植物のミカタ

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安息香酸は、ナッツの香気物質ベンズアルデヒドの酸化物。香りは弱いものの、植物の防御に不可欠な植物ホルモン「サリチル酸」の前駆物質です。植物は「PAL経路」（フェニルアラニン→ケイヒ酸→安息香酸→サリチル酸）を通じてサリチル酸を合成し、特にイネで重要とされます。サリチル酸は植物の抵抗性に関与。また、メチル化された「サリチル酸メチル」は、食害時に天敵昆虫を誘引する香気物質として機能する可能性も。本記事は、安息香酸を起点とした植物における化学物質の多様な役割を解説します。

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本記事は、テルペン系、エステル系に続く「芳香族系香気物質」に焦点を当てています。これらは、フェニルアラニンやチロシンなどの芳香族アミノ酸を出発物質として合成されます。代表例として、バニラの甘い香りのバニリン、アーモンドやアンズのような芳香のベンズアルデヒドとその関連化合物、味噌の香り成分であるフェニルエチルアルコールが挙げられます。奥深い芳香族系化合物の世界を解説。

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本記事は、「アセチルCoAが余剰になるとテルペン系香気物質の合成が促進されるか」という仮説を検証しています。テルペン前駆体IPPの合成には、アセチルCoAを起点とする「メバロン酸経路」と、ピルビン酸などを出発物質とする「非メバロン酸経路」が存在。詳細な分析の結果、非メバロン酸経路は色素体で行われ主にテルペン合成に関わる一方、メバロン酸経路由来のIPPは主にステロイド合成に利用され、テルペン合成への寄与は少ないことが判明。これにより、アセチルCoAの余剰分がテルペン系香気物質の合成を促進する可能性は低いという結論に至りました。

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「作物に油脂の肥料を与えると、光合成の質は向上するのか？」という問いから、植物の代謝メカニズムを深掘りします。香気物質ゲラニル二リン酸（GPP）の原料であるアセチルCoAが、脂肪酸合成とも共通の出発物質であることに着目。筆者は、脂肪酸が豊富な肥料を与えることで、アセチルCoAがイソプレノイド（GPP原料）合成に優先的に使われ、ニンジンの香気成分（カロテノイド）増加、さらには光合成効率の向上、ひいては生産性アップに繋がる可能性を仮説として提起しています。油脂肥料が植物の機能性や収量に与える影響を探る、示唆に富む内容です。

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柑橘などテルペン系香気物質の香りを強化する肥培管理に向け、主要前駆体ゲラニル二リン酸(GPP)の合成経路を解説します。GPPはイソペンテニル二リン酸(IPP)とジメチルアリル二リン酸(DMAPP)から合成され、本記事ではIPPの「メバロン酸経路」に焦点を当てます。メバロン酸経路は、細胞質でアセチルCoAを出発物質とし、メバロン酸を経てIPPを生成する反応です。これにより、香気物質の深い理解を目指します。

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「テルペン系香気物質について４」では、バラの香気成分ゲラニオールの化学変化を深掘り。ゲラニオール末端のヒドロキシ基(-OH)が酸化されると、ゲラニアールとネラールから成るアルデヒド「シトラール」が生成され、強いレモンの香りを放ちます。これは、レモンと合成経路が似ているためと解説。さらに、シトラール（ゲラニアール）が酸化すると「ゲラン酸」に変化し、柑橘の香りだけでなく、トマトやワインの香りにも関与していることが紹介されています。テルペン系香気物質の奥深い化学的変化が、多様な香りの世界を生み出す様子が描かれています。

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本記事は、食品香料（フレーバー）の一つである「脂肪族の香気物質」について解説します。まず、脂肪酸を炭素鎖とカルボキシ基を持つ化合物と定義。脂肪族化合物は、この脂肪酸（カルボン酸）に加え、アルコールやアルデヒドも含む幅広いグループです。 例えば、アルコールのヘキサノールが酸化を経てアルデヒドのヘキサナール、さらにカルボン酸のヘキサン酸へと変化する過程で、これらが脂肪族化合物として扱われます。香りの特徴として、カルボキシ基は酸臭、ヒドロキシ基はアルコール臭を持ち、炭素数が少ないほど香りが強い傾向にあります。特にアルデヒドは、アルコールと似た香りながら少量で感じやすいと述べられています。

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本記事は、味噌の香り成分として注目される「フェニルエチルアルコール」について解説しています。この化合物はバラの香料としても知られており、その化学構造が示されています。生成経路は、芳香族アミノ酸のフェニルアラニンが脱炭酸と還元を経て変化するというもの。著者は、フェニルアラニンがこの香りに変わることで、大豆に豊富なフェニルアラニンが含まれている証拠となり、それが良い香りと認識されるのではないか、という独自の考察を提示しています。

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スティックランド反応は、嫌気性微生物（特にクロストリジウム属）による特殊なアミノ酸発酵経路です。一方のアミノ酸（電子供与体）が酸化され、もう一方（電子受容体）が還元されることで進行します。この反応では、両アミノ酸からアンモニウム（NH4+）が外れ、最終的に有機酸（短鎖脂肪酸）が生成されます。家畜糞のメタン発酵後の消化液処理や堆肥作りなど、肥料の嫌気発酵において重要なプロセスです。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りでは、米ぬかに多く含まれるフィチン酸が微生物のフィターゼによって分解され、リン酸とイノシトールに分離されます。分離されたリン酸は核酸やリン脂質の材料となり、イノシトールは糖と同様に代謝されます。核酸は植物の発根促進に繋がるため、米ぬか嫌気ボカシ肥は植物の生育に有効です。

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シイタケとトリコデルマの競合において、無機窒素（硫安）添加でトリコデルマが優位になるのは、トリコデルマが無機窒素（アンモニウムイオン、硝酸）をアミノ酸合成に利用できるため。生成AIによれば、トリコデルマはアンモニウムイオンをGDH/GS-GOGAT経路でアミノ酸に同化でき、硝酸も利用可能だが、アンモニア還元が必要で効率は低い。他の真菌も無機窒素を利用できるのかを知りたい。

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フザリウム属の糸状菌を培養すると独特の臭いがあるという話を聞き、カビ臭について調査。ゲオスミンという降雨後の地面の匂いを持つ化合物が見つかった。しかし、フザリウムがゲオスミンを合成するかは不明。フザリウムが合成する臭気は別のものと考えられる。

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もみ殻燻炭の土作りへの影響を考察。炭化の過程で、もみ殻に含まれるリグニンの構成要素であるモノリグノール同士がラジカルカップリングなどの反応を起こし、重合して巨大化する。保肥力は期待薄だが、保水性はあり、イオン化した金属を保持する可能性。炭素埋没には有効で、メタン発生は起こりにくいと考えられる。ポリフェノールも同様の反応を起こし、より複雑な構造を形成する。

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ムギネ酸は、メチオニンからニコチアナミンを経て合成される。土壌中の鉄利用率を高め、高pHやリン酸過剰な環境でも効果を発揮する可能性があり、作物の生育に貢献する。ムギネ酸単体の資材化は難しいが、その恩恵を早期に受けるための活用法が重要となる。

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この記事では、チョコレートの香り成分の一つであるメチルフランについて解説しています。メチルフランはメイラード反応や熱分解など様々な経路で生成されるものの、詳細な生成過程は不明です。五員環上の酸素の反応性が高く、これが香りのもととなる一方、発がん性の懸念も示唆されています。過剰摂取は避けるべきですが、一体どんな香りがするのか興味をそそられます。筆者は、メチルフランの反応性の高さから、かつて研究で使用した発がん性のあるDEPCを想起しています。また、関連として糖の還元性や味噌の熟成についても触れています。

