「お米」と「完熟堆肥」の彩田園

光合成２でのブログは、８０％以上の植物の光合成のメカニズムです。

じゃあ、どんな光合成の方法があるのか。という事ですが、３つのメカニズムがあります。これは炭素固定のプロセスにより以下のように分類できます。

１．C3植物
２．C4植物
３．CAM植物　　です。

何じゃこれは？と思いますが、簡単に言うとC3は植物に取り入れられた二酸化炭素から有機化合物が合成される一番最初の化合物の炭素の数です。つまり、ブログの光合成２で書いた一般的な光合成のメカニズムがC3であり、それは、PGA（グリセリン酸リン酸）が最初の化合物、であり、PGAは炭素３つを持った化合物だからです。

言い換えれば、カルビン回路しか持たない植物をC3植物といいます。

C4は、一番最初にできる化合物が炭素４つを持った化合物だと言う事です。が、炭素が１つ増えると、いきなりカルビン回路では処理できません。

C4植物では、炭素固定によって最初に炭素を４つ持った化合物である、オキサロ酢酸が出来、次いでリンゴ酸やアスパラギン酸を合成します。この反応は、葉肉細胞の中のC4−ジカルボン酸回路で行われます。

リンゴ酸やアスパラギン酸は維管束鞘細胞（カルビン回路が働くところ）に入り、ここで脱炭酸されて二酸化炭素を放出し、残りは葉肉細胞に戻りホスホエノールピルビン酸（PEP）となり、PEPは再び二酸化炭素と結合します。

リンゴ酸やアスパラギン酸から脱炭酸された二酸化炭素は維管束鞘細胞の中でカルビン回路に入っていきます。

C4植物での二酸化炭素受容体であるPEPは、C3植物の受容体であるRuBP（リブロースニリン酸）と比べ、二酸化炭素と反応しやすく、低濃度の二酸化炭素でも効率よく捉える事が出来ます。
したがって、乾燥地で植物が気候を閉じ、二酸化炭素濃度が低くなった場合でも、C4植物はC3植物と比べて効率よく光合成を営む事が出来ます。

まっ、もっと簡単に言うと、光合成には限定要因というのがあり、光合成速度は、そのとき一番不足しているものによって決定されます。
光が充分な時は、植物には二酸化炭素が不足した状態で、これが限定要因となります。そこで、C4植物はC4−ジカルボン酸回路で二酸化炭素を濃縮してから、カルビン回路で処理するという事です。

最後の、CAM植物についてですが、これは炭素の数では説明がつかなく、ちょっと変わっています。

まず、CAMとはCrassulacean Acid Metabolsm）の略でベンケイソウ型有機酸合成と呼ばれています。

CAM植物は、C3,C4植物とは異なり夜間に二酸化炭素を取り込み、PEP（ホスホエノールピルビン酸）とPEPカルボキシラーゼを用いて、オキサロ酢酸（C4）にします。そして、補酵素とリンゴ酸デヒドロゲナーゼを用いてリンゴ酸（C４）にします。そして、このリンゴ酸は昼まで液胞に貯蔵されます。

そして、昼になると、貯蔵されたリンゴ酸がNADP+（酸化型補酵素）と反応し、そして、NADPH（還元型補酵素）とピルビン酸（C3）が反応して、二酸化炭素が生成されます。このように濃縮された二酸化炭素はカルビン回路に入り、ピルビン酸はデンプンとなり、PEPの原料となります。PEPはピルビン酸からATP（アデノシン三リン酸）とピルビン酸オルトリン酸ジキナーゼを用いて合成されます。

CAM経路はC4経路と同様にカルビン回路のみの場合と比べて、エネルギーを余計に消費します。

このような機構になるのは、CAM型光合成は砂漠といった水分が慢性的に不足しており、また、昼夜の温度差が大きい環境に適応したものだからです。通常の植物は昼に気孔を開け、二酸化炭素を取り込みます。しかし、砂漠のような環境下の場合、同時に大量の水分を失ってしまいます。

だからCAM植物は、涼しい夜に気孔を開け、二酸化炭素の取り込みを行い、昼は気孔を閉じることで水分の損失を最小限に抑えているのです。また、夜間に二酸化炭素を吸収するという事は、C3植物との競合がないため二酸化炭素を吸収しやすいと言った事も考えられます。

皆さんもご存知の通り、植物は太陽の光エネルギーを使って、自然界に存在する二酸化炭素と水とから炭水化物を合成する働きのことを光合成と言います。

人間を始め動物は、食糧源を光合成に依存しているのです。

まず、光合成の条件の光エネルギーは葉緑体の中のクロロフィルで光エネルギーを吸収します。クロロフィルはマグネシウムを含むポリフィリン化合物です。

光エネルギーから化学エネルギーに転換されるメカニズムは、クロロフィルが光エネルギーを吸収すると、クロロフィルの分子中の一部の電子（e）の運動が盛んになり、クロロフィル分子は励起された状態になります。次いでクロロフィル分子は、エネルギーに富んだ電子を放出し、元の基底基底状態に戻ります。

