植物のミカタ

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作物の病原性細菌は、クオラムセンシング（QS）という細胞間コミュニケーション機構を用いて、集団での病原性発現を制御している。QSは、細菌が分泌するシグナル分子（オートインデューサー）の濃度を感知することで、集団密度を認識し、特定の遺伝子発現を協調的に制御する仕組みである。病原性細菌は、QSを介して毒素産生、バイオフィルム形成、運動性などを制御し、植物への感染を効率的に行う。一方、植物は細菌のQSシグナルを認識し、防御応答を活性化することで抵抗性を示す場合もある。そのため、QSを標的とした新たな病害防除戦略の開発が期待されている。具体的には、QSシグナルの分解、シグナル認識の阻害、QS関連遺伝子の発現抑制などが挙げられる。

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軟腐病菌エルビニア・カロトボーラは通性嫌気性で、酸素があってもなくても生育できる。酸素がある場合は好気呼吸で、ない場合は発酵でエネルギーを得る。つまり、酸素供給剤で酸素を供給しても、軟腐病菌を弱体化させることにはならない。酸素供給剤の効果は消毒によるもの。エルビニア・カロトボーラは乾燥に弱い可能性があるため、酸素による酸化作用ではなく乾燥による消毒が有効と考えられる。

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寒起こしは、土壌を凍結・乾燥させることで、土壌病害の抑制に繋がる可能性がある。特に、水分が多いと増殖しやすいグラム陰性菌に対して有効と考えられる。凍結によって土壌中の水分が氷となり、細菌の細胞が破壊される。また、乾燥によって細菌の増殖が抑制される。しかし、寒起こしの効果は土壌の種類や気候条件によって異なるため、過信は禁物である。土壌の排水性を高めるなど、他の対策と組み合わせることで、より効果的に病害を抑制できる。

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植物はサリチル酸(SA)というホルモンで病原体への防御機構を活性化します。SAは病原体感染部位で生合成され、全身へシグナルを送り、抵抗性を誘導します。この抵抗性誘導は、病原関連タンパク質(PRタンパク質)の蓄積を促し、病原体の増殖を抑制します。PRタンパク質には、病原体の細胞壁を分解する酵素や、病原体の増殖を阻害する物質などが含まれます。SAは、植物免疫において重要な役割を果たす防御ホルモンです。プロベナゾールはSAの蓄積を促進し、植物の防御反応を高めます。

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この記事では、納豆のネバネバ成分であるポリグルタミン酸の合成について考察しています。筆者は当初、大豆にグリシンが多く含まれることから、納豆菌はグリシンからグルタミン酸を容易に合成し、ポリグルタミン酸を作ると考えていました。しかし、グリシンからグルタミン酸への代謝経路は複雑で、ピルビン酸からクエン酸回路に入り、ケトグルタル酸を経てグルタミン酸が合成されることを説明しています。つまり、大豆のグリシンから直接グルタミン酸が作られるわけではないため、納豆菌はポリグルタミン酸を作るのに多くのエネルギーを費やしていることが示唆されます。このことから、筆者は納豆菌の働きを改めて認識し、納豆の発酵過程への愛着を深めています。さらに、人間がポリグルタミン酸を分解できるかという疑問を提起し、もし分解できるなら納豆のネバネバはグルタミン酸の旨味に変わるため、納豆は強い旨味を持つと推測しています。

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スクロースは、グルコースとフルクトースがグリコシド結合した二糖類で、砂糖の主成分。植物では光合成産物として葉で合成され、師管を通って貯蔵器官や成長部位へ輸送される。ショ糖とも呼ばれる。非還元糖であり、変旋光を示さない。水への溶解度は高く、甘味料として広く利用される他、保湿剤や医薬品添加物としても使用される。加水分解によりグルコースとフルクトースになり、転化糖と呼ばれる。スクロースは、生物にとって重要なエネルギー源であり、植物の成長や代謝に不可欠な役割を果たす。

