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土壌の保水性向上に関する新たな研究では、セルロースを低濃度水酸化ナトリウム下で凍結、クエン酸添加、溶解することで高強度構造を形成し、水や物質の出入りに優れた性質を持つことが示された。この研究から、霜柱と根酸の作用で土壌中でも同様の反応が起こり、保水性向上に繋がる可能性が示唆される。霜柱の冷たさと根酸がセルロースのヒドロキシ基周辺に作用することで、高pH条件下でなくても構造変化が起こる可能性があり、土壌の保水性向上に繋がる具体的な方法論の発見が期待される。
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土壌の保水性向上に関し、植物繊維セルロースの分子間架橋に着目。人工的な架橋剤ではなく、自然環境下で架橋を形成する物質について調査した。綿織物への有機酸処理で伸長回復性が変化する事例から、クエン酸などの多価カルボン酸がセルロースとエステル架橋を形成する可能性が示唆された。多価カルボン酸は複数のカルボキシ基を持ち、セルロースの水酸基とエステル化反応を起こす。この反応は土壌中でも起こりうるため、保水性向上に寄与している可能性がある。
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シュウ酸と鉄のキレート作用について、シュウ酸鉄錯体の例を用いて解説している。有機酸が持つ複数のカルボキシ基が金属イオンと結合することでキレート錯体が形成される。具体例として、シュウ酸と鉄(III)イオンが結合したトリス(オキサラト)鉄(III)酸カリウムが紹介され、その構造が示されている。この錯体は光照射によって鉄(III)イオンが鉄(II)イオンへと還元される反応も示されている。シュウ酸鉄錯体を例に、有機酸と金属のキレート結合の理解を深めている。
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キレート作用を持つ有機酸について解説。アスコルビン酸(ビタミンC)のキレート能は限定的。キレート作用で有名なEDTAはカルボキシ基が金属イオンと結合する。キレート作用を持つ有機酸として、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、シュウ酸、フマル酸、コハク酸などが挙げられ、これらは複数個のカルボキシ基を持つ。アスコルビン酸も挙げられるが、キレート能は低い。比較的低分子で複数個のカルボキシ基を持つことがキレート作用を持つ有機酸の特徴と言える。
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コハク酸は、貝類や日本酒に多く含まれる酸味と旨味を持つ有機化合物です。クエン酸回路の中間体として、生体内エネルギー産生に重要な役割を果たします。構造的には、2つのカルボキシ基を持つジカルボン酸で、クエン酸から数段階を経て生成されます。
旨味成分として知られるグルタミン酸は、コハク酸の前駆体であるα-ケトグルタル酸と関連しており、コハク酸もグルタミン酸に似た旨味を持つと考えられます。貝類に多く含まれる理由は、エネルギー代謝経路の違いや、浸透圧調整に関与している可能性などが考えられています。
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徳島三大香酸カンキツの中で、スダチだけが緑色なのは、酸味成分のクエン酸が果皮を色づかせないからです。熟すとユズのように黄色くなりますが、スダチは最もクエン酸を蓄える種のため、早採りでも緑色のままです。レモンよりもクエン酸が多く含まれますが、ナツミカンと異なり、10月頃に熟します。
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柚香は、徳島県で「味ユコウ」と称されるほど、まろやかで糖度が高いカンキツです。
その秘密は、有機酸の抑制に加え、カリウムの含有量が多いことが考えられます。
記事では、野菜の塩味において、単純な塩よりも金属系の栄養が混ざるとまろやかさが増すという過去の知見を紹介。
柚香はカリウムを多く含むことで、糖度の高さをより引き立て、まろやかな味わいを生み出している可能性があります。
さらに、柚香の成分として挙げられているヘスペリジンは、ポリフェノールの一種で、抗酸化作用や血流改善効果などが期待されています。ヘスペリジンは果皮に多く含まれるため、柚香を丸ごと使用した加工品などから効率的に摂取できます。
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スダチは酢橘と漢字で書き、古くから酢の原料として利用されてきた。クエン酸を多く含み、酢酸は少ない。スダチチンというポリメトキシフラボンと呼ばれる成分が機能性を有することが判明。スダチチンはタチバナのノビレチンと構造が類似しており、両者の近縁性が示唆される。スダチも古代史では「非時香菓（ときじくのかくのこのみ）」に該当する可能性がある。
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大阪教育大学のサイトによると、果物の成熟には、樹上で完熟するものと、収穫後に追熟するものがある。樹上で完熟する果物は、収穫後すぐに品質が低下する一方、追熟する果物は、収穫後もデンプンが糖に変化したり、香りが生成されたりすることで食べごろになる。バナナやキウイフルーツなどがその例である。追熟には、エチレンガスが関与しており、人工的にエチレン処理を行うことで追熟を促進できる。ただし、追熟には限界があり、適切な時期を見極めることが重要である。
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植物は根酸を使ってタンニンを分解し、凝集したタンパク質を分散させて地力窒素を活用する可能性があります。しかし、石灰過多の土壌では根酸が石灰と優先的に反応するため、タンニンの分解が阻害され、地力窒素の発現が低下する可能性があります。さらに、石灰過多は微量要素の溶脱も抑制するため、分散したタンパク質の無機化も遅延する可能性があります。つまり、石灰過多は地力窒素の活用を阻害する要因となる可能性があります。
