植物のミカタ

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作物の根から吸収できる有機態窒素について、タンパク質から硝酸への分解過程と、ペプチドが有機態窒素の大部分を占める可能性に言及。イネ科植物の鉄吸収に関わるムギネ酸が窒素を含む有機酸であることに着目し、ムギネ酸鉄錯体としての直接吸収機構を調べることで、窒素肥料の肥効に関する理解が進むのではないかと考察している。

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ヒスチジンのイミダゾリル基の反応性に着目し、他のアミノ酸のポリフェノールとの反応性を考察している。アミノ基を持つアミノ酸は、窒素原子に非共有電子対があるため、プロリンを除きポリフェノールと反応する可能性がある。特に、リシン（アミノ基）、アルギニン（グアニジノ基）、グルタミン（アミド基）などは反応しやすい候補として挙げられる。しかし、現時点では各アミノ酸の反応性の大小関係は不明。

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使用済みの麦茶パックを天日干しして中身を取り出そうとしたら、乾燥しにくくパックに張り付いていました。接写レンズで見てみると、シャボン玉のような泡が！これは麦茶の成分サポニンによるものかもしれません。 サポニンが泡立ちの原因で、他の飲料水の粕よりも乾燥しにくいと考えられます。また、サポニンは土中の有機化合物に影響を与える可能性があり、コーヒー粕とは異なる効果をもたらすかもしれません。

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この記事では、米の粒を大きくするために重要な「地力窒素」について解説しています。地力窒素とは、土壌中の微生物によって分解され、植物が利用できるようになる窒素のことです。 記事では、窒素肥料の種類や、土壌中の有機物が分解されて地力窒素になる過程などを説明しています。そして、土壌粒子に付着した有機物が地力窒素の重要な要素であることを示唆し、その増強方法について、次回以降に解説することを予告しています。

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ホルモース反応は、生命誕生の鍵を握るとされる、ホルムアルデヒドから糖を生成する反応です。ホルムアルデヒド水溶液に水酸化カルシウム（消石灰）を加えると、グリセルアルデヒドやジヒドロキシアセトンといった炭素数3の糖が生成されます。これらの糖や中間生成物はアルドール反応により縮合し、炭素数5や6の糖へと変化します。ホルムアルデヒドは生物の代謝で自然発生し、水酸化カルシウムは土壌に普遍的に存在するため、ホルモース反応は生命の起源において重要な役割を果たしたと考えられています。ジヒドロキシアセトンはメイラード反応にも関与し、土壌における反応との関連が示唆されます。

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酸性土壌では、アルミニウムイオンが溶け出し、植物に有害となる。しかし、ある種の植物は、このアルミニウムを体内に取り込み無毒化したり、土壌中の有機酸とアルミニウムが結合することで無毒化する戦略を持つ。具体的には、クエン酸やリンゴ酸などの有機酸を根から分泌し、アルミニウムとキレート錯体を形成するか、アルミニウムイオンと腐植が結合し、植物への吸収を抑制する。これらのメカニズムにより、植物はアルミニウム毒性から身を守り、酸性土壌でも生育することが可能となる。

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粘土鉱物を肥料として活用する目的は腐植蓄積だが、粘土鉱物と腐植の繋がりは疑問が残る。2:1型粘土鉱物は正電荷が少ないため、有機物とのイオン結合による蓄積モデルでは説明が不十分。しかし、現実には2:1型粘土鉱物投入で土壌改良効果が見られる。これはAl由来の正電荷以外の結合機構を示唆する。ヒントとして、カオリン鉱物と酢酸カリウムの水素結合、スメクタイトとアルキルアンモニウムの正電荷による結合が挙げられる。腐植蓄積にはこれら以外のメカニズムが関与していると考えられ、特定の肥料と現象がその鍵を握る可能性がある。