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有機化学の演習を通して、土壌理解に必要な芳香族化合物の学習を進めている。特に、ポリフェノールとモノリグノールの結合におけるキノンの役割に着目。ポリフェノールは酸化されてキノンとなり、このキノンが反応の鍵となる。キノンの酸素原子との二重結合は電子を引き寄せやすく、モノリグノールのような求核剤と反応する。具体的には、キノンの酸素に求核剤の電子が移動し結合が形成される。この反応によりポリフェノール同士やポリフェノールとモノリグノールが結合する。

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ポリフェノールは腸内細菌叢で代謝され、最終的に単純な有機酸となる。ケルセチンを例に挙げると、フロログルシノールと3-(3,4-ヒドロキシフェニル)-プロピオン酸に分解され、それぞれ酪酸・酢酸と4-ヒドロキシ馬尿酸へと変化する。4-ヒドロキシ馬尿酸生成過程ではアミノ酸抱合が関わっていると考えられる。この代謝経路は土壌中での分解と類似すると推測される。ポリフェノール豊富な飼料を家畜に与えると糞中ポリフェノールは減少し、土壌改良効果も低下するため、ポリフェノールを含む食品残渣は直接堆肥化するのが望ましい。

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モノリグノールはグルコースと結合し、水溶性のグリコシド（配糖体）であるシリンギンなどを形成する。シリンギンは植物体内でモノリグノールを輸送する形態であり、リグニン合成部位でグルコースが外れてリグニンに取り込まれる。これは、糖による解毒作用と類似している。しかし、モノリグノールの配糖体の役割は輸送以外にも存在する可能性が示唆されている。

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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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シナピルアルコールは、モノリグノールの一種で、コニフェリルアルコールにメトキシ基が付加された構造を持つ。その合成経路は、コニフェリルアルデヒドからメトキシ基が付与され、シナピルアルデヒドを経由して生成される。シナピルアルコールを主成分とするリグニンはシリンギルリグニン(S-リグニン)と呼ばれ、被子植物にのみ存在し、裸子植物には見られない。

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コニフェリルアルコールは、モノリグノールの一種で、p-クマリルアルコールのベンゼン環にメトキシ基が付加した構造を持つ。その合成経路は、p-クマリルアルコールに直接メトキシ基が付加されるのではなく、前駆体であるp-クマロイルCoAにメトキシ基が付加されてフェルロイルCoAが生成され、そこからCoA-S-が外れることで生成される。コニフェリルアルコールを主成分とするリグニンは、グアイアシルリグニン(G-リグニン)と呼ばれ、裸子植物に多く含まれる。

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p-クマリルアルコールは、リグニンの構成要素であるモノリグノールの一種です。その生合成は、フラボノイド合成経路と一部共通しています。p-クマロイルCoAからCoA-Sが外れ、p-クマルアルデヒドを経てp-クマリルアルコールが生成されます。p-クマロイルCoAはフラボノイドの基となるカルコンの合成にも関与するため、モノリグノールとフラボノイドは合成経路を共有していることが分かります。p-クマリルアルコールが主要な構成要素となるリグニンは、p-ヒドロキシフェニルリグニン(H-リグニン)と呼ばれます。

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土壌の重要な構成要素であるリグニンは、ベンゼン環を持つモノリグノール（p-クマリルアルコール、コニフェリルアルコール、シナピルアルコール）と、イネ科植物特有のO-メチル化フラボノイドであるトリシンが結合した複雑な高分子化合物である。一見複雑な構造だが、これらの構成要素の合成経路や重合方法を理解することで、土壌の理解を深めることができる。リグニンは木の幹の主要成分であり、その構造は一見複雑だが、基本構成要素を理解することで土壌への理解を深める鍵となる。

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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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没食子インクの原料である没食子酸は、コーヒー酸から2つの経路で合成されます。一つは、コーヒー酸の炭素鎖が短くなってプロトカテク酸になった後、ベンゼン環にヒドロキシ基が付与される経路。もう一つは、先にヒドロキシ基が付与された後、炭素鎖が短くなる経路です。没食子酸はヒドロキシ基を3つも持つため強い還元性を示し、鉄粉を加えると紫褐色や黒褐色の没食子インクになります。これは古典インクとして今も使われています。

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コーヒー酸は、2つのヒドロキシ基を持つポリフェノールの一種です。その生合成は、芳香族アミノ酸のフェニルアラニンから始まります。フェニルアラニンはアミノ基を失ってケイヒ酸に変換され、さらにヒドロキシ基が付加されてクマル酸が生成されます。最後に、クマル酸にもう1つヒドロキシ基が付加されることで、コーヒー酸が合成されます。ケイヒ酸、クマル酸、コーヒー酸は植物において重要な化合物であり、その構造を理解しておくことは重要です。

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植物は、ベンゼン環を含む芳香族化合物を合成する際に、最初に芳香族アミノ酸のフェニルアラニンを合成します。フェニルアラニンは、光合成で合成された糖の中間物質からシキミ酸経路を経て合成されます。このフェニルアラニンを基に様々な芳香族化合物が合成されます。 ちなみに、除草剤ラウンドアップは、シキミ酸経路に作用して芳香族化合物の合成を阻害することで効果を発揮します。

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アルコールとフェノールの違いは、ヒドロキシ基(-OH)の性質の違いにあります。アルコールのエタノールでは、酸素(O)が水素(H)を強く引き付けるため中性です。一方、フェノールでは、ベンゼン環が酸素を引っ張るため、酸素と水素の結合が弱まり、水に溶けると水素イオン(H+)が解離し酸性を示します。フェノールはこのように水素イオンが解離しやすい性質が、ポリフェノールの生理作用に重要な役割を果たします。

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ミカン栽培において「青い石が出る園地は良いミカンができる」という言い伝えがあります。この青い石は緑泥石を多く含む変成岩である「青石」のことです。緑泥石は保水性・排水性・通気性に優れており、ミカンの生育に必要なリン酸の供給源となるため、良質なミカン栽培に適した土壌となります。言い伝えは、経験的に緑泥石がもたらす土壌の利点を表しており、科学的根拠に基づいた先人の知恵と言えます。

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蛇紋石は、かんらん石が水と反応して生成されるケイ酸塩鉱物です。化学的には1:1型粘土鉱物に分類されますが、その構造は異なる可能性があります。愛媛大学の研究では、蛇紋石の一種であるアンチゴライトの結晶構造が、Mg八面体とSi四面体が層状に重なっていることが判明しています。この構造は1:1粘土鉱物の構造に似ており、蛇紋石が1:1粘土鉱物として分類される理由を説明できる可能性があります。

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水田では、イネの根圏（還元層）にメタン酸化菌が生息し、メタンを消費している可能性があります。イネの根量を増やすことで、根圏でのメタン消費量が増加し、大気へのメタン放出量が減少する可能性があります。 初期生育時に発根を促進する土作り（タンニンなどの有機物の定着）を行うことで、酸化層の厚みが増加し、イネの根の発根が促進されます。これにより、メタン消費量が上昇し、メタンの放出量をさらに抑えることができます。

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水田では、酸化層でメタン酸化菌がほとんどのメタンを二酸化炭素と水に変換する。しかし、90％以上のメタンは大気中に放出されず、イネの根からの通気組織を通って排出される。 また、メタンがイネの根に取り込まれると発根が抑制される可能性があり、これを回避するために中干しを行うという説がある。

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硫安などの硫酸塩肥料を多用した土壌では、硫酸還元細菌が硫酸根から硫化水素を生成している可能性があります。そこに土壌消毒剤メチルイソチオシアネートを使用すると、硫化水素と反応して二硫化炭素が発生する可能性があります。二硫化炭素は土壌を酸化させるため、肥料成分の吸収を阻害する可能性も考えられます。硫酸塩肥料は多用されがちですが、土壌への影響も考慮する必要があるかもしれません。

