植物のミカタ

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記事では、活性酸素の生成過程における過酸化水素の役割について考察しています。過酸化水素は、酸素供給剤として働く一方で、フェントン反応においてはヒドロキシラジカルを生成し、酸化ストレスを誘導します。さらに、過酸化水素は反応相手によって酸化剤または還元剤として振る舞い、その二面性が活性酸素生成の複雑さに拍車をかけています。

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有機質肥料と飼料は、どちらも生物由来の有機物を原料とする点で共通しています。家畜の飼料には、肉や骨粉、魚粉などが使われますが、これらは肥料としても利用されます。 例えば、魚粉はリン酸が豊富なため、リン酸肥料として使用されます。牛骨粉はリン酸とカルシウムを多く含み、リン酸肥料や土壌改良剤として利用されます。 このように、有機質肥料と飼料は密接な関係にあり、相互に利用されています。飼料の品質向上は、結果として有機質肥料の品質向上にもつながります。

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本記事では、結晶片岩の一種である「紅簾石片岩」に焦点を当てています。これは、マンガンを豊富に含むチャートが、非常に強い変成作用を受けることで形成される珍しい岩石です。筆者は、硬質なチャートが薄い片岩に変化するほどの変成作用の大きさに驚きを示しています。さらに、農業への応用にも触れ、畑や園地で紅簾石片岩が見つかった場合、先行して言及された緑色片岩と同様に、作物へどのような影響を与えるのか、特にマンガン供給源としての可能性について強い関心を示しています。

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牛糞で土作りすると、窒素過多、未分解有機物によるガス害、リン酸過剰、カリウム欠乏、雑草種子混入、塩類集積、病害虫リスクなどの弊害が生じることがあります。特に完熟堆肥でない場合、窒素過多による生育障害や、未分解有機物が分解時にガスを発生させ根を傷つけることが問題となります。また、リン酸過剰やカリウム欠乏を引き起こす可能性もあり、適切な施肥計画が必要です。さらに、雑草種子や病害虫のリスクも高まるため、注意が必要です。

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レンゲ米の田んぼの土表面でみられる褐色化は、鉄の酸化による可能性があります。もしそうであれば、土壌中の酸化鉄の増加により、窒素固定が促進され、稲の倒伏や温室効果ガス発生の可能性が高まるため、肥料を抑えた方が良いでしょう。食料安全保障の観点からも、肥料に頼らない稲作は重要であり、米の消費拡大も同時に考える必要があります。

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シロザは、収穫後に畑で繁茂する強害雑草です。高い繁殖力と成長速度を持ち、土壌の養分を奪い尽くすため、放置すると次作に悪影響を及ぼします。しかし、シロザは土壌中のリン酸を吸収しやすく、刈り取って土に混ぜることで緑肥として活用できます。さらに、シュウ酸を蓄積する性質があるため、土壌中の難溶性リン酸を可溶化し、他の植物が利用しやすい形に変える効果も期待できます。シロザは厄介な雑草としての一面だけでなく、土壌改良の潜在力も秘めているのです。

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稲作では地力の向上が重要ですが、そのためには土壌生物の栄養不足を解消する必要があります。土壌生物は植物が吸収できない形態の栄養分を分解し、吸収可能な形に変える役割を担っています。土壌中の有機物が不足すると土壌生物の栄養が不足し、結果として植物の生育にも悪影響が出ます。BMようりんはリン酸だけでなく、微量要素やケイ酸も含むため、土壌改良材としての役割も果たします。腐植と併用することで土壌の物理性・化学性が向上し、土壌生物の活性化、ひいては地力向上につながります。

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水田では、酸素不足のため土壌が還元状態になりやすく、硫化水素が発生しやすくなります。土壌中の物質は、還元されやすい順に、硝酸イオン、マンガン、鉄、硫酸イオン、二酸化炭素と還元されます。 鉄は硫酸イオンより還元されやすいので、鉄が存在すれば硫化水素の発生は抑えられます。つまり、土壌に鉄を供給したり、鉄の酸化還元をコントロールすることが重要になります。 土壌の物理性を改善することで、硫化水素やメタンの発生を抑制できる可能性があり、そのメカニズムについて、今後の記事で解説していく予定です。