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大豆にはプロテアーゼ・インヒビターやアミラーゼ・インヒビターなどの消化阻害物質が含まれており、生食すると消化不良を起こす可能性がある。しかし、加熱によってこれらの阻害物質は失活するため、炒った豆であれば安全に食べられる。日本の伝統的な大豆食品である醤油、味噌、納豆は、発酵過程でこれらの阻害物質が分解され、旨味成分であるアミノ酸へと変化する。これは、大豆の自己防衛機構を逆手に取った人間の知恵と言える。節分で食べる炒り豆も、この知恵に基づいた安全な食習慣である。

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二年熟成味噌を購入し、一年味噌との味の違いを考察している。熟成が進むと大豆タンパク質がペプチドを経てアミノ酸に分解され、甘味が増す。特に大豆の学名(Glycine max)からグリシンが豊富と推測し、グリシンが甘味を持つアミノ酸であることから、二年味噌の甘味の強さは理にかなっていると結論づけている。また、安価な味噌は脱脂大豆を使用するため風味が劣るという情報や、大豆に含まれる油分が味噌のまろやかさに貢献していることにも触れている。さらに、味噌の熟成と発酵食品としての特性、無添加味噌のカビについても言及している。

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植物は、病原菌などから身を守るため、サリチル酸とジャスモン酸という2つのホルモンを使い分けています。サリチル酸は、主に細菌やウイルスなどの病原体に対する防御に関与し、PRタンパク質などの抗菌物質の産生を促します。一方、ジャスモン酸は、昆虫の食害や細胞傷害などに対する防御に関与し、プロテアーゼインヒビターなどを産生して防御します。これらのホルモンは、それぞれ異なる防御機構を活性化しますが、互いに拮抗作用を持つため、バランスが重要です。つまり、サリチル酸系の防御機構が活性化すると、ジャスモン酸系の防御機構が抑制されるといった具合です。そのため、特定の病害対策として一方のホルモンを活性化させると、他の病害に対して脆弱になる可能性があるため、注意が必要です。

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植物の免疫機構において、ペプチドの一種であるシステミンがホルモン様の役割を果たす。傷害を受けた植物はシステミンを合成し、他の器官へ輸送する。システミンを受容した細胞は防御ホルモンであるジャスモン酸を合成し、殺傷菌に対する防御応答を開始する。これは、生きた細胞に寄生する菌に対するサリチル酸とは異なる機構である。システミンや防御タンパク質の合成にはアミノ酸が利用され、ジャスモン酸合成にもアミノ酸から作られる酵素が関与するため、植物の免疫においてアミノ酸は重要な役割を担っていると言える。

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有機態窒素は、土壌中の窒素の約95％を占める重要な栄養素です。タンパク質やアミノ酸など、生物由来の有機化合物に含まれ、植物は直接利用できません。有機態窒素は、微生物の分解活動によって無機態窒素（アンモニアや硝酸）に変換され、植物に吸収利用されます。この過程を「窒素無機化」と呼び、土壌の肥沃度に大きく影響します。土壌中の有機物の量や種類、温度、水分、pHなどが窒素無機化の速度を左右します。適切な管理によって、有機態窒素を効果的に利用し、植物の生育を促進することができます。

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筆者はアミノ酸肥料の効果、特に食味向上への影響について考察している。人間の味覚は甘味、塩味、酸味、苦味、旨味から構成され、アミノ酸は甘味、旨味、酸味、苦味を持つ。旨味はグルタミン酸とアスパラギン酸、甘味はアラニン、グリシン、スレオニン、セリン、プロリン、苦味はアルギニン、イソロイシン等が持つ。この味覚とアミノ酸の関係性を踏まえ、アミノ酸肥料の施肥が作物の味にどう影響するかを過去の投稿記事の構成比と合わせて考察しようとしている。

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この記事は、アミノ酸の理解を深めるための新たな視点を提供する書籍「アミノ酸 タンパク質と生命活動の化学」を紹介しています。著者は薬学の専門家で、アミノ酸を薬の前駆体として捉え、トリプトファンからオーキシンが合成される過程などを解説しています。この視点により、アミノ酸の側鎖の重要性や、カルボニル基やアミノ基の存在による酸性・塩基性の理解が容易になります。著者は、この本と「星屑から生まれた世界」を併せて読むことで、生物への理解が深まると述べています。