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糖質コルチコイドの一種であるコルチゾールは、コレステロールを原料として、体内で合成されます。まず、コレステロールからプレグネノロン、プロゲステロンへと変化し、最終的にコルチゾールが生成されます。つまり、コルチゾールの合成にはコレステロールが不可欠であり、コレステロールを多く含む鶏卵などは、体内の糖質コルチコイドのバランスを保つ上で重要な役割を果たしている可能性があります。コトブキ園の恵壽卵は、鶏の飼育環境にこだわり、栄養価の高い卵として知られています。

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ミカンには、β-クリプトキサンチン、ノビレチン、タンゲレチンなどの機能性成分が豊富に含まれています。β-クリプトキサンチンは強い抗酸化作用を持ち、発がん抑制効果や骨代謝改善効果などが期待されています。ノビレチンとタンゲレチンはフラボノイドの一種で、特にミカン科の果物に多く含まれており、抗アレルギー作用や抗肥満効果などが期待されています。これらの機能性成分は、ミカンを摂取することで健康促進に役立つ可能性があります。

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日本におけるナシ栽培の歴史は古く、弥生時代の遺跡から種子が出土し、日本書紀にも記述があることから、少なくとも弥生時代には栽培が始まっていたと考えられています。 また、持統天皇の時代には五穀を補う作物として栽培が推奨されたという記録も残っています。これは、ワリンゴ渡来よりも前の時代であることから、日本で独自のナシ栽培が盛んに行われていたことが伺えます。 これらのことから、日本においてナシは古くから重要な果樹として位置づけられていたと考えられます。

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清見タンゴールは、日本生まれの柑橘で、温州みかんとオレンジの交配種です。1949年に愛媛県で誕生し、1979年から本格的に栽培が始まりました。甘みと酸味のバランスが良く、ジューシーで濃厚な味わいが特徴です。名前は、開発者の田中長太郎氏が尊敬するミカン先生、清家重夫氏と宮本藤雄氏の頭文字から名付けられました。清見タンゴールの登場は、日本の柑橘業界に大きな影響を与え、現在も様々な品種改良の親として活躍しています。

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オレンジジュースとみかんジュース、カロテノイド摂取の観点からどちらが良いか。人間はルテインやβ-クリプトキサンチンなど特定のカロテノイドしか吸収できない。β-クリプトキサンチンはみかんに多く含まれる一方、オレンジに多いビオラキサンチンは吸収されにくい。よってカロテノイド摂取にはみかんジュースの方が効果的と言える。

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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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記事は、ミカン栽培における言い伝え「青い石が出る園地は良いミカンができる」を科学的に検証しています。青い石は緑色片岩と推測され、含有する鉄分が土壌中のリン酸を固定し、結果的にミカンが甘くなるという仮説を立てています。リン酸は植物の生育に必須ですが、過剰だと窒素固定が阻害され、糖の転流が促進され甘みが増すというメカニズムです。さらに、青い石は水はけ改善効果も期待できるため、ミカン栽培に適した環境を提供する可能性があると結論付けています。

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記事では、ナイアシンを多く含む有機質肥料として、米ぬか、魚粉肥料、廃菌床堆肥が挙げられています。米ぬかは発酵過程で微生物がナイアシンを消費する可能性がありますが、最終的には作物が吸収できると考えられています。魚粉肥料もナイアシン豊富です。さらに、米ぬかを添加してキノコ栽培に用いられる廃菌床堆肥も、ナイアシンを含む可能性があります。これらの有機質肥料は、今後の猛暑による乾燥ストレス対策として、栽培体系への導入が期待されます。

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これからの稲作は、気候変動による水不足に対応するために、土の保水性を高めることが重要になります。従来の品種改良や窒素肥料中心の栽培では、水不足による収量低下が懸念されます。そこで、土壌中の有機物を増やし、保水力を高める土づくりが重要になります。特に、土壌微生物の活性化による団粒構造の形成が、保水性の向上に大きく貢献すると考えられます。

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米ぬかボカシによる植物の発根促進効果は、ボカシ中のイノシン酸増加が要因の可能性があります。発酵過程で米ぬかのタンパク質がアミノ酸に分解され、酵母などによってイノシン酸が合成されます。このイノシン酸は植物に吸収されやすく、発根促進効果をもたらすと考えられます。パンの発酵においてもイノシン酸が増加する事例があり、米ぬかボカシでも同様の現象が起こると考えられます。ただし、これは仮説であり、さらなる検証が必要です。

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植物が旨味成分であるイノシン酸やグアニル酸を合成する仕組みと、その利用可能性について考察しています。植物はATP合成経路でこれらの旨味成分を生成します。さらに、キノコ由来の発根促進物質である2-アザヒポキサンチン(AXH)が、イノシン酸と構造的に類似していることから、植物がAXHをイノシン酸に変換して利用する可能性も示唆されています。このことから、旨味成分豊富な有機質肥料が作物の食味向上に繋がる可能性が示唆されています。

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植物はイノシン酸やグアニル酸といった核酸系旨味成分を合成しますが、旨味成分として話題になることは稀です。これは、植物に含まれるグルタミン酸などのアミノ酸系旨味成分の存在感に比べて、含有量が相対的に少ないことが理由として考えられます。干しシイタケや魚粉など、乾燥によって核酸系旨味成分が凝縮される食材も存在しますが、野菜では乾燥させてもグルタミン酸の旨味が dominant な場合が多いようです。

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魚類は、タウリンを豊富に含むため、魚粉は優れた肥料となります。しかし、魚粉の需要増加は乱獲につながり、環境問題となっています。タウリンは魚類の体内での浸透圧調節、神経伝達、抗酸化作用などに重要な役割を果たしています。魚類の中でもブルーギルは特にタウリン合成能力が高く、そのメカニズムの解明は、魚粉に頼らない持続可能な養殖や、タウリンの栄養学的価値の理解に役立つと考えられています。

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土壌中でタウリンを資化する微生物は存在するのか？調査の結果、硫黄還元細菌などがタウリンを利用している可能性が示唆されました。タウリンはタウリンデヒドロゲナーゼやタウリンジオキシゲナーゼといった酵素によって酸化され、最終的に硫化水素に変換される経路が考えられます。これらの酵素を持つ細菌の存在は、土壌中でのタウリン分解を示唆しており、更なる研究が期待されます。

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古代ローマでは、食用に向かないシトロンが珍重されていました。その理由は、果皮の香りの良さや、あらゆる病気に効く薬、解毒剤と考えられていたためです。シトロンは蛇の咬み傷や船酔い、咳など様々な症状に効果があるとされ、医師たちはその花や種、果皮などを薬として処方していました。このように、シトロンは古代の人々の生活にとって重要な役割を担っていました。

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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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必須脂肪酸とは、人体にとって必要不可欠だが、体内で合成できないため、食事から摂取しなければならない脂肪酸のこと。リノール酸（ω-6脂肪酸）とα-リノレン酸（ω-3脂肪酸）の2種類が存在する。 人体は炭水化物から脂肪酸を合成できるが、飽和脂肪酸やω-9脂肪酸（オレイン酸）までであり、ω-6やω-3といった多価不飽和脂肪酸は合成できない。 植物は、細胞膜の流動性を保つため、低温環境でも固化しないよう、多価不飽和脂肪酸を合成する能力を持つ。一方、動物はこれらの脂肪酸を合成できないため、植物から摂取する必要がある。 必須脂肪酸は、細胞膜の構成成分となる他、ホルモン様物質の生成や、体温調節、エネルギー貯蔵など、重要な役割を果たす。不足すると、皮膚炎、成長障害、免疫力低下などの健康問題を引き起こす可能性がある。

