抑制されると考えられます。つまり、リモネンによる虫除け効果が、間接的に植物の病気予防につながるということです。

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リービッヒは、植物の栄養源は無機物であるとする無機栄養説と、植物の成長は最も少ない栄養素によって制限される最小律を提唱した。これは現代農業でも有用だが、欠点もある。例えば、カルシウム欠乏は土壌中のカルシウム不足だけでなく過剰によっても発生する。リービッヒの最小律だけを適用すると、カルシウム欠乏にカルシウムを追肥し続け、症状を悪化させるという誤った対応につながる可能性がある。

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緑の革命(1940～60年代)は、農薬、灌漑、合成窒素肥料、品種改良といった技術を発展途上国に広め、劇的な食糧増産を達成しました。中でもハーバー・ボッシュ法は、空気中の窒素からアンモニアを合成することを可能にし、肥料生産に革命をもたらしました。窒素ガス(N₂)と水素(H₂)からアンモニア(NH₃)を合成するこの方法は、高温高圧下で反応を進めることで、安定した窒素分子の三重結合を切断します。こうして得られたアンモニアは、硫安などの肥料の原料となり、植物の生育に不可欠な窒素を供給できるようになりました。この技術革新は、緑の革命の根幹を支え、世界的な人口増加を支える食糧生産を可能にしました。

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亜鉛は様々な酵素の活性中心として機能し、細胞増殖やタンパク質合成、免疫機能など生命活動に必須の微量元素です。牡蠣などの海産物に多く含まれる理由は、亜鉛を必要とする金属酵素を多く持つためと考えられています。特に、炭酸脱水酵素は貝殻形成に、アルカリホスファターゼはリン酸代謝に、そして様々な加水分解酵素は食物の消化に必須であり、これらの酵素活性に亜鉛が不可欠です。そのため、牡蠣は体内に高濃度の亜鉛を蓄積しています。また、亜鉛結合タンパク質であるメタロチオネインも、過剰な亜鉛の毒性を抑制し、貯蔵する役割を果たしています。

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グリホサートは、植物の必須酵素EPSPSを阻害する除草剤です。しかし、遺伝子組み換えにより、グリホサートを分解する酵素GOXを持つ、あるいはグリホサートが結合しない変異型EPSPSを持つ作物が作られました。前者が主流です。自然界でも同様の変異が起こっており、除草剤が効かない雑草の出現の原因となっています。これは、土壌細菌との遺伝子交換による可能性も示唆されています。

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グリホサートは除草剤ラウンドアップの有効成分で、植物体内の酵素EPSPSを阻害することで除草効果を発揮します。EPSPSは植物ホルモンやアミノ酸合成の初期段階に関わる重要な酵素で、グリホサートによってこの働きが阻害されると植物は生育に必要な物質を合成できなくなり、枯れてしまいます。次の記事では、このグリホサートへの耐性を植物がどのように獲得するかについて解説されています。

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アサガオの種は翌年以降も発芽する。これは種が生きているのではなく、生命活動を停止した状態で、発芽の条件が揃うと蘇生する仕組みを持つためだ。乾燥により酵素の働きを止め、DNAも分解された状態にすることで長期保存が可能となる。吸水すると修復酵素がDNAを復元し、発芽に至る。種は時限装置付きの仮死状態と言える。しかし、土中の水分に触れても発芽時期まで吸水を抑制する仕組みや、種子孔が開くメカニズムなど、未解明な点も多い。

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アサガオの種は毒性があり、食べると幻覚作用や吐き気を引き起こすため、絶対に食べてはいけない。遣唐使が薬用として持ち帰ったアサガオは、その変異の多様性から貴族の間で栽培ブームとなり、遺伝学の発展に貢献した。種に毒があるのは、動物に食べられることで種子を拡散する戦略をとっていないため。多くの種子は胃酸で消化されないが、アサガオの種は消化されずに毒性を発揮する。特に西洋アサガオは幻覚作用が強く、薬物としても利用される成分を含む。アサガオは薬学、遺伝学、作物学、文化に多大な影響を与えた植物である。

