植物のミカタ

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養液栽培で養液交換を減らすには、根から分泌される物質の影響を抑制する必要がある。根からは二酸化炭素、剥離した細胞、粘液質、有機酸、フラボノイド、無機イオンなどが分泌される。これらの物質が養液中に蓄積されると、溶存酸素の低下や鉄の沈殿などを引き起こし、根腐れのリスクを高める可能性がある。養液交換を減らすには、これらの分泌物の影響を最小限に抑える技術開発が求められる。

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ヤシャブシの葉は、水田の肥料として古くから利用されてきた。その肥効は、葉に含まれる養分だけでなく、鉄分供給による窒素固定促進の可能性がある。水田土壌には鉄還元細菌が存在し、鉄を利用して窒素ガスをアンモニアに変換する。ヤシャブシの葉に含まれるタンニンは鉄とキレートを形成し、鉄還元細菌の働きを助ける。さらに、キレート鉄はイネにも吸収されやすく、光合成を活性化し、養分吸収を高める。結果として、窒素固定の促進と養分吸収の向上という相乗効果で、イネの生育が促進されると考えられる。この仮説は、ヤシャブシの葉の伝統的な利用方法を科学的に説明する可能性を秘めている。

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レンゲ米の田では中干し時に土壌のひび割れ（クラスト）が発生しにくい。一般的に中干しは、土壌中の酸素不足による根腐れを防ぎ、有害ガス（硫化水素、アンモニアなど）を排出して発根を促進するとされる。しかし、レンゲによる土壌改良は、これらの有害ガスの発生自体を抑制するため、ひび割れが少なくても悪影響は小さいと考えられる。中干しには根の損傷や新たな根のROLバリア質の低下といったデメリットもあるため、レンゲ米栽培では従来の意義が薄れ、元肥設計の見直しなど新たな栽培体系の確立が求められる。

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イネの窒素肥料過剰による葉色濃化の原因を探求。湛水土壌ではアンモニア態窒素が主だが毒性があり、葉色変化やいもち病の真因に疑問が生じる。記事は、土壌表層の酸化層やイネ根近傍での硝化により硝酸態窒素が生成・蓄積される可能性を指摘。これが葉色濃化といもち病発生の一因であり、有機態窒素・アミノ酸利用が重要だと示唆している。

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イネの根腐れは、長雨による酸素不足ではなく、硫化水素の発生が原因である可能性が高い。硫化水素は、水田の嫌気環境下で、硫酸塩系肥料（硫安、キーゼライト、石膏、家畜糞堆肥など）が土壌微生物によって分解される際に発生する。生物は硫黄を再利用する進化を遂げているため、土壌に硫黄化合物が過剰に存在するのは不自然であり、肥料由来と考えられる。硫化水素は鉄と反応しやすく、イネの光合成や酸素運搬に必要な鉄の吸収を阻害する。水田は水漏れしにくいため、過去の肥料成分が蓄積しやすく、硫黄を抜く有効な手段がないため、田植え前の土壌管理が重要となる。ただし、長雨による日照不足や水位上昇も根への酸素供給を阻害する要因となりうる。

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高槻市清水地区のレンゲ米水田では、冬季にレンゲを栽培することで土壌改良が行われている。レンゲを鋤き込んだ後の水田は土が柔らかく、トラクターの跡が残らないほど軽い。これはレンゲにより土壌中の有機物が分解され、土の粒子同士の結合が弱まったためと考えられる。一方、レンゲを栽培していない隣の田んぼは土が固く、大きな塊が目立つ。レンゲ栽培は土壌の物理性を改善し、イネの根の生育を促進、肥料吸収の向上に繋がる。この水田ではベントナイトも使用されているため、レンゲ単独の効果の検証ではないが、レンゲ栽培は根圏微生物叢の向上、ひいては土壌への有機物馴染みの促進に貢献する。窒素固定も微生物叢向上に繋がる重要な要素である。

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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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スギナが水中に生えていたことから、スギナは水没に耐性がある可能性が示唆された。スギナの地下茎は酸欠に耐えられる構造を持っており、これを「ROLバリア」と呼ぶ。ROLバリアは、外側の細胞層が酸素をバリアし、内側の細胞層に酸素を供給する。このおかげで、スギナは地下茎から伸びた根が水中に沈んでいても、健全に成長できる。さらに、この酸素過剰な段階では、その酸素の一部が周囲の土壌に放出される。この仕組みは、スギナが他の植物よりも水没した環境で競争的に優位に立つことを可能にしている。

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沈水植物は、水中で光合成を行うため、光量の確保と空気の吸収が課題となる。酸素より二酸化炭素の吸収が重要で、水中の二酸化炭素はpHにより形態が変化する。pH6以下では二酸化炭素、6〜10では重炭酸イオンとして存在する。沈水植物は、進化の過程でどちらかの形態を吸収するように特化しており、水質(特にpH)の影響を受けやすい。