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睡眠ホルモン「メラトニン」は、体内時計を調整し、眠気を誘発する重要な役割を担います。その合成は、アミノ酸のトリプトファンからセロトニンを介して行われます。トリプトファンはチーズや卵、肉などに多く含まれるため、これらの食品を摂取することがメラトニン合成を促す可能性があります。さらに、メラトニンの合成は光の影響を受けるため、夜間は強い光を避けることが重要です。しかし、メラトニン合成は複雑なプロセスであるため、これらの要素だけで睡眠の質を保証できるわけではありません。

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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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稲作において、害虫の天敵が集まる田と集まらない田の違いについて、殺虫剤不使用の田を対象に考察。植物は食害されると、カマキリなどの天敵を誘引する物質「サリチル酸メチル」を放出します。この物質は、光合成で合成される芳香族アミノ酸を前駆体とします。 しかし、高温障害や蒸散量減少でイネが弱ると、芳香族アミノ酸の合成が低下し、天敵誘引能力も減少。筆者は、今年の猛暑日と重なった中干しがイネに多大な高温ストレスを与え、誘引物質の合成を阻害した可能性を指摘。その悪影響は収穫直前に顕著化すると予測しています。

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ゴールデンライスは、胚乳にβカロテンを蓄積するように遺伝子組み換えされたコメです。βカロテン合成経路のうち、コメに欠けていた「GGPPからフィトエン」と「フィトエンからリコペン」の2つの遺伝子を導入することで実現されました。フィトエン合成遺伝子はトウモロコシ、リコペン合成遺伝子はバクテリア由来です。この遺伝子導入により、コメは再びβカロテンを生成できるようになりました。ゴールデンライスは長年の開発期間を経て、フィリピンで商業栽培が開始されています。

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中干しをしない稲作は、カエルの大量発生により、IPM(総合的病害虫管理)に貢献する可能性があります。カエルは世代交代の早い害虫を捕食するため、耐性を持つ害虫への対策として有効です。さらに、カエルは水田周辺の畑にも生息範囲を広げ、間接的に畑の害虫駆除にも役立ちます。畑にカエルを誘致するには、緑肥を植えておくことが有効です。緑肥は土壌環境改善にも効果があり、カエルの住みやすい環境を作ります。このように、中干しなしの稲作と緑肥を活用した畑作は、環境に優しく持続可能な農業を実現する可能性を秘めています。

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植物の葉の香りは、損傷時にリノレン酸などの不飽和脂肪酸が酸化・分解され、揮発性が高まることで生成される。青葉アルコールを例に挙げると、リノレン酸より沸点・融点が大幅に低いため、気体になりやすい。この揮発した化合物を鼻で受容することで、人間は「青葉の香り」として認識する。 葉で生成された香り化合物は、周辺植物に吸収され、害虫耐性向上や天敵誘引などの効果をもたらす。この仕組みを利用し、脂肪酸を多く含む緑肥を栽培し、刈り倒すことで、畑全体に香り化合物を充満させる方法が考えられる。

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レンゲ栽培と土壌改良を行った田が、周辺と比較して順調に生育していることを報告。猛暑下でも中干し不要で高温障害を緩和し、光合成性能を維持しています。特筆すべきは、この田でカメムシの天敵であるカマキリが多数発見されたこと。周辺の田では見られない現象で、クモやカエルも多いことから、健全な生態系が機能し、ウンカなどの害虫被害軽減が期待されています。筆者は、殺虫剤の使用が天敵を減らし、かえってウンカ被害を悪化させる「人災」であると警鐘を鳴らし、自然の力を活用した害虫対策の重要性を訴えています。

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トマト果実の品質向上を目指し、脂肪酸の役割に着目した記事。細胞膜構成要素以外に、遊離脂肪酸が環境ストレスへの耐性に関与している。高温ストレス下では、葉緑体内の不飽和脂肪酸(リノレン酸)が活性酸素により酸化され、ヘキサナールなどの香り化合物(みどりの香り)を生成する。これは、以前の記事で紹介された食害昆虫や病原菌への耐性だけでなく、高温ストレス緩和にも繋がる。この香り化合物をハウス内で揮発させると、トマトの高温ストレスが軽減され、花落ちも減少した。果実の不飽和脂肪酸含有量を高めるには、高温ストレス用の備蓄脂肪酸を酸化させずに果実に転流させる必要がある。適度な高温栽培と迅速なストレス緩和が、美味しいトマトを作る鍵となる。

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植物の気孔開閉は、根で合成されるアブシジン酸だけでなく、葉でも合成されることがわかった。葉でのアブシジン酸合成は、光ストレスによる活性酸素の発生を抑えるためと考えられる。合成経路は、カロテノイドの一種であるゼアキサンチンから数段階の酵素反応を経て行われる。このゼアキサンチンは、過剰な光エネルギーの吸収を防ぐキサントフィルサイクルにも関わっている。乾燥していない環境下でも、過剰な日光によって葉でアブシジン酸が合成され気孔が閉じると、光合成の効率が低下し生産性のロスにつながる可能性がある。

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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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赤紫蘇の色素について調べたところ、シソニンとマロニルシソニンというアントシアニン系の色素であることがわかった。マロニルシソニンは、赤色のアントシアニンであるフラビリウムにマロン酸と糖が結合した構造をしている。複雑な糖の付加により、pH変化による変色が抑えられ、シソジュースの安定した赤色に繋がっていると考えられる。この構造が健康効果にも寄与している可能性がある。

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花の色素、特にアントシアニンは、紫外線から植物を守るフラボノイドの一種であり、イネのいもち病抵抗性にも関与している。紫外線はフラボノイド合成を促進するが、ハウス栽培では紫外線が遮断され、フラボノイド合成が抑制される可能性がある。これは、イネの色素が薄くなり、いもち病に弱くなる原因の一つと考えられる。色素の濃い古代米は、現代のイネ品種に比べていもち病抵抗性が高い。つまり、フラボノイドの合成を促進することで、イネのいもち病抵抗性を高めることができる可能性がある。色素合成に関わる金属酵素の適切な摂取と適切な紫外線照射が、イネの健全な生育に重要である。

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キノコの香りは、揮発性有機化合物によるもので、種特異的な組成を示す。香気成分生合成に関わる酵素の研究は、シイタケにおけるレンチオニン生合成経路の解明が進んでいる。γ-グルタミルペプチドの分解で生じるメタンチオールや1-オクテン-3-オールなど、普遍的な香気成分も存在する一方、マツタケオールやソテツオールなど種特異的な成分も確認されている。これらの香気成分は、昆虫や動物を誘引し胞子散布に寄与する、あるいは他の微生物の生育を阻害するなど、生態学的役割を担っていると考えられる。香気成分の生合成機構の解明は、キノコの育種や栽培技術の向上に繋がる可能性を持つ。

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農研機構の研究で、葉緑体分解産物であるフィトールがトマトの根のセンチュウ抵抗性を高めることが判明した。フィトールはクロロフィルの分解過程で生成されるアルコールで、土壌中のフィトールが根にエチレンを蓄積させ、抵抗性を向上させる。このメカニズムは、緑肥を刈り倒し土壌に成分を染み込ませる方法と類似しており、土壌消毒にも応用できる可能性がある。緑肥カラシナによるイソチオシアネート土壌消毒と組み合わせれば、相乗効果でセンチュウ被害や青枯病などの細菌性疾患を抑制し、根の養分吸収を維持、ひいては地上部の抵抗性向上にも繋がる可能性がある。

