植物のミカタ

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この記事では、もう一つの芳香族アミノ酸であるチロシンについて解説しています。チロシンは、フェニルアラニンのベンゼン環にヒドロキシ基が付いた構造をしており、プレフェン酸からヒドロキシ基を外さずにグルタミン酸からアミノ基を受け取ることで合成されます。また、パルミジャーノ・レジャーノチーズのシャリシャリとした食感の結晶がチロシンであることは有名です。

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植物は、ベンゼン環を含む芳香族化合物を合成する際に、最初に芳香族アミノ酸のフェニルアラニンを合成します。フェニルアラニンは、光合成で合成された糖の中間物質からシキミ酸経路を経て合成されます。このフェニルアラニンを基に様々な芳香族化合物が合成されます。 ちなみに、除草剤ラウンドアップは、シキミ酸経路に作用して芳香族化合物の合成を阻害することで効果を発揮します。

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ロスマリン酸は、シソ科植物やローズマリーなどに含まれるポリフェノールの一種です。特徴的な構造を持ち、抗酸化作用、抗炎症作用、抗アレルギー作用など様々な生理活性が報告されています。生合成経路では、フェニルアラニン由来のコーヒー酸とチロシン由来の4-ヒドロキシフェニル乳酸が縮合して生合成されます。その複雑な構造と多様な生理活性から、医薬品や健康食品への応用が期待されています。

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記事は、腸内細菌によってチロシンからフェノールが生成される過程を解説しています。一部の腸内細菌はチロシンフェノールリアーゼという酵素を用いて、チロシンをピルビン酸、アンモニア、フェノールに分解します。この過程で神経伝達物質L-ドパも合成されます。しかし、フェノールは毒性が強いため、生成後の反応が滞ると腸内に蓄積する可能性があり、健康への影響が懸念されます。 記事では、野菜などに多く付着する腸内細菌の一種であるErwinia herbicolaを例に挙げ、この反応を示す細菌の存在について解説しています。

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魚粉肥料によく使われるイワシの成分表を見ると、旨味成分であるグルタミン酸、アスパラギン酸が多い一方で、苦味成分であるリジンも多い。もし、ネギがこれらの成分をそのまま吸収すると苦くなってしまうはずだが、実際はそうならない。つまり、魚粉肥料の効能には、単に成分が吸収される以上のメカニズムが隠されている可能性がある。

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日本は、コメとダイズを組み合わせることで必須アミノ酸を効率的に摂取できる食文化を持つ。これは、コメに少ないリジンをダイズが、ダイズに少ないメチオニンをコメが補完するためである。さらに、この組み合わせは鉄や亜鉛の摂取にも貢献する。また、稲作は低肥料で、ダイズ栽培にも適した土壌を作るため、持続可能な食料生産にも適している。肥料不足が深刻化する中、日本古来の稲作文化の重要性が見直されている。

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イネはシリカを吸収すると、葉が硬くなり倒伏しにくくなるだけでなく、病気や害虫への抵抗力も高まります。これは、シリカが細胞壁に沈着することで物理的な強度が増すとともに、植物の防御機構を活性化する働きがあるためです。 具体的には、シリカはイネの葉に多く蓄積され、表皮細胞の細胞壁を強化することで、害虫の侵入や病気の感染を抑制します。また、シリカはイネの免疫システムを刺激し、病原菌に対する抵抗力を高める効果もあります。 さらに、シリカはイネの光合成を促進し、収量増加にも貢献します。これは、シリカが葉の表面に薄い層を作り、光を効率よく吸収できるようになるためです。

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イネのウンカ抵抗性に関与する物質、安息香酸ベンジルは、フェニルアラニン由来のベンジルアルコールやベンズアルデヒドから合成される。ウンカの種類によって誘導抵抗性物質の発現量が異なることが報告されている。光合成を高め、自然に抵抗性を高めることが重要であり、シリカ吸収や川からの養分供給が有効である。登熟期には穂への養分転流を抑え、健全な葉でウンカの被害ピーク期を迎えることが重要となる。亜鉛欠乏はオートファジーを誘導し、老化を促進するため、適切な亜鉛供給も抵抗性強化に繋がる。

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ウキクサ繁茂は水田の鉄分濃度と関連があり、土壌中の鉄分が有機物でキレート化されていないとイネは吸収しにくい。キレート化とは鉄イオンなどの金属イオンを有機物で包み込み、植物が吸収しやすい形にすること。キレート鉄は土壌pHの影響を受けにくく、即効性があるため、葉面散布や土壌灌注で鉄欠乏を改善できる。特にアルカリ性土壌では鉄が不溶化しやすいため、キレート鉄が有効。ただし、キレート剤の種類によって効果が異なるため、適切な選択が必要。

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アサガオの青色はアントシアニン色素によるが、幻の黄色いアサガオの謎をフラボノイドから探る。フラボノイドは黄色い化合物の語源を持ち、ミヤコグサの黄色はフラボノイドの一種ケルセチンによる。アサガオはケルセチン合成経路を持つものの、アントシアニン合成が優先される。淡黄色のアサガオはアントシアニン合成が欠損した変異体と考えられ、ケルセチン合成の増加で黄色が濃くなる可能性がある。アサガオの鮮やかな青はアントシアニンと補助色素のフラボノールの共存によるものかもしれない。