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ラウンドアップの有効成分グリホサートは、植物の必須アミノ酸合成経路を阻害することで除草効果を発揮する。しかし、論文によればグリホサートは人体において重要な酵素シトクロムP450の働きを抑制し、アルツハイマー病、癌、糖尿病などのリスクを高める可能性がある。シトクロムP450は解毒作用やステロイド合成に関与し、植物にも存在する。仮に植物のシトクロムP450がグリホサートによって阻害されれば、植物は一時的に無防備な状態になり、ダメージを受ける可能性がある。イネではシトクロムP450の候補遺伝子が多数発見されているものの、機能は未解明な部分が多く、グリホサートの影響を断言できない。そのため、分解が早くてもラウンドアップの安全性を断定するのは難しい。

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堆肥の悪臭、特にアンモニア臭を鉄で消臭する方法について解説しています。アンモニアは鉄イオンと反応し、アンミン錯塩という錯体を形成、沈殿することで揮発を防ぎます。記事では二価鉄の使用が前提となっていますが、堆肥中の酸化還元反応により三価鉄も生成されるため、どちらにしろアンモニアを捕捉すると考えられます。つまり、鉄を加えることでアンモニアが堆肥内に封じ込められ、悪臭を抑制できるということです。

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果実内発芽した種子は、アブシジン酸不足により休眠できず、種皮が白く膨らんでいる。通常、種子は休眠時にアブシジン酸が活性酸素を生成し、気孔を閉じさせる。活性酸素は種皮も酸化し、茶色に変色させるようだ。果実内発芽の種子は、この酸化過程を経ず白いまま発芽を始める。つまり、種皮の色は休眠とアブシジン酸の影響を示す指標と言える。

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果実内発芽は、種子が休眠できずに発芽する現象で、アブシジン酸(ABA)の不足が原因である。ABAは、水ストレス時の気孔閉鎖、種子休眠誘導、器官離脱に関与する植物ホルモン。玄米に多く含まれるABAは、活性酸素生成を促すため毒性があると噂される。ストレスを感じた植物はABAを合成し、ABAが活性酸素生成の鍵となる。活性酸素は通常、ミトコンドリアで生成されるが、ABA蓄積により過剰生成される可能性が懸念され、玄米食の危険性が議論されている。

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カボチャの果実内発芽は、土壌の深刻な風化を示唆する指標となる。果実内発芽は、種子の休眠を誘導するアブシジン酸の不足によって引き起こされ、その原因として土壌中の硝酸態窒素過多またはカリウム不足が挙げられる。硝酸態窒素は施肥で調整可能だが、カリウムは土壌の一次鉱物の風化によって供給されるため、連作により枯渇しやすい。果実内発芽が発生した場合、土壌の風化が進みカリウム供給源が不足している可能性が高いため、単純な作物変更や休耕では改善が難しい。土壌の根本的な改善策として、一次鉱物を含む資材の投入や、カリウムを保持する腐植を増やす緑肥の導入などが有効と考えられる。

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遺伝子組み換えで、組み込んだ遺伝子が必ず発現するとは限らない。発現は転写因子という領域によって制御されている。確実に発現させるには、遺伝子と共に強制的に発現させる配列を組み込む。例えば、ウイルス由来の制御配列を使う。これは、ウイルスが宿主細胞内で自身の遺伝子を強制的に発現させる仕組みを利用したもの。具体的には、目的の遺伝子とウイルス由来の制御配列をプラスミドに挿入し、細胞に導入する。この手法は、遺伝子組み換え作物でよく使われており、異なる生物の遺伝子を組み合わせるという理解につながるが、制御配列も遺伝子の一部である。

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納豆菌が生成するナットウキナーゼは、ヒトの血栓を溶解する効果があり、同時に含まれるビタミンK2が過剰な溶解を抑制する。これは、納豆菌が周囲のタンパク質を分解するためにナットウキナーゼを合成し、ポリグルタミン酸生成に必要なグルタミン酸を得ているためだと推測される。非殺虫性のBT菌も同様に、特定の物質を分解するために酵素を合成している可能性が考えられる。つまり、これらの菌が生成する酵素は、人間に有益な効果をもたらすが、本来は菌自身の生存戦略の一環として機能していると考えられる。

