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米ぬか嫌気ボカシ肥に使い捨てカイロの鉄粉を添加する実験の続報です。嫌気発酵で還元された鉄イオンが、メラノイジンのエンジオール基とキレート結合する可能性を考察。エンジオール基の還元性からフェントン反応発生が危惧されますが、厳密な嫌気環境では過酸化水素発生が少なく、緩やかな発酵が進行すると予測します。しかし、微生物死滅の可能性も考慮し、仕込み時にコーヒー酸キノン等の酸化剤を添加し、フェントン反応を抑制し微生物を保護することを提案。コーヒー粕からのコーヒー酸キノン生成にも期待が寄せられます。
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この記事では、クエン酸やポリフェノールに続き、小さな有機酸である「シュウ酸」のキレート結合に焦点を当てています。一般的なキレート結合のイメージとは異なり、シュウ酸がどのように金属を掴むのかを、具体例として「シュウ酸第二鉄カリウム」を用いて解説。シュウ酸のカルボキシ基にある非共有電子対が鉄と配位結合を形成し、負電荷を持つ「トリス(オキサラト)鉄(III)酸イオン」となるメカニズムを紐解きます。さらに、この錯体がカリウムイオンとイオン結合する様子や、2価の陽イオンとの結合可能性にも言及し、シュウ酸の複雑な化学的挙動を掘り下げています。
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このブログ記事では、クエン酸鉄のキレート結合の仕組みを、配位結合の重要性と共に解説します。クエン酸が持つ3つのカルボキシ基(-COOH)の酸素が、非共有電子対を用いて鉄イオン(Fe²⁺/Fe³⁺)に「指で摘むように」結合するメカニズムを詳述。鉄イオンは陽イオンで、1イオンあたり6個の配位結合（配位数）が可能であり、クエン酸鉄では、クエン酸の3つのカルボキシ基の酸素が鉄と配位結合していることが図と共に説明されています。
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二価鉄は酸素があると容易に酸化されて三価鉄になるため、扱いが難しい。食品や医薬品では二価鉄の還元力を利用することがあり、貧血治療薬としても使われる。しかし、酸化による品質劣化を防ぐため、製造工程や保管には工夫が必要となる。例えば、酸素を遮断した環境での製造や、抗酸化剤の添加、適切な包装などが重要となる。二価鉄の酸化は、食品の変色や風味劣化にも繋がるため、食品業界でも酸化防止対策が不可欠である。このように二価鉄は有用な特性を持つ一方、酸化を防ぐための注意深い管理が必要とされる物質である。
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この記事では、土壌中で植物が利用しにくいリン酸アルミニウムを、ラッカセイがどのように利用しているのかについて解説しています。
ラッカセイは根からシュウ酸を分泌し、リン酸アルミニウムを溶解します。溶解したアルミニウムは、根の表面にある特定の部位と結合し、剥がれ落ちることで無毒化されます。
さらに、剥がれ落ちたアルミニウムと結合した細胞は土壌有機物となり、土壌環境の改善にも貢献する可能性が示唆されています。
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水田の鉄還元細菌は、Fe₂O₃を還元し、鉄イオン(Fe²⁺)を水に溶出させる。この際、酸素は発生せず、水と二酸化炭素が生成される。溶出したFe²⁺は、イネの光合成や微生物の電子供与体として利用される。一方で、水田表面では、酸素とFe²⁺が反応し、土壌表面に灰色の堆積物を生成するなど、水田環境に影響を与えている。
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水田土壌で、稲わらを分解する鉄還元細菌が同時に窒素固定を行う新たなメカニズムが発見されました。稲わら由来の糖が分解される際に生じる電子は、窒素固定に利用される一方で、余剰分は温室効果ガスであるメタン生成にも関わることが判明。メタン抑制には中干しが知られますが、収量低下リスクも指摘されています。本記事では、稲わらの堆肥化がメタン生成を大きく減少させる有効策として紹介。土壌微生物学に基づいた「土作り」が、メタンガス削減や持続可能な農業への貢献に繋がると提言。知識の向上が環境問題解決の鍵となるでしょう。