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花の色素成分であるフラボノイドは、フェニルアラニンからp-クマル酸を経てp-クロマイルCoAが生成される。これにマロニルCoAが3つ結合しナリンゲニンカルコン（黄色）が生成され、環化することでフラバノン（黄色）となる。フラバノンからアントシアニジンが生成され、B環に水酸基やメトキシ基が付加されることで青色へと変化する。

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パンの美味しそうな焼き色は、メイラード反応とキャラメル反応によるもの。メイラード反応は糖とアミノ酸が反応して褐色になり、パンの香ばしい香りのもととなる。アミノ酸の種類によって香りが異なり、小麦に多いプロリンはパンの匂い、ロイシンはチーズの匂い、フェニルアラニンはライラックの花の匂い、バリンはチョコレートの匂いを生み出す。キャラメル反応は糖の酸化による褐色化で、焦げ臭の原因となる。これらが絶妙なバランスで混ざり合い、パン特有の芳香を形成する。糖とアミノ酸の由来については、今後の考察に委ねられる。

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トウガラシの辛味成分カプサイシンは、バニリル基と脂肪酸が結合した構造を持つ。バニリル基は、シキミ酸経路でフェニルアラニンからカフェ酸を経てバニリンが合成され、さらにバニリンにアミノ基転移酵素の働きでアミノ基が付加されてバニリルアミンとなる。一方、脂肪酸は炭素数10の不飽和脂肪酸が合成される。最終的にバニリルアミンと脂肪酸が結合し、カプサイシンが生成される。

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赤水菜は、中心部の赤色がアントシアニンによる品種。通常の白い芯の水菜よりアントシアニン合成量が多く、光合成も盛んと考えられる。栽培者はアントシアニン合成をどうサポートできるか？ アントシアニンの前駆体はフェニルアラニン。赤水菜にフェニルアラニンを与えると品質向上につながるのか？ という疑問が提示されている。

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緑茶と紅茶は同じ茶葉だが、酵素的褐変の有無で異なる。緑茶は酵素を失活させ褐変を防ぎ、旨味成分のテアニンを多く含む新芽を使う。紅茶は酵素を働かせカテキンを重合させるため、成長した葉が適している。テアニンは新芽に多く、成長と共にカテキンが増える。カテキンは二次代謝産物であり、紅茶製造は植物の代謝過程の一部を切り出したものと言える。

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この記事では、ハッショウマメ（ムクナ）というマメ科植物のアレロパシー作用について解説しています。ハッショウマメはL-ドパという物質をアレロケミカルとして分泌します。L-ドパは神経伝達物質ドーパミンやアドレナリンの前駆体で、広葉雑草の生育阻害や昆虫の殻の硬化阻害といった作用を持ちます。人間は体内でチロシンからL-ドパを合成できるため、摂取の必要はありません。アレロパシーに関する書籍「植物たちの静かな戦い」も紹介されており、農業における緑肥活用の可能性を示唆しています。関連として、ヒルガオ科植物の強さについても言及されています。

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エンバクは緑肥として利用され、根からクマリン類のスポコレチンを分泌することでアレロパシー作用を示す。スポコレチンはフェニルプロパノイド系化合物で、プラントボックス法で分泌が確認されている。この作用を利用すれば、雑草抑制効果が期待できる。エンバクのアレロパシー作用に着目し、他感作用後の栽培活用についても考察が進められている。

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桜の葉に含まれるクマリンは、桜餅の香りの成分であり、アレロケミカルとして病害虫や周辺植物の成長を阻害する作用を持つ。通常はクマル酸の形で細胞内に存在し、細胞が死ぬとクマリンが生成される。クマル酸はフェニルアラニンから合成される。クマリンは香気成分として揮発するほか、落ち葉にも残留すると考えられる。土壌中でクマリンがどのように作用するかは不明だが、カテキンと同様に土壌微生物によって分解され、団粒構造形成に寄与する可能性がある。

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作物の根はフラボノイドを分泌し、枯草菌がそれを認識して根の周りにバイオフィルムを形成する。このバイオフィルムは他の微生物の侵入を防ぎ、根の病気を抑制する。枯草菌は鉄や銅の吸収を促進するシデロフォアも分泌する。有効な枯草菌の増殖には土壌の排水性と保水性が重要であり、フラボノイド合成に必要なフェニルアラニンと微量要素も重要となる。さらに、バチルス属細菌は病原菌のクオルモンを分解する能力も持つため、病害抑制に貢献する。良好な土壌環境は、これらのメカニズムを通じて作物の病害発生率を低減する。

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施肥設計の見直しで農薬防除の回数を減らせるという記事は、窒素過多による作物の徒長が病害虫発生の主要因であると指摘しています。窒素過多は細胞壁を薄くし、害虫の侵入を容易にする上、アミノ酸合成に偏り、病害虫抵抗性物質の生成を阻害します。適切なカリウム、カルシウム、マグネシウムなどの施肥は細胞壁を強化し、病害虫への抵抗力を高めます。また、微量要素の不足も抵抗力低下につながるため、土壌分析に基づいたバランスの取れた施肥設計が重要です。これにより、作物の健全な生育を促進し、農薬への依存度を減らすことが可能になります。