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農薬不使用のオーガニック栽培において、作物自身がBT毒素に似た殺虫性を持つ現象が確認された。これは遺伝子組み換え作物ではなく、F1品種で発生した。土壌中の細菌との共生により、作物がBT毒素を獲得した可能性が高い。つまり、オーガニック栽培でも、遺伝子組み換え作物と同様に植物以外の遺伝子が入り込み、同じ殺虫成分を持つことがある。オーガニック栽培で抵抗性獲得は大規模化が難しく、時間もかかるが、作物の味は圧倒的に優れる。ストレスが少ない環境で育つため、苦味成分が少ないためだ。自然の力を最大限に活かしたオーガニック栽培は、遺伝子組み換え技術とは異なるアプローチで同様の結果をもたらす可能性がある。

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BT剤は、バチルス・チューリンゲンシス菌由来の殺虫性タンパク質で、チョウやガの幼虫に効果がある。昆虫のアルカリ性腸内で活性化し、臓器を破壊するが、ヒトの酸性腸内では無毒とされる。BT剤の遺伝子は単離されており、アグロバクテリウム法を用いて他の植物に導入可能。害虫抵抗性を持つBT作物（BTトキシン産生作物）は、この遺伝子組み換え技術の代表例である。

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遺伝子組み換え作物の作出には、微生物であるアグロバクテリウムが利用される。従来のアグロバクテリウム法では、植物細胞への遺伝子導入後、培養によって個体再生を行う必要があった。しかし、フローラルディップ法では、蕾にアグロバクテリウムを感染させることで、花粉と卵細胞の両方に遺伝子導入を行う。これにより、受精後の種子から直接遺伝子組み換え植物を得ることができ、培養の手間を省ける。つまり、遺伝子組み換えは微生物の働きを利用したものであり、精密な操作のイメージとは異なる。また、遺伝子の水平伝播は自然界でも起こる現象であるため、遺伝子組み換え作物に過剰な抵抗感を抱く必要はない。

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アグロバクテリウム法による作物遺伝子組み換えは、同細菌のプラスミドを利用する。まずプラスミドから毒性遺伝子を除去し、目的遺伝子と薬剤耐性遺伝子を挿入する。改変プラスミドをエレクトロポレーション法でアグロバクテリウムに導入後、作物に感染させる。感染部位をカルス化させ、シャーレ上で培養しクローン植物を育てる。実際には煩雑なため、この方法は行われておらず、より簡便な手法が存在する。

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細菌は特定の酵素を用いてDNAを切断・連結し、遺伝子断片を導入してプラスミドを改変できる。有用なプラスミドは細菌間で共有される。DNAはA,T,C,Gの4種の塩基配列で遺伝情報をコードし、特定の配列（コドン）がアミノ酸を指定し、タンパク質合成の設計図となる。塩基配列の読み込み方向は決まっており、DNAの一部のみがタンパク質合成に関与するため、一部の切断は致命的ではない。

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細菌の中には、薬剤耐性などの情報を担うプラスミドという環状DNAを持つものがある。プラスミドは細胞分裂時に自己複製され、細菌同士でF因子というプラスミドをやり取りする現象も存在する。プラスミドを持つ細菌は、持たない細菌より分裂速度が遅く、薬剤がない環境では生存競争に不利となりプラスミドを捨てることもある。しかし一部の細菌がプラスミドを保持するため、薬剤への耐性は完全には失われない。アグロバクテリウムによる遺伝子組み換えも、このプラスミドの移動を利用している。

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遺伝子組み換えは人工的なものと誤解されがちだが、自然界でも日常的に起こっている。例えば、アグロバクテリウムという細菌は植物の根に感染し、自身の遺伝子を植物のDNAに組み込み、根こぶを形成させる。これは、種を越えた遺伝子組み換えが自然界で起こっている例である。つまり、植物のDNAに他の生物の遺伝子が組み込まれることは不自然なことではない。遺伝子組み換え技術はこのような自然界のメカニズムを利用しているが、詳細はまた別の機会に。