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この記事は、飼料用トウモロコシ栽培における家畜糞利用の長期的なリスクを論じています。筆者は、家畜糞の多用は初期には土壌を豊かにする一方、10年程でマンガン欠乏を引き起こし、収量低下を招くと指摘します。原因は、糞中の硝酸態窒素による土壌酸化の影響です。解決策として、稲作による土壌洗浄を提案します。水田への入水は、過剰な硝酸態窒素の除去と微量要素の供給を促し、土壌環境を改善します。このように、伝統的な稲作と組み合わせることで、持続可能な飼料用トウモロコシ栽培が可能になると結論づけています。

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本記事では、根圏のpH上昇がリンや鉄、マンガンなどの必須・有用栄養素を不溶化させ、土壌生物の栄養不足を引き起こすことに着目。これは土壌生物経由で植物へ栄養が移行する上で由々しき問題と指摘します。土壌診断で多い石灰過剰は、生理的塩基性肥料として土壌pHを高める作用があり、特にハウス栽培では微量要素が効きにくい不毛な土壌になりやすいと警鐘を鳴らし、土壌生物への影響も考慮した土壌管理の重要性を訴えています。

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植物性食品に多い非ヘム鉄は、主に鉄硫黄タンパクという形で存在します。これは光合成で重要な役割を果たすタンパク質で、鉄と硫黄（システイン由来）から構成されています。鉄硫黄タンパクは電子伝達体として機能し、光合成過程で水から得られた電子を他の器官に運搬します。非ヘム鉄はヘム鉄に比べて吸収率が低いですが、ビタミンCなどの還元剤と共に摂取することで吸収が促進されます。

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ホウレンソウ栽培において、石灰によるpH調整の難しさについて述べられています。酸性土壌ではマンガンが吸収されやすくなる一方、ホウレンソウは酸性土壌を好みません。石灰はpH調整に有効ですが、過剰施用は品質低下や土壌の硬化を招く可能性があります。著者は、経験的に石灰を使わず土壌の緩衝能を高めることで連作が可能だった事例を挙げ、pH調整よりも土壌の緩衝能を重視すべきだと主張しています。

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ホウレンソウの根元の赤色の正体は、マンガンという成分の豊富さにあるようです。マンガンは人体に必要な栄養素ですが、牛糞を多用した土壌では慢性的なマンガン欠乏が起こることがあるとのこと。そこで疑問に思うのは、ハウス栽培のような雨水が少なく牛糞を多用する環境下では、ホウレンソウの生育はすぐに悪くなってしまうのではないかということです。

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泥炭土は有機物豊富だが、鉄など微量要素が少ない。ハウス栽培だと雨水による供給もなく、不足しやすい。緑肥で土壌中の比率が更に偏り、鶏糞の石灰が鉄の吸収を阻害、葉が黄化したと考えられる。泥炭土は畑作に向かず、ハウス栽培だと微量要素欠乏に注意が必要。

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緑泥石は、その構造に由来する高い陽イオン交換容量と、層間にカリウムイオンを保持する性質を持つため、土壌中の栄養分の保持に貢献しています。 具体的には、緑泥石は風化によって層状構造に水が入り込み、カリウムイオンを放出します。このカリウムイオンは植物の栄養分として吸収されます。一方、緑泥石の層間は植物の生育に不可欠なマグネシウムイオンなどを吸着し、土壌中の栄養分のバランスを保ちます。 このように、緑泥石は土壌中で栄養分の貯蔵庫としての役割を果たし、植物の生育を支えています。

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蛇紋岩は、カンラン岩が水と反応してできる岩石です。蛇紋岩にはニッケルが含まれており、特に、蛇紋岩が風化してできたラテライトという土壌には、高濃度のニッケルが含まれています。 ニッケルは、ステンレス鋼や電池の製造に欠かせない重要な金属資源です。そのため、蛇紋岩やラテライトは、ニッケルの重要な供給源となっています。 日本は、世界有数の蛇紋岩地帯であり、ニッケル資源の宝庫と言えます。しかし、ニッケル鉱床の開発は、環境破壊などの問題も抱えています。

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この記事は、ツワブキの強い生命力を見て、キクイモ栽培の経験から、キクイモが畑作に不向きな理由を考察しています。 筆者は、キクイモが「養分食い」であることから、土中のミネラルを大量に吸収すると考えました。川に近い場所では、上流から絶えずミネラルが供給されるため、キクイモのような植物も育つことができます。しかし、畑ではミネラルの供給が限られるため、キクイモ栽培後には土壌が疲弊し、次の作物が育ちにくくなると推測しています。 さらに、キクイモがミネラル豊富であると言われるのは、川に近い環境で育つ性質と関連があると結論付けています。

