レンゲは空気中の窒素を根(根粒菌)で肥料に変える

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植物の肥料の三要素

植物が生きていくために必要な栄養分
「必須要素」は、17種類あります。

 

その中で肥料としてい施す
必要があり重要なのが、

 

「窒素(N)」
:「リン酸( P)」
「カリウム( K)」

 

の3種類で肥料の三要素といわれます。

 

 

 

 

 

「窒素(N)」=「葉肥(はごえ)」

なかでも窒素は、光合成には欠かせない
葉緑素(クロロフィル)の材料でもあり
植物にとって最も多量に必要なものです。

 

窒素がないと植物は生育することが
できず、極端に不足した場合は葉や
茎の成長が思うようにいきません。

 

特に葉や茎を食用にする葉菜類では
窒素を多量に必要とし、足りないと
葉が黄色くなったりします。

 

トマトやトウモロコシの場合は紫色素
のアントシアニンの蓄積による葉柄や
下葉、茎の紫化を招き落葉することも。

 

植物の生育初期に、窒素は効果的な働き
をしますのでので、その時期に窒素が土
に充分に含まれていることが必要です。

 

とはいえ多すぎも問題で、葉ばかりが大きく
茂り花や実がつかない、また植物が肥満化
して弱くなっているため害虫の食害を受け
やすくなったり病気にもなります。

 

 

ピーマンの花

 

 

 

「リン酸( P)」=「実肥(みごえ)」

リン酸は、遺伝情報の伝達や、タンパク質
の合成などを担う核酸(DNA、RNA)の
構成成分として重要なものです。

 

開花や結実を促すほか、植物全体の生育、
枝分かれ、根の伸長などの促しますが、

 

リン酸が不足すると、下葉から赤紫色
に変色したり、株全体が衰えてきて
開花、結実の品質が低下してしまいます。

 

 

ピーマンの白い花が赤い実になりました

 

 

 

「カリ(K)」=「根肥(ねごえ)」

水に溶けるカリウムイオンの形で植物の
なかで存在するカリは、葉で作られた
炭水化物を根に送り、発育を促します。

 

植物を丈夫にして、病気や寒さなど
への抵抗力を高める働きもあります。

 

カリの不足は、リン酸不足同様、下葉
の先端から葉が黄色くなって枯れ始め
果実の品質も悪くなるということです。

 

 

 

 

 

空気中の窒素を窒素肥料に変えるレンゲ

植物の生育に重要な窒素は、空気中の
元素の約80%を占めますが、植物は窒素
をそのまま吸収することはできません。

 

今の季節に、野原で可憐な紅色の花を
咲かせるレンゲは、空気中の窒素を窒素
肥料に変えることができる植物です。

 

レンゲの根の部分には、所々に「根瘤」
という器官があり、中に「根粒菌」という
バクテリアの一種の細菌が住んでいます。

 

 

レンゲ(レンゲソウ)

 

 

根粒菌は大気中の窒素を、アンモニアに
変換し(窒素固定といいます)、植物の
生育に必要な窒素を提供するのです。

 

窒素には色々な状態があり、植物
が使える状態は限られています。

 

レンゲは、根粒菌に住まいを提供する
代わりに、根粒菌が作る窒素肥料を利用
して育つという共生関係にあるのです。

 

 

 

 

 

イネの肥料として使われたレンゲ

ということでレンゲ全体が、窒素を蓄えた
肥料のようなものですので、かつてレンゲ
はイネの肥料として使われていました。

 

田植えの前にレンゲを作っておき、機械
で土の中にレンゲの葉や茎をすき込むと
窒素成分が土に溶け出し田んぼが肥えます。

 

これを「緑肥(りょくひ)」といい、以前
はお米作りに利用されていましたが、現在は
化学肥料の使用へと変化しているそうです。

 

 

 

 

化学肥料のアンモニアは、1000気圧という
超高圧で、500度という高温のもと、窒素
と水素の化学反応で工業的に作られます。

 

この膨大なエネルギーを費やす作業を
可憐なレンゲが、いとも簡単にこなし
ているというのもおもしろいですね。

 