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ナツミカンは、関西地方でナツダイダイと呼ばれる柑橘類です。「代々」という名称が縁起が悪いと大阪商人が「夏蜜柑」と改名したことが由来です。
キシュウミカンやウンシュウミカンとは直接的な関係はなく、キシュウミカンの親の段階で既に分岐しています。
名前の「夏」は、冬に実った果実が翌年の夏に食べ頃になることから由来します。冬は酸味が強いですが、夏になると酸味が減り食べ頃になります。
未熟果はクエン酸の製造原料になるほどクエン酸が豊富です。
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ミカン栽培の上級者は、良いミカンができる土地には青い石（結晶片岩）が多いことに気づき、土壌と母岩の関係に関心を寄せている。
しかし、素人が岩石を見分けるのは難しく、良い図鑑が求められていた。
「くらべてわかる岩石」は、似た岩石の見分け方が豊富で、結晶片岩も多数掲載。栽培技術向上に役立つこと間違いなし。
土壌の物理的特性を理解するには、岩石を構成する鉱物の化学的性質を解説した書籍も必要となる。
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汚泥肥料に含まれる可能性のある有害金属カドミウムについて、イネへの影響を中心に解説しています。イネは根から吸収したカドミウムをクエン酸などと結合して運び、各組織に蓄積します。この蓄積には、金属と結合するタンパク質であるメタロチオネインが関わっています。メタロチオネインはカドミウム以外にも、亜鉛や銅などの金属とも結合します。植物の種類によってメタロチオネインの働きは異なり、カドミウム耐性に差がある可能性があります。
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ウンシュウミカンの成分は、甘さだけでなく、酸味や苦味など複雑に絡み合って美味しさを形成しており、糖度が高ければ美味しいわけではない。貯蔵したウンシュウミカンをジュースにすると、旨味成分であるグルタミン酸が減少し、塩味成分であるGABAが増加する。GABAの増加は塩味を感じさせ、相対的に甘味を増強させる効果がある可能性がある。つまり、貯蔵によってウンシュウミカンのジュースの味わいは変化する。
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ケトン体は、脂肪酸から生成されるアセト酢酸、3-ヒドロキシ酪酸、アセトンの総称です。
糖質制限などでブドウ糖が不足すると、脂肪酸が分解されてアセチルCoAが生成されますが、クエン酸回路が十分に回らないため、余剰のアセチルCoAからケトン体が作られます。
ケトン体は脳関門を通過し、脳のエネルギー源として利用されます。
ただし、ケトン体が増えすぎると血液が酸性になり（ケトアシドーシス）、疲労感や体調不良を引き起こす可能性があります。
ケトン体はあくまで緊急時のエネルギー源であり、過度な糖質制限は避けるべきです。
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脂肪動員とは、糖が枯渇した際に、エネルギー源として脂肪が利用され始める現象です。具体的には、中性脂肪であるトリアシルグリセロールから脂肪酸が切り離され、エネルギーを生み出す過程を指します。切り離されたグリセロールは解糖系に、脂肪酸はβ酸化を経てアセチルCoAに変換されます。アセチルCoAはクエン酸回路で利用され、大量のATPを産生します。脂肪動員には補酵素A(CoA)が重要な役割を果たします。
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必須脂肪酸とは、人体にとって必要不可欠だが、体内で合成できないため、食事から摂取しなければならない脂肪酸のこと。リノール酸（ω-6脂肪酸）とα-リノレン酸（ω-3脂肪酸）の2種類が存在する。
人体は炭水化物から脂肪酸を合成できるが、飽和脂肪酸やω-9脂肪酸（オレイン酸）までであり、ω-6やω-3といった多価不飽和脂肪酸は合成できない。
植物は、細胞膜の流動性を保つため、低温環境でも固化しないよう、多価不飽和脂肪酸を合成する能力を持つ。一方、動物はこれらの脂肪酸を合成できないため、植物から摂取する必要がある。
必須脂肪酸は、細胞膜の構成成分となる他、ホルモン様物質の生成や、体温調節、エネルギー貯蔵など、重要な役割を果たす。不足すると、皮膚炎、成長障害、免疫力低下などの健康問題を引き起こす可能性がある。
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腐植酸は土壌中のリン酸固定を抑制する効果があります。腐植酸はアルミニウムイオンと結合し、土壌からリン酸と結合しやすいアルミニウムを減らすためです。ラッカセイ栽培では、腐植と石灰を施用することで、リン酸の有効性を高め、ラッカセイのポテンシャルを引き出す可能性があります。
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石灰過剰土壌では鉄欠乏が発生しやすいですが、鉄剤の効果が期待できない場合があります。土壌pHが高いと鉄が不溶化するため、単に鉄剤を与えるだけでは吸収されません。そこで、土壌にクエン酸などの有機酸を施用することで、鉄とキレート錯体を形成し、植物に吸収されやすい形にすることができます。クエン酸は土壌pHを一時的に下げる効果もあり、鉄の吸収を促進します。ただし、効果は一時的なため、継続的な施用が必要です。
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リン鉱石の枯渇が懸念される中、下水処理場の消化汚泥からリンを回収する技術が注目されています。消化汚泥とは、下水を処理する過程で発生する有機物をメタン菌によって分解した後のアルカリ性の汚泥です。
この消化汚泥に硫酸やクエン酸などの酸を加えることで、リン酸を溶解させて回収します。しかし、強酸である硫酸は施設の腐食や重金属の溶出が懸念され、クエン酸は有機物負荷による水質汚染の可能性があります。