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ファビピラビルは、RNA依存性RNAポリメラーゼを選択的に阻害する抗ウイルス薬である。インフルエンザウイルスに対して開発されたが、エボラ出血熱やCOVID-19等の様々なRNAウイルス感染症への有効性が示唆されている。ウイルスRNAポリメラーゼに取り込まれることでRNA鎖の伸長を阻害し、ウイルスの複製を抑制する。広域スペクトルの抗ウイルス活性を持つ一方、催奇形性の懸念から妊婦への投与は禁忌とされている。日本ではアビガンとして承認されており、新型または再興感染症に対する備蓄薬としての役割も担っている。

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p53遺伝子は細胞のがん化を抑制する重要な遺伝子で、DNA修復やアポトーシスを制御する。しかし、トランスポゾンやレトロウイルスのような因子がp53遺伝子に挿入されると、その機能が破壊され、がん化につながる可能性がある。一方、内在性レトロウイルス(ERV)の一部はp53の結合サイトとなり、細胞ストレス時にp53がERVからの転写を誘導し、レトロウイルスRNAを排出することで、抗ウイルス機構として機能している可能性も示唆されている。

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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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ニセアカシアはアレロパシー作用を持つため、周囲の植物の生育を阻害する。この作用は、ニセアカシアの葉や根から放出される化学物質、特にロビネチンとジヒドロロビネチンによるものと考えられる。これらの物質は、他の植物の種子発芽や成長を抑制する効果があり、ニセアカシアの競争力を高めている。土壌中の窒素固定能力も高く、他の植物の窒素吸収を阻害する可能性も指摘されている。これらの作用により、ニセアカシアは周囲の植物相を変化させ、単一的な植生を形成する傾向がある。

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リン酸がイネの発根促進に繋がるメカニズムを考察した記事です。発根促進物質として知られるイノシンに着目し、その前駆体であるイノシン酸の生合成経路を解説しています。イノシン酸は、光合成産物であるグルコースにリン酸が付加されたリボース-5-リン酸を経て合成されます。つまり、リン酸の存在がイノシン酸の合成、ひいてはイノシン生成による発根促進に重要であると示唆しています。さらに、リン酸欠乏時には糖がフラボノイド合成に回され、葉が赤や紫に変色するという現象との関連性にも言及しています。

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イネのウンカ抵抗性に関与する物質、安息香酸ベンジルは、フェニルアラニン由来のベンジルアルコールやベンズアルデヒドから合成される。ウンカの種類によって誘導抵抗性物質の発現量が異なることが報告されている。光合成を高め、自然に抵抗性を高めることが重要であり、シリカ吸収や川からの養分供給が有効である。登熟期には穂への養分転流を抑え、健全な葉でウンカの被害ピーク期を迎えることが重要となる。亜鉛欠乏はオートファジーを誘導し、老化を促進するため、適切な亜鉛供給も抵抗性強化に繋がる。

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植物のオートファジーは、細胞内のタンパク質を分解し、養分を再利用する仕組みです。大隅氏がノーベル賞を受賞したことでも知られ、秀品率向上への寄与が期待されます。栄養不足時や病原体排除、古い細胞から新しい細胞への養分移行に機能し、分解されたタンパク質等はアミノ酸や糖として再利用されます。植物にはマクロオートファジーとミクロオートファジーがあり、葉緑体のオートファジーは養分再利用だけでなく、光合成調整にも関与すると考えられています。このメカニズムの理解が、農業における品質向上に繋がる可能性があります。

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ウキクサ繁茂は水田の鉄分濃度と関連があり、土壌中の鉄分が有機物でキレート化されていないとイネは吸収しにくい。キレート化とは鉄イオンなどの金属イオンを有機物で包み込み、植物が吸収しやすい形にすること。キレート鉄は土壌pHの影響を受けにくく、即効性があるため、葉面散布や土壌灌注で鉄欠乏を改善できる。特にアルカリ性土壌では鉄が不溶化しやすいため、キレート鉄が有効。ただし、キレート剤の種類によって効果が異なるため、適切な選択が必要。

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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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殺菌剤の使用は、虫による食害被害の増加につながる可能性がある。殺菌剤は標的とする菌類だけでなく、植物や昆虫に共生する有益な微生物も排除してしまう。これにより、植物の抵抗力が低下し、害虫に対する脆弱性が増す。さらに、殺菌剤は昆虫の免疫系を抑制し、病原体への感染リスクを高める。また、殺菌剤によって天敵が減少すると、害虫の個体数が増加する可能性もある。これらの要因が複合的に作用し、殺菌剤の使用が結果的に害虫の発生を助長し、食害被害の増加につながるケースが観察されている。したがって、殺菌剤の使用は慎重に検討し、必要最小限に抑えることが重要である。

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ハナカマキリのピンク色は、トリプトファン由来のキサントマチンという色素による。キサントマチンはオモクローム系色素の一つで、還元型がピンク色を呈する。 当初は、ピンクの花弁の色素であるアントシアニンをカマキリが摂取した結果だと予想されていたが、そうではなく、カマキリ自身がキサントマチンを生成していることがわかった。昆虫の色素には、他にメラニンとプテリジン系色素がある。

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レッドチェダーチーズの赤い色は、アナトー色素ではなく、ウシの飼料に含まれるカロテノイドに由来する。ウシはカロテノイドを体脂肪に蓄積し、牛乳中にもわずかに含まれる。チェダーチーズ製造過程で乳脂肪が濃縮されることで、カロテノイドの色も濃くなり、赤い色に見える。飼料に含まれるカロテノイドの種類や量、牛の種類、季節などによってチーズの色合いは変化する。特に冬場はカロテノイドが不足し、チーズの色が薄くなるため、アナトー色素で着色する場合もある。

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この文章では、カロテノイド生合成が阻害された場合の植物への影響と、そのメカニズムを利用した除草剤について解説しています。 カロテノイド生合成の阻害剤である除草剤ノルフルラゾンは、フィトエン不飽和化酵素(PDS)を阻害し、フィトエン以降のカロテノイド合成を停止させます。カロテノイドは、フィトエンからリコペンなどを経て合成される一連の色素で、光合成で発生する活性酸素の除去に不可欠です。合成が阻害されると、活性酸素が蓄積して葉緑体が崩壊し、葉が白化して生育が停止します。このことから、植物の光合成にとってカロテノイドの完全な合成がいかに重要であるかがわかります。

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植物は紫外線対策としてカロテノイドを合成する。動物は摂取すると免疫維持に役立てる。カロテノイドはニンジンのβ-カロテンやトウモロコシのゼアキサンチンなど、黄色〜橙色の色素。光合成時の活性酸素除去、受粉のための昆虫誘引にも利用される。フィトエンを出発点に酵素反応でβ-カロテンが合成され、水酸基が付くとキサントフィルとなる。種類によって光の吸収波長が変わり、色が変化する。合成経路や蓄積器官、栽培による増加などは今後の課題。

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農薬不要な野菜は、食害昆虫や病原菌への耐性向上のため香り化合物（二糖配糖体）を蓄積し、食味や香りを向上させる。青葉アルコール等の香気成分は健康にも良く、慢性疲労症候群の疲労に伴う機能低下を改善する効果も報告されている。野菜を咀嚼すると香り化合物が鼻腔に届き香りを認識するが、香り化合物は損傷を受けた際に揮発するため、咀嚼によって効率的に摂取できる。つまり、香り化合物を多く含む野菜は、虫や病気に強く農薬防除を必要としない。食害を受けにくく病気にもなりにくい野菜を育てるには、香り化合物の合成を高める草生栽培が有効である可能性がある。ウィルス流行等の脅威に対し、野菜の質向上、特に香り化合物に着目した品質向上が重要となる。