また、レンゲのみならずマメ科の植物は根粒
菌の助けを借りて、空気中の窒素を窒素肥料
に変える能力をもっているということです。

 

 

 

 

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植物の根が下に伸びるのは、重力を感じているから

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植物の根は重力を感じ、その方向に伸びる

タネが発芽する際には、葉っぱよりも
先にまず根が出て下向きに生えてきます。

 

根は葉とは異なり、光を避けて
土の中に入っていく、と思われ
がちですが、実は違うそうです。

 

根には、「重力を感じてその方向に
伸びる」という性質があります。

 

重力は、地球の中心に向かってものを
引きつける力ですので、根は重力を感じ
て地球の中心に向かって伸びるのです。

 

 

 

 

 

「重力屈性」

ですから、無重力状態の場所で同じ
植物を発芽させた場合には、根が茎
と同じ方向に伸びたりもします。

 

根は、先端にある「根冠細胞」
と呼ばれる部位で、重力を感受
していると考えられています。

 

これは植物が重力の方向を感じとって
行う重力屈性と呼ばれる反応です。

 

植物ホルモンの一種である「オーキシン」
の働きによって起こるということですが
メカニズムの詳細はわかっていないそう。

 

 

 

 

 

茎の成長に対して、光と重力は逆の影響をし合う

茎は、光の方向へ伸びていきますが
その反応を引き起こす光は「青色光」です。

 

光の強さや反応が現れる時間など
には、複雑で様々な要因があります。

 

ですがあえて大雑把に言ってしまいます
と、光と重力は、茎の成長方向に対して
お互いに逆の影響をし合うということ。

 

芽生えが光を感知するのは、茎の先端、つまり
茎頂が光の方向に引っ張られるように成長して
いき、葉が光を多く受け取れるようにします。

 

一方、根は水を求めて地下に伸びるの
ではなく、「葉(茎頂)」の伸びる
方向と反対方向に伸びるのです。

 

 

 

 

 

眠らせる「アブシジン酸」

目覚めさせる「ジベレリン」

また、発芽をする前のタネの中でも
不思議なおもしろい働きがあります。

 

発芽前の休眠中のタネの胚の成長を
停止している物質が「アブシジン酸」
といわれるものです。

 

貯蔵物質を蓄積したり、乾燥耐性を
獲得したりしながらタネの休眠を
維持しています。

 

そのアブシジン酸の働きを抑制して
休眠を打破し、発芽を促進させる
のが「ジベレリン」という物質です。

 

 

 

 

 

オオムギ等のタネの場合

水や温度が、発芽に適した条件に
なってくると、胚でジベレリンが合成

       ↓

       ジベレリンは
 アミラーゼ遺伝子の発現を誘導

       ↓

  生成されたアミラーゼにより
胚乳のデンプンを分解して、糖を生成

       ↓

    糖は、胚に吸収され
胚の細胞の浸透圧が高まり給水が促進
*    呼吸も促進される

       ↓

    胚は成長を再開

       ↓

        発芽

 

 

 

 

 

植物ホルモン

植物の発芽や成長には、光や水など
の環境要因に対して、驚くほど巧妙
で精巧な調節が行われています。

 

季節の変化に応じて、花芽をつけたり、
また落葉したりという調節には、様々な
植物ホルモンが重要な役割を果たします。

 

この植物ホルモンという言葉ですが、実は
定義はないようでして、動物ホルモンの定義
を植物に置き換えているということです。

 

 

 

 

ホルモンとは一般的に、

 

「動物体内の分泌器官で生産され
体液中に分泌されて他の場所に運ばれ、
標的器官に作用し、一定の変化を
与える有機化学物質の総称」

 

ですので分泌器官の明確でない
植物においての植物ホルモンは、

 

「植物自身が作り出し微量で作用
する生理活性物質・情報伝達物質で
植物に普遍的に存在し、その物質の
化学的本体と生理作用が明らかに
されたもの」

 

を指しています。

 

 

 

 

現在、この定義合うものとしては
オーキシン、ジベレリン、エチレン、
アブシジン酸、サイトカイニン、
ブラシノステロイド、ジャスモン酸
があります。

 