消化処理自体もメタン発生による温室効果の問題を抱えているため、リン回収だけでなく、汚泥肥料としての活用など、包括的な解決策が求められています。
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速効性リン酸肥料として知られるリン酸アンモニウム（燐安）は、リン酸とアンモニアの反応で製造されます。しかし、原料のリン鉱石からリン酸を抽出する過程で硫酸を使用するため、燐安には硫酸石灰（石膏）などの不純物が含まれます。
リン酸は土壌中で安定化しやすく過剰になりやすい性質を持つ上、燐安を用いると意図せず石灰も蓄積するため注意が必要です。土壌中のリン酸過剰は病気発生リスクを高めるため、施肥設計は慎重に行うべきです。
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畑作後に水田を作ると、リン酸が減少する理由は、水田の還元環境にあります。
通常、土壌中のリン酸は鉄と結合し、水に溶けにくいFePO₄の形で存在します。しかし、水田の酸素が少ない環境では、鉄が還元されFe²⁺となるため、リン酸との結合が弱まり、水に溶けやすい形に変化します。
また、カルシウムと結合したリン酸も比較的溶けやすく、水田環境では自然と減少します。これらの要素が重なり、畑作後の水田でリン酸が減少すると考えられています。
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BCAA (分岐鎖アミノ酸)は、筋肉のエネルギー源となり、運動中の筋肉の分解を抑える効果があります。運動でBCAAが不足すると、筋肉が分解されてエネルギーとして使われてしまうため、疲労感が増します。
BCAAを摂取することで、筋肉のエネルギー源を補給し、筋肉の分解を防ぐことができるため、疲労回復効果が期待できます。また、運動後の筋肉痛の軽減にも効果があると言われています。
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ネギの連作障害対策で注目すべきは、BB肥料（特に硫黄コーティング肥料）の多用です。硫黄コーティング肥料は、土壌中で硫酸イオンを生成し、過剰になると硫化水素が発生、土壌を老朽化させます。これは水田だけでなく畑作でも深刻な問題で、鉄分の無効化など作物生育に悪影響を及ぼします。硫酸イオンの残留性は高いため、BB肥料の使用は土壌の状態を見極め、過剰な使用は避けるべきです。
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連日の長雨で田んぼに土砂が流れ込むと、土質が変わり稲の生育に悪影響を及ぼすことがあります。土砂に含まれる成分によっては、養分過多や有害物質の影響が出ることも。対策としては、土壌の物理性を改善することが重要です。具体的には、植物性有機物を投入し、緑肥を栽培することで、土壌の保肥力と発根を促進し、土砂の影響を軽減できます。施肥だけで解決しようとせず、土壌改良を優先することが大切です。
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レタス収穫後の畝をそのまま活用し、マルチも剥がさずにサツマイモを栽培すると高品質なものができるという話。レタスは肥料が少なくても育ち、梅雨前に収穫が終わるため、肥料をあまり必要とせず、梅雨時の植え付けに適したサツマイモとの相性は抜群。
疑問点は、カリウム豊富とされるサツマイモが、肥料を抑えた場合どこからカリウムを得るのかということ。著者は、レタスが土壌中のカリウムを吸収しやすい形に変えているのではないかと推測。レタスの原種であるトゲチシャは、舗装道路の隙間でも育つほど土壌の金属系養分を吸収する力が強いと考えられるため。
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鉄サプリには、ヘム鉄ではなく、吸収しやすい形状の非ヘム鉄が使われています。\
鉄サプリの成分表によくある「クエン酸鉄」は、クエン酸で鉄イオンをキレートしたもので、吸収率が高く、粒状にするのも容易です。\
このように、サプリメント産業の知見から、効率的に鉄を摂取するための工夫が凝らされていることが分かります。
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植物は生育のためクエン酸などの有機酸を分泌し、土壌中の鉄やリンを吸収しやすくします。これは植物にとって必須の作用ですが、コンクリートに侵入した植物の場合、これらの酸がコンクリートの成分を溶かし、劣化を促進する可能性があります。
記事では、イチゴの食味向上を目的としたクエン酸溶液の使用を取り上げ、植物へのクエン酸の影響について解説しています。クエン酸は土壌環境や植物の種類、使用方法によってプラスにもマイナスにも働く可能性があり、安易な使用は避けるべきだと結論付けています。
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土壌の過剰な養分は、緑肥を栽培することで吸収させ、土壌環境の改善に役立てることができます。緑肥は、過剰な窒素やカリウムなどを吸収し、土壌中の養分バランスを整えます。また、緑肥を土壌にすき込むことで、有機物が供給され、土壌の物理性や生物活性が向上します。これにより、土壌の保水力や排水性が改善され、植物の生育に適した環境が作られます。さらに、緑肥は雑草の抑制にも効果があり、除草剤の使用量を減らすことにも繋がります。このように、緑肥は土壌の養分管理、土壌改良、雑草抑制に効果的な方法です。
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水田土壌で窒素固定を行う新種の細菌が発見された。この細菌は、酸素が存在する条件下でも窒素固定能力を持つ嫌気性細菌で、イネの根圏に生息し、植物ホルモンを生成することでイネの成長を促進する。この発見は、窒素肥料の使用量削減につながる可能性があり、環境負荷軽減に貢献する。さらに、この細菌は他の植物にも共生できる可能性があり、農業全体への応用が期待されている。この研究は、土壌微生物の多様性と農業への応用の可能性を示す重要な発見である。