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植物生育促進根圏細菌(PGPR)は、シデロフォアという物質を分泌し鉄イオンを吸収することで、他の微生物の鉄欠乏を引き起こし、土壌伝染病の発病を抑制する。PGPRの一種である枯草菌は、シデロフォア産生に加え、バイオフィルム形成を促進し、植物の発根やリン酸吸収を促す。健全な作物は二次代謝産物(フラボノイド)を分泌し、PGPRのバイオフィルム形成を誘導、病原菌の繁殖を抑え、自身は発根促進による養分吸収を高める好循環を生み出す。特定の緑肥作物でこの好循環を誘導できれば、土壌病害抑制に有効な可能性がある。
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高槻樫田温泉が2018年の台風21号の被害により休館。温泉自体は無事だったが、木質バイオマス燃料「ペレット」を生産するための周辺林が被災し、運営継続が困難になった。環境に配慮した運営を行っていた同施設の閉鎖は、大型化する台風被害への対策の必要性と、自然と調和した持続可能な社会の重要性を改めて示すものとなった。温泉成分や周辺地質への言及を通し、筆者は環境問題への関心の高さを示している。樫田温泉周辺は植物観察にも適した場所で、筆者にとって思い入れのある場所であったことが伺える。
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先日もりそばを食べた後、蕎麦湯を飲み、そばの栄養素について調べてみた。そばにはルチンという物質が含まれ、抗酸化、抗炎症、抗高血圧作用がある。ルチンは茹でる際に蕎麦湯に流出する可能性がある。ルチンは二価鉄に結合し、フリーラジカルの生成を抑え、細胞の損傷を防ぐ働きがあるようだ。蕎麦湯を飲むことで、ルチンの効果を期待したい。
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硝酸態窒素は植物にとって主要な窒素源だが、過剰に吸収されると酸化ストレスを引き起こす。植物は硝酸態窒素をアンモニア態窒素に変換して利用するが、この過程で活性酸素種が発生する。通常、植物は抗酸化物質で活性酸素種を除去するが、硝酸態窒素過剰だと抗酸化システムの能力を超え、酸化ストレスが生じる。これは細胞損傷、生育阻害、さらには果実の品質低下につながる可能性がある。ナスにおいても、硝酸態窒素過剰は果実の色素であるナスニンの分解を促進し、変色などの品質劣化を引き起こす可能性がある。
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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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タデ科植物の根から分泌されるシュウ酸の土壌還元作用について考察している。シュウ酸は酸化鉄(Ⅲ)と反応しシュウ酸鉄(Ⅲ)を生成する。この反応で鉄イオンは還元される。さらに、シュウ酸鉄(Ⅲ)は光分解によりシュウ酸鉄(Ⅱ)となり、鉄イオンはさらに還元される。つまり、シュウ酸は鉄イオンに電子を与え、還元剤として作用すると言える。この還元作用が土壌環境に影響を与えている可能性を示唆し、更なる考察の必要性を述べている。
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酸は水素イオン(H+)を放出し、金属と反応する。金属の電子を奪う水素イオンは酸化剤として働き、電子を失った金属は酸化されてイオン化する。例えば、鉄と塩酸の反応では、鉄は電子を奪われ鉄イオン(Fe2+)になり、水素イオンは電子を受け取って水素ガス(H2)となる。鉄イオンは塩酸中の塩化物イオン(Cl-)と結合し、塩化鉄(FeCl2)を生成する。
この反応は、硫化水素(H2S)と鉄の反応にも見られる。硫化水素も酸性を示し、鉄から電子を奪い硫化鉄を生成する。肥料のpHは土壌への影響を及ぼすため、NPKだけでなく酸性度にも注意が必要である。生理的酸性肥料や肥料成分偽装の問題も、土壌の酸性化に繋がる可能性があるため、理解しておくことが重要。