(サリチル酸、ポリアミン等
が加えられることもあります)

 

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発芽の重要なカギをにぎる「フォトクロム」

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タネの発芽時 必ずしも光は必要ではない

植物には、「水」「温度」「空気(酸素)」
と「光」が必要不可欠と思われますが
タネが発芽するときには、必ずしも光が
必要というわけでもないようです。

 

発芽に光を必要とするタネ
光発芽種子(レタス、タバコ、マツヨイグサ)

 

暗いところで発芽するタネ
暗発芽種子(カボチャ、トマト)

 

光の影響を受けない・・・中間性のタネ
というように。

 

ただ、光発芽種子であるゴボウは、1日の
温度の変化がある状況下では中間性になると
いうように光は温度と複雑に関係しています。

 

 

 

 

 

発芽を「促す色」と「阻害する色」

そして光の中にも、
「発芽を促す色の光」赤色光(660m)と
「発芽を阻害する色の光」遠赤色光(730m)
があります。

 

タネが光の当たらないところで発芽をした場合
芽は生き残ることができませんので、タネは
光が当たると発芽をする術を身につけています。

 

光は「何色の光」が最も適しているのかという
研究が1935年にアメリカでなされました。

 

まず、レタスのタネに弱い光を当て50%の
タネが発芽をするようにした後、様々な色
の光を当てて、発芽率を調べてみました。

 

結果は、赤色の光をあてるとよく発芽し、
遠赤色光をあてると発芽しないことが判明。
遠赤色光は、近赤外光ともいわれる光です。

 

 

 

 

 

「赤色光」「遠赤色光」を交互に当てると?

それでは、発芽を促す「赤色光」と、発芽
を阻害する「遠赤色光」を交互に当てたら
どうなるか、という実験をしました。

 

レタスのタネ100個を使った実験で
タネを暗い所で12時間吸水させた後に
発芽を促す赤色光を3分間照射します。

 

次に、発芽を阻害する遠赤色光を3分間
照射した後、さらに赤色光を3分間照射。
最後に、遠赤色光を3分間照射しました。

 

給水後のタネに

赤色光(発芽促進)を 3分間照射
      ↓
遠赤色光(発芽阻害)を 3分間照射
      ↓
赤色光(発芽促進)を 3分間照射
      ↓
宴席色光(発芽阻害)を 3分間照射

 

 

 

 

その後、タネを暗い場所に戻して
約2日後に結果を見てみましたが
なんとも不思議な結果がでました。

 

赤色光、遠赤色光、どちらの光も
前に与えた光の効果を打ち消して
しまう作用がをするそうです。

 

ですから、レタスのタネが発芽をするか
否かは、最後に当てた光によって決まります。

 

今回の場合ですと、最後に当てた光が
「発芽を阻害する  遠赤色光」なので
結果は「発芽をしない」ということに。

 

もし逆に、最後に当てた光が「発芽を
促進する  赤色光」だったら、当然答えは
「発芽をする」になるのです。

 

 

 

 

 

光を感じる「フォトクロム」

タネには、光を感じる「フォトクロム」
という色素タンパク質が含まれています。

 

フォトクロムの2つの型
赤色光吸収型(Pr)
遠赤色光(近赤外光)吸収型( Pfr)

 

Prは、 赤色光をよく吸収して、
   吸収すると  Pfr  に変化します。

 

Pfrは、遠赤色光をよく吸収して、
    吸収すると  Pr  に変化するのです。

 

 

 

 

Pfrは、発芽を促進しますので、
タネに赤色光をあてれば「Pr  →  Pfr」
に変わり、発芽がおこります。

 

反対に、遠赤色光をあてると
「Pfr  →  Pr 」 に変化するので、発芽
はおこらないということになるのです。

 

葉を通過した太陽光は、赤色光の多くが
吸収されて遠赤色光の割合が高くなります。

 

そのため森林の上部が多くの木々の葉など
で覆われた「林冠」と呼ばれる状態の森林
では、光発芽種子は発芽しないのです。

 

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