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植物体内では、グルタミン酸からGABA（γ-アミノ酪酸）が合成される。GABAは細胞内pHの調節、浸透圧調節、防御物質、シグナル物質など様々な機能を持つ。グルタミン酸からGABAへの変換はプロトン消費反応であるため、細胞質の酸性化時にGABA生成が促進され、pHが上昇する。グルタミン酸は酸性アミノ酸だが、GABAは側鎖のカルボニル基が脱炭酸により除去されるため酸性ではなくなる。この反応とプロトンの消費により細胞内pHが上昇する。GABA生成は細胞内pHの調整機構として機能している。

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植物へのアミノ酸の効果は多岐に渡り、それぞれの種類によって異なる影響を与えます。グルタミン酸は光合成産物の転流促進やクロロフィル合成に関与し、グリシンもクロロフィル合成に寄与します。プロリンは浸透圧調整や抗酸化作用、乾燥ストレス耐性を高めます。アラニンは同様に浸透圧調整に関わり、バリン、ロイシン、イソロイシンは分枝鎖アミノ酸としてタンパク質合成や植物ホルモンの前駆体となります。リジンは成長促進や病害抵抗性向上に働き、メチオニンはエチレン合成に関与します。アスパラギン酸は窒素代謝や糖新生に関わり、フェニルアラニンはリグニンの合成や花の色素形成に関与。これらのアミノ酸は単独ではなく、相互作用しながら植物の成長や環境ストレスへの耐性に影響を与えます。ただし、過剰な施用は逆効果になる可能性もあるため、適切な量と種類を選ぶことが重要です。

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植物ホルモン、サイトカイニンはシュートの発生を促進し、根の周辺に窒素系の塩が多いと発根が抑制される。これは、植物が栄養豊富な環境ではシュート形成を優先するためと考えられる。 農業において初期生育の発根は追肥の効果に影響するため、発根抑制は問題となる。慣行農法のNPK計算中心の施肥設計は、水溶性の栄養塩過多になりやすく発根を阻害する可能性がある。牛糞堆肥は塩類集積を引き起こし、特に熟成が進むと硝酸態窒素が増加するため、発根抑制のリスクを高める。 結局、NPK計算に基づく施肥設計は見直しが必要であり、牛糞堆肥の利用は再考を促す。

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グルタチオンはグルタミン酸、システイン、グリシンから成るトリペプチドで、植物の光合成において重要な役割を果たす。従来、光合成の副産物である活性酸素は有害とされていたが、グルタチオンの抗酸化作用との組み合わせが光合成を活性化し、植物の生育を促進することがわかった。グルタチオンを与えられた植物は、光合成産物の移動量も増加した。今後の課題は、グルタチオンの生合成経路の解明である。また、グルタチオンは免疫向上にも関与していると考えられている。

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光合成で生成されたグルコースは解糖系に入り、様々な物質に変換される。その中には、様々なアミノ酸の生合成に関わる中間体も含まれる。例えば、3-ホスホグリセリン酸はセリン、ピルビン酸はアラニン、アセチルCoAはロイシンなどの前駆体となる。さらに、クエン酸回路の中間体であるα-ケトグルタル酸はグルタミン酸へと変換され、そこから他のアミノ酸も合成される。つまり、光合成で得られた炭素骨格は、様々な経路を経てアミノ酸の生合成に利用されている。

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植物ホルモンのエチレン合成過程で発生する毒性のシアン化水素（青酸）は、アミノ酸のシステインによって無毒化される。システインは側鎖の-CH2SHの硫黄(S)が反応し、シアン化水素を取り込んでβ-シアノアラニンに変換する。システインはタンパク質合成におけるジスルフィド結合以外にも、植物体内で発生する毒素の無毒化にも重要な役割を果たしている。これはアミノ酸の新たな機能を示す知見である。

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植物ホルモンのエチレンは、アミノ酸のメチオニンから生合成される。メチオニンとは異なり窒素を含まない単純な構造のエチレンへの変換過程で、窒素の行方が疑問となる。エチレンは果実の熟成に関わることで知られるが、一般的には植物の成長や花芽形成を抑制する働きを持つ。