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カルシウム過剰は、土壌pHの上昇を通じて鉄、マンガン、ホウ素、亜鉛、銅などの微量要素の吸収阻害を引き起こし、様々な欠乏症を誘発する。特に鉄欠乏は植物の生育に著しい悪影響を与える。一方、カルシウム自体は細胞壁の形成や酵素活性など、植物の生理機能に不可欠な要素である。土壌中のカルシウム濃度だけでなく、他の要素とのバランス、土壌pH、植物の種類によって最適なカルシウム量は変化する。過剰なカルシウムは、他の必須栄養素の吸収を阻害し、結果的に「カルシウム過剰によるカルシウム欠乏」という現象を引き起こす可能性がある。

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トマトへのケイ素施用は、葉内マンガンの均一化を通じて光合成効率向上に寄与する可能性がある。マンガン過剰による活性酸素発生と葉の壊死、マンガン欠乏による光合成初期反応の阻害という問題をケイ素が軽減する。キュウリで確認されたこの効果がトマトにも適用されれば、グルタチオン施用時と同様に光合成産物の移動量増加、ひいては果実への養分濃縮につながる。つまり、「木をいじめる」ストレス技術に頼らずとも、ケイ素によって果実品質向上を図れる可能性がある。

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ケイ素は植物に様々な効果をもたらす。レタスではマンガン毒性を緩和し、トウモロコシでは蒸散を抑制する。トマトはケイ素集積量が低いものの、全くないと奇形が生じるため微量は必要。トマト体内でのケイ素輸送機構に欠損があり、効率的に運搬できないことが原因と考えられる。ケイ素はトマトの葉内マンガンの分布均一化を通して光合成ムラをなくし生産性向上に寄与する可能性があり、蒸散にも影響すると思われる。

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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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トマトの花落ちは、高温や窒素過多で生じる器官離脱現象です。筆者は微量要素の観点から、亜鉛の軽微な欠乏が花落ちに関与すると仮説を立てます。環境ストレス時、植物は重要な亜鉛を花から新芽へ転流させ、そこでストレス耐性物質を合成するため、花を安全に落とすと考察。マンガンや活性酸素の役割にも言及しています。

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兵庫の進学校の高校生に肥料の話をした著者は、窒素肥料を減らして炭素資材を増やす土作りを提案した。生徒は土壌中の炭素の役割を理解し、微生物の餌となり土壌構造を改善することを説明できた。しかし、窒素肥料を減らすことによる収量減を懸念し、慣行農法との比較で収量が減らない具体的な方法を質問した。著者は、土壌の炭素貯留で肥料コストが下がり収量が上がる海外の事例を挙げ、炭素資材の種類や施用量、土壌微生物の活性化、適切な窒素肥料量の見極めなど、具体的な方法を説明する必要性を認識した。生徒の疑問は、慣行農法に慣れた農家にも共通するもので、新たな土作りを広めるには、具体的な成功事例と収量への影響に関するデータが重要であることを示唆している。

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アルカリ性土壌では鉄欠乏が起こりやすいが、今回ムギネ酸類似体の安価な合成法が開発された。ムギネ酸はオオムギが鉄を吸収するために分泌するキレート物質だが、高価だった。この研究では、ムギネ酸の一部をプロリンに置換することで、安価で同等の機能を持つプロリンデオキシムギネ酸（PDMA）を開発した。この成果は、アルカリ性土壌での鉄欠乏対策に大きく貢献する。特に、イネ科植物はムギネ酸を分泌するため、緑肥として活用すれば土壌改良に繋がる。ライ麦やエンバクなどの緑肥も鉄吸収を促進する効果が期待される。

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硝酸イオンの過剰摂取は健康に悪影響を与える可能性があります。植物は光合成にマンガンを必要とし、マンガン不足になると硝酸イオンが葉に蓄積されます。人間がこれを摂取すると、体内で硝酸イオンが亜硝酸イオンに変換され、さらに胃酸と反応して一酸化窒素が生成されます。一酸化窒素は少量であれば血管拡張作用など有益ですが、過剰になると炎症悪化や発がん性も示します。したがって、硝酸イオンを多く含む野菜の摂取は控えるべきです。タンパク質が豊富で硝酸イオンが少ない野菜を選ぶことで、必要な一酸化窒素は摂取できます。

