植物のミカタ

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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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土壌中のリン酸には、植物が利用しにくい有機態リン酸が存在します。特に、穀物や家畜糞に由来するフィチン酸は土壌に蓄積しやすく、問題を引き起こします。フィチン酸はキレート結合により土壌と強く結合し、植物が利用できません。さらに、亜鉛などの微量要素とも結合し、植物の生育を阻害します。また、既存の土壌分析ではフィチン酸は測定されないため、過剰蓄積に気づきにくいという問題もあります。米ぬか施用などでフィチン酸が蓄積する可能性があり、注意が必要です。

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## レンゲと中干しなし稲作がもたらした秀品率向上 今年は、土壌の物理性改善に加え、レンゲ栽培と中干しなし稲作を実践した結果、稲作の秀品率が劇的に向上しました。 従来は、雑草や害虫の発生に悩まされていましたが、今年はレンゲの抑制効果と、稲自身が分泌する「フェノール性アミド」という物質の増加により、除草剤や殺虫剤の使用を大幅に減らすことができました。 その結果、稲は健全に生育し、食害による品質低下も抑えられ、高品質な米の収穫に繋がりました。 今回の結果は、レンゲ栽培と中干しなし稲作が、環境負荷を低減しながら収益性の高い稲作を実現する可能性を示すものです。

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牧草と園芸 第69巻第４号（2021年）掲載の「種子休眠・発芽の生理とメカニズム」（川上直人）では、種子休眠について解説している。種子休眠とは、好適な環境条件下でも発芽しない状態を指し、植物が生き残るための重要な生存戦略である。休眠には、種皮による水・酸素の透過制限、発芽抑制物質の存在、胚の未熟などが関与する。休眠打破には、光、温度、時間経過といった環境要因が関与し、種ごとに異なる複雑なメカニズムが存在する。特に、光受容体であるフィトクロムによる赤色光・遠赤色光の感知は、種子の発芽タイミングを制御する上で重要な役割を担っている。

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レンゲ米の田んぼに、ナズナが大量に種を落とした。ナズナの種は夏期の稲作時に大半が死滅すると言われているが、今年は中干し無しの稲作だったため、例年より多くのナズナが発芽した。中干し無しの環境がナズナの種の生存に影響を与えた可能性があり、酸素不足や温度変化の抑制が休眠打破を妨げた可能性が考えられる。もし稲作の中後期にナズナの種が死滅するなら、イネにリン酸や微量要素を供給してくれるので有益である。

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硫酸塩系肥料を継続使用すると、土壌に硫酸イオンが蓄積し、ミネラルバランスが崩れて生育が悪くなる問題がある。これを解決するには、硫酸イオンを吸収するアブラナ科の緑肥が有効である。アブラナ科は硫酸イオンを多く吸収する性質があり、肥料分の少ない土壌でも生育できる。硫酸塩系肥料の残留で生育が悪化した土壌にアブラナ科緑肥を栽培することで、硫酸イオン吸収による土壌環境改善効果が期待できる。

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殺虫剤抵抗性を持つカメムシ類の増加により、稲作における殺虫剤の効果は低下している。天敵に頼る防除が重要だが、精神的な負担も大きい。そこで、ドローンを用いた黒糖液肥散布が有効な予防策として考えられる。植物はグルタミン酸で防御反応を活性化させるため、黒糖液肥に含まれるアミノ酸がイネの物理的損傷への耐性を高める可能性がある。さらに、アミノ酸は防御物質の合成や天敵誘引にも関与し、総合的な防御力向上に繋がる。病気や害虫発生時の農薬散布といった対処療法ではなく、事前の予防が重要性を増している。

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土壌病害、特に青枯病はトマト土耕栽培における深刻な問題であり、水耕栽培への移行の大きな要因となっている。青枯病菌は土壌消毒の有効範囲より深い層に潜伏するため、消毒は初期生育には効果があるように見えても、長期栽培のトマトでは後期に根が伸長し感染してしまう。結果として消毒コストと人件費の損失に加え、土壌劣化を招く。感染株の除去も、土壌中の菌を根絶しない限り効果がない。解決策として、果樹園で行われる土壌物理性の改善、特に根への酸素供給に着目した土作りが有効と考えられる。緑肥活用なども土壌改良に繋がる可能性がある。根本的な解決には、土壌環境の改善と病害への抵抗力を高める土作りが不可欠である。