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トマト栽培の「木をいじめる」技術は、水や肥料をギリギリまで制限し、植物にストレスを与えることで糖度や収量を高める方法である。ただし、この方法は土壌を酷使し、慢性的な鉄欠乏を引き起こすリスクが高い。短期的な収量増加は見込めるものの、土壌の劣化により長期的な視点では持続可能な栽培とは言えず、経営の破綻に繋がる可能性も示唆されている。
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ハウス栽培では、軽微な鉄欠乏が問題となる。キレート鉄を用いることで灌注でも鉄欠乏を回避できるが、マンガンの欠乏は防げない。マンガンは光合成に必須の要素であるため、欠乏を防ぐ必要がある。キレートマンガンも存在するが、土壌環境を整えることが重要となる。具体的には、クエン酸散布による定期的な除塩が有効だ。クエン酸は土壌中の塩類を除去する効果があるが、酸であるため土壌劣化につながる可能性もあるため、客土も必要となる。これらの対策はトマトやイチゴだけでなく、ハウス栽培するすべての作物に当てはまる。葉色が濃くなることは、窒素過多や微量要素欠乏を示唆し、光合成効率の低下や収量減少につながるため注意が必要である。
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施設栽培では、トマトなどの作物は鉄欠乏に陥りやすい。土壌中に鉄は豊富に存在するものの、土壌の酷使による鉄の絶対量の減少と、土壌の化学性の変化が原因となる。施設内では降雨がないため、土壌pHが低下しにくく、石灰やリン酸が過剰になりやすい。鉄の吸収は低いpHで促進されるが、高いpHでは阻害される。植物は根から有機酸を分泌して土壌pHを下げようとするが、施設栽培では発根量も少なく、この作用も限定的となる。結果として、鉄欠乏が生じやすく、光合成に不可欠な鉄の不足は、軽微であっても大きな影響を与える。さらに、アルミニウム過剰な酸性土壌では、アルミニウム耐性植物は鉄吸収メカニズムを利用してアルミニウムを無毒化するため、鉄欠乏を助長する可能性もある。
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コウジカビは、日本の発酵食品に欠かせない微生物である。米麹を作る際にデンプンを糖に変える酵素を分泌し、味噌や醤油、日本酒などの風味を作り出す。元々はイネの穂に付着するカビだったが、人間が選抜・培養することで家畜化され、現代社会に不可欠な存在となった。コウジカビはイネの他にムギなどにも存在するが、人間の生活に役立つ種は限られている。また、コウジカビは毒素を生成しない安全なカビであり、その特性を活かして食品だけでなく、医薬品やバイオ燃料の生産にも利用されている。このように、コウジカビは人間との共生関係を築き、多様な分野で活躍している有用な微生物と言える。
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レンゲの開花を促すには、窒素過多に注意しリン酸を適切に施肥する必要がある。窒素過多は開花抑制と茎葉の徒長を引き起こすため、土壌の窒素量を把握し、過剰な窒素肥料は避ける。一方、リン酸は花芽形成に必須であり、不足すると開花が遅延または停止する。土壌診断に基づき、リン酸が不足している場合はリン酸肥料を施用することで、レンゲの順調な生育と開花を促進できる。
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ヤシャブシは、マツ科、ブナ科と並んでキノコと共生するカバノキ科の樹木。撹乱された土地にいち早く生育し、土壌の養分を吸収する菌根菌と共生するだけでなく、窒素固定細菌とも共生することで空気中の窒素をアンモニアとして取り込む能力を持つ。ハンノキイグチのようなイグチ科のキノコが生えることが報告されている他、原木栽培にも利用される。しかし、花粉はスギよりもアレルギーを引き起こしやすいという欠点もある。土壌改善、キノコ栽培に有用な一方、花粉症対策が必要な樹木と言える。
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イネは窒素飢餓状態になると、葉の老化を促進し、貯蔵窒素をアミノ酸の形で種子へと転流させる。この過程は、転写因子HRS1によって制御される。HRS1は、老化促進ホルモンであるエチレン生合成酵素遺伝子の発現を活性化し、窒素転流に関わる遺伝子群の発現も制御する。これにより、イネは限られた窒素を効率的に種子生産に利用し、次世代の生存を確保する戦略をとっている。また、窒素欠乏条件下ではオートファジーが活性化され、タンパク質のリサイクルによる窒素利用効率の向上が図られる。
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高槻市清水地区のレンゲ米水田では、冬季にレンゲを栽培することで土壌改良が行われている。レンゲを鋤き込んだ後の水田は土が柔らかく、トラクターの跡が残らないほど軽い。これはレンゲにより土壌中の有機物が分解され、土の粒子同士の結合が弱まったためと考えられる。一方、レンゲを栽培していない隣の田んぼは土が固く、大きな塊が目立つ。レンゲ栽培は土壌の物理性を改善し、イネの根の生育を促進、肥料吸収の向上に繋がる。この水田ではベントナイトも使用されているため、レンゲ単独の効果の検証ではないが、レンゲ栽培は根圏微生物叢の向上、ひいては土壌への有機物馴染みの促進に貢献する。窒素固定も微生物叢向上に繋がる重要な要素である。
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免疫向上に重要な亜鉛は、好中球の活性酸素産生やDNA合成に関与し、不足すると免疫機能が低下する。好中球はペルオキシダーゼ酵素群を用いて活性酸素を生成し病原体を殺菌するが、この酵素の補酵素にはNADPHやヘムが必要となる。NADPHは光合成の明反応で生成され、ヘムはアミノレブリン酸から合成される。これらの経路は植物の光合成や活性酸素の制御機構と類似しており、葉緑素豊富な春菊は亜鉛などの微量要素も豊富で免疫向上に良いと考えられる。ただし、マンガン欠乏土壌で育った野菜は効果が期待できないため、土壌の質にも注意が必要。ウイルス感染時は、好中球ではなくナチュラルキラー細胞によるアポトーシス誘導が主であり、そこでも活性酸素が重要な役割を果たす。
