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簡単な説明:

ショウガ科は、その豊富な揮発油と芳香性から、アレロパシー研究においてますます注目を集めています。これまでの研究では、ウコン（Curcuma zedoaria）[40], Alpinia zerumbet (Pers.) BLBurtt & RMSm. [41] および Zingiber officinale Rosc. [42] は、トウモロコシ、レタス、トマトの種子発芽と実生の成長にアレロパシー作用を示すことが報告されている。本研究は、ショウガ科の植物である A. villosum の茎、葉、若い果実の揮発成分のアレロパシー活性に関する初の報告である。茎、葉、若い果実の油収量はそれぞれ 0.15%、0.40%、0.50% であり、茎や葉よりも果実の方が揮発性油を多く生産したことがわかる。茎の揮発性油の主成分は β-ピネン、β-フェランドレン、α-ピネンであり、葉油の主成分である β-ピネンと α-ピネン（モノテルペン炭化水素）のパターンと類似していた。一方、若い果実の油には酢酸ボルニルと樟脳（酸素化モノテルペン）が豊富に含まれていた。この結果は、Do N Dai [30,32]と慧澳[31] は A. villosum のさまざまな器官から採取した油を特定しました。

これらの主要化合物が他の植物種に対して植物成長阻害活性を示すという報告はいくつかある。シャリンダー・カウルは、ユーカリ由来のα-ピネンが1.0μLの濃度でアマランサス・ビリディスL.の根長とシュート高を顕著に抑制することを発見した[43]、また別の研究では、α-ピネンが初期の根の成長を阻害し、活性酸素種の生成を増加させることで根の組織に酸化ダメージを与えることが示されました[44いくつかの報告では、β-ピネンは膜の完全性を破壊することで、用量依存的に試験雑草の発芽と実生の成長を阻害したと主張している[45]、植物の生化学を変化させ、ペルオキシダーゼとポリフェノールオキシダーゼの活性を高める[46β-フェランドレンは、600 ppmの濃度で、Vigna unguiculata (L.) Walpの発芽と成長に対して最大の阻害を示した[47]一方、250 mg/m3の濃度では樟脳はLepidium sativum L.の幼根と新芽の成長を抑制した。[48しかし、酢酸ボルニルのアレロパシー効果を報告した研究は乏しい。本研究では、β-ピネン、酢酸ボルニル、樟脳の根の長さに対するアレロパシー効果は、α-ピネンを除く他の揮発性油よりも弱かった。一方、α-ピネンを豊富に含む葉油は、A. villosumの茎や果実から得られる対応する揮発性油よりも植物毒性が強かった。これらの結果は、α-ピネンがこの種のアレロパシーにおいて重要な化学物質である可能性を示唆している。同時に、果実油中に豊富ではないいくつかの化合物が植物毒性効果の発生に寄与している可能性も示唆されており、この知見については今後更なる研究が必要である。

通常の状況下では、アレロパシー効果は種特異的です。Jiangらは、Artemisia sieversianaが産生する精油が、Medicago sativa L.、Poa annua L.、Pennisetum alopecuroides (L.) SprengよりもAmaranthus Retroflexus L.に対してより強力な効果を発揮することを発見しました。[49別の研究では、ラバンデュラ・アンギスティフォリア・ミル（Lavandula angustifolia Mill.）の揮発油が、植物種によって異なる程度の植物毒性を示した。最も感受性の高い受容種はロリウム・ムルティフロルム（Lolium multiflorum Lam.）で、1μL/mLの油を投与したところ、胚軸と幼根の成長がそれぞれ87.8%と76.7%阻害されたが、キュウリの苗の胚軸の成長にはほとんど影響がなかった[20]。また、私たちの研究結果は、L. sativaとL. perenneの間でA. villosumの揮発性物質に対する感受性に違いがあることを示しました。