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野菜の硝酸イオン濃度が高いと、体内でニトロソ化合物という発がん性物質に変換される可能性がある。日本では、特に葉物野菜の硝酸イオン濃度が高い傾向にある。これは、過剰な肥料施用や吸収によるものである。 家畜糞堆肥は、熟成するほど硝酸イオン濃度が上昇する。そのため、過剰施用が日本各地の畑で問題となっている。ベテラン農家の場合、一時的に栽培が順調に見えるため、牛糞の使用を推奨することが多いが、その影響で硝酸イオンが蓄積され、植物のストレス耐性が低下する可能性がある。 したがって、野菜の硝酸イオン濃度は低い方が望ましいとされる。その実現には、肥料の適切な施用や、家畜糞堆肥の過剰施用を避けることが重要である。

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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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トウガラシの辛味成分カプサイシノイドと赤い色素カプサンチンの生合成経路は一部共通している。カプサンチンはカロテノイドの一種で、カロテノイドは植物において光合成の補助色素や抗酸化物質として働く。トウガラシの品種によって辛味と色素の含有量は異なり、辛くない品種はカプサイシノイド合成酵素を持たない。カプサンチン合成酵素の発現量が高いほど赤い色素が多く蓄積される。これらの酵素の遺伝子発現を調節することで、辛味や色素の量をコントロールできる可能性がある。つまり、トウガラシの辛さと赤色の強さは、それぞれ特定の酵素の働きによって決まり、遺伝子レベルで制御されている。

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ペクチンは植物の細胞壁や細胞間層に存在する多糖類で、主要構成成分はガラクツロン酸である。ガラクツロン酸はグルコースからUDP-糖代謝を経て合成されるガラクトースが酸化されたもの。つまり、ペクチンの材料は光合成産物であるグルコースを起点としている。ガラクトース自体は主要な炭素源である一方、細胞伸長阻害等の有害性も持つため、植物は単糖再利用経路でリサイクルまたは代謝する。ペクチン合成にはマンガンクラスターによる光合成の明反応が重要だが、家畜糞の連続使用はマンガン欠乏を招き、光合成を阻害する可能性がある。つまり、健全な土壌作り、ひいては良好な植物生育のためには、マンガン供給にも配慮が必要となる。

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牛糞堆肥による土作りは、一見効果があるように見えても問題が多い。牛糞は肥料成分が多いため、過剰施肥やマンガン欠乏を引き起こし、長期的に見て収量や品質の低下につながる。他人の助言を鵜呑みにせず、その人の栽培実績や、より高い品質を目指す視点があるかを見極めることが重要。例え牛糞堆肥で収量が増えても、それは潜在能力の一部しか発揮できていない可能性がある。真に質の高い野菜を作るには、土壌や植物のメカニズムを理解し、適切な栽培方法を選択する必要がある。農薬回数が増えるなど、問題が生じた際に外的要因のせいにせず、根本原因を探ることが重要である。

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海底風化は、土壌生成の重要なプロセスであり、特に粘土鉱物の生成に大きく関わっている。陸上で生成された火山岩物質は、風や河川によって海へと運ばれ、海底で化学的風化作用を受ける。海水はアルカリ性であるため、岩石中の長石などの鉱物は分解され、粘土鉱物へと変化する。この過程で、岩石中のミネラルが溶出し、海水に供給される。生成された粘土鉱物は、海流によって運ばれ、堆積岩の一部となる。特にグリーンタフ地域は、海底風化の影響を受けた火山岩が多く分布し、多様な粘土鉱物が観察される。これらの粘土鉱物は、土壌の保水性や保肥性に影響を与え、農業にも重要な役割を果たしている。

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枯草菌（納豆菌の仲間）の培地研究から、堆肥製造への応用を考察した記事です。枯草菌の培地の一つであるDifco Sporulation Medium(DSM)は、各種ミネラルに加え、ブイヨン（肉エキスに相当）を主成分としています。ブイヨンは糖、タンパク質、ビタミン、ミネラルが豊富で、有用微生物の活性化にビタミンやミネラルが重要である可能性を示唆しています。高価なブイヨンを堆肥製造で代用するために、魚粉、油かす、骨粉などを植物性有機物と併用することが提案されています。つまり、土壌微生物の活用には、土壌の物理性改善に加え、微生物に必要な栄養素の供給が重要であることを示唆しています。

