植物のミカタ

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果実の熟成は、植物ホルモンであるエチレンによって促進されます。果実の呼吸量増加に伴いエチレン合成も増え、熟成が加速します。エチレンは、クロロフィル分解酵素やカロテノイド合成酵素などを活性化し、果実の緑色の脱色、他の色への変化、果肉軟化を引き起こします。これらの過程で糖やタンパク質が分解され、香りが生成されます。果実の色素であるフラボノイドはアミノ酸から合成されるため、熟成過程でのアミノ酸蓄積が重要となります。

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果実の熟成には、樹になっている間に熟す「成熟」と、収穫後に熟す「追熟」がある。また、熟成に伴い呼吸量が増加する「クリマクテリック型」と、そうでない「ノンクリマクテリック型」に分類される。リンゴなどクリマクテリック型は追熟する。一方、カンキツはノンクリマクテリック型だが、収穫後も酸味が変化するなど追熟の現象が見られる。これは呼吸量の増加以外のメカニズムが関係していると考えられる。

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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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猛暑日が増加する中、米ぬかの有効な施肥技術の確立が重要となる。米ぬかにはビタミンB3が豊富で、植物の乾燥耐性を高める効果が期待できる。しかし、米ぬか施肥は窒素飢餓を起こしやすいため、基肥の施肥時期を調整したり、追肥では肥効をぼかす必要がある。現状では、米ぬか嫌気ボカシの工業的製造や需要拡大には至っておらず、廃菌床に残留する米ぬかを利用するのが現実的な代替案となる。

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この記事では、青酸（シアン化水素）の毒性について解説しています。シアン化合物は反応性が高く、呼吸に必要なヘム鉄と結合し、エネルギー産生を阻害することで毒性を発揮します。 具体的には、シアン化合物はヘム鉄内の鉄イオンに結合し、酸素との結合を阻害します。結果として、細胞は酸素を利用したエネルギー産生ができなくなり、窒息と似た状態に陥ります。 ただし、少量のシアン化水素は体内で分解され、蟻酸とアンモニアになるため、直ちに危険というわけではありません。未熟なウメなど、シアン化合物を含む食品は、適切に処理することで安全に摂取できます。

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水田は、水温上昇や酸素不足により魚にとって過酷な環境です。ドジョウは、粘液による皮膚呼吸や腸呼吸でこの環境に適応しています。しかし、オタマジャクシも中干し無しの高温・低酸素状態の田で見られます。彼らは魚ほど酸素を必要としないのか、あるいは既に肺呼吸に移行しているのか、疑問が残ります。水田の生物の適応能力は、まだまだ未知の部分が多いようです。

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昔は田んぼでよく見られたドジョウですが、最近は見かけることが少なくなりました。ドジョウは水がなくなると土に潜って過ごしますが、最近の稲作で行われている中干しのような土が固くなる環境では、皮膚呼吸が難しく、生きていくのは難しいように思えます。ドジョウにとって適切な田んぼの条件とは、どのようなものなのでしょうか？水田におけるドジョウの生態について、さらに詳しく知りたいと考えています。

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脳内セロトニンの合成トリガーは、リズム運動と太陽光です。脳内セロトニンは全体の2%程で、腸内セロトニンが脳に移行することはありません。リズム運動（呼吸や咀嚼を含む）と日光浴がセロトニン合成を促します。これは、メラトニン合成が夜間の暗闇で促進され、体内時計のリセットが起床後の日光によって行われるのと関連付けられます。つまり、セロトニン合成のトリガーが日光である可能性は高いと考えられます。

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田んぼの土壌の物理性が改善すると、腐植やヤシャブシ由来のポリフェノールが増加し、硫酸よりも還元されやすい状態になるため、硫化水素の発生が抑制されると考えられます。 ポリフェノールは、重合するとタンニンや腐植物質を形成し、土壌中で分解される際にカテキンなどの還元力の高い物質を生成する可能性があります。 また、土壌の物理性改善は、稲の根の成長を促進し、鉄の酸化や硫酸の吸収を促す効果も期待できます。これらの要因が複合的に作用することで、土壌中の酸化還元電位が変化し、硫化水素の発生が抑制されると考えられています。

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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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稲作における土作りの必要性を問う記事。慣行農法では土壌劣化による病害虫増加で農薬使用を招き、環境負荷を高めている。一方、土壌微生物の働きを重視した土作りは、窒素固定菌による窒素供給や病害抑制効果で農薬を減らし、持続可能な稲作を実現する。鉄還元菌による窒素固定では、還元剤として鉄を利用し、不足するとメタン生成につながるため、土壌管理が重要となる。冬季湛水や中干しはメタン発生を増やすため、土作りで稲わらを堆肥化し施用することでメタン発生を抑制できる。土壌微生物の理解と適切な管理こそ、環境負荷低減と安定生産の鍵となる。