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植物ホルモン、オーキシン(IAA)はトリプトファンから合成され、その量の調節にはアミノ酸が関わる。IAAはアスパラギン酸、グルタミン酸、アラニン、ロイシンなどのアミノ酸と結合し、不活性化される。この「結合型IAA」はオーキシンの貯蔵形態と考えられ、必要に応じて加水分解され再び活性型IAAとなる。アセチル化もオーキシンの活性に影響する。つまり、アミノ酸はオーキシンと結合することでその作用を抑制し、植物におけるオーキシン活性を調節する役割を担っている。

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植物と土壌微生物は共生関係にあり、互いに利益を与え合っている。植物は光合成産物を微生物に提供し、微生物は植物が必要とする栄養素を供給する。特に、植物の根圏は微生物の活動が活発な場所で、植物は根から分泌物を出して特定の微生物を集め、独自の微生物叢を形成する。窒素固定細菌は空気中の窒素を植物が利用できる形に変換し、菌根菌はリン酸などの栄養吸収を助ける。また、植物成長促進根圏細菌(PGPR)は植物ホルモンを産生したり、病原菌から植物を守ったりするなど、様々な形で植物の成長を促進する。このように、植物と土壌微生物の相互作用は植物の生育に不可欠である。

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植物ホルモンのサリチル酸生合成の解明をきっかけに、芳香族アミノ酸であるチロシンとフェニルアラニンの関係が注目された。チロシンはベンゼン環にヒドロキシ基を持つのに対し、フェニルアラニンは持たない。動物ではフェニルアラニンからチロシンが合成される。植物では、シキミ酸経路においてシキミ酸からプレフェン酸を経て、チロシンとフェニルアラニンが合成される。また、サリチル酸生合成に関わるコリスミ酸もシキミ酸経路で生成される。シキミ酸経路は植物色素、リグニン、ABAなど様々な物質の合成に関与している。

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植物ホルモンのサリチル酸は、病原菌感染時に植物体内で合成され、免疫応答を誘導するシグナル分子として働く。サリチル酸はフェニルアラニンまたはコリスミ酸から生合成される。病原菌侵入時に増加し、防御機構を活性化する酵素群の合成を促す。また、メチル化により揮発性となり、天敵を誘引したり、近隣植物の免疫を活性化させる可能性も示唆されている。この作用はプラントアクティベーターという農薬にも応用されている。

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アミノ酸はタンパク質の構成要素であるだけでなく、個々のアミノ酸自体が植物に様々な影響を与える。例えば、プロリンは乾燥ストレス時に細胞内に蓄積し、植物の耐性を高める。また、チロシンは植物ホルモンであるサリチル酸の前駆体であり、サリチル酸は植物の病害抵抗性や成長に関与する。このように、アミノ酸は単なる材料ではなく、植物の様々な生理機能に直接関わる重要な役割を担っている。

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有機態窒素とは、肥料中の炭素(C)と窒素(N)を含む有機化合物、主にタンパク質、ペプチド、アミノ酸です。植物は窒素を無機態で吸収すると考えられていたため、有機態窒素は土壌中で無機化される過程でゆっくりと肥効を発揮するとされていました。家畜糞堆肥にも、未消化の飼料や微生物の死骸などに由来するタンパク質が含まれるため、有機態窒素を含んでいます。

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イチゴハウスで受粉のために飛び回るミツバチを目撃し、近年のミツバチ減少と殺虫剤の影響について考えさせられた。ハウス栽培では密空間のため、殺虫剤の影響が残りやすい。受粉期には殺虫剤を使用しないが、浸透移行性農薬の影響が残存している可能性がある。旬でない時期に需要のあるイチゴを無農薬栽培で安定供給するのは困難だが、農薬使用量削減は重要だ。治療薬ではなく予防薬として農薬を使用することで削減は可能。そのためには肥料や堆肥の選定が重要で、土壌への理解、ひいては「土とは何か？」という農業哲学に繋がる。土壌と肥料、農薬の関係性を理解し、施肥設計を見直すことで、農薬防除の回数を減らし、持続可能な農業を目指せる。