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このブログ記事では、だだちゃ豆の美味しさの鍵となる旨味成分「オルニチン」に焦点を当てています。シジミにも豊富に含まれるオルニチンは、単に美味しいだけでなく、体内で発生する有害なアンモニアを毒性の低い尿素へと変換する「尿素回路」の重要な構成物質であることを解説。この機能と美味しさの関連性から、筆者は「野菜の美味しさ＝食べると健康になる」という考えが現実味を帯びると考察します。また、だだちゃ豆にオルニチンが多い理由として、タンパク代謝の活発さやアンモニア発生量の多さを挙げ、その場合、微量元素マンガンが栽培の鍵となる可能性を示唆しています。

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カブトムシの黒色色素メラニンを分解する菌について調査。花王の特許に見つかったメラニン分解酵素は、土壌中の担子菌セリポリオプシス・エスピー．MD-1株由来のマンガンペルオキシダーゼで、マンガンと過酸化水素存在下で毛髪メラニンを分解する。分解後はインドール等、或いはL-ドパ等のフェノール性化合物として土壌残留の可能性があるが詳細は不明。セリポリオプシス・エスピー．MD-1株はコウヤクタケの一種で、白色腐朽菌として知られ、針葉樹林の発酵処理に利用される。メラニンがコウヤクタケにより腐植化するか否かは今後の研究課題。

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近所の溜池でアヤメ科の植物（アイリス）が咲いていた。この溜池は緑藻の増殖により緑色だが、いずれ動物プランクトンが増え茶色に変わるという。緑色は光合成による酸素放出を、茶色は呼吸による酸素消費を意味する。プランクトンの種類が変化しても微量要素の使用量はほぼ変わらないと考えられる。アイリスにとって、溜池の色変化はストレスになり得るのか、緑藻の増殖に合わせた開花戦略があるのか疑問に思った。

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藻類の進化に関する書籍を元に、酸素発生型光合成誕生以前の生命活動について考察。太古の海ではFe²⁺イオンによる過酸化水素発生が頻繁に起こり、生物は自己防衛のため過酸化水素を分解するカタラーゼを獲得した。カタラーゼはマンガンを補酵素として利用する。後に酸素発生型光合成を担うマンガンクラスターもマンガンを利用しており、水から電子を取り出す構造がカタラーゼと類似していることから、レーンの仮説では、カタラーゼから光合成の機能が進化した可能性を示唆。仮説の真偽は今後の研究課題だが、マンガンが光合成において重要な役割を持つことは明らかである。

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この記事では、過酸化水素が関与する酵素としてカタラーゼとリグニンペルオキシダーゼを比較している。カタラーゼは過酸化水素を分解して酸素を発生させるのに対し、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素を補因子として利用し、フェノール性化合物を変化させる。つまり、カタラーゼは過酸化水素の分解を目的とする一方、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素を利用して別の反応を促進する。この違いを理解することで、例えば、枝葉の分解に過酸化石灰が有効かもしれないという、有機質肥料の効率化に関するアイディアに繋がることを示唆している。

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酸素供給剤は過酸化石灰から発生する過酸化水素がカタラーゼ酵素によって酸素と水に分解されることで効果を発揮する。カタラーゼは、過酸化水素を酸化し電子を受け取ることで無害化する。この反応において、カタラーゼの補酵素としてヘムとマンガンが機能し、電子を受け取る役割を果たす。つまり、マンガンが欠乏しているとカタラーゼの働きが弱まり、酸素供給剤の効果が十分に発揮されない可能性がある。オキシドールのような過酸化水素を主成分とする消毒液も同様のメカニズムで効果を発揮するため、マンガンは重要な役割を担っている。

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高槻樫田温泉が2018年の台風21号の被害により休館。温泉自体は無事だったが、木質バイオマス燃料「ペレット」を生産するための周辺林が被災し、運営継続が困難になった。環境に配慮した運営を行っていた同施設の閉鎖は、大型化する台風被害への対策の必要性と、自然と調和した持続可能な社会の重要性を改めて示すものとなった。温泉成分や周辺地質への言及を通し、筆者は環境問題への関心の高さを示している。樫田温泉周辺は植物観察にも適した場所で、筆者にとって思い入れのある場所であったことが伺える。