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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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高槻の原生協コミュニティルームで行われたレンゲ米栽培の報告会では、レンゲの土壌改良効果に焦点が当てられました。レンゲは窒素固定により土壌への窒素供給を助け、化学肥料の使用量削減に貢献します。また、土壌の物理性改善にも効果があり、透水性や保水性を向上させます。これは、今回の記事で問題視されている荒起こしによる土壌の弾力低下やガス交換能の低下といった問題への解決策となり得ます。さらに、レンゲは雑草抑制効果も持ち、無草化による土壌有機物減少を食い止める可能性も示唆されました。つまり、レンゲの活用は、化学肥料や家畜糞に頼らない持続可能な稲作への転換を促す鍵となる可能性を秘めていると言えるでしょう。

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高槻の原生協コミュニティルームでレンゲ米栽培の観測報告会が行われました。レンゲ米栽培は、田植え前にレンゲを育てて緑肥として利用する農法です。報告では、レンゲの鋤き込みによる土壌への窒素供給、雑草抑制効果、生物多様性への影響など、様々な観点からの調査結果が発表されました。特に、レンゲが土壌に供給する窒素量とイネの生育の関係、鋤き込み時期の調整による雑草抑制効果の最適化などが議論の中心となりました。また、レンゲ畑に集まる昆虫の種類や数、水田の生物多様性への影響についても報告があり、レンゲ米栽培が環境保全に貢献する可能性が示唆されました。一方で、レンゲの生育状況のばらつきや、過剰な窒素供給による水質汚染への懸念点も指摘され、今後の課題として改善策の検討が必要とされました。

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光合成の質を高めるには、川が運ぶケイ酸とフルボ酸の活用が重要。ケイ酸は稲の光合成促進や病害抵抗性向上に寄与し、葉の強度を高めて倒伏を防ぐ。フルボ酸はミネラルと結合し、植物への吸収を促進するキレート剤として働き、光合成に必要な微量要素の供給を助ける。さらに、フルボ酸は土壌中の微生物活性を高め、根の成長を促進、結果的に光合成効率の向上に繋がる。これらの要素を活用することで、肥料効率を高め、環境負荷を低減しながら、質の高い農作物生産が可能になる。川は天然の栄養供給源として、農業における持続可能性に貢献する貴重な資源と言える。

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陰樹の耐陰性は、暗い林床でも生存できる能力を指す。陰樹の葉は陽樹に比べ薄く、構成する層も少ないため、維持コストが低い。これは光合成量が限られる環境では有利となる。また、呼吸量が少ないことも、ネズミによる食害リスクを減らす点で生存に寄与する。陰樹の中でも、ツブラジイはスダジイより耐陰性が高い。葉の厚さや呼吸量の差に加え、クチクラ層による遮光なども耐陰性に関係する。これらの要素が、成長は遅いが長期間生存できる陰樹の特性を支えている。

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林縁部は、光環境が変化に富む場所である。内側の林床は一見暗いものの、実際に近づいて空を見上げると、木々の隙間から相当量の光が差し込んでいる。これは、林縁の木々が林冠を形成するほど密に枝葉を展開しないためである。この明るい林床は、後発の木々の成長を可能にする。 一方、同じ木でも、日向と日陰の葉では形状が異なる。陰葉は陽葉より薄く、光合成能力を抑えつつ呼吸量も減らし、少ない光を効率的に利用する。落葉樹と常緑樹の違いもこの光環境への適応戦略の違いとして理解できる。また、アザミのような植物は、より多くの光を求めて花を林の外側に向ける。このように、林縁は多様な植物の生存戦略が観察できる興味深い場所である。

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イネの根腐れは、長雨による酸素不足ではなく、硫化水素の発生が原因である可能性が高い。硫化水素は、水田の嫌気環境下で、硫酸塩系肥料（硫安、キーゼライト、石膏、家畜糞堆肥など）が土壌微生物によって分解される際に発生する。生物は硫黄を再利用する進化を遂げているため、土壌に硫黄化合物が過剰に存在するのは不自然であり、肥料由来と考えられる。硫化水素は鉄と反応しやすく、イネの光合成や酸素運搬に必要な鉄の吸収を阻害する。水田は水漏れしにくいため、過去の肥料成分が蓄積しやすく、硫黄を抜く有効な手段がないため、田植え前の土壌管理が重要となる。ただし、長雨による日照不足や水位上昇も根への酸素供給を阻害する要因となりうる。

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土壌からの強力な温室効果ガス、一酸化二窒素（N₂O）の排出は、地球温暖化に大きく寄与している。N₂Oは窒素肥料の施用によって増加し、特に硝化作用と脱窒作用が主要な発生源となる。硝化作用は好気的環境でアンモニアが硝酸に酸化される過程、脱窒作用は嫌気的環境で硝酸が窒素ガスやN₂Oに還元される過程である。土壌の水分状態、酸素濃度、有機物含量、温度などがこれらの反応速度に影響を与えるため、N₂O排出量は変動する。過剰な窒素肥料施用はN₂O排出を増加させるため、土壌診断に基づいた適切な施肥管理が重要となる。また、硝化抑制剤や緑肥の活用など、N₂O排出削減のための技術開発も進められている。