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ポリフェノールの一種、フェニルプロパノイド類について解説。フェニルアラニンが脱アミノ化されて生成されるケイヒ酸を基とする化合物群である。植物体内での役割は既出のため割愛し、ヒトへの健康効果として抗酸化作用、α-グルコシダーゼ阻害作用、リノール酸自動酸化阻害作用などが挙げられる。続く章ではα-グルコシダーゼについて掘り下げる。

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光合成の明反応は、葉緑体のチラコイド膜で起こり、光エネルギーを化学エネルギーに変換する過程です。光エネルギーは、クロロフィルなどの色素によって吸収され、電子を高エネルギー状態に励起します。励起された電子は電子伝達系を移動し、その過程でATP（アデノシン三リン酸）とNADPHが生成されます。水分子は分解され、電子伝達系に電子を供給し、酸素が発生します。生成されたATPとNADPHは、続く暗反応で二酸化炭素から糖を合成する際に利用されます。つまり、明反応は光エネルギーを利用して、暗反応に必要なエネルギーと還元力を供給する役割を担っています。

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藍藻の一種 *Synechococcus elongatus* が産生する希少糖7-デオキシセドヘプツロース (7dSh) は、植物のシキミ酸経路を阻害する。シキミ酸経路は芳香族アミノ酸や特定の植物ホルモンの合成に必須であるため、7dShは植物の生育を阻害する。この作用は除草剤グリホサートと類似しており、シロイヌナズナを用いた実験で生育阻害効果が確認された。7dShは酵母など他の生物にも影響を与える。微細藻類である藍藻の研究はこれまで困難だったが、急速な研究進展により、7dShのような新規化合物の発見につながり、除草剤開発などへの応用が期待される。

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落葉は、葉柄と茎の間の離層形成で始まる。通常、葉で生成されるオーキシンが離層細胞の分離を抑えているが、秋になり気温が低下すると光合成量が減少し、オーキシン合成も減少する。同時に、光合成の「こぼれ電子」対策としてアントシアニン合成が盛んになる。アントシアニンの材料となるフェニルアラニンは、オーキシンの前駆体であるトリプトファンからも合成されるため、オーキシン合成は更に抑制される。結果として離層細胞が分離し、落葉に至る。つまり、植物は光合成の低下とアントシアニン合成増加によるオーキシン減少を落葉のシグナルとして利用している。

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サナギタケは、昆虫に寄生する冬虫夏草の一種。その胞子の在り処を探るため、地面に接する部分に注目した。土壌に含まれる菌のコロニー形成を阻害する寒天培地を用いて、サナギタケ菌糸の生育と胞子形成を観察。結果、サナギタケの菌糸は培地上で伸長し、子実体を形成、胞子を放出した。これは、サナギタケの胞子が土壌中ではなく、空気中に存在し、宿主となる昆虫に付着することで感染することを示唆している。さらに、サナギタケが寄生する昆虫の生態を考慮すると、胞子は地表付近に多く存在する可能性が高いと考えられる。

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植物の細胞壁成分リグニン合成は、複数の金属酵素が関わる複雑な過程である。リグニンモノマー(モノリグノール)はペルオキシダーゼ(鉄)もしくはラッカーゼ(銅)により酸化され、重合を繰り返してリグニンになる。モノリグノールはベンゼン環を持ち、フェニルプロパノイドに分類される。フェニルプロパノイドは芳香族アミノ酸であるフェニルアラニンから合成され、その前段階として光合成(マンガン、鉄が必要)や、シロヘム(鉄)が関与するアミノレブリン酸合成経路が重要となる。このように、リグニン合成は鉄、銅、マンガン等の金属、そして光合成産物が必須である。

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イチゴの鮮やかな紅色はアントシアニンによるもので、品種に関わらず、シアニジン-3-モノグルコシド、ペラルゴニジン-3-モノガラクトシド、ペラルゴニジン-3-モノグルコシド、シアニジン、ペラルゴニジンの5種類が確認されている。これらのアントシアニンは、フェニルアラニンとマロニルCo-Aから合成される。フェニルアラニンは植物の防御機構にも関与するアミノ酸である。アントシアニンは抗酸化物質としての働きも知られている。

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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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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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リン酸欠乏になると、植物の葉は赤や紫に変色することがあります。これはアントシアニンの蓄積によるものですが、なぜリン酸欠乏でアントシアニンが蓄積するのかは完全には解明されていません。記事では、リン酸欠乏が糖の蓄積を招き、それがアントシアニン合成の基質となる可能性や、ストレス応答としてアントシアニンが合成される可能性について考察しています。また、アントシアニンは紫外線吸収や抗酸化作用を持つため、リン酸欠乏による光阻害ストレスからの防御機構として機能している可能性も示唆しています。さらに、リン酸欠乏と紅葉の関連性についても触れ、今後の研究の進展に期待を寄せています。