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モッグから科学へ: エチレンの奇跡的な効果は 19 世紀にどのように発見されたのでしょうか
エチレンは、化学式 CH2=CH2 で表され、天然植物ホルモンとして自然界に存在する不飽和炭化水素ガスです。これは最も単純なオレフィンガスであり、ホルモンとして作用することが知られている最初のガスです。エチレンは、果実の成熟、開花、葉の脱落を刺激または調節することにより、植物のあらゆる段階で微量に作用し、水生植物や半水生植物では、水没から逃れるための急速な伸長を促進し、応答。特に稲作においては重要です。
「エチレンは、多くの植物の生理学的プロセスに影響を与える強力な成長調節剤です。」
商業用の果物熟成室では通常、液体エタノールをエチレンガスに変換するために「触媒発生器」が使用されます。通常、熟成プロセス中、エチレン濃度は 24 ～ 48 時間にわたって 1 立方メートルあたり 500 ～ 2000 ppm の範囲に留まります。熟成室でガス処理する場合、熟成のための高温（20°C、68°F）により 24 時間以内に CO2 濃度が 10% に達する可能性があるため、CO2 レベルを慎重に制御する必要があります。
歴史
エチレンは農業において長い歴史をもって使用されています。古代エジプト人は、イチジクの成熟を促進するために傷をつけていました（傷は植物組織内でエチレンの生成を刺激します）。古代中国では、梨の熟成を促進するために密閉された部屋で香を焚いていました。 19 世紀、都市住民は街灯からのガス漏れによって植物の成長が阻害され、花が枯れ、葉が早く落ちていることに気づきました。 1874 年、科学者たちは煙でパイナップル畑に花を咲かせることができることを発見しました。煙にはエチレンが含まれていましたが、後に煙は「ビニルアルコール」や「ナフタレン酢酸」などのエチレン発生剤に置き換えられました。
「19 世紀の観察により、煙に含まれるエチレンが植物の成長に重要な影響を及ぼすことが明らかになりました。」
植物生理学の要因としてのエチレンに関する科学的研究は 19 世紀後半に始まりました。 1896年、ロシアの植物学者ディミトリ・ネリュボフはエンドウ豆を研究し、照明ガスの有効成分がエチレンであり、エンドウ豆の動きを刺激できることを発見しました。彼はこの発見を1901年に報告した。 1917 年、サラ・ドートは、照明ガスからのエチレンが植物の脱落を促進できることも実証しました。フロリダの農家は、石油ランプを灯して温室で作物を熟成させることが日常的に行われており、当初はこれが暑さによるものだと考えていた。 1924 年、フランク E. デニーは、石油ランプから放出されるエチレンが熟成を促進することを発見し、植物学雑誌に次のように記しました。
「エチレンは望ましい効果を誘発するのに非常に効果的で、空気中の濃度がわずか 1 ppm であっても、緑色のレモンが約 6 日から 10 日で黄色に変わる可能性があります。」
同年、デニーは詳細な実験報告書を発表し、石油よりもエチレンを使用する利点を実験的に証明しました。 1934年、イギリスの生物学者リチャード・ギャングは、熟したバナナに含まれる化学物質が青いバナナを熟成させることを発見し、エチレンもこの成長効果を引き起こす可能性があることを実証しました。
エチレン合成経路
エチレンは、葉、茎、根、花、果実、塊茎、種子など、高等植物のほぼすべての部分で合成されます。エチレンの生成は、さまざまな発達要因と環境要因によって制御されます。植物の生涯において、発芽、果実の成熟、落葉、花の老化など、特定の成長段階でエチレンの生成が引き起こされます。エチレン合成経路はヤン回路と呼ばれ、科学者のチャン・ファ・ヤン氏の主要な貢献に基づいています。エチレンの合成では、アミノ酸のメチオニンが S-アデノシル-L-メチオニンに変換され、続いて ACC シンターゼによって 1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸が生成され、最終的に酸素の存在下でエチレンが生成されます。
「エチレンの合成は、内因性または外因性のエチレンによって誘発されます。」
植物におけるエチレンの感知は、シロイヌナズナの ETR1 タンパク質などの膜貫通タンパク質二量体のグループによって制御されています。これらの感覚因子のクローニングは多くの植物で成功しています。エチレンによって引き起こされる一連の植物反応も特定されており、その中には萼の老化、果実の熟成、根毛の成長などが含まれます。これらの反応パターンの発見により、環境要因と生物学的要因が植物生理に与える影響をさらに理解できるようになります。
エチレンの影響を覚えておいてください
農業において、エチレンは植物の成熟と開花に良い影響を与えるだけでなく、環境ストレスや塩害などの課題を克服するのにも役立ちます。しかし、エチレンが過剰に存在すると、果物の貯蔵寿命に重大な影響を与え、花の老化を促進し、枯れを早め、経済的損失につながる可能性があります。
「植物の成長と成熟に悪影響を及ぼさずにエチレンを効果的に利用する方法は、科学者が直面する重要な課題です。」
エチレンに関する研究は深まり続けていますが、そのメカニズムについてはさらに包括的に調査する必要があります。今後の研究で天然ホルモンの謎がさらに解明され、植物の成長に関する科学的発展がどのような未来をもたらすのか、改めて考えさせられるかもしれません。