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野菜の切り口の苦味は、植物が外敵から身を守るための防御機構によるものです。苦味の元となる化合物は、主にポリフェノール類やテルペノイド類で、これらはファイトアレキシンと呼ばれる物質群に属します。ファイトアレキシンは、植物が病原菌や害虫の攻撃を受けた際に生成される抗菌・抗毒作用を持つ物質です。野菜を切ると、細胞が破壊され、内部に存在する酵素と基質が反応し、ポリフェノールやテルペノイドが生成されます。例えば、ゴボウの苦味はポリフェノールの一種であるクロロゲン酸によるものです。また、アクと呼ばれる褐変現象も、ポリフェノールが酸化酵素と反応することで起こります。これらの苦味成分は、人間にとっては必ずしも悪いものではなく、抗酸化作用や抗炎症作用など、健康に beneficial な効果を持つ場合もあります。しかし、過剰摂取は消化器系への負担となる可能性もあるため、適量を摂取することが重要です。

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生物は常に活性酸素を発生しており、これは呼吸によるエネルギー産生の副産物である。活性酸素は細胞を傷つけるため、老化や病気の原因となる。しかし、生物は活性酸素を完全に排除するのではなく、免疫や細胞の情報伝達などにも利用している。活性酸素の発生源や種類、細胞への影響、そして生物がどのように活性酸素を利用し、防御しているかを理解することは、健康維持や病気予防に繋がる。

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ボルドー液は、硫酸銅と消石灰の混合溶液から成る農薬である。硫酸銅は胆礬（硫酸銅(II)五水和物）を原料とし、酸化帯に存在し水に溶けやすい。消石灰は炭酸石灰から生成され、土壌pH調整に用いられる。ボルドー液は、消石灰の石灰乳に硫酸銅を加えて作られる。酸性条件で活発になるカビ対策として、硫酸銅の銅イオンの殺菌力を利用しつつ、消石灰でアルカリ性にすることで、酸性環境を好むカビの繁殖を抑える効果が期待される。

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ボルドー液は、硫酸銅と消石灰を混ぜて作る殺菌剤で、19世紀末にフランスのボルドー地方でブドウのべと病対策として開発されました。銅イオン(Cu²⁺)は殺菌効果を持ちますが、植物にも有害です。そこで、消石灰を加えて水酸化銅(II)を生成し、銅イオンの溶出速度を調整することで、植物への毒性を抑えつつ殺菌効果を発揮します。ボルドー液は、現在でも有機農法で広く利用されている、歴史ある銅製剤です。銅の結合力の強さは諸刃の剣であり、生物にとって必須であると同時に過剰になると有害となるため、その微妙なバランスが重要です。

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牛糞堆肥の土作りにおける価値を、乾燥ストレスと高塩ストレスの観点から再考する。植物は乾燥/高塩ストレスによりプロリンを合成し、これが虫の食害を誘発する。牛糞堆肥は硝酸態窒素や塩分を多く含み、ECを高め高塩ストレスを招き、結果的にプロリン合成を促進、虫を引き寄せる。また、プロリン合成の材料となる硝酸根も供給するため、一見健全な成長を促すが、実際は虫害リスクを高めている。つまり、窒素過多や牛糞堆肥過剰施用で虫害が増えるのは、高塩ストレスによるプロリン合成促進が原因と考えられる。

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土壌の保水性・排水性を高めることで、植物の乾燥ストレスを軽減し、プロリンの過剰な蓄積を防げる可能性がある。乾燥ストレスを受けた植物はプロリンを合成し葉に蓄積するが、これが昆虫を誘引する一因となる。慣行栽培でも、土壌改良に加え、スプリンクラーによる葉面散布で乾燥ストレスを抑制することで、プロリン蓄積を減らし、結果として害虫の発生を抑え、農薬の使用回数を減らすことに繋がったと考えられる。

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溢泌液は、植物が葉から排出する液体で、昆虫の水分補給源となる。乾燥ストレス下で植物はプロリンを合成し、これが溢泌液に含まれることで、昆虫にとって水分だけでなく栄養源ともなる。溢泌液中のプロリンは、昆虫にとって葉が栄養豊富であることを示すサインとなり、葉への定着を促す可能性がある。また、溢泌液の蒸散後に残る白い粉は肥料過多の指標となる。局所的な乾燥状態が溢泌液の生成を促し、これが昆虫の行動に影響を与えることから、栽培において重要な要因と言える。

