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レンゲ栽培の履歴の違いで米粒の大きさが異なるという相談に対し、有機物の量とレンゲ由来の地力窒素に差がある可能性が指摘されました。米粒の大きさは養分転流に影響され、養分転流を促進するにはサイトカイニンホルモンが必要です。サイトカイニンの合成は発根量と関係しており、初期生育時の発根を促進することで合成を促せます。レンゲ栽培期間の短い場合に即効性の窒素追肥を行うのは、サイトカイニン合成を抑制する可能性があり、逆効果になると思われます。
大阪府高槻市原地区で肥料教室を開いています
検索キーワード：「師管」
米の粒を大きくしたいという相談があったの続き
トマトの品質向上のための摘葉
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トマトの秀品率向上のため、ある程度の段数で若い葉を摘葉する技術がある。摘葉により蒸散が抑えられ、下葉への日当たりが改善される。さらに、養分の分配先が変わり、果実への転流量が増加することで品質向上に繋がる。具体的には、摘葉前には葉と果実に分配されていた養分が、摘葉後には果実への分配比率が高まる。ただし、将来的な影響も懸念されるため、更なる指標を用いた考察が必要となる。
トマトの果実のヒビ割れ問題に触れてみる
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師管は光合成産物などの有機物を植物体全体に輸送する組織である。圧流説は、師管内の物質輸送メカニズムを説明する有力な仮説である。
ソース細胞（葉肉細胞など）で光合成産物が合成されると、スクロースが能動輸送により師管の伴細胞に取り込まれる。これにより師管の浸透圧が上昇し、水が周囲から師管内に流入する。その結果、師管内は高い圧力状態となる。
一方、シンク細胞（根や果実など）では、スクロースが師管から取り出され利用される。これによりシンク細胞側の師管の浸透圧は低下し、水が師管外へ流出する。結果として、ソース細胞側からシンク細胞側へと圧力勾配が生じ、溶液が師管内を流れる。これが圧流説のメカニズムである。
トマト栽培の栄養成長と生殖成長を意識する
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トマト栽培は、果実収穫、水分量による品質変化、木本植物を草本として扱う点、木の暴れやすさから難しい。ナスは「木の暴れ」が少ないため、物理性改善で秀品率が向上しやすい。トマトは木本植物だが、一年で収穫するため栄養成長と生殖成長のバランスが重要となる。窒素過多は栄養成長を促進し、花落ち等の「木の暴れ」を引き起こす。これは根の発根抑制とサイトカイニン増加が原因と考えられる。サイトカイニンを意識することで、物理性改善と収量増加を両立できる可能性がある。トマトは本来多年生植物であるため、一年収穫の栽培方法は極めて特殊と言える。
猛暑日が多い中で中干しの意義を再検討する
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猛暑日が続く中、稲作における中干しの意義を再検討する必要がある。高温は光合成の低下や活性酸素の増加につながり、葉の寿命に悪影響を与える。中干しは発根促進効果がある一方、高温時に葉温上昇を招く可能性もある。レンゲ栽培田では中干しによるひび割れがないにも関わらず、高温に耐えているように見える。ケイ酸質肥料は高温時の光合成を改善し、特に中干し後の幼穂形成期に吸収量が増加する。ケイ酸吸収が少ないと気孔の開きが悪くなり、葉温上昇につながる。また、珪藻等の微細藻類の殻は、植物が吸収しやすいシリカの形になりやすい可能性がある。
維管束とオーキシンと発根
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植物ホルモンであるオーキシンは、アミノ酸のトリプトファンから合成され、維管束形成と発根に重要な役割を果たす。頂端で生成されたオーキシンは師管を通って地際へ移動し、内鞘細胞に作用して細胞分裂を促し、発根を誘導する。同時にオーキシンは維管束形成も促し、根の伸長をサポートする。根の先端の高い養分濃度により、サイトカイニン等の関与無しに養分転流が起こる。さらに、オーキシンの発根作用には亜鉛も必要で、細胞内で何らかの機能を果たしていると考えられる。ただし、亜鉛はオーキシン合成自体には関与しない。
維管束とオーキシン
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イネの秀品率向上に重要な不定根発生に関わる植物ホルモン、オーキシンの働きについての実験を紹介。オーキシンは頂端で合成され師管で基部へ移動する。維管束切断実験では、切断面頂端側でオーキシンが蓄積（オーキシンピーク）し、そこを避けるように維管束が再生される。これはオーキシンが維管束形成に関与することを示唆する。オーキシンは基部に向かいながら、未発達器官で維管束発達を促し、養分運搬効率を高めていると考えられる。
植物のオートファジー
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植物は、光合成産物をソースからシンクへ輸送する際にオートファジーが関与している。オートファジーとは、細胞内タンパク質の分解機構で、栄養不足時や病原菌排除時に機能し、分解産物は再利用される。植物ではマクロオートファジーとミクロオートファジーが確認されている。葉緑体のオートファジーには、徐々に小さくしていくRCB経路と、そのまま飲み込むクロロファジーの2パターンが存在し、光合成の調整にも関与すると考えられる。このメカニズムの理解は、作物の秀品率向上に繋がる可能性がある。
師管の働きと圧流説
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植物の養分転流は、師管と導管の連携による圧流説で説明される。導管は浸透圧で根から葉へ水を吸い上げ、ソース器官(葉など)へも水が移動する。これによりソース側水圧が上がり、水圧の低いシンク器官(果実など)へ水が移動し、同時に養分も転流される。シンク器官ではサイトカイニンがインベルターゼを活性化し、ショ糖を単糖に分解、シンク強度を高めて養分転流を促進する。つまり、導管による水圧差を駆動力とした養分の流れが、サイトカイニンによるシンク強度の増強によって促進されている。
植物体内でのシンクとソース
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植物の養分転流において、葉などの光合成を行う器官をソース、果実などの貯蔵器官をシンクと呼ぶ。ソースからシンクへの養分転流は、シンクでサイトカイニンがショ糖を分解し糖濃度を高めることで促進される。しかし、転流開始時はソースの養分濃度の方が高く、シンクへの転流がどのように始まるのかは疑問が残る。浸透圧を利用した転流機構があると考えられているが、初期段階の濃度差をどのように克服しているのかは未解明で、植物の巧妙なメカニズムの解明が待たれる。
イネの養分転流を見る
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イネの生育過程で、古い葉は養分を新しい葉に送り枯れる。この養分転流には、古い葉でのオートファジーと新しい葉でのサイトカイニン蓄積が重要だ。オートファジーはタンパク質などを運搬しやすいアミノ酸や糖に変換する。サイトカイニンは養分を引き寄せる作用があり、新しい葉に蓄積することで、古い葉からアミノ酸や糖が移動する。成長盛んな葉のサイトカイニン濃度が高く、古い葉で低い状態が、効率的な養分転流を促す。
イネは長い育種の歴史においてサイトカイニン含量が増えた
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イネは品種改良を通してサイトカイニン含量が増加し、収量向上に繋がった。サイトカイニンは分げつ伸長や養分転流に関与する重要な植物ホルモンだが、根の伸長は抑制する。高校生物で学ぶ「サイトカイニンは根で合成」は少し不正確で、実際は地上部で合成されたiP型サイトカイニンが根に運ばれ、tZ型に変換されて地上部へ送られ作用する。根の栄養塩が豊富だとtZ型への変換が促進され、サイトカイニン活性が高まる。
ホルモンのように作用するペプチド、システミン
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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。