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水草は、陸上植物が再び水中で生育できるよう進化した植物群で、抽水、浮葉、沈水、浮遊の4種類に分類される。身近な例として、梅花藻は沈水植物、稲は抽水植物に該当する。稲はROLバリアという機能を獲得することで水田での生育を可能にした。水草は私たちの生活に密接に関わっており、その仕組みを理解することは、植物の進化や環境適応について多くの知見を与えてくれる。

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池の縁に落ち葉が堆積し、湿地が形成される様子が観察されています。落ち葉の堆積により、イネ科やアブラナ科の植物が生育できる環境が新たに作られています。池は土砂や落ち葉、植物の堆積により徐々に埋まり、上流の川は流れを変えていきます。湿地では、植物の死骸が嫌気的環境下で分解されにくく、炭素が土壌に蓄積されます。これは、大気中の二酸化炭素の減少に寄与していると考えられます。つまり、川や池の存在は炭素固定の観点から重要です。関連として、山の鉄分が川から海へ運ばれる過程や、植物の根への酸素供給機構についても触れられています。

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11月中旬でも河川敷の草は青々と茂り、水際でも背丈が高い。冷たい川の水にも関わらず、豊かな養分が水に溶けているためか、草は旺盛に生育している。根の熱が川の冷たさに勝っている可能性も考えられる。 同じ石が堆積した場所でも、河川敷の旺盛な植物の生育を見ると、川には生命力が秘められていると感じる。以前にも同様の観察を記録したように、毎年この生命力に感銘を受けている。

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水田の減反政策において、大豆への転作は排水性の問題から二作目以降の不作につながりやすい。大豆は水はけの良い土壌を好み、水田の排水性を高める改修は元に戻すのが困難なため、転作後も水田の状態が維持されることが原因の一つである。 解決策として、大豆の畝間にイネ科の緑肥（マルチムギなど）を栽培する方法が考えられる。マルチムギの根は酸素を放出するため、大豆の生育に必要な酸素供給源となる可能性があり、水田の鋤床層を壊さずに大豆栽培に適した環境を作れる。また、大豆は窒素固定能力を持つため、マルチムギとの共存で肥料管理に大きな変更は必要ない。ただし、収穫機械の対応状況は確認が必要となる。

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収穫後の水田で、刈り取られたイネのひこばえが生え始めていた。周囲は浸水し酸素が少ない環境だが、稲は再び葉を生やし生き残ろうとしている。この生命力に感銘を受け、著者は以前投稿した「植物の根への酸素の運搬とROLバリア」を想起する。酸素が少ない土壌で、イネの根はどのように防御しているのか？土地が他人のものなので掘って調べられないのが残念だ、と著者は記している。

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ネギの通路にマルチムギを緑肥として栽培することで、土壌への酸素供給が向上し、ネギの生育が促進される可能性が示唆されている。ムギはROLバリアを形成しないため、根から酸素が漏出し、酸素要求量の多いネギの根に供給される。特に、マルチムギの密植とネギの根の伸長のタイミングが重なることで、この効果は最大化される。マルチムギは劣悪な土壌環境でも生育できるため、土壌改良にも貢献する。この方法は、光合成量の増加、炭素固定、排水性・根張り向上といった利点をもたらし、今後の気候変動対策としても有効と考えられる。栽培初期は酸素供給剤も併用することで、更なる効果が期待できる。

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良い土壌には酸素が豊富だが、拡散だけで十分に行き渡るのか疑問だった。ROL(根からの酸素漏出)という概念が解決策を与えてくれた。酸素は植物の茎葉から根へ運搬され、ROLによって土壌へ拡散される。良い土壌では植物の根量が増え、ROLも増加するため、土壌への酸素供給も増える。この考え方は、京都でネギとマルチムギを高密度栽培した成功例にも説明を与え、根からの酸素供給が土壌環境改善に大きく貢献している可能性を示唆する。

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湿地の植物は、根への酸素供給のために特殊なメカニズムを持つ。イネなどの湿性植物は、ROLバリアと呼ばれるスベリン層で根を覆い、酸素漏出(ROL)を防ぎながら根の先端まで酸素を送る。一方、非湿性植物はROLバリアを持たず、酸素が根の上部で漏れてしまうため、水没に弱い。ROLバリアは、還元状態で毒性を示す土壌中の金属イオンからも根を守り、酸素を供給することで無毒化にも貢献する。酸素漏出は水没時だけでなく日常的に起こる可能性があり、この現象が別の疑問の解決につながるかもしれない。