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この記事では、植物が持つ繊毛の役割と、その構成成分について考察しています。植物は光合成で生成したグルコースを元にセルロースやデンプンといった多糖類を合成します。セルロースは植物の繊維の主成分であり、グルコースがβ1-6結合で直鎖状に連なった構造をしています。著者は、植物の繊毛もセルロースで構成されていると推測していますが、ケラチンなどのタンパク質の可能性も示唆しています。また、植物にとって糖はアミノ酸合成の原料となる重要な物質であり、アミノ酸はより貴重な資源であると述べています。繊毛の具体的な成分分析は行われていないものの、糖を原料としたセルロースで構成されている可能性が高いと推測しています。

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アサガオのプランターに腐葉土と卵の殻を入れたらダンゴムシが大量発生。ダンゴムシは落ち葉や卵の殻（炭酸カルシウム）を食べており、プランター内の豊富な食料が原因と考えられる。ダンゴムシの殻も炭酸カルシウムでできているため、卵の殻をカルシウム源として利用している可能性がある。ダンゴムシは落ち葉を分解し、摂取したカルシウムを移動・排泄することで、プランター内のカルシウム過多を軽減する役割を果たしているかもしれない。ダンゴムシは生きた植物は食べないため、アサガオへの直接的な影響は少ないと考えられる。

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ニンジンに含まれるβ-カロテンはプロビタミンAであり、体内でビタミンAに変換されます。ビタミンAは視細胞で使われ、暗闇での視覚に貢献します。哺乳類の祖先は、ネズミのような小型動物で、茂みの中などで植物の根をかじって生活していました。茂みの中は暗いため、食べ物を見つけるためには視力が重要でした。そこで、祖先は食べられるものに豊富に含まれるβ-カロテンを視細胞に利用するように進化したと考えられます。β-カロテンは植物の色素であり、光合成にも関わるため、視覚に利用されることは理にかなっています。ただし、根に多く含まれる成分が視覚に使われることは不思議です。β-カロテンは緑黄色野菜にも多く含まれます。

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アジサイの青色発色は土壌pHの低さではなく、アルミニウム量に依存する。市販の青色発色用肥料は、発酵魚粕、硫安、ミョウバンを含む。硫安は強い生理的酸性肥料だが、魚粕でpH低下を抑えていると推測される。ミョウバン（硫酸カリウムアルミニウム）は中性で、アルミニウム供給源となる。つまり、酸性土壌でなくとも、アルミニウムが吸収しやすい形で存在すればアジサイは青くなる。これは、アルミニウム流出の安定しない土壌環境でも青いアジサイが群生する理由を説明できる。

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鉄過剰症になるとマンガン欠乏が発生しやすく、植物の生育に深刻な影響を与える。マンガンは鉄と同様に酸化還元反応に関与するが、鉄より配位力が小さく、より重要な働きを担う。例えば、光合成における水の酸化分解、活性酸素の生成、ビタミンCの合成などに関わっている。鉄は活性酸素の抑制に働くのに対し、マンガンは活性酸素の生成に関与するなど、鉄より強力な作用を持つ。そのため、鉄過剰でマンガンが欠乏すると、これらの必須機能が阻害され、植物の生育に悪影響が出る。

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鉄は作物のアミノ酸合成や抵抗性向上に重要だが、過剰症は銅やマンガンの欠乏を引き起こすため、施肥には注意が必要。鉄過剰症は、過度な炭素循環農法や老朽水田で発生しやすい。鉄欠乏対策として、土壌に鉄吸収ストラテジーⅠ型かⅡ型で吸収可能な鉄を混ぜ込む方法が有効と考えられる。鉄は銅やマンガンと拮抗作用があるため、バランスが重要であり、無理やり吸収させるのは危険。

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牛糞堆肥の施用は、作物の免疫系を弱める可能性がある。植物は硝酸イオンを吸収しアミノ酸に変換するが、牛糞堆肥のような塩類集積を起こしやすい資材は、硝酸還元に過剰なエネルギーを消費させ、免疫系への負担となる。アミノ酸肥料は光合成産物の節約に繋がり有効だが、土壌に硝酸塩が多いと効果が薄れる。食品残渣発酵物や、特に廃菌床は、硝酸塩集積を起こしにくく、アミノ酸やミネラルも豊富なので、牛糞堆肥より優れた土壌改良材と言える。つまり、牛糞堆肥へのこだわりは、秀品率低下に繋がる可能性があるため、再考すべきである。