エピクチクラワックス

エピクチクラワックスは、陸上植物の植物クチクラの外側の表面を覆うワックス状のコーティングです。葉、果実、その他の植物器官に白っぽい膜や花を形成することがあります。化学的には、疎水性有機化合物、主に直鎖脂肪族炭化水素で構成され、さまざまな置換官能基の有無にかかわらず存在します。エピクチクラワックスの主な機能は、表面の濡れと水分損失を減らすことです。その他の機能には、紫外線の反射、超疎水性でセルフクリーニング可能な表面の形成の促進、および登り防止表面としての機能などがあります。

エピクチクラワックスの一般的な成分は、主に直鎖脂肪族 炭化水素であり、飽和または不飽和であり、末端に-ヒドロキシル、カルボキシル、および -ケトイルなどのさまざまな官能基を含みます。これにより、ワックスの組成の範囲が脂肪酸、第一級アルコール、およびアルデヒドに広がります。中間鎖で置換が発生すると、β-ジケトンと第二級アルコールが生成されます。^[1]エピクチクラワックスのその他の主要成分は、 C ₂₄、C ₂₆、およびC ₂₈などの長鎖n-アルカン酸です。^[2]

これらのワックスは、植物種によって異なるさまざまな化合物で構成されています。ワックス管とワックス小板は、化学的にも形態的にも違いがあることがよくあります。管は2つのグループに分けられ、1つは主に第二級アルコールを含み、もう1つはβ-ジケトンを含みます。小板は、トリテルペノイド、アルカン、アルデヒド、エステル、第二級アルコール、またはフラボノイドが主成分です。ただし、化学組成は管や小板の診断には役立ちません。化学組成によって形態が決まるわけではないからです。^[3]

パラフィンは、例えばエンドウ豆やキャベツの葉に含まれています。カルナバヤシやバナナの葉はアルキルエステルを特徴としています。非対称の第二級アルコールである10-ノナコサノールは、イチョウやシトカスプルースなどのほとんどの裸子植物のほか、キンポウゲ科、ケシ科、バラ科の多くの植物や一部のコケ類に含まれています。対称の第二級アルコールは、シロイヌナズナなどのアブラナ科に含まれています。第一級アルコール（最も一般的なのはオクタコサン-1-オール）は、ユーカリ、マメ科植物、およびほとんどのイネ科の草本に含まれています。イネ科植物には、ユーカリ、ツツジ、ツツジ科のように、β-ジケトンが含まれることもあります。ブナの若い葉、サトウキビの稈、レモンの果実にはアルデヒドが含まれています。トリテルペンは、リンゴ、プラム、ブドウの果実ワックスの主成分です。^{[1] [4]}環状成分は、ニコチアナなどのエピクチクラワックスによく見られますが、一般的には微量成分です。これらには、β-シトステロールなどの植物ステロール、ウルソール酸やオレアノール酸などの五環式トリテルペノイド、およびそれぞれの前駆体であるα-アミリンとβ-アミリンが含まれます。^[1]

プリムラ属やシダ植物（ Cheilanthes、Pityrogramma、Notholaenaなど）の多くの種、およびベンケイソウ科の多肉植物の多くの属は、粉状の白っぽいから淡黄色の腺分泌物を生成する。これはファリナと呼ばれるもので、エピクチクラワックスではないが、フラボノイドと呼ばれる異なるクラスのポリフェノール化合物の結晶を主成分としている。^[5]エピクチクラワックスとは異なり、ファリナは表皮全体のクチクラから分泌されるのではなく、特殊な腺毛から分泌される。 ^[5]

エピクチクラワックスは室温ではほとんどが固体で、融点はおよそ 40 °C (100 °F) 以上です。クロロホルムやヘキサンなどの有機溶媒に溶けるため、化学分析