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粘土鉱物肥料は、土壌の物理性・化学性を改善する効果が期待される。粘土鉱物は、CEC（陽イオン交換容量）が高く、養分保持能に優れ、土壌の団粒化を促進し、通気性・排水性を向上させる。特に2:1型粘土鉱物はCECが高いため有効だが、風化すると1:1型粘土鉱物になりCECが低下する。有機物と粘土鉱物が結合した粘土有機複合体は、さらに養分保持能を高め、微生物の住処となる。粘土鉱物肥料は、化学肥料に比べて肥効が穏やかで持続性があり、環境負荷も低い。土壌の種類や作物の特性に合わせた適切な粘土鉱物肥料の選択と施用が重要である。
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クエン酸散布による食味向上効果は、土壌鉱物の違いにより地域差が生じる。火山灰土壌のように鉱物が未風化で粘性が低い土壌では、クエン酸散布によりミネラルが溶脱しやすく効果が出やすい。一方、鳥取砂丘のような深成岩由来で石英が多い土壌では、クエン酸によるミネラル溶脱はほとんど期待できず、pH低下を招き逆効果になる可能性もある。つまり、有機酸散布による微量要素溶脱による秀品率向上は、土壌の特性を考慮せず万能的に適用できるものではなく、地域差を踏まえた判断が必要である。
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クエン酸溶液散布による作物の発根促進や食味向上効果について、土壌への影響を懸念する内容です。クエン酸は土壌中の金属系ミネラルを溶かし出し、植物の成長を促進しますが、同時に土壌中のカリや微量要素などの有限な資源を枯渇させる可能性があります。また、粘土鉱物の構造変化も引き起こす可能性も懸念されます。クエン酸散布は一時的な効果は期待できるものの、長期的には土壌の劣化につながり、持続可能な農業に悪影響を与える可能性があるため、安易な使用は避けるべきだと主張しています。土壌の適切な管理と持続可能性を重視した上で、クエン酸散布の利用を慎重に検討する必要性を訴えています。
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緑泥石は2:1:1型粘土鉱物で、風化によって層間に金属水酸化物イオン等を取り込んだ14Å中間体を形成する。14Å中間体はバーミキュライトと緑泥石の中間的性質を示し、クエン酸処理で層間物質を除去するとスメクタイト様の性質を示す。これは植物根から分泌される有機酸が緑泥石に作用し、スメクタイト様の粘土鉱物へと変化させる可能性を示唆する。つまり、CECの低い緑泥石が風化と植物の作用によってCECの高いスメクタイト様の性質を獲得する可能性がある。このことから、緑色岩露頭下に有機物豊富な黒土が形成される現象も説明できる。緑泥石の風化と植物による変化を理解することは土壌の理解を深める上で重要である。
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カプサイシンはトウガラシの辛味成分で、バニリルアミンと分岐脂肪酸がアミド結合した構造を持つ。辛味度はスコビル単位で表され、純粋なカプサイシンは1600万単位と非常に高い。人体への作用は、TRPV1受容体を活性化し、熱さや痛みを感じさせる。また、内臓脂肪の燃焼促進や食欲抑制、血行促進などの効果も報告されている。しかし、過剰摂取は胃腸障害を引き起こす可能性がある。農林水産省はカプサイシンを含むトウガラシの適切な利用と注意喚起を促している。
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土壌のアルミニウム無毒化機構を持つMATE輸送体は、元々鉄の吸収を担うクエン酸輸送体から進化したとされる。この事実は、緑肥による微量要素吸収効率改善の可能性を示唆する。鉄は土壌中に豊富だが鉱物として存在し、植物が利用するには溶解という困難なプロセスが必要となる。しかし、緑肥は土壌から鉄を吸収し、葉にキレート錯体や塩として蓄積するため、鋤き込みによって土壌へ供給される鉄は利用しやすい形態となる。つまり、緑肥はアルミニウム耐性だけでなく、鉄をはじめとする微量要素の吸収効率向上にも貢献していると考えられる。この仮説が正しければ、緑肥栽培の事前準備にも影響を与えるだろう。
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イネから発見されたジテルペノイドの一種、モミラクトンAとBは、植物の根から分泌される抗菌成分で、幅広い生物活性を持ち、他感作用（アレロパシー活性）を示す。もみ殻に多く含まれるラクトン化合物であることから命名された。近年、動物細胞への抗がん作用も報告され、注目されている。イソプレノイドは、IPPとDMAPPという炭素数5の化合物が結合して生成される。これらの前駆体は、非メバロン酸経路(MEP経路)またはメバロン酸経路(MVA経路)で合成される。モミラクトンは、イネの生育に有利な環境を作り出すことで、稲作の拡大に貢献した可能性がある。
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アジサイの花の色はアルミニウムと関係があるが、多くの植物はアルミニウムに弱く生育阻害を起こす。アジサイは葉にアルミニウムとクエン酸を豊富に含み、クエン酸と結合させることでアルミニウムの毒性を中和している。これは、コムギが酸性土壌でクエン酸を分泌してアルミニウムの毒性を回避する仕組みと似ていると言える。アジサイは体内で同様の解毒を行っている。チャにもアルミニウムが含まれるため、同様のメカニズムを持つ可能性があり、アルミニウムとクエン酸の関係は引き続き注目すべき点である。