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美味しい野菜は虫に食われにくい、という論理を香気成分から解説した記事です。植物は害虫や病原菌から身を守るため、青葉アルコールなどの香気成分を生成します。この香気成分は野菜の味や香りを良くする重要な要素です。つまり、食味の優れた野菜は、害虫に強い傾向があると言えます。「虫に食われる野菜は安全でおいしい」という通説は誤りで、香気成分を持つ野菜こそ高品質で美味しい可能性が高いのです。ただし、農薬使用の是非については別の記事で議論されています。

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植物の香り化合物（GLV）は、葉が損傷を受けた際にガラクト糖脂質から合成され、害虫や病害に対する防御機構として機能する。GLV合成経路の研究から、ヘキセナールなどの化合物が病害抵抗性に寄与することが示唆されている。このことから、草生栽培において、定期的な草刈りによって放出される香り化合物が作物の耐性を高める可能性が考えられる。逆に、除草剤の使用は香り化合物の放出機会を奪い、食害被害の増加につながる可能性がある。これは、殺菌剤使用による食害増加と同様に、栽培における新たな課題を示唆している。

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トマトの葉はハスモンヨトウの食害を受けると、青葉アルコール(ヘキセノール)を揮発させ、隣の株がそれを吸収し防御反応を示す。揮発物質には、常に葉に貯蔵されていて損傷時に揮発するものと、損傷をトリガーに合成され揮発するものがある。青葉アルコールは後者にあたり、緑茶の香り成分でもある。緑茶はゲラニオールを二糖配糖体として蓄積し、葉の損傷時に糖が外れ揮発する。青葉アルコールも同様の機構で、前駆体を葉に蓄積し、損傷により合成・揮発すると考えられる。

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腸内細菌は、腸管上皮細胞の糖鎖末端にあるシアル酸を資化し、特にウェルシュ菌のような有害菌はシアル酸を分解することで毒性を高める。ビフィズス菌もシアル酸を消費するが、抗生剤投与で腸内細菌叢のバランスが崩れると遊離シアル酸が増加し、病原菌増殖のリスクが高まる。シアリダーゼ阻害剤は腸炎を緩和することから、有害菌ほどシアル酸消費量が多いと推測される。ゆえに、ビフィズス菌を増やし、糖鎖の過剰な消費を防ぐことが重要となる。さらに、日本人の腸内細菌は海苔の成分であるポルフィランを資化できることから、海苔の摂取も有益と考えられる。

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免疫向上に重要な亜鉛は、好中球の活性酸素産生やDNA合成に関与し、不足すると免疫機能が低下する。好中球はペルオキシダーゼ酵素群を用いて活性酸素を生成し病原体を殺菌するが、この酵素の補酵素にはNADPHやヘムが必要となる。NADPHは光合成の明反応で生成され、ヘムはアミノレブリン酸から合成される。これらの経路は植物の光合成や活性酸素の制御機構と類似しており、葉緑素豊富な春菊は亜鉛などの微量要素も豊富で免疫向上に良いと考えられる。ただし、マンガン欠乏土壌で育った野菜は効果が期待できないため、土壌の質にも注意が必要。ウイルス感染時は、好中球ではなくナチュラルキラー細胞によるアポトーシス誘導が主であり、そこでも活性酸素が重要な役割を果たす。

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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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ペクチンは植物の細胞壁や細胞間層に存在する多糖類で、主要構成成分はガラクツロン酸である。ガラクツロン酸はグルコースからUDP-糖代謝を経て合成されるガラクトースが酸化されたもの。つまり、ペクチンの材料は光合成産物であるグルコースを起点としている。ガラクトース自体は主要な炭素源である一方、細胞伸長阻害等の有害性も持つため、植物は単糖再利用経路でリサイクルまたは代謝する。ペクチン合成にはマンガンクラスターによる光合成の明反応が重要だが、家畜糞の連続使用はマンガン欠乏を招き、光合成を阻害する可能性がある。つまり、健全な土壌作り、ひいては良好な植物生育のためには、マンガン供給にも配慮が必要となる。

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生駒山で風化した斑れい岩の露頭を観察した結果、露頭の下に堆積した土は灰色だった。観察者は赤い土を想像していたが、実際は異なっていた。露頭自体は灰色っぽいが、部分的に鉄分の影響で赤く風化した箇所も見られた。このことから、斑れい岩が風化しても有機物は蓄積されにくいと推測された。この発見は、筆者が抱いていたある疑問の解決につながるという。

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アレルギー反応緩和には、ヒスタミン代謝が重要で、銅を含む酵素ジアミンオキシダーゼ(DAO)とSAMを補酵素とするヒスタミン-N-メチルトランスフェラーゼ(HNMT)が関与する。野菜の栄養価低下、特に微量要素の欠乏によりヒスタミン代謝が弱まっている可能性がある。連作や特定産地のブランド化による弊害で、野菜のミネラル不足が懸念されるため、サプリメント摂取が必要かもしれない。喉の腫れ等の症状改善のため、ミネラルサプリを試す予定。効果があれば、健康な野菜の重要性を裏付けることになる。また、花粉症と乳酸菌飲料の関係性や、腸内細菌によるトリプトファン代謝の違いがアレルギー緩和に繋がる可能性も示唆されている。

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アブラナ科植物は、害虫から身を守るため、グルコシノレートとミロシナーゼという物質を別々の細胞に蓄えています。植物体が損傷すると、これらが反応して毒性のあるイソチオシアネートが生成されます。チョウ目の幼虫は、このイソチオシアネートを無毒化するのではなく、生成自体を阻害することで食害を可能にしています。つまり、幼虫の消化液中の酵素がグルコシノレートに作用し、ミロシナーゼとの反応を阻断するのです。ただし、チョウ目の幼虫が他の解毒経路を持っている可能性は否定できません。また、ホウレンソウは根が傷つけられると、昆虫の変態を阻害するファイトエクジステロイドという物質を生成することがわかっています。

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アザミウマの食害を軽減するために、ジャスモン酸の活用が有効である。シロイヌナズナを用いた研究では、ジャスモン酸を事前に散布することで、アザミウマの食害が大幅に減少した。これは、ジャスモン酸が植物の誘導防御を活性化し、忌避物質であるイソチオシアネートの合成を促進するためである。ジャスモン酸はα-リノレン酸から合成される植物ホルモンであり、べと病や疫病の予防にも効果が期待される。ただし、環境ストレス下ではジャスモン酸の効果が低下する可能性があるため、栽培環境の管理も重要となる。他の作物でも同様のメカニズムが期待されるため、食害および病害予防にジャスモン酸の活用は有効な手段となり得る。

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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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こと京都株式会社の社内研修で、病気についての講演を行いました。農薬の作用メカニズムや、病気の感染経路、早期発見の重要性などを説明しました。参加者には、病気が発生した畑の次作について考えてもらう機会を設け、施肥設計の重要性を共有しました。講演内容は、殺菌剤の誤解されがちな作用、病気予防の重要性、そして発生後の対策に重点を置いています。京都農販の木村氏も葉枯病への対策について補足説明を行いました。詳細な内容は京都農販日誌に掲載されています。また、関連として酸素供給剤の可能性や京都市内の出来事に関する記事も紹介されています。

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葉物野菜の筋っぽさは、開花準備の開始による栄養分の移動が原因とされる。開花が早まる要因として塩ストレスが挙げられ、高塩濃度環境では開花が促進されるという研究結果がある。つまり、土壌の高塩濃度化は野菜の食感を損なう。家畜糞堆肥による土作りは塩濃度を高める可能性があり、食味低下につながる。一方、土壌の物理性を高め、高塩環境を避けることで、野菜は美味しく育ち、人間の健康にも寄与する。ストレスの少ない健康的な栽培が、美味しい野菜、ひいては人の健康につながる。