同じ種であっても、生育条件、植物の部位、検出方法などにより、揮発性化合物や精油の含有量や質が変化することがあります。例えば、ある報告では、ニワトコの葉から放出される揮発性物質の主な成分はピラノイド（10.3%）とβ-カリオフィレン（6.6%）であるのに対し、葉から抽出された精油にはベンツアルデヒド（17.8%）、α-ブルネセン（16.6%）、テトラコサン（11.5%）が多く含まれていることが示されています。[50本研究では、生の植物材料から放出された揮発性化合物は、抽出された揮発性油よりも試験植物に対してより強いアレロパシー効果を示しました。この反応の違いは、2つの調製物に含まれるアレロパシー物質の違いと密接に関連しています。揮発性化合物と油の正確な違いについては、今後の実験でさらに調査する必要があります。

揮発性油を添加した土壌サンプルにおける微生物多様性と微生物群集構造の違いは、微生物間の競争だけでなく、毒性効果や土壌中の揮発性油の持続期間にも関連していた。VokouとLiotiri[51] は、4 種類の精油 (0.1 mL) を耕作土壌 (150 g) にそれぞれ塗布したところ、化学組成が異なっていても土壌サンプルの呼吸が活性化することを発見しました。これは、植物油が土壌微生物によって炭素源およびエネルギー源として利用されていることを示唆しています。本研究で得られたデータでは、A. villosum の全草からの精油が、油の添加後 14 日目までに土壌真菌種の数の明らかな増加に貢献したことが確認され、この精油がより多くの土壌真菌に炭素源を提供する可能性があることが示唆されています。別の研究では、土壌微生物は Thymbra capitata L. (Cav) 精油の添加によって引き起こされた一時的な変動期間の後、初期の機能とバイオマスを回復しましたが、最高用量の精油 (土壌 1 グラムあたり 0.93 µL の精油) では土壌微生物が初期の機能を回復できなかったという結果が報告されています [52本研究では、異なる日数と濃度で処理した後の土壌の微生物学的分析に基づいて、土壌細菌群集はより多くの日数で回復すると推測しました。対照的に、真菌微生物叢は元の状態に戻ることができません。次の結果はこの仮説を裏付けています。高濃度のオイルが土壌真菌微生物叢の組成に及ぼす明確な影響は、主座標分析（PCoA）によって明らかになり、ヒートマップの表示により、属レベルで3.0 mg / mLオイル（つまり、土壌1グラムあたり0.375 mgのオイル）で処理した土壌の真菌群集構成が他の処理とは大幅に異なることが再度確認されました。現在、モノテルペン炭化水素または酸素化モノテルペンの添加が土壌微生物の多様性と群集構造に及ぼす影響についての研究はまだ不足しています。いくつかの研究では、α-ピネンは低水分含量下で土壌微生物の活性とメチロフィラ科（メチロトローフ、プロテオバクテリアのグループ）の相対的存在量を増加させ、乾燥した土壌における炭素源として重要な役割を果たしていると報告されている[53同様に、A. villosum全草の揮発性油には、15.03%のα-ピネン（補足表S1）では、1.5 mg/mL および 3.0 mg/mL でプロテオバクテリアの相対的存在量が明らかに増加しており、α-ピネンは土壌微生物の炭素源の 1 つとして作用する可能性があることが示唆されました。

A. villosum の異なる器官から産生された揮発性化合物は、L. sativa と L. perenne に対して様々な程度のアレロパシー効果を示し、これは A. villosum の植物体各部に含まれる化学成分と密接に関連していました。揮発性油の化学組成は確認されたものの、A. villosum が室温で放出する揮発性化合物は不明であり、さらなる調査が必要です。さらに、異なるアレロパシー物質間の相乗効果も検討に値します。土壌微生物の観点から、揮発性油が土壌微生物に及ぼす影響を包括的に探究するには、揮発性油の処理時間を延長し、土壌中の揮発性油の化学組成が日によってどのように変化するかを把握するなど、より詳細な研究を行う必要があります。

