植物のミカタ

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カカオ豆は渋み・苦みを持つため、発酵を経て食用となる。発酵過程では、バナナの葉で包まれたカカオ豆の表面が白/紫色から褐色に変化する。この色の変化は、フラボノイドの変化を示唆する。紫色はアントシアニン系色素、白色は紫外線吸収色素であるフラボノイドに由来すると考えられる。そして褐色は、フラボノイドが重合したタンニンによるものだ。発酵には酵母、乳酸菌、酪酸菌が順に関与し、乾燥工程では芽胞細菌が関与する。全工程で糸状菌も関与する可能性があるものの、影響は小さい。

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チョコレートの原料カカオ豆は、元々は渋くて苦いため、果肉部分のカカオパルプのみが食用とされていた。しかし、カカオ豆を発酵させることで渋みや苦みが軽減され、食用に利用されるようになった。発酵はバナナの葉に包むことで行われ、葉の常在菌がカカオ豆に移り発酵を促す。このプロセスは乳の発酵に似ている。カカオ豆の渋み・苦み成分であるポリフェノールやタンニンは、微生物によって分解されると考えられる。チョコレート製造の知見から、これらの化合物を分解する新たな方法が見つかる可能性がある。

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チョコレートの原料カカオは、最初は豆ではなく、果肉部分の「カカオパルプ」が利用されていた。カカオパルプには糖分が含まれ、そのまま食べたり、お酒の原料にしたりしていた。一方、カカオ豆は渋みと苦みがあり、当時は食用としては利用されていなかった。しかし、後に生化学的な変化を経て、ココアのような飲料へと姿を変えていくことになる。

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キノンを理解するために「キノンはケトン」と捉えるアプローチが紹介されている。ケトンはカルボニル基(-C=O)を持つ化合物で、ホルムアルデヒドやアセトンが代表例。キノンの構造式を見ると、カルボニル基が二つ重なって見えるため、ケトンと類似していると言える。この視点により、キノンへの理解が深まり、腐植の理解にも繋がる。今後はカルボニル基の理解を深めることが重要となる。

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リグニンはモノリグノールがラジカルカップリングにより結合して形成される。モノリグノールのコニフェリルアルコールは、4位のヒドロキシ基とβ位が反応するβ-O-4結合や、分子内で電子が移動した後に起こるβ-5結合など、複数の結合様式を持つ。これらの結合が繰り返されることで、モノリグノールは重合し、複雑な構造のリグニンとなる。

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紅茶の赤い色素テアフラビンは、エピカテキンとエピガロカテキンという2つの縮合型タンニンから構成されています。縮合型タンニンは、フラボン骨格を持つポリフェノールの一種で、抗酸化作用などの機能を持つことが知られています。テアフラビンの形成過程では、エピカテキンとエピガロカテキンが酸化された後、縮合反応を起こします。このような縮合反応は、腐植酸の理解にもつながる重要な反応です。

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この記事では、土壌成分であるタンニンの前駆体であるフラボノイドの生合成経路について解説しています。まず、フラボノイドの基本骨格と、芳香族アミノ酸からの生合成経路について概説します。次に、チロシンからp-クマル酸を経て、重要な中間体であるp-クマロイルCoAが生成される過程を詳しく説明します。p-クマロイルCoAはフラボノイドだけでなく、リグニンの合成にも関与する重要な化合物です。

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コレステロールは、細胞膜の柔軟性やステロイドホルモン合成に重要な誘導脂質の一種です。脂肪酸とは構造が大きく異なりますが、水に不溶で無極性溶媒に可溶という脂質の定義を満たすため、脂質に分類されます。コレステロールは健康に重要な役割を果たしており、単純に善悪で判断できるものではありません。脂質を豊富に含む食材を理解するには、このような脂質の多様性への理解が不可欠です。

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野菜の美味しさは、人間にとって必須脂肪酸であるリノール酸とα-リノレン酸の摂取と関係している可能性があります。野菜は、組織が損傷した際にこれらの脂肪酸からジャスモン酸や緑の香り成分（GLV）を合成します。これらの物質は、害虫からの防御やストレス耐性に貢献します。つまり、美味しく感じる野菜は、これらの防御機構が活発に働いているため、より多くの必須脂肪酸を含んでいる可能性があり、健康効果も高いと考えられます。