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光合成の明反応後編では、電子伝達系に関わる物質の詳細が説明されている。シトクロムb6f複合体にはヘム鉄を含むシトクロムが、プラストシアニンには銅が、フィレドキシンには鉄-硫黄クラスターが含まれ、それぞれ電子の運搬役を担う。これらの物質の合成にはグルタミン、マグネシウム、二価鉄、マンガン、カルシウム、硫黄などが必要となる。特に、これまで注目されてこなかった二価鉄の重要性が示唆されている。

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この記事では、光合成の明反応に関わる必須元素を解説しています。明反応は、水から電子を取り出しNADPHを生成する過程で、マンガンクラスターが水の分解にマンガンを必要とすることを説明しています。さらに、光化学系ⅠとⅡではクロロフィルが光エネルギーを吸収するためにマグネシウムが必須であることを述べています。加えて、高エネルギー反応に伴う活性酸素対策としてカロテノイドが存在し、βカロテンは炭素と水素のみで構成されていると補足しています。これらの元素の供給が光合成、ひいては植物の生育に不可欠であることを示唆しています。

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露地野菜の連作障害を防ぐため、輪作に水田稲作を取り入れる意義を解説。連作により特定養分の枯渇、病害虫の増殖、土壌物理性の悪化が生じる。水田化は、湛水による還元状態で土壌病害虫を抑制し、有機物の分解促進と養分バランスを整える。水稲の根は土壌物理性を改善し、後作の野菜生育を促進。さらに、水田転換畑の交付金制度を活用すれば、経済的メリットも得られる。水田稲作は連作障害回避の有効な手段であり、持続可能な農業経営に貢献する。

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ネギの連作障害について、施肥設計の見直しによる発根量の向上で土壌環境の改善を目指したが、極端な連作では効果が見られなかった。病原菌の増加以外に、収穫時の養分持ち出しに着目。NPKなどの主要要素以外に、マンガン(Mn)や銅(Cu)などの微量要素の不足が連作障害に関与している可能性を考察し、次編へ続く。

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ハウスミカン栽培では、石灰を好む、弱酸性土壌を好む、水はけの良い場所を好む、といった相反する条件が挙げられる。銅欠乏の視点から見ると、石灰施用によるpH上昇は銅の吸収阻害につながる。硝酸石灰や硫酸石灰はpH上昇は抑えるが、それぞれ土壌EC上昇や栄養塩増加による弊害がある。水はけの良さは、粘土鉱物の蓄積を防ぎ、銅吸収阻害を抑制する上で重要となる。しかし、栽培を続けると粘土鉱物の蓄積は避けられない。これらの複雑な要素がミカン栽培を難しくしている。近年では「ミカンが石灰を好む」は誤りで、土壌pHの微妙な変動と銅、亜鉛などの微量要素の吸収が重要との見解が出ている。

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ミカンの木の落ち葉が白っぽく漂白し、土に還りにくい現象は銅欠乏と関連している可能性が高い。健康な落ち葉はリグニンにより褐色だが、漂白した葉はリグニンが少ない。リグニン合成には銅などの微量要素が必須だが、土壌への過剰な石灰施用は銅の不溶化を招き、ミカンが銅を吸収できなくなる。ミカン栽培では石灰を好むとされ過剰施用の傾向があるが、土壌のpH調整には適切な方法が必要で、過剰な石灰は銅欠乏を引き起こし、リグニン合成阻害、落ち葉の漂白、分解遅延につながる。細根の育成環境改善や銅吸収しやすい環境整備、銅の補給によって対処できる。

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植物は銅を利用して難分解性有機物リグニンを合成し、自らを害虫や病原菌から守る。キノコは銅を利用してリグニンを分解する。廃菌床はキノコ栽培後の培地で、キノコが生え終わった後もリグニン分解のポテンシャルが残っている。これを土壌に混ぜ込むことで、土壌はフカフカになり、植物の側根や毛細根の生育が促進される。さらに、廃菌床に残存する銅を作物が吸収することで、植物はより強くなり、病害虫への抵抗力が高まる。この一連の流れは、銅を介した植物とキノコのリグニンをめぐる攻防の延長線上にあると言える。ボルドー液のような銅製剤は、このメカニズムを応用した農薬である。

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酵素の働きを量子力学的に理解すると、そのメカニズムがより明確になる。生物は高カロリー物質を低カロリー物質に変換する際、酵素を用いて必要なエネルギーを減少させ、その差分を生命活動に利用する。酵素反応は、電子の授受という観点から説明できる。金属酵素では、マンガンなどの金属が基質を引きつけ、反応を促進する役割を担う。つまり、酵素は電子の移動を制御することで、効率的なエネルギー変換を実現している。