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カメムシは、殺虫剤を無毒化する細菌と共生することで殺虫剤抵抗性を獲得している。カメムシの消化管には共生細菌を宿す器官があり、土壌中の細菌から共生相手を選んでいる。殺虫剤も土壌微生物によって分解されるため、殺虫剤の使用は抵抗性を持つ細菌の増殖を促進する。地域一斉の農薬散布は、この現象を加速させ、カメムシの抵抗性獲得を早め、益虫を死滅させる。結果として害虫は増加し、農薬使用の悪循環に陥る。農薬被害軽減のためには、農薬使用からの脱却が急務となっている。

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堆肥製造過程の最終工程におけるトレハロースの残留量に着目し、高温ストレス下では菌がトレハロースを合成してタンパク質を安定化させるため、乾燥よりも先に高温に達する堆肥内ではトレハロースが消費されずに残留すると推測している。また、別の研究報告から、菌は成長に伴いトレハロースを合成・消費し、細胞外にも分泌する可能性を示唆。最終的に、静置堆肥中のトレハロース残留量が重要であると結論づけている。

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土壌消毒を見直すべき時期が来ている。深く耕すと病原菌が浮上する懸念があるが、土壌消毒剤は深部に届かない可能性がある。糖蜜やエタノールを用いた土壌還元消毒は深部の病原菌を減少させる効果がある。これは米ぬかによる土壌還元消毒と同じ原理で、嫌気環境下で有機物が分解される際に土壌の酸化還元電位が変化し、過酸化水素や二価鉄が生成され、ヒドロキシラジカルによる強力な滅菌作用が生じるためと考えられる。土壌改良材、米ぬか/糖蜜、酸素供給材を組み合わせ、マルチで覆うことで、病原菌の生育環境を改善できる可能性がある。連作を避け、ソルガムなどの緑肥を栽培すれば更に効果的。米ぬかは菌根菌増殖や食害軽減にも繋がる。

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米ぬか土壌還元消毒は、ハウス栽培で1～2トン/反の米ぬかを散布、潅水し、土と撹拌後、ビニールで覆い20日ほど静置する手法。酸素遮断下で微生物が米ぬかを消費し二酸化炭素が充満、酸欠状態となる。発酵熱と太陽光で高温となり、太陽光消毒も同時に行う。嫌気環境下では乳酸菌の抗菌効果も期待できる。また、還元状態によるフェントン反応で土壌病害虫死滅の可能性も考えられる。

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香川照之氏の「人間よ、昆虫から学べ」を主題に、作物の病気予防は殺菌剤ではなく昆虫を意識した予防が鍵だと説く。畑で病気が蔓延すると殺菌剤で止めるのは難しいため、感染経路を潰す予防が不可欠と指摘。特に、病原菌の侵入経路であるアザミウマ等の昆虫による食害穴対策が重要だ。マルチムギで天敵を増やす等、昆虫の生態活用によるアザミウマ防除が有効であり、今後の農業では昆虫への理解と活用が病気予防に不可欠と結ぶ。

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広島の牡蠣養殖に関する話題から、戦前に人糞が養殖に使われていたという噂話に触れ、それが植物プランクトン増加のためだった可能性を、ニゴロブナの養殖における鶏糞利用と関連付けて考察している。鶏糞は窒素・リンに加え炭酸石灰も豊富で、海水の酸性化対策にも繋がる。しかし、富栄養化によるグリーンタイド（アオサの異常繁殖）が懸念される。グリーンタイドは景観悪化や悪臭、貝類の死滅などを引き起こす。人為的な介入は、光合成の活発化による弊害も大きく、難しい。海洋への鶏糞散布は、燃料コストに見合わない。最終的に、牡蠣養殖の観察を通してグリーンタイド発生の懸念を表明し、人為的な海洋介入の難しさについて結論付けている。

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酸素供給剤（過酸化水素水）と水溶性カルシウム剤の混用について、硫酸カルシウムとの反応を中心に解説している。過酸化水素は活性酸素で、触媒があると水と酸素に分解する。しかし、鉄イオンなど電子を受け渡ししやすい物質と反応すると、より強力な活性酸素が発生する。硫酸カルシウムは水溶液中でカルシウムイオンと硫酸イオンに解離する。硫酸と過酸化水素は反応して過硫酸という強力な酸化剤になる。これはピラニア溶液と呼ばれ、有機物を除去する作用がある。肥料として使う場合は濃度が薄いため、過度の心配は無用だが、塩化カルシウムとの反応については次回解説する。硫酸マグネシウムも同様の反応を示す。