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野菜の美味しさ成分の一つ、ポリアミン、特にプトレシンについて解説した記事です。プトレシンはオルニチンから合成され、植物体内ではポリアミン酸化酵素によって分解されて過酸化水素を生成し、これが植物の生体防御（気孔開閉、細胞壁強化、免疫）に関与します。ポリアミンは貝やダイズに多く含まれ、過剰摂取でなければ人体にも良い影響がある可能性が示唆されています。さらに、ポリアミンは植物の高温、低温、塩、浸透圧、カリウム欠乏、低酸素といった様々なストレス軽減にも関与しており、アミノ酸肥料と微量要素でストレス回避できる可能性についても触れられています。

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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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植物におけるカロテノイド生合成は、IPPとDMAPPを前駆体として非メバロン酸経路またはメバロン酸経路で進行する。最終生成物はカロテノイドであり、様々な構造と機能を持つ。例えば、光合成の補助色素や抗酸化物質として働く。カロテノイド生合成の制御は、代謝工学的手法で遺伝子発現を操作することで可能となる。これにより、特定カロテノイドの増産や新規カロテノイドの創出が可能となる。栄養価向上や産業利用などへの応用が期待されている。

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植物の上陸は、過剰な太陽光への対処という課題をもたらしました。水中は光が減衰されるため光合成には効率的でしたが、陸上では強すぎる光が光合成器官に損傷を与えかねません。そこで植物は、カロテノイドなどの色素分子を進化させました。カロテノイドは、余剰な光エネルギーを吸収し、熱として放散することで光阻害を防ぎ、光合成の効率を維持します。 陸上植物のカロテノイド生合成経路は、シアノバクテリア由来の葉緑体と、真核生物の祖先が獲得した経路の融合によって成立しました。特に、陸上植物はカロテノイドを多様化させ、様々な環境に適応しています。この多様化は、遺伝子重複や機能分化といった進化メカニズムによって実現されました。結果として、カロテノイドは光合成の効率化だけでなく、植物の生存戦略において重要な役割を果たすようになったのです。

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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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イネから発見されたジテルペノイドの一種、モミラクトンAとBは、植物の根から分泌される抗菌成分で、幅広い生物活性を持ち、他感作用（アレロパシー活性）を示す。もみ殻に多く含まれるラクトン化合物であることから命名された。近年、動物細胞への抗がん作用も報告され、注目されている。イソプレノイドは、IPPとDMAPPという炭素数5の化合物が結合して生成される。これらの前駆体は、非メバロン酸経路(MEP経路)またはメバロン酸経路(MVA経路)で合成される。モミラクトンは、イネの生育に有利な環境を作り出すことで、稲作の拡大に貢献した可能性がある。

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A-nokerさんから佐賀県太良町産のアスパラガスを頂き、その美味しさに感動。同封のお便りでアスパラガス酸について触れられており、更に書籍でその興味深い効能を知った。アスパラガス酸は、抗線虫・抗真菌作用や他の植物の生育阻害活性を持つ。また、その関連物質であるジヒドロアスパラガス酸は抗酸化作用やメラニン生成阻害活性を、アスパラプチンは血圧降下作用を持つため、医療や化粧品への応用が期待されている。アスパラガス酸の生合成経路には未解明な点が多く、今後の研究が待たれる。

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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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作物の根はフラボノイドを分泌し、枯草菌がそれを認識して根の周りにバイオフィルムを形成する。このバイオフィルムは他の微生物の侵入を防ぎ、根の病気を抑制する。枯草菌は鉄や銅の吸収を促進するシデロフォアも分泌する。有効な枯草菌の増殖には土壌の排水性と保水性が重要であり、フラボノイド合成に必要なフェニルアラニンと微量要素も重要となる。さらに、バチルス属細菌は病原菌のクオルモンを分解する能力も持つため、病害抑制に貢献する。良好な土壌環境は、これらのメカニズムを通じて作物の病害発生率を低減する。

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ビフィズス菌は消化管下部で様々な糖を分解する酵素を持つ。これは、他の腸内細菌が利用しやすい糖が少ない環境で生き残るための適応と考えられる。ビフィズス菌はガラクトースを含む様々な糖を利用し、血中濃度が過剰になるのを防ぐ。乳酸菌摂取はビフィズス菌の活性化につながり、ヨーグルト等の乳製品摂取も健康にプラスに働く。しかし、ビフィズス菌の消化管下部への局在性など、更なる研究が必要な点も残されている。乳児の腸内フローラ形成におけるビフィズス菌の役割や、ヒト由来の糖質に作用する酵素に関する研究も進められている。

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二価鉄は植物の生育に必須の微量要素だが、その扱いは難しい。光合成、呼吸、窒素固定など生命活動の根幹に関わる多くの酵素の活性中心として機能する一方で、過剰な二価鉄は活性酸素を発生させ、細胞に損傷を与える。そのため、植物は巧妙な制御機構を備えている。鉄の吸収、輸送、貯蔵、利用を調節するタンパク質群が働き、必要量を確保しつつ過剰を防いでいる。鉄欠乏になるとクロロシス（葉の黄化）などの症状が現れ、生育が阻害される。土壌pHや他の金属イオンの存在も鉄の吸収に影響を与えるため、適切な土壌管理が重要となる。

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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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落葉は、葉柄と茎の間の離層形成で始まる。通常、葉で生成されるオーキシンが離層細胞の分離を抑えているが、秋になり気温が低下すると光合成量が減少し、オーキシン合成も減少する。同時に、光合成の「こぼれ電子」対策としてアントシアニン合成が盛んになる。アントシアニンの材料となるフェニルアラニンは、オーキシンの前駆体であるトリプトファンからも合成されるため、オーキシン合成は更に抑制される。結果として離層細胞が分離し、落葉に至る。つまり、植物は光合成の低下とアントシアニン合成増加によるオーキシン減少を落葉のシグナルとして利用している。

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このブログ記事は、「紅葉と黄葉で、落ち葉の土への還り方（分解速度や土壌への貢献）に違いがあるのか」という疑問を考察しています。黄葉はキサントフィル、紅葉は抗酸化作用を持つアントシアニンが担います。特にアントシアニンは、光合成時の「こぼれ電子」回収に関わるフェノール性化合物である点を強調。著者は、抗酸化作用が強くフェノール性化合物であるアントシアニンを含む紅葉が、土壌微生物による分解促進や土の有機物（腐植）構成に、黄葉よりも貢献する可能性を推測し、その科学的な実態はどうかと読者に問いかけています。

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コケは維管束を持たず、種子を作らないが胚を持つ植物。維管束がないため、葉から直接水分や養分を吸収する。道管もないため、リグニンを蓄積しないが、リグニンのような物質(リグナン)を合成する遺伝子は持つ。これは土壌の腐植蓄積モデルを考える上で興味深い。コケの理解は「土とは何か？」という問いに繋がる。コケは精子と卵が受精する胚を持つ植物であり、単純な細胞分裂で増殖するわけではない。

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植物の細胞壁成分リグニン合成は、複数の金属酵素が関わる複雑な過程である。リグニンモノマー(モノリグノール)はペルオキシダーゼ(鉄)もしくはラッカーゼ(銅)により酸化され、重合を繰り返してリグニンになる。モノリグノールはベンゼン環を持ち、フェニルプロパノイドに分類される。フェニルプロパノイドは芳香族アミノ酸であるフェニルアラニンから合成され、その前段階として光合成(マンガン、鉄が必要)や、シロヘム(鉄)が関与するアミノレブリン酸合成経路が重要となる。このように、リグニン合成は鉄、銅、マンガン等の金属、そして光合成産物が必須である。