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プロセスチーズは、ナチュラルチーズ（主にチェダーチーズ）を溶解・再加工したもので、普段よく目にするチーズの多くを占める。ナチュラルチーズは牛乳を凝固・熟成させたものだが、プロセスチーズはそれを粉砕し、クエン酸ナトリウムなどの溶解塩を加えて加熱することで再凝固させる。この過程で、ナチュラルチーズの特徴であるカゼインとカルシウムの結合が切断される。結果として、プロセスチーズはナチュラルチーズに比べ、溶解塩由来のナトリウムが増加し、遊離カルシウムの量も変化する。この変化がカルシウムの利用率にどう影響するかは不明だが、カゼインとカルシウムの結合が歯の石灰化に重要という説を踏まえると、プロセスチーズの摂取はカルシウム利用率の低下につながる可能性がある。
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プロセスチーズとは、ナチュラルチーズを粉砕し、クエン酸ナトリウムなどの溶解塩を加えて再加工したチーズのこと。1917年に軍用向けに開発された。ナチュラルチーズの種類や添加物によって風味や栄養価が変わる。チーズ自体が優れた食品だが、再加工によって付加価値をつけるという人類の知恵に感銘を受ける。
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酸素供給剤（過酸化水素水）と水溶性カルシウム剤の混用について、硫酸カルシウムとの反応を中心に解説している。過酸化水素は活性酸素で、触媒があると水と酸素に分解する。しかし、鉄イオンなど電子を受け渡ししやすい物質と反応すると、より強力な活性酸素が発生する。硫酸カルシウムは水溶液中でカルシウムイオンと硫酸イオンに解離する。硫酸と過酸化水素は反応して過硫酸という強力な酸化剤になる。これはピラニア溶液と呼ばれ、有機物を除去する作用がある。肥料として使う場合は濃度が薄いため、過度の心配は無用だが、塩化カルシウムとの反応については次回解説する。硫酸マグネシウムも同様の反応を示す。
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植物にはビタミンB12がない一方で、海苔などの藻類には豊富に含まれる。藻類の起源を探るため、細胞内共生説を概観する。
酸素発生型光合成を行う細菌や酸素呼吸を行う細菌が登場した後、ある古細菌が呼吸を行う細菌を取り込みミトコンドリアを獲得し、真核生物へと進化した。さらに、真核生物の一部は光合成を行う細菌を取り込み葉緑体を得て、灰色藻のような真核藻類となった。この真核生物が他の細菌を取り込んで共生する現象を一次共生と呼ぶ。
海苔のビタミンB12の謎を解く鍵は、このような藻類誕生の過程に隠されていると考えられる。
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発根は植物の生育に不可欠なプロセスで、複雑なメカニズムによって制御されています。オーキシンは主要な発根促進ホルモンであり、細胞分裂と伸長を促進することで根の形成を誘導します。サイトカイニンはオーキシンの作用を抑制する傾向があり、両者のバランスが重要です。エチレンは側根形成を促進し、傷害からの回復に関与します。アブシジン酸はストレス条件下で根の成長を抑制しますが、乾燥耐性獲得には重要です。ジベレリンは根の伸長を促進する一方、高濃度では抑制的に働きます。ブラシノステロイドは細胞分裂と伸長を促進し、根の成長をサポートします。環境要因も発根に影響を与え、適切な温度、水分、酸素が不可欠です。これらの要因が複雑に相互作用することで、植物の発根が制御されています。
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スギナはアルミニウム耐性があり、酸性土壌で生育する。根から分泌する有機酸でアルミニウムを無害化し、土壌中のミネラルを回収する。葉の先端の溢泌液には余剰養分が含まれ、土壌に還元される。スギナは自ら生産量は少ないが、有機酸により土壌改良を行い、他の植物の生育を助ける役割を果たしている。その生き様は、繁殖だけでなく、環境への貢献という別の生きる意味を問いかけるようだ。
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酵素は触媒反応で物質を変化させエネルギーを獲得する。その中心は電子の獲得と利用。電子伝達系では、糖から電子を取り出し、水素イオンの濃度差を利用してATPを生成する。電子は粒子と波動の二重性を持つため、量子力学的な理解が必要となる。酵素反応では、量子トンネル効果により、通常必要なエネルギーを使わずに基質から電子を取り出せる。つまり、酵素が持つ特異的な構造が、量子トンネル効果を促進し、効率的なエネルギー獲得を可能にしていると考えられる。
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マンゼブなどのジチオカーバメート系殺菌剤は、SH酵素阻害を通じて殺菌活性を示す。SH酵素阻害とは、システインのSH基を活性中心とする酵素の直接阻害、補酵素CoAやリポ酸のSH基との反応による阻害、酵素反応に必要な重金属のキレートによる阻害を指す。マンゼブに含まれる亜鉛は、I-W系列の規則に従い金属酵素を阻害する。システインは硫黄を含むアミノ酸で、タンパク質の構造維持や活性酸素の除去に関わるグルタチオンの構成要素となる。ジチオカーバメートは、2つの硫黄を含むウレタン構造を指す。
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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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酸性土壌で問題となるアルミニウム毒性に対し、植物は様々な耐性機構を持つ。岡山大学の研究では、コムギがリンゴ酸輸送体(ALMT)を用いてリンゴ酸を分泌し、アルミニウムをキレート化することで無毒化していることを示している。しかし、全ての植物が同じ機構を持つわけではない。Nature Geneticsに掲載された研究では、ソルガムがクエン酸排出輸送体(MATE)を用いてクエン酸を分泌し、アルミニウムを無毒化していることが明らかになった。このクエン酸によるアルミニウム無毒化は、ソルガムの酸性土壌への適応に大きく貢献していると考えられる。この知見は、酸性土壌での作物栽培に役立つ可能性がある。