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牛乳に含まれる乳糖は、体内で分解されるとグルコースとガラクトースになる。ヨーグルトは乳酸菌によって乳糖が分解されているかという疑問に対し、乳酸菌（ブルガリア菌）は乳糖をグルコースとガラクトースに分解し、グルコースを乳酸発酵に使い、ガラクトースは排出する。つまり、ヨーグルトでは乳糖は減るが、ガラクトースは残留する。 残留ガラクトースを消費する菌がヨーグルト内、もしくは腸内細菌叢にいるのかが次の焦点となる。

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リンゴペクチンオリゴ糖の整腸作用に関する研究では、ラットを用いてオリゴ糖の効果を検証しています。結果、ペクチンオリゴ糖は盲腸内菌叢においてビフィズス菌を増加させ、有害菌であるクロストリジウム属菌を減少させることが確認されました。 特に重合度が低いオリゴ糖ほど、ビフィズス菌増殖効果が高い傾向が見られました。さらに、ペクチンオリゴ糖は糞便中の有機酸濃度を上昇させ、pHを低下させることで腸内環境を改善する効果も示唆されました。これらの結果から、リンゴペクチンオリゴ糖はプレバイオティクスとして有用であり、整腸作用を通じて健康増進に寄与する可能性が示唆されています。

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石灰窒素の成分シアナミドは生物にアセトアルデヒドを蓄積させ、毒性を示す。酵母はこの毒性に対し、①NADPHを用いたオレイン酸増加、②グルタチオンによるアセトアルデヒド回収、という二つの防御策を持つ。①は糖からのエネルギー産生を抑制し、代わりにNADPH合成経路を活性化、オレイン酸を増やすことで耐性を得る。②はグルタチオンがアセトアルデヒドと結合し無毒化する。アセトアルデヒドはタンパク質とも結合し、重要な生理機能を阻害、死滅に至る可能性もある。

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ヘアリーベッチの土壌消毒効果のメカニズムを探るため、その根から分泌されるシアナミドの作用機序に着目。シアナミドは石灰窒素の有効成分で、人体ではアルデヒドデヒドロゲナーゼを阻害し、アセトアルデヒドの蓄積による悪酔いを引き起こす。アセトアルデヒドはDNAと結合し、タンパク質合成を阻害することで毒性を発揮する。この作用は菌類にも影響を及ぼし、土壌消毒効果につながると考えられる。

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米ぬかは、キノコ栽培やボカシ肥料において重要な役割を果たす。キノコは難分解性有機物であるリグニンを分解する際に過酸化水素を利用するが、この過酸化水素はクロコウジカビが米ぬか由来の糖を分解する過程で生成される。つまり、米ぬかを培地に加えることで、キノコの生育に必要な過酸化水素の供給源を確保できる。また、米ぬかボカシ肥料は、デンプン分解と同時に過酸化水素の生成も期待できるため、病害抑制効果を持つ可能性がある。これは過酸化カルシウムと二価鉄による土壌消毒と類似したメカニズムで、過酸化水素が活性酸素を発生させ、病原菌を死滅させる。このように、米ぬかは過酸化水素生成を通じて、キノコ栽培や土壌病害抑制に貢献する。

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コーヒー粕を活用した青枯病抑制法が研究で示された。コーヒー粕に含まれるコーヒー酸と二価鉄がポリフェノール鉄錯体を形成し、過酸化カルシウムと反応することで強力な活性酸素（・OH）を発生させる。この活性酸素が青枯病菌を殺菌する。過酸化水素ではなく過酸化カルシウムを用いることで効果が高まる点が注目される。コーヒー酸は多くの植物に含まれ、二価鉄も腐植酸鉄として入手可能。土壌への影響は懸念されるものの、青枯病対策として期待される。この方法は土壌消毒としての効果があり、青枯病菌以外の有益な菌への影響は限定的と考えられる。

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食用キノコ由来のストロビルリン系農薬アゾキシストロビンは、真核生物のミトコンドリア複合体Ⅲを阻害しATP合成を阻害することで殺菌効果を発揮する。しかし、代替酵素の存在により完全な死滅は難しく、植物の防御反応であるフラボノイドによる活性酸素除去阻害のサポートが必要となる。つまり、ストロビルリン系農薬は単体での殺菌効果は限定的で、植物の免疫力を高めるポリフェノール合成促進や、植物体内での活性酸素除去を担うグルタチオンとの併用により効果を発揮する。バクテリアやアーキアには効果がない点にも注意が必要である。