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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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イネ科緑肥の根から分泌されるムギネ酸類は、アレロパシー物質として雑草抑制効果を持つとされてきた。しかし、ムギネ酸類は鉄キレート化合物であり、鉄欠乏土壌で鉄を吸収するための物質である。鉄欠乏土壌では、ムギネ酸類の分泌により雑草も鉄欠乏に陥り、生育が抑制される。つまり、ムギネ酸類自体は直接的なアレロパシー物質ではなく、鉄欠乏を介した間接的な効果である可能性が高い。実際、鉄欠乏でない土壌ではムギネ酸類による雑草抑制効果は確認されていない。したがって、イネ科緑肥のアレロパシー効果は、土壌の鉄の状態を考慮する必要がある。

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ニセアカシアはアレロパシー物質としてカテキンを分泌する。土壌中の有機物や粘土鉱物に吸着され活性を失うが、これはコウジカビがフミン酸を合成し土壌中のアルミニウムと結合する話と関連するのではないか、という考察。ニセアカシアのカテキンは土壌改良に繋がる可能性があり、コウジカビにとっても養分獲得に有利になるかもしれない。加えて、ニセアカシアはシアナミドも分泌する。

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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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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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植物ホルモン、オーキシン(IAA)はトリプトファンから合成され、その量の調節にはアミノ酸が関わる。IAAはアスパラギン酸、グルタミン酸、アラニン、ロイシンなどのアミノ酸と結合し、不活性化される。この「結合型IAA」はオーキシンの貯蔵形態と考えられ、必要に応じて加水分解され再び活性型IAAとなる。アセチル化もオーキシンの活性に影響する。つまり、アミノ酸はオーキシンと結合することでその作用を抑制し、植物におけるオーキシン活性を調節する役割を担っている。

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葉面散布は、肥料成分を葉から吸収させる方法。尿素は、葉面散布でよく使われる速効性窒素肥料。化粧水にも使われ、皮膚表面を変成させて成分浸透を助けるように、植物の葉にも同様の効果があると考えられる。尿素は浸透・拡散性が高く、窒素供給だけでなく他の成分の吸収も高める。葉面散布は、微量要素の追肥から始まり、主要要素にも利用が広がっている。

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植物は土壌微生物と共生関係にあり、光合成産物と有用有機化合物を交換する。枯草菌の中には植物ホルモンのオーキシンを合成するものがあり、植物の根張りを促進する。オーキシンは植物の頂点で合成され根に届くまでに消費されるため、土壌中の枯草菌由来のオーキシンは根の成長に重要。枯草菌を増やすには、彼らが得意とする環境、つまり刈草のような環境を作る必要がある。納豆菌の例のように、特定の資材が豊富にあれば微生物は爆発的に増殖しコロニーを形成する。したがって、牛糞主体の土壌改良は、枯草菌の増殖には適さず、植物の生育促進には刈草成分が豊富な土壌が有効と考えられる。

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ヤンマー南丹支店にて、有機と無機の肥料の話をしました。有機肥料は分解、無機肥料はイオン化で肥効を発揮します。慣行栽培こそ有機を、有機栽培こそ無機を知るべきです。両者を組み合わせれば少ない肥料で長く効かせることができます。慣行栽培と有機栽培では土壌劣化への意識に差があるものの、抱える問題は同じです。有機栽培は自然に寄り添う反面、問題発生時の対応に時間がかかる傾向があります。最終回となる次回は土壌劣化について話します。

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硫安は水溶性のため即効性があるが、尿素は有機化合物のため土壌中のウレアーゼによる分解が必要で、肥効発現まで時間を要する。硫安は水に溶けると即イオン化するのに対し、尿素は酵素反応を経てアンモニアを生成し、アンモニウムイオンとなる。土壌の状態により分解速度は変わるが、尿素の肥効は硫安より遅い。ただし、尿素のモル質量は硫安の約半分なので、施肥量は半分で済む。

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腐植のマイナスの電荷は、有機酸のカルボキシル基から生じます。このマイナス電荷が保肥力を生み、肥料成分の保持につながります。保肥力は鉱物と腐植の両方によって決定されます。栽培時にこれらを適切に混ぜ込むことで、肥料コストを削減できます。さらに、鉱物が劣化しないように、く溶性成分も追加することが重要です。適した資材を選択することで、保肥力を高め、肥料コストを最適化できます。