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リノール酸は必須脂肪酸だが、過剰摂取すると脳血管系疾患リスクが上昇する可能性がある。 これは、リノール酸からアラキドン酸が、α-リノレン酸からDHAが合成される経路が競合するためである。DHAは脳の働きに重要だが、リノール酸過剰摂取によりDHA合成が抑制される。特に乳幼児の脳発達への影響が懸念されるため、粉ミルクのリノール酸量には注意が必要だ。α-リノレン酸やDHA摂取を意識することで改善が期待される。

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α-リノレン酸は、人体では合成できない必須脂肪酸です。ナタネ油やエゴマに多く含まれ、体内でエイコサペンタエン酸(EPA)やドコサヘキサエン酸(DHA)に変換されます。EPAはエイコサノイドを生成し、筋細胞や血管に作用します。DHAは脳関門を通過し、脳や網膜の機能維持に重要な役割を果たします。α-リノレン酸の過剰摂取については、まだ議論の余地があります。

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タンパク質は、アミノ酸がペプチド結合で鎖状に繋がってできています。 この鎖は複雑に折り畳まれ、タンパク質特有の立体構造を作ります。 この構造が、酵素やホルモンなど、様々な生命活動の機能を担っています。 ペプチド結合は、一つのアミノ酸のカルボキシル基と、もう一つのアミノ酸のアミノ基が脱水縮合反応することによって形成されます。

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アブシジン酸（ABA）は、植物ホルモンの一つで、乾燥などのストレス条件下で植物の成長を抑制し、休眠を誘導する働きを持つ。気孔の閉鎖を促進し、水分の損失を防ぐ役割も担う。種子の発達と休眠にも関与し、発芽を抑制する。ABAは植物にとって必須のホルモンだが、高濃度では成長阻害を引き起こす可能性がある。動物に対する毒性は低く、ヒトへの影響はほぼないと考えられる。一部の研究では抗炎症作用や抗糖尿病作用などの効果も示唆されているが、さらなる研究が必要である。

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植物スフィンゴ脂質は、スフィンゴイド塩基と脂肪酸がアミド結合したセラミドを基本骨格とし、極性頭部が結合した多様な構造を持つ。セラミドの多様性は、スフィンゴイド塩基と脂肪酸鎖長のバリエーション、さらに水酸化や二重結合の有無といった修飾で生じる。植物は動物に存在しないスフィンゴイド塩基や極性頭部を持つ。スフィンゴ脂質の代謝経路は複雑で、各代謝段階で多様な分子種が生成される。これらはシグナル分子として機能し、細胞膜の構成成分としても重要である。近年の研究により、植物の成長、発生、環境ストレス応答への関与が明らかになりつつある。

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葉の色が濃い野菜は硝酸態窒素濃度が高く、秀品率が低下する。牛糞堆肥中心から植物性堆肥に変えることで、ミズナの葉の色は薄くなり、秀品率は向上した。硝酸態窒素は植物体内でアミノ酸合成に利用されるが、その過程はフィレドキシンを必要とし、光合成と関連する。硝酸態窒素過多はビタミンC合成を阻害し、光合成効率を低下させる。また、発根量が減り、他の栄養素吸収も阻害される。結果として、病害抵抗性も低下する。葉の色は植物の健康状態を示す重要な指標であり、硝酸態窒素過多による弊害を避けるため、植物性堆肥の利用が推奨される。

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「山谷知行 イネの窒素飢餓応答戦略」は、イネが主要な窒素栄養源であるアンモニウム態窒素を根で速やかにアミノ酸（グルタミン、アスパラギン）に同化し、地上部へ輸送するメカニズムを解説しています。窒素利用効率（NUE）の向上は重要課題であり、窒素吸収・同化・転流・再利用に関わる分子機構や遺伝子が詳細に示されています。特に、窒素欠乏時には、アンモニウムトランスポーターなどの吸収関連遺伝子が誘導され、葉の老化を促進しつつ窒素を新しい成長点や穂へ効率的に再分配する戦略が明らかにされています。これらの知見は、窒素利用効率の高いイネ品種の開発や、環境負荷を低減しつつ生産性を向上させる技術への貢献が期待されています。

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アサガオの青色はアントシアニン色素によるが、幻の黄色いアサガオの謎をフラボノイドから探る。フラボノイドは黄色い化合物の語源を持ち、ミヤコグサの黄色はフラボノイドの一種ケルセチンによる。アサガオはケルセチン合成経路を持つものの、アントシアニン合成が優先される。淡黄色のアサガオはアントシアニン合成が欠損した変異体と考えられ、ケルセチン合成の増加で黄色が濃くなる可能性がある。アサガオの鮮やかな青はアントシアニンと補助色素のフラボノールの共存によるものかもしれない。