放出された電子は、特別な物質経路（電子伝達系）を移動するうちに、ATP（アデノシン三リン酸）や補酵素が作られます。このようにして、光エネルギーは化学エネルギーに転換されます。

次に、光合成の条件の水ですが、水分子はクロロフィルの存在下で光エネルギーを受けて分解し、水素イオンと酸素分子に分かれ、電子を放出します。このうち、水素イオンは補酵素の還元に使われ、電子は先に電子を失っていたクロロフィルに補給されます。そして、光合成反応に不要の酸素分子は外界に放出されます。

ここまでの反応が、光合成の明反応と呼ばれる反応です。つまり、明反応は、光エネルギーがクロロフィルなどに吸収されて、化学エネルギーに転換する過程が主体になっており、水の分解やATPの合成がおこるまでのことを言います。

反対に、暗反応というのもあり、明反応でつくられた補酵素を使って二酸化炭素が還元され、水を放出し、複雑な反応を経てブドウ糖が合成されます。この反応は、明反応でつくられたATPのエネルギーを使って進行します。

光合成で必要な二酸化炭素。これが糖に変わるまでの反応が暗反応です。

暗反応の主体になっている回路反応は、カルビン回路とよばれています。まず、６分子の二酸化炭素は６分子のRuDP（リブロースニリン酸）と結合し、更に６分子の水が加わった後に、２つに分割され、２分子のPGA（グリセリン酸リン酸）ができます。このPGAは明反応でつくられたATPと補酵素をそれぞれ６分子使って還元され、１２分子の三炭糖リン酸と１２分子の水が生じます。１２分子の三炭糖リン酸のうち、２分子から解糖系（ブドウ糖がピルビン酸まで分解されるまでの段階の事）の逆反応によって、六炭糖リン酸ができ、これからブドウ糖やデンプンがつくられ、残り１０分子の三炭糖リン酸からは、再び６分子のRuDPが作られます。このとき、明反応でつくられた６分子のATPが消費されます。結局、カルビン回路によって６分子の二酸化炭素から１分子の六炭糖が作られる事になります。

なんか、「ここまで知ってどうすんの？」と思われそうですが、ぼくは知りたいのです。そして、この知識が役に立ち今よりも安全なそして美味しい作物がつくれると思っています。

光合成について、次回は植物には３つの光合成の仕方がある。というのをブログしたいと思います。

農作物って、地面を掘り起こし肥を散布し水をやればできると思っている方が殆どだと思います。確かに、育つだろうし、生育の過程で作物の生長に妨げになる雑草なんかを排除すれば育つと思います。

しかし、それって人間の都合だけで育ててるような気がしてなりません。家庭菜園や農産物を工業的に販売するような場合などはそれでも良いのかも知れません。（語弊があるかもしれませんが・・・）

僕の場合は、自分で作った農産物を消費者の方が僕の考えにより作った農産物だから安心安全で口にできるといって買ってほしいので上のような表現を使いました。

就農してから何度も米つくりをしましたが、毎年疑問が自分の中で出てきます。そして、この疑問を解決したくてゆっくりではありますが徐々に解決したものもありますが、時間のかかるもの、又は僕がひねくれた考えなのか？と思ってしまうものもあります。

色々調べているうちに一つ、気づいたことがあります。
それは、人間は動物で、動物が植物を育てているという事実。当然動物が植物の気持ちがわかる分けないという事で植物の立場でできるだけ考えようと思いました。

そこで、まず動物に出来ずに植物にできる事は何か？と考え光合成にたどりつきました。

興味がある方は、「光合成２」のブログを見てください。

稲刈り開始からもうすぐ１ヶ月が過ぎようとしています。稲刈りが始まると、籾を乾燥機に入れ水分を１４〜１５％になるまで乾かし、その後籾摺りをして玄米を袋に詰めます。この作業が田んぼの稲がなくなるまで続きます。
段取りよく作業をこなすためには、乾燥機をフル稼働させなければなりません。そのため日中は稲刈り、夜は籾摺りを行い翌日には乾燥機を開けなければなりません。そのため、寝不足の日が続きます。
この、稲刈りも後もう少しで終了となります。
どうか、当分雨が降りませんように。

今年は、僕達の地域は雨が２ヶ月以上降らず、夕立も無いとても暑い日々が続きましたが、８月下旬に入ってから雨、雨、雨。後２週間もすれば稲刈り開始。

ところで、カミナリって作物と農業者にとってすごく有難いのです。
それは、自然界ではカミナリによって空気中に何万ボルトという電気が放電されると、空気中の水分がその電気スパークによって水素と酸素に分解されます。電熱が急激に冷やされる時、水素が空気中の窒素と化合してアンモニア態の窒素に、また酸素が窒素と化合して硝酸態の窒素になって、夕立の雨と一緒に降って来るのです。だから夕立の後は全ての草木が生き生きとなるのです。それで昔の人は夏にカミナリが多いと豊作だといったのです。稲を栽培している時のカミナリが稲に肥料を持ってきてくれるので、稲の奥様、「稲妻」と呼んだのだそうです。