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地衣類は、光合成を行うシアノバクテリアまたは緑藻と共生している菌類です。地衣類は、菌が光合成生物に必要な栄養を提供し、光合成生物が合成した産物を菌に返します。この共生関係により、地衣類は木の幹などの栄養分に乏しい環境でも生存できます。 地衣類の光合成にはマンガンが必要ですが、地衣類は宿主からマンガンを吸収していると考えられます。これは、死んだ幹に残った微量元素を活用している可能性を示唆しています。つまり、地衣類は木の残りを再利用することで、山の生態系における栄養循環に貢献している可能性があります。

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マンゼブは亜鉛を含む農薬で、I-W系列に基づくと、亜鉛は強力な結合力を持ちます。この亜鉛がマンガンや鉄を利用する酵素タンパク質に結合すると、酵素の作用が阻害されます。 I-W系列では、結合力が強い金属ほどリグニンなど強固な物質の合成に関与しますが、結合力が強すぎると生命活動に悪影響を及ぼします。銅は生理作用を維持できる範囲で結合力が強く、リグニン合成に必須ですが、アルミニウムは強すぎて毒性があります。 亜鉛は銅に次ぐ結合力を持ち、生命活動に不可欠な微量要素でもあります。マンゼブが亜鉛を含んでいるため、病原菌の酵素を阻害する効果がありますが、植物は微量要素として亜鉛を利用するため、予防薬として用いることができます。

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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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「星屑から生まれた世界」で紹介されているアーヴィング-ウィリアムズ（I-W）系列は、微量要素の化学的性質と生物学的役割の関係性を示す。化学データでは銅イオンの陰イオンへの結合力が最も強く、他イオンと結合し不活性化させる危険性がある。一方、生物学データでは細胞内銅イオン濃度は最低で、生物が銅の毒性を回避している様子がわかる。I-W系列は、マンガンから亜鉛にかけての微量要素の必要量と過剰害の傾向を理解するのに役立ち、植物における微量要素の役割の理解を深める視点を提供する。

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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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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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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。

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大阪市立科学館で展示されている大きなかんらん石は、マグネシウムを含む苦土かんらん石(MgSiO₄)である。かんらん石は、マグネシウムを含む苦土かんらん石と鉄を含む鉄かんらん石に大別される。苦土かんらん石を主成分とする岩石の蛇紋岩が水的作用で変性すると、熱水で溶出して再結晶化し苦土石となる。苦土は栽培にとって重要な鉱物である。著者は、超苦鉄質の地質エリアでかんらん石の小石を探したいと考えている。

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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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植物は免疫機構として活性酸素を利用し、侵入した菌を死滅させる。活性酸素(スーパーオキシドアニオン)は、電子伝達系（呼吸）におけるエネルギー生産過程の副産物として常に生成されている。これは、菌侵入への迅速な対応を可能にする。しかし、過剰な活性酸素は自身を傷つけるため、マンガン等の電子を用いて除去する必要がある。つまり、免疫と活性酸素制御の両方に電子が不可欠で、光合成で得た電子を糖に蓄え利用している。この電子の流れとバランスが植物の健康を維持する鍵となる。

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鉄イオンは電子を放出しやすく受け取りやすい性質から、生物の様々な反応に関与する。例えば、植物は鉄イオンを利用して硝酸イオンを還元し、窒素を同化する。また、生物は活性酸素を用いて菌を殺菌するが、活性酸素は自身の細胞も傷つけるため、スーパーオキシドディスムターゼ（SOD）とペルオキシダーゼを用いて活性酸素を鎮める。これらの酵素は鉄（もしくはマンガン）から電子を受け取り、活性酸素を無害化する。つまり、鉄は活性酸素の生成と消去の両方に重要な役割を果たしている。このように、鉄とうまく付き合うことで、生物は様々な代謝をスムーズに行うことができる。

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キノコはリグニンを分解する際にリグニンペルオキシダーゼ等の酵素を用いる。この酵素反応は酸化還元反応であり、リグニンペルオキシダーゼは過酸化水素から電子を受け取り、リグニンを還元する。つまり、消毒液の成分である過酸化水素がキノコの酵素活性を促す。しかし、過酸化水素は自然界で常時発生する物質なのかという疑問が生じる。