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アジサイの花弁の色は、アントシアニジンという色素の構造、特にB環の水酸基の数に影響される。水酸基が少ないペラルゴニジンは橙色、水酸基が増えるにつれペオニジン、シアニジン、ペツニジンと青味が増す。しかし、最多の水酸基を持つデルフィニジンを持つアジサイでも赤い花弁が存在する。これは、アントシアニジンの別の特徴によるもので、今回の記事では未解明のまま。

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花の色素成分であるフラボノイドは、フェニルアラニンからp-クマル酸を経てp-クロマイルCoAが生成される。これにマロニルCoAが3つ結合しナリンゲニンカルコン（黄色）が生成され、環化することでフラバノン（黄色）となる。フラバノンからアントシアニジンが生成され、B環に水酸基やメトキシ基が付加されることで青色へと変化する。

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パン作りにおけるメイラード反応に着目し、堆肥製造への応用可能性を探る記事。パンの焼き色の変化や香ばしい香りは、メイラード反応によるもので、糖とアミノ酸が高温下で反応することで生成されるメラノイジンによる。この反応は堆肥製造過程でも起こりうる。記事では、メイラード反応が堆肥の腐植化を促進し、土壌の肥沃度向上に繋がる可能性を示唆。パン作りにおける温度管理や材料の配合比といった知見を、堆肥製造に応用することで、より効率的で効果的な堆肥作りが可能になるかもしれないと考察している。

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植物における糖の機能の一つとして、解毒物質の供給がある。動物ではグルクロン酸が毒物と結合し排出されるグルクロン酸抱合が知られる。植物でもグルクロン酸はビタミンC（アスコルビン酸）の合成経路であるD-グルクロン酸経路の中間体となる。アスコルビン酸は抗酸化作用を持つため、間接的に解毒に関与していると言える。また、植物はD-ガラクツロン酸経路、D-マンノース/L-ガラクトース経路でもアスコルビン酸を合成する。糖はエネルギー源以外にも様々な機能を持ち、植物の生産性や病害虫耐性にも関わる可能性がある。

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パンの美味しそうな焼き色は、メイラード反応とキャラメル反応によるもの。メイラード反応は糖とアミノ酸が反応して褐色になり、パンの香ばしい香りのもととなる。アミノ酸の種類によって香りが異なり、小麦に多いプロリンはパンの匂い、ロイシンはチーズの匂い、フェニルアラニンはライラックの花の匂い、バリンはチョコレートの匂いを生み出す。キャラメル反応は糖の酸化による褐色化で、焦げ臭の原因となる。これらが絶妙なバランスで混ざり合い、パン特有の芳香を形成する。糖とアミノ酸の由来については、今後の考察に委ねられる。

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鶏肉や魚粉に含まれる旨味成分、イノシン酸の関連物質であるイノシンが植物の発根を促進する。農研機構の研究で、イノシンが水耕栽培で根の発育を促すことが示された。イノシンはアミノ酸製造の副産物であり、黒糖肥料に多く含まれる可能性がある。発根促進は微量要素の吸収を高め、品質向上に繋がる。土壌劣化を回避し、微量要素が吸収しやすい環境を維持することが重要となる。アミノ酸廃液由来の発根促進剤も市販されている。発根促進でカリウム欠乏も軽減できるため、黒糖肥料は発根に有効。

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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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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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家畜糞堆肥は土壌改良に有効とされるが、過剰施用は土壌環境を悪化させる。堆肥中のリン酸過剰はリン酸固定を引き起こし、植物のリン酸吸収を阻害する。また、カリウムも過剰になりやすく、マグネシウム欠乏を誘発する。さらに、堆肥に含まれる硫酸イオンは土壌に蓄積し、高ECや硫化水素発生の原因となる。これらの問題は土壌の物理性、化学性、生物性を悪化させ、作物の生育に悪影響を及ぼす。持続可能な農業のためには、堆肥施用量を適切に管理し、土壌分析に基づいた施肥設計を行う必要がある。盲目的な堆肥施用ではなく、土壌の状態を理解した上での施肥管理が重要である。