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植物は乾燥や高塩ストレスといった水ストレスに晒されると、細胞内にプロリンを蓄積する。プロリンは適合溶質として働き、浸透圧を調整することで細胞内の水分を保持する役割を果たす。これは、高塩ストレス時に細胞外への水分の移動を防ぐのに役立つ。このメカニズムは、水ストレスに晒されやすい植物にとって重要な生存戦略と言える。一方、過剰な施肥による高塩ストレス状態は、栽培においても見られる問題であることが示唆されている。

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スズメバチは翅の付け根に糖原性アミノ酸であるプロリンを蓄え、長距離飛行を可能にしている。プロリンはカロリー貯蔵として利用でき、グルタミンを二回還元することで合成される。グルタミンは光合成の窒素同化で生成されるため、プロリンも植物の葉に多く含まれる可能性がある。このプロリンの特性が、スズメバチ以外の昆虫にも応用されているか、そして植物における役割について、次回考察される。

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無添加味噌を常温保管していたところ、1ヶ月でカビが生えた。自家製味噌ではカビが生えたら表面を捨てるのが慣習だが、味噌は麹カビで発酵させたものなので、カビが生えるのは自然なこと。しかし、未知の微生物である可能性もあるため、食べるのは危険。味噌販売者によると、市販味噌にはカビの働きを抑えるためアルコールが添加されており、アルコールが蒸発する時期が賞味期限。賞味期限後は熟成が始まるので、空気を抜いて保存すれば、安価で上質な味噌が手に入るという（自己責任）。味噌は元々がぎゅうぎゅう詰めなので、表面のカビを捨てるだけで良い。

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黒ボク土は、火山灰土壌特有の性質を持ち、農業における評価が二分する土壌です。保水性、排水性、通気性は良好ですが、リン酸固定能が高く、肥料の効きが悪いため、施肥設計が重要となります。また、pHが低く酸性傾向があり、作物の生育に適さない場合も。さらに、有機物含有量が高いため、窒素飢餓や乾土効果による生育阻害も懸念されます。一方で、団粒構造が発達しやすく、適度な水分と養分を保持できるため、適切な土壌改良と施肥管理を行えば、高品質な農作物の生産も可能です。ただし、黒ボク土の特性を理解し、個々の圃場に合わせた対策が必要不可欠です。

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ファームプロから緑茶品種で作った紅茶を頂いた。緑茶は未発酵茶、紅茶は発酵茶で、発酵は葉の酵素による。茶葉を揉むことでタンニンが紅茶特有の色や香りに変化する。ファームプロによると、緑茶品種は三番茶でタンニンが増加し、旨味成分テアニンも多い。この三番茶を使うことで味、見た目、香りの良い紅茶ができる。試飲したところ、緑茶の旨味と紅茶の特徴を併せ持つ仕上がりだった。テアニンはタンニンの前駆体で、遮光でタンニンへの変化が抑えられる。三番茶は遮光しないため、テアニン含有量が多い。発酵でタンニンが分解されてもテアニンには戻らない。紅茶の呈色成分はテルフラビン等、香気成分はリナロール等。

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囲炉裏の灰は、燃え残ったミネラル分で、肥料として活用されてきた。灰は水に溶けるとpHを上げ、土壌の酸性度調整に役立つ。これは現代農業で石灰を用いるのと同様の効果である。灰には様々なミネラルが含まれるため、石灰過剰のような問題も起こりにくい。昔の人の知恵である灰の利用は、pH調整以外にもミネラル供給源としての役割も果たし、現代農業にも応用できる可能性を秘めている。

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堆肥作りにおいて、家畜糞は窒素源として微生物を活発化させる起爆剤とされるが、本当に有効なのか疑問視されている。窒素はエネルギーを使ってアミノ酸、タンパク質へと変換されて初めて微生物に利用されるため、コストに見合う効果が得られるか不明。キノコ栽培では米ぬかやフスマ等の植物性資材が栄養源として用いられ、家畜糞は使用されない。良質堆肥作りの上で家畜糞は必須ではない。むしろ、米ぬか、油かす、廃糖蜜の方が有効な可能性がある。家畜糞の利用は作業量を増やし、コスト高につながるため、特に農業系の学生にとっては黒字化を遠ざける要因になりかねない。