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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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地球温暖化による台風被害増加への懸念から、温室効果ガス削減の必要性を訴える。二酸化炭素の300倍の温室効果を持つ一酸化二窒素に着目し、その排出源を考察。一酸化二窒素は土壌中の微生物の脱窒作用で発生し、窒素系肥料の使用増加が排出量増加につながると指摘。特に高ECの家畜糞堆肥の使用は土壌の硝酸呼吸を活発化させ、一酸化二窒素排出を促進する可能性が高いと推測。慣習的な家畜糞堆肥による土作りは、土壌の物理性・化学性を悪化させ、地球温暖化、ひいては台風被害の増加に寄与する恐れがあり、環境問題の観点から問題視している。

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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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珪藻や褐藻は、紅藻や緑藻とは異なり、ストラメノパイルというグループに属する。ストラメノパイルは、真核生物が紅藻または緑藻を細胞内に取り込む二次共生によって誕生した。つまり、褐藻の細胞内には、さらに紅藻/緑藻由来の細胞内共生体が存在する。 これは系統樹上では、ストラメノパイルと紅藻/緑藻/陸上植物が大きく離れていることを意味する。大型褐藻であるワカメと陸上植物は、見た目とは裏腹に進化的に遠い関係にある。この複雑な進化の過程は、褐藻類が秘めた大きな可能性を示唆している。

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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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湿地の植物は、根への酸素供給のために特殊なメカニズムを持つ。イネなどの湿性植物は、ROLバリアと呼ばれるスベリン層で根を覆い、酸素漏出(ROL)を防ぎながら根の先端まで酸素を送る。一方、非湿性植物はROLバリアを持たず、酸素が根の上部で漏れてしまうため、水没に弱い。ROLバリアは、還元状態で毒性を示す土壌中の金属イオンからも根を守り、酸素を供給することで無毒化にも貢献する。酸素漏出は水没時だけでなく日常的に起こる可能性があり、この現象が別の疑問の解決につながるかもしれない。

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名古屋大学の研究チームは、植物ホルモン・オーキシンが植物の発根を促進する詳細なメカニズムを解明しました。オーキシンは、植物の細胞壁を緩める酵素を活性化させることで発根を促進します。 具体的には、オーキシンが細胞内の受容体と結合すると、特定の転写因子が活性化されます。この転写因子は、細胞壁を分解する酵素群の遺伝子の発現を促し、細胞壁を緩めます。これにより細胞の伸長が起こりやすくなり、発根が促進されることが分かりました。この発見は、発根を制御する農薬の開発に貢献する可能性があります。

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ペンチオピラドは、ミトコンドリアの電子伝達系を阻害する殺菌剤。コハク酸脱水素酵素（SDH）に作用し、コハク酸からユビキノンへの電子伝達を阻害することで、菌の呼吸を阻害する。この結果、NADHの生成が阻害され、ATP合成が阻害され、菌の生育が抑制される。黒腐れ菌核病対策として土壌pH調整と併用された事例も紹介されている。

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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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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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こんもりドーム状に繁茂したカタバミの内部は、徒長した葉柄で構成され、葉が外側を覆っている。内部は保温・保湿され、夏場に蓄積された根圏の有機物が、カタバミの呼吸熱と水分、そしてもしかすると根から放出されるシュウ酸によって分解されている可能性がある。このカタバミドームは微生物にとってのパラダイスであり、数ヶ月後には他の植物にとっても良好な生育環境となる。ドーム内部をかき分けた行為は、この微生物たちの環境を破壊してしまったかもしれない。

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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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落葉針葉樹の落葉は、冬の寒さと日照不足による光合成効率の低下に対応するためのものと考えられる。広葉樹同様、呼吸による消費を抑え、蒸散を防ぐ役割がある。しかし、筆者は広葉樹の紅葉のように、落葉後も何らかの役割があるのではと推測する。しかし、地面に落ちた針葉は広葉樹の落ち葉に埋もれて目立たず、光合成の合理化以上の役割は見当たらない、と考察している。

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植物をよく知るには、真上から観察することが重要である。真上から見ると、多くの葉が重なり合わずに配置されていることがわかる。植物は葉で光合成を行うため、上の葉が下の葉を覆ってしまうと光合成効率が低下する。葉は呼吸によってエネルギーを消費するため、無駄な重なりを避ける配置になっている。このように、真上から見ることで植物の生存戦略の一端が理解できる。様々な角度から観察することで、新たな発見があることを示唆している。ただし、葉序や黄金角といった詳細な説明は省略されている。

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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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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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老朽化水田では、硫酸石灰の還元により硫化水素が発生し、悪臭と土壌への悪影響を引き起こす。微生物は二価鉄(Fe²⁺)と硫化水素を反応させ硫化鉄(FeS)として無毒化するが、この過程で土壌中の鉄が不足する。鉄不足は作物への悪影響だけでなく、土壌の弾力性を失わせ、作業性と収量を低下させる。結果として、耕作放棄に至る可能性がある。解決策は提示されていないが、土壌改良が必要であることが示唆されている。