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土壌のアルミニウム無毒化機構を持つMATE輸送体は、元々鉄の吸収を担うクエン酸輸送体から進化したとされる。この事実は、緑肥による微量要素吸収効率改善の可能性を示唆する。鉄は土壌中に豊富だが鉱物として存在し、植物が利用するには溶解という困難なプロセスが必要となる。しかし、緑肥は土壌から鉄を吸収し、葉にキレート錯体や塩として蓄積するため、鋤き込みによって土壌へ供給される鉄は利用しやすい形態となる。つまり、緑肥はアルミニウム耐性だけでなく、鉄をはじめとする微量要素の吸収効率向上にも貢献していると考えられる。この仮説が正しければ、緑肥栽培の事前準備にも影響を与えるだろう。

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イネのいもち病耐性に関わるポリフェノールの一種、サクラネチンについて解説しています。サクラネチンはフラバノンというフラボノイドの一種で、ファイトアレキシンとして抗菌作用を持つ二次代謝産物です。サクラ属樹皮にも含まれますが、イネではいもち病菌への抵抗性物質として産生されます。合成経路は複雑で、光合成から様々な酵素反応を経て生成されます。特定の肥料で劇的に増加させることは難しく、秀品率向上のための施肥設計全体の見直しが重要です。ただし、サクラネチン合成に関与する遺伝子は特定されており、抵抗性品種の作出や微生物による大量合成など、今後の研究に期待が持てます。

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こども園で見たカブトムシの蛹が白く、羽化後に黒くなるのを見て、筆者は黒色の色素に疑問を抱きました。検索の結果、その色素は「メラニン」であることが判明。メラニンはチロシンからL-ドパを経て合成され、外骨格に蓄積されます。これは単に色を決めるだけでなく、昆虫が傷害や感染を受けた際の防御機能も担っており、黒っぽい昆虫の外骨格にはフェノール性化合物が蓄積されていると言えます。今後は、死骸のメラニンが土に還る過程に興味が持たれています。

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このブログ記事は、ビタミンの理解を深める上で不可欠な「補酵素」について解説します。まず、酵素は「鍵と鍵穴」のように特定の基質にのみ作用し、その形を変える働き（基質特異性）を持ちます。例えば、アミラーゼがデンプンを分解する仕組みを説明します。次に、補酵素は、酵素と基質だけでは反応が成立しない場合に登場し、酵素の隙間を埋めることで基質の変化を助ける物質です。電子を与えたり、メチル基を移行させたりして酵素の働きをサポートし、ビタミンCなどがその代表例です。補酵素の知識を得ることで、ビタミンの役割をより深く理解できると締めくくられています。

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植物は太陽光の受光量調整のため、葉にビタミンC（アスコルビン酸）を蓄えます。アスコルビン酸は糖に近い構造を持ち、光合成産物の糖を出発点として主に三つの経路で合成されます。この合成過程では、ヘム鉄が関与するシトクロムcが還元性獲得に貢献しています。シトクロムcの生成には鉄が不可欠であることから、植物のビタミンC合成、ひいては光合成の生産性向上には「鉄」が極めて重要な要因であると示唆されます。

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大気中の温室効果ガス削減のため、植物の光合成能に着目。光合成速度の高い植物、特にC4植物のトウモロコシやサトウキビは、単位面積あたりのCO2吸収量が多く、温暖化対策に有効。記事では、C4植物の中でも成長が早く土壌改良にも役立つモロコシやハトムギを、森の端から段階的に植えることで、腐植を増やし木の定着率を高める方法を提案。これは、草原から林、そして森へと遷移する自然の摂理を応用したアプローチ。最終的には、この方法で木を増やし、大気中のCO2削減に貢献したいという展望を示している。

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植物は生育に銅を必要とし、欠乏すると様々な生理障害が現れる。銅は多くの酵素の構成要素であり、特にリグニン生合成に関わるラッカーゼ、光合成に関わるプラストシアニンで重要な役割を果たす。ラッカーゼはリグニンの重合反応を触媒し、植物の強度や抵抗性を高める。プラストシアニンは電子伝達系で機能し、光合成効率に影響する。銅はまた、エチレン受容体、抗酸化酵素などにも関与し、植物の成長、ストレス耐性、病害抵抗性に関わる。銅は土壌中に存在するが、吸収されにくい形態も存在する。植物は銅の吸収、輸送、貯蔵を巧みに制御し、生育に最適な銅濃度を維持している。銅の過剰供給は毒性を示すため、そのバランスが重要である。