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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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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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自宅にあった南部鉄の鉄玉子を使って鉄分補給を試みる。鉄玉子をやかんなどに入れて湯を沸かすことで、鉄分が溶け出し、飲料や食事から鉄分を摂取できる。これは、鉄鍋で調理すると鉄分が食材に溶け出すのと似ている。また、クエン酸で釘を溶かして鉄欠乏の作物に与える方法にも類似しているが、触媒を使う点が異なる。鉄玉子は妻の実家でもらってきたもので、肥料ではなく食生活での鉄分補給を目的とする。
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鶏糞堆肥は土壌改良に不向きであり、安価な窒素肥料として使うのも避けるべきです。鶏糞には多量の炭酸石灰とリン酸石灰が含まれており、使用すると土壌の石灰過剰につながり、カルシウム欠乏などの問題を引き起こす可能性があります。
しかし、鶏糞は窒素や石灰を豊富に含むため、窒素肥料としての活用は可能です。その場合は、土壌pH調整を事前に行わず、追肥として使用します。pH調整が必要な場合は、く溶性苦土やクエン酸溶液を併用します。
平飼い養鶏の鶏糞は腐植が多く、給餌の消化率も高いため、上記の注意点は当てはまりにくいでしょう。土壌改良には緑肥の活用が推奨されます。鶏糞を正しく理解し、適切に利用することで、効果的な肥料となります。
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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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京都市内の農家で、慣行農法の土壌に苦土肥料（水マグ）を施用することで、カルシウム過剰による生育不良を劇的に改善した事例が紹介されています。現代農業では土壌pH調整に石灰を多用するためカルシウム過剰になりがちで、結果としてカルシウム欠乏症に陥り、秀品率が低下することが問題となっています。カルシウムを含まない苦土肥料を用いることで、pH調整とマグネシウム補給を同時に行い、この問題を解決できる可能性が示唆されています。水マグの原料である水滑石は蛇紋岩から産出するため、地質図を活用することで産地を特定し、土壌改良に役立てられる可能性も示唆しています。この事例は、現代農業の慣行を見直し、土壌管理の重要性を改めて認識させるものとなっています。
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筆者は、野菜の美味しさは栽培方法ではなく、光合成の効率に依存すると主張する。有機無農薬栽培でも、牛糞堆肥の過剰使用による塩類集積や、植物性有機物に偏った土壌管理は、ミネラル吸収を阻害し、光合成を低下させるため、美味しい野菜は育たない。逆に、農薬を使っていても、適切な土壌管理で光合成を促進すれば、美味しい野菜ができる。つまり、農薬の有無ではなく、栽培者の技術が美味しさを左右する。有機栽培で品質が落ちる例として、果実内発芽、鉄欠乏による病害、硝酸態窒素の還元不足などを挙げ、美味しい野菜作りの要諦は、光合成を最大限に高める土作りにあると結論づけている。
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ヒマワリは景観だけでなく、緑肥としても優れた機能を持つ。特に土壌に蓄積した吸収できないリン酸を、吸収可能な形に変える効果がある。リン酸は有機質肥料や家畜糞に多く含まれ、過剰になりやすい。過剰なリン酸はカルシウム過剰によるミネラル欠乏や、有機態リン酸による様々なミネラルのキレート化で秀品率低下につながる。ヒマワリは菌根菌の働きでリン酸を可給化し吸収、土壌に残すことでリン酸量を減らしつつ可給態リン酸を増やす。無機リン酸の可給化には有機態リン酸分解菌資材、有機態リン酸にはクエン酸併用が有効と考えられる。これらの組み合わせで土壌のリン酸状態を改善できる。
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植物は光合成で得た糖を分解し、クエン酸回路の中間体である有機酸に、硝酸から還元したアミノ基(-NH₂)を付加することでアミノ酸を合成する。グルタミン酸はα-ケトグルタル酸に、アスパラギン酸はオキサロ酢酸に、アラニンはピルビン酸に、それぞれアミノ基が付加されて生成される。グルタミン酸は、アスパラギン酸とアラニンの合成にも関与する重要なアミノ酸である。植物がアミノ酸を直接吸収できれば、硝酸還元と糖分解の過程を省略できる。動物もアミノ基があれば有機酸からアミノ酸を合成できるが、必須アミノ酸は体内で合成できないか、合成量が不足するため、食物から摂取する必要がある。グルタミン酸は旨味成分としても重要である。
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クエン酸回路で生成されたNADH<sub>2</sub><sup>+</sup>を利用し、ミトコンドリアの電子伝達系で大量のATPが合成される。葉緑体と同様にプロトン駆動力を使うが、ミトコンドリア内膜の内外でH+を移動させる点が異なる。NADHの電子を用いてH+を膜の外へ放出し、ATP合成酵素を通して内側に戻す際に生じるエネルギーでATPを生成する。これで糖からエネルギーを取り出す過程が完了し、全体の反応式C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> + 6O<sub>2</sub> + 38ADP → 6H<sub>2</sub>O + 6CO<sub>2</sub> + 38ATPとも一致する。