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ベランダのプランターで生ゴミを堆肥化しているが、落花生の殻を入れすぎて分解が遅くなっている。殻は軽くて隙間が多いため土の表面に浮き上がり、土が乾燥しやすいため堆肥化の速度が落ちる。しかし、土中で魚の骨と共に固まった落花生の殻は分解が進んでいた。魚の骨の周りの油分が分解を促進した可能性がある。植物性有機物を早く堆肥化するには、動物性タンパク質や油分を一緒に混ぜるのが有効かもしれない。

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BBQ後の木炭を土に埋めても環境に悪影響はないのか？という問いに対し、記事は肯定的な見解を示している。木炭の主成分は炭素化合物であり、燃焼後は灰(ミネラル)か未燃焼の無定形炭素が残る。灰はミネラル肥料のように土壌にプラスに働く。無定形炭素は石炭と同様の物質で、土壌中に存在しても植物の生育を阻害するようなものではなく、むしろ土壌改良効果が期待できる。木炭は脆いため、土中で植物の根などによって容易に破砕され、土壌の一部となる。ただし、燃焼中の木炭を土に埋めるのは火災の危険があるため厳禁である。関連記事では、土壌中のアルミニウムが腐植と結合し、微生物による分解から腐植を守り、土壌の肥沃度を維持する役割を担っていることが説明されている。

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BBQ後の炭を土に埋めても問題ないかという問い合わせに対し、筆者は炭の土壌への影響について考察している。炭はアルカリ性で、主成分の無定形炭素は分解されにくいため土壌に長く残る。多孔質構造は細菌の好環境だが、BBQ後の油脂付着は細菌の栄養源となる可能性もある。ただし、炭の燃焼過程でpH上昇の要因となる物質は消費されるため、pHへの影響は少ないと考えられる。油脂も燃焼初期に付着したものは変成している可能性がある。しかし、炭の構造や燃焼後の状態が不明なため、現時点では明確な回答は難しい。いずれにせよ、燃焼中の炭を土に埋めるのは危険である。

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赤い川は土壌中の鉄分が水に溶け、鉄細菌の働きで水酸化鉄(Ⅲ)が生成されることで発生する。鉱山跡のズリ山に含まれる硫化鉱物が風化し硫酸を生成、土壌の鉄分を溶出させるケースもある。この硫酸は強い酸性で、周辺環境に悪影響を与える可能性があり、過去には鉱山からの硫酸流出で麓の産業が壊滅状態になった事例もある。質問者の畑付近にはマンガン鉱山跡が存在し、茶畑が広がっていることから、鉱山由来の酸性土壌が茶栽培に適した環境を提供している可能性が示唆される。赤い川周辺の植物には目立った生理障害は見られなかった。

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鉄細菌は、鉄イオン(Fe2+)を酸化鉄(Fe3+)に変換する過程で発生する電子を利用してエネルギーを得る土壌微生物です。水に溶けた鉄は水酸化鉄(Ⅱ)となり、鉄細菌はこれを水酸化鉄(Ⅲ)に酸化します。この酸化過程で生じた水酸化鉄(Ⅲ)は酸化皮膜となり、水面に油膜のような形で浮かびます。同時に、酸化鉄が沈殿することで川が赤く染まります。長い年月を経て、堆積した酸化鉄は褐鉄鉱となります。

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京都府木津川市で、散布用に地下水を汲み上げたら赤い水が出て金属が錆びるという相談を受け、調査に向かった。現場で赤い水は確認できなかったが、スプリンクラーやホースに錆や茶色の付着物が確認された。水質調査の結果、鉄とマンガンが高く、油のようなものが浮くこともあるという。付近の用水路でも赤い水が見られることから、鉄細菌が原因で酸化鉄(Ⅲ)か硫酸鉄(Ⅲ)が付着した可能性が高いと推測された。