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米の美味しさは、デンプンの量よりデンプン分解酵素アミラーゼの効率性に依存する。アミラーゼはタンパク質と補酵素（カルシウムイオン）から成るが、カルシウムは土壌に豊富なので、米の美味しさへの直接的影響は少ないと考えられる。 米は炊飯時に糊化（アルファ化）し、デンプンの水素結合が切れ、酵素が分解しやすくなる。 糊化が進むほど、唾液中の酵素で糖に分解されやすくなり、甘みが増す。 記事では、米の美味しさの鍵となるアミラーゼの効率性、関連する酵素、タンパク質、アミノ酸、補酵素について解説し、糊化に関する論文を紹介している。

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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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イチゴの鮮やかな紅色はアントシアニンによるもので、品種に関わらず、シアニジン-3-モノグルコシド、ペラルゴニジン-3-モノガラクトシド、ペラルゴニジン-3-モノグルコシド、シアニジン、ペラルゴニジンの5種類が確認されている。これらのアントシアニンは、フェニルアラニンとマロニルCo-Aから合成される。フェニルアラニンは植物の防御機構にも関与するアミノ酸である。アントシアニンは抗酸化物質としての働きも知られている。

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この記事は、アミノ酸の理解を深めるための新たな視点を提供する書籍「アミノ酸 タンパク質と生命活動の化学」を紹介しています。著者は薬学の専門家で、アミノ酸を薬の前駆体として捉え、トリプトファンからオーキシンが合成される過程などを解説しています。この視点により、アミノ酸の側鎖の重要性や、カルボニル基やアミノ基の存在による酸性・塩基性の理解が容易になります。著者は、この本と「星屑から生まれた世界」を併せて読むことで、生物への理解が深まると述べています。

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アミノ酸はタンパク質の構成要素であるだけでなく、個々のアミノ酸自体が植物に様々な影響を与える。例えば、プロリンは乾燥ストレス時に細胞内に蓄積し、植物の耐性を高める。また、チロシンは植物ホルモンであるサリチル酸の前駆体であり、サリチル酸は植物の病害抵抗性や成長に関与する。このように、アミノ酸は単なる材料ではなく、植物の様々な生理機能に直接関わる重要な役割を担っている。

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糠漬けは米糠を乳酸発酵させた糠床に野菜を漬ける日本の伝統的な漬物。生産者から、水茄子の糠漬けで、同じ条件でも変色・腐敗するものと綺麗に漬かるものがあるという質問が寄せられた。肥料などの生産条件が影響している可能性があり、有機質肥料の季節的な肥効の差が要因かもしれない。糠漬けの工程は、野菜の整形・洗浄後、食塩を加えて糠床で乳酸発酵させる。それぞれの工程には意味があり、洗練された手順となっている。

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長野県栄村の美味しい米の秘密を探るため、著者は地質に着目した。雪解け水に着目していた生産者とは異なり、地質図から、栄村は苦鉄質火山岩石（玄武岩質）の麓で、黒ボク土壌形成の条件を満たしていることを発見。黒ボク土壌は、玄武岩質火山灰、腐植、冷涼な気候の組み合わせで生まれる。栄村は積雪量が多く、5ヶ月にわたる積雪が土壌を湿らせ、苦鉄質ミネラル豊富な地下水を供給し、理想的な栽培環境を作り出している。さらに、地質図からカリウム不足を補う貫入岩の存在も示唆された。実際に現地調査を行った記事へのリンクも掲載されている。美味しい米は、優れた土壌とミネラル豊富な水、そして生産者の丁寧な栽培の賜物だと結論付けている。

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ヤンマーアグリジャパン南丹支店にて、土作りの目標設定に関するセミナーを実施。土壌の物理性・化学性・生物性の三大要素を最適化し、秀品率向上と農薬使用量削減を目指す方法を解説した。土壌の生化学的観点から目標を検討することで、より効果的な土作りが可能となる。

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土壌の老朽化で発生する硫化水素は、硫酸塩還元細菌が有機物を酸化し、硫酸塩を還元することで生じる。生物は電子を必要とするのに、なぜ電子を硫酸塩に渡すのかは不明。 微生物は有機物分解の際、細胞外に酵素を放出し、分解された産物を吸収する。しかし、この過程は非効率で、産物の一部は回収漏れを起こす。この漏れ出た産物が他の生物の栄養源となり、生態系を支えている。さらに、放出された酵素（土壌酵素）は土壌中で活動を続け、新たな物質の分解にも関与する。酵素のタンパク断片は土壌の化学性を高める。このように、微生物の非効率な分解活動が生態系の循環に重要な役割を果たしている。

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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。