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植物の葉がアントシアニンを蓄積するのは、ストレス環境下で光合成のバランスを調整するためです。強光下などストレス環境では、光合成の明反応は進む一方、暗反応が抑制されます。すると、明反応で生じた電子が過剰となり活性酸素が発生しやすくなります。アントシアニンは濃い色素として光を吸収し、明反応を抑制することで活性酸素の発生を防ぐフィルターの役割を果たします。これは、果実の成熟時にアントシアニンが蓄積されるのとは別のメカニズムです。

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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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植物はサリチル酸(SA)というホルモンで病原体への防御機構を活性化します。SAは病原体感染部位で生合成され、全身へシグナルを送り、抵抗性を誘導します。この抵抗性誘導は、病原関連タンパク質(PRタンパク質)の蓄積を促し、病原体の増殖を抑制します。PRタンパク質には、病原体の細胞壁を分解する酵素や、病原体の増殖を阻害する物質などが含まれます。SAは、植物免疫において重要な役割を果たす防御ホルモンです。プロベナゾールはSAの蓄積を促進し、植物の防御反応を高めます。

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グルタチオンはグルタミン酸、システイン、グリシンから成るトリペプチドで、植物の光合成において重要な役割を果たす。従来、光合成の副産物である活性酸素は有害とされていたが、グルタチオンの抗酸化作用との組み合わせが光合成を活性化し、植物の生育を促進することがわかった。グルタチオンを与えられた植物は、光合成産物の移動量も増加した。今後の課題は、グルタチオンの生合成経路の解明である。また、グルタチオンは免疫向上にも関与していると考えられている。

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植物ホルモンのエチレン合成に関わるメチオニンとシアン化水素の無毒化に関わるシステインの生合成経路を辿ると、両者ともアスパラギン酸を起点としていることがわかる。 メチオニンはアスパラギン酸とシステインから、システインはメチオニンとセリンから合成される。さらにセリンもアスパラギン酸から派生する。アスパラギン酸自体は、光合成産物であるオキサロ酢酸とグルタミン酸から生合成されるため、これらのアミノ酸は全て光合成産物に由来する。アスパラギン酸は様々なアミノ酸合成の起点となる重要な物質である。

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植物と土壌微生物は共生関係にあり、互いに利益を与え合っている。植物は光合成産物を微生物に提供し、微生物は植物が必要とする栄養素を供給する。特に、植物の根圏は微生物の活動が活発な場所で、植物は根から分泌物を出して特定の微生物を集め、独自の微生物叢を形成する。窒素固定細菌は空気中の窒素を植物が利用できる形に変換し、菌根菌はリン酸などの栄養吸収を助ける。また、植物成長促進根圏細菌(PGPR)は植物ホルモンを産生したり、病原菌から植物を守ったりするなど、様々な形で植物の成長を促進する。このように、植物と土壌微生物の相互作用は植物の生育に不可欠である。

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植物ホルモンのサリチル酸生合成の解明をきっかけに、芳香族アミノ酸であるチロシンとフェニルアラニンの関係が注目された。チロシンはベンゼン環にヒドロキシ基を持つのに対し、フェニルアラニンは持たない。動物ではフェニルアラニンからチロシンが合成される。植物では、シキミ酸経路においてシキミ酸からプレフェン酸を経て、チロシンとフェニルアラニンが合成される。また、サリチル酸生合成に関わるコリスミ酸もシキミ酸経路で生成される。シキミ酸経路は植物色素、リグニン、ABAなど様々な物質の合成に関与している。

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植物ホルモンのサリチル酸は、病原菌感染時に植物体内で合成され、免疫応答を誘導するシグナル分子として働く。サリチル酸はフェニルアラニンまたはコリスミ酸から生合成される。病原菌侵入時に増加し、防御機構を活性化する酵素群の合成を促す。また、メチル化により揮発性となり、天敵を誘引したり、近隣植物の免疫を活性化させる可能性も示唆されている。この作用はプラントアクティベーターという農薬にも応用されている。

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京都知七の社内研修で、京都農販の技術顧問として作物の病気と連作障害についての講義を行いました。全3回の初回で、病気の完全排除は不可能ながらも、施肥設計の見直しや連作回避が感染率低下に繋がることを、感染経路を中心に解説しました。基肥を見直すことで感染率を抑制し、九条ねぎの秀品率向上に貢献できるよう、社員向けに研修を実施しました。

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筆者は鯖街道の熊川宿で浜焼き鯖と鯖寿司を堪能した。鯖街道は福井の小浜から京都の出町柳まで約70kmを繋ぐ街道で、かつては魚介類、特に鯖を運ぶ重要な役割を果たしていた。当時の運搬方法は徒歩で数日かかり、鯖の鮮度保持が課題だった。浜焼きという手法で保存性を高め、運搬中に適度な塩加減になったという。運搬可能な鯖の数や当時の価格については不明だが、現代では安価に食べられることに感謝を述べている。

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グリホサートは除草剤ラウンドアップの有効成分で、植物体内の酵素EPSPSを阻害することで除草効果を発揮します。EPSPSは植物ホルモンやアミノ酸合成の初期段階に関わる重要な酵素で、グリホサートによってこの働きが阻害されると植物は生育に必要な物質を合成できなくなり、枯れてしまいます。 次の記事では、このグリホサートへの耐性を植物がどのように獲得するかについて解説されています。

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牛糞堆肥の施用は、作物の免疫系を弱める可能性がある。植物は硝酸イオンを吸収しアミノ酸に変換するが、牛糞堆肥のような塩類集積を起こしやすい資材は、硝酸還元に過剰なエネルギーを消費させ、免疫系への負担となる。アミノ酸肥料は光合成産物の節約に繋がり有効だが、土壌に硝酸塩が多いと効果が薄れる。食品残渣発酵物や、特に廃菌床は、硝酸塩集積を起こしにくく、アミノ酸やミネラルも豊富なので、牛糞堆肥より優れた土壌改良材と言える。つまり、牛糞堆肥へのこだわりは、秀品率低下に繋がる可能性があるため、再考すべきである。

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アミノレブリン酸(ALA)は、植物の葉緑素や赤血球成分など重要な物質の前駆体。ALA合成には硝酸還元に必要なシロヘムの生成に鉄が必要で、ALA周辺分子が不足すると硝酸利用効率が低下する。光合成不足では硝酸態窒素が活用されない点と合致する。鉄は二価鉄である必要があり、有機物由来の電子で三価鉄が還元されるため、糖の潤沢な供給が重要。ALA肥料は鉄、マグネシウムとの併用で効果を発揮するが、高濃度では除草剤となるため注意が必要。ALAは多くの生物が必要とするため元肥効果は限定的だが、特定状況下では大きな効果が期待できる。

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タンパク質は、アミノ酸がペプチド結合によって鎖状に連結したものです。ペプチド結合は、一つのアミノ酸のカルボキシル基と次のアミノ酸のアミノ基が脱水縮合することで形成されます。この結合は、C-N結合と部分的な二重結合性を持ち、平面構造で回転が制限されます。多数のアミノ酸がペプチド結合でつながり、ポリペプチド鎖を形成します。この鎖が折りたたまれ、特定の立体構造を持つことでタンパク質としての機能を発揮します。様々なアミノ酸の配列と鎖の長さ、そして立体構造によって、多様なタンパク質が作られ、生命活動において重要な役割を担っています。

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街路樹の根元に咲くオランダミミナグサは、おそらく船のコンテナに紛れ込み大海原を越えてきた外来種。侵入経路は不明だが、土の上に落ちた幸運が繁殖のきっかけとなった。コンクリートに落ちていたら、発芽は難しかっただろう。今、目の前にあるオランダミミナグサは、幾つもの幸運が重なって子孫を残せた証であり、在来種を抑えて繁殖するのも必然と言える。