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アレロパシーは、ある植物種が化学物質を生成し、環境に放出することで、他の植物種に直接的または間接的にプラスまたはマイナスの影響を与えることと定義されることが多い。[1植物は揮発、葉からの浸出、根からの浸出、残留物の分解を通じて、周囲の大気や土壌にアレロケミカルを放出する[2]。重要なアレロケミカルのグループの一つである揮発性成分は、空気と土壌に同じような方法で入ります。植物は揮発性物質を大気中に直接放出します[3雨水はこれらの成分（モノテルペンなど）を葉の分泌構造や表面ワックスから洗い流し、揮発性成分を土壌に浸透させる可能性がある。4]; 植物の根は草食動物や病原体によって誘発された揮発性物質を土壌に放出する可能性がある[5]; 植物の落葉に含まれるこれらの成分は周囲の土壌にも放出されます [6] 現在、揮発性油は雑草や害虫の管理に使用するためにますます研究されています[7,8,9,10,11]。これらは、空気中で気体状態で拡散し、土壌中または土壌上で他の状態に変換されることによって作用することが分かっている[3,12]は、種間相互作用によって植物の成長を阻害し、作物と雑草の植物群落を変化させる重要な役割を果たしている[13いくつかの研究では、アレロパシーが自然生態系における植物種の優占の確立を促進する可能性があることが示唆されている[14,15,16したがって、優占植物種はアレロケミカルの潜在的な供給源として標的とすることができる。

近年、アレロパシー効果とアレロケミカルは、合成除草剤の適切な代替品を見つける目的で研究者から徐々に注目を集めています[17,18,19,20農業損失を軽減するため、雑草の生育を抑制するために除草剤の使用が増加しています。しかし、合成除草剤の無差別使用は、雑草の耐性、土壌の劣化、そして人体への健康被害といった問題の増加につながっています。[21植物由来の天然アレロパシー化合物は、新しい除草剤の開発、あるいは新しい天然由来の除草剤を発見するためのリード化合物として、大きな可能性を秘めている。[17,22].

アモムム・ビロサム（Amomum villosum Lour.）はショウガ科の多年生草本植物で、樹木陰で高さ1.2～3.0メートルに生育します。中国南部、タイ、ベトナム、ラオス、カンボジアなどの東南アジア地域に広く分布しています。アモムム・ビロサムの乾燥した果実は、その魅力的な風味から、スパイスとしてよく利用されています。[23]は中国でよく知られた伝統的な漢方薬であり、胃腸疾患の治療に広く用いられています。いくつかの研究では、A. villosumに含まれる揮発性油が主な薬効成分であり、芳香成分であることが報告されています[24,25,26,27研究者らは、A. villosumの精油がTribolium castaneum（Herbst）およびLasioderma serricorne（Fabricius）の昆虫に対して接触毒性を示し、T. castaneumに対して強い燻蒸毒性を示すことを発見した[28]。同時に、A. villosumは原生熱帯雨林の植物多様性、バイオマス、落葉、土壌栄養に有害な影響を及ぼしている[29]。しかし、揮発性油とアレロパシー化合物の生態学的役割は未だ解明されていない。A. villosum精油の化学成分に関する過去の研究を踏まえると[30,31,32] に基づき、本研究の目的は、A. villosum が優占度を高めるために、アレロパシー効果を持つ化合物を大気中および土壌中に放出しているかどうかを調査することです。そこで、(i) A. villosum の様々な器官から抽出した揮発性油の化学成分を分析・比較すること、(ii) A. villosum から抽出した揮発性油および揮発性化合物のアレロパシーを評価し、Lactuca sativa L. および Lolium perenne L. にアレロパシー効果を持つ化学物質を特定すること、(iii) A. villosum 由来の油が土壌中の微生物の多様性と群集構造に及ぼす影響を予備的に調査することを計画しています。