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記事はシダ植物の観察を通して、太古の地球環境、特に石炭紀の巨大シダ繁栄と大量の石炭形成について考察している。現代のシダの根元構造を観察し、リグニン質の塊から葉が伸び、枯れた葉が堆積することで塊が成長していく様子を記述。石炭紀にはリグニンを分解する生物が存在せず、巨大シダの遺骸が分解されずに堆積し、石炭になったと推測。当時の土壌は現代とは異なり、リグニンの分解がないため形成されていなかった可能性にも言及。さらに、P/T境界における大量絶滅と酸素濃度の関係、恐竜誕生への影響にも触れ、スギナの強靭さを太古の環境の名残と結びつけて考察している。

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京都府福知山市のP/T境界露頭は、古生代ペルム紀と中生代三畳紀の境を示し、地球史上最大の大量絶滅（海中無酸素化が主因）前後の地層が連続。ペルム紀の放散虫から三畳紀のコノドントへの化石変化、灰色から黒色頁岩への堆積物変化から、当時の海洋無酸素状態を読み解けます。海洋プレート由来の日本列島に海生生物の痕跡が残る理由も説明。過去の大量絶滅を現代のメタンハイドレートやCO2問題と重ね、環境保全の重要性を示唆します。

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バリダマイシンAは、糸状菌の細胞壁合成を阻害する抗生物質農薬で、うどんこ病に高い効果を示す。耐性菌出現リスクが低いとされ、有機JASで使用可能なため注目されている。しかし、うどんこ病菌の細胞壁合成に関わる酵素の遺伝子に変異が生じると抵抗性を獲得してしまう。そこで、バリダマイシンAと他の作用機構を持つ農薬を組み合わせることで、耐性菌出現リスクを低減し、持続的な防除効果を目指す研究が進められている。他の農薬との混合散布やローテーション散布は、うどんこ病の防除において重要な戦略となる。

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細菌はプラスミドを通じて抗生物質耐性遺伝子などの情報を共有し、集団全体の生存率を高める。プラスミドは染色体とは別に存在するDNAの環で、接合と呼ばれるプロセスで他の細菌に伝達される。これは遺伝子の水平伝播と呼ばれ、異なる種間でも起こりうるため、耐性遺伝子の急速な拡散につながる。一方、プラスミドの維持にはエネルギーが必要なため、抗生物質が存在しない環境では、耐性遺伝子を持つプラスミドは失われることもある。このため、過去に使用されなくなった抗生物質が再び効果を持つ可能性がある。

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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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細菌の中には、薬剤耐性などの情報を担うプラスミドという環状DNAを持つものがある。プラスミドは細胞分裂時に自己複製され、細菌同士でF因子というプラスミドをやり取りする現象も存在する。プラスミドを持つ細菌は、持たない細菌より分裂速度が遅く、薬剤がない環境では生存競争に不利となりプラスミドを捨てることもある。しかし一部の細菌がプラスミドを保持するため、薬剤への耐性は完全には失われない。アグロバクテリウムによる遺伝子組み換えも、このプラスミドの移動を利用している。

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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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赤玉卵の殻は硬さ以外の防御機構として、プロトポルフェリンIXという色素による保護色と殺菌作用を持つ。茶色の色素は地面での保護色となり、プロトポルフェリンIXは光に反応して活性酸素（一重項酸素）を発生させる。この活性酸素は強力な酸化作用で殻の表面の菌を殺菌し、卵内部への侵入を防ぐ。つまり、殻の色はカモフラージュだけでなく、卵を守るための積極的な防御機構としても機能している。

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土壌消毒で硝化細菌が死滅すると、アンモニウムイオンが硝酸イオンに変換されず土壌中に蓄積する。アンモニウムイオンはマグネシウムなどの陽イオンミネラルの吸収を阻害するため、施肥計画通りの効果が得られない可能性がある。硝酸イオンは陰イオンなので陽イオンミネラルの吸収阻害は起こさない。リン酸イオンなど他の陰イオンの吸収阻害も、リン酸過剰になりやすい土壌環境ではむしろ有益な可能性がある。つまり、適切な土壌微生物は作物の養分吸収バランスを整える役割を担っている。将来的には、無機肥料ではなく有機肥料（アミノ酸等）が主流になることで、このような問題が軽減される可能性がある。