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解糖系で生成されたピルビン酸は、ミトコンドリア内でクエン酸回路に入り、電子を放出する。この回路では、ケトグルタル酸など様々な有機酸を経由し、NADH₂⁺の形で電子を取り出す。ケトグルタル酸は植物のアミノ酸合成にも利用される物質である。つまり、植物はクエン酸回路で生成される有機酸をアミノ酸合成にも活用している。そのため、糖をアミノ酸合成に利用する植物にとって、アミノ酸を直接吸収する能力は大きなメリットとなる。
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植物にとって最も重要な植物ホルモンであるオーキシンは、成長や発達に様々な影響を与える。オーキシンは茎の先端で合成され、重力の方向に移動することで植物の成長方向を制御する。この重力による移動は、オーキシン排出キャリアのPINタンパク質が細胞膜の特定の位置に配置されることで実現される。オーキシンは細胞壁を緩めることで細胞伸長を促進し、高濃度では逆に成長を阻害する。この性質を利用し、植物は光の方向へ成長する屈光性を示す。オーキシンは側根の形成や果実の発達にも関与し、農業分野でも挿し木の発根促進などに利用されている。オーキシンは植物の形態形成に不可欠なホルモンであり、その作用メカニズムの解明は植物科学の重要な課題である。
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無機肥料の水への溶けやすさは、根の部分の酸の強さ(pKa値)で決まり、値が小さいほど溶けやすい。硫酸＞硝酸＞クエン酸＞炭酸の順。しかしCa²⁺やMg²⁺を含む肥料は、陰イオンとの結合の強さも影響し、硫酸カルシウムより硝酸カルシウムの方が溶けやすい。
水溶性肥料(硫酸塩、硝酸塩、クエン酸塩など)は水に溶けやすいが、く溶性肥料(炭酸塩、リン酸塩など)は水に溶けにくい。しかし、く溶性肥料は根から分泌されるクエン酸などの有機酸によって溶け、ゆっくりと肥効を発揮する。カキガラ石灰などは、このく溶性を活かした緩効性肥料である。
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無機肥料は、水に溶けてイオン化することで植物に吸収される。有機肥料のように微生物分解は必要ない。例えば硫酸カルシウム(CaSO₄)は、水に溶けるとカルシウムイオン(Ca²⁺)と硫酸イオン(SO₄²⁻)に分かれる。植物は主にカルシウムイオンを吸収する。肥料の効果は、いかに水に溶けやすいか、つまりイオン化しやすいかで決まる。溶けやすいほどイオンが土壌中に放出され、植物に吸収されやすくなる。
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植物の根は様々な有機酸を土壌へ分泌し、栄養吸収を促進する。主要な有機酸として、クエン酸、リンゴ酸、シュウ酸などが挙げられる。これらの有機酸は、難溶性のリン酸塩や鉄、アルミニウムと錯体を形成し可溶化することで、植物による吸収を可能にする。また、根圏のpHを変化させ、養分の可溶性を調整する役割も持つ。分泌される有機酸の種類と量は植物種や生育環境によって異なり、土壌中の微生物相にも影響を与える。有機酸の分泌は、植物の養分獲得戦略において重要な役割を果たしている。
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アンモニア酸化細菌がアンモニアを亜硝酸に酸化し、さらに亜硝酸酸化細菌が亜硝酸を硝酸に酸化する一連の反応を硝化作用という。生物は物質を酸化し電子を得ることでエネルギーを産生する。アンモニア酸化でも細菌は電子を得て活動しており、有機物の分解によるエネルギー産生は酸化的リン酸化と呼ばれる。生物は電子を欲しがるため、還元されたアンモニアは誰が作ったのかという疑問が生じる。
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悪臭の原因物質にはアンモニア、トリメチルアミン、メチルメルカプタン、低級脂肪酸などがある。特にプロピオン酸は悪臭を放つ低級脂肪酸の一種。プロピオン酸は炭酸水素ナトリウムと反応して塩（プロピオン酸ナトリウム）になり、気化しなくなるため臭いを感じなくなる。塩は親水性のミセル構造を形成し、水に溶けやすいため洗い流せる。つまり、重曹などで中和すれば悪臭成分を移動・除去できる。同様の原理でクエン酸カリウムなどの塩も消臭効果を持つ。
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肥料名の接頭語で効きの速さがわかる。硫酸〇〇、硝酸〇〇、クエン酸〇〇は速効性、炭酸〇〇、リン酸〇〇は遅効性を持つ傾向がある。石灰を例に取ると、炭酸石灰は土壌pH調整に有効だが溶けにくいため速効性はなく、土作りに向いている。一方、硝酸石灰などは速効性が高いが、障害も起こりやすい。つまり、接頭語を見れば、土作りには炭酸塩、追肥には硝酸塩のように使い分けができる。
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く溶性は、根から分泌される有機酸で肥料の石灰が溶けて効く性質のことです。栽培中旬に根からの酸が増えるため、く溶性の肥料はジワジワと効きます。また、炭酸石灰などのく溶性成分は、栽培中に根からの酸で土壌が酸性に傾くのを中和する役割があります。
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く溶性は、クエン酸溶液に溶ける肥料や資材の性質を指し、2%クエン酸溶液で溶解する成分を表す。炭酸石灰は水にほとんど溶けないため、く溶性に対応しない。ただし、水に溶けない特性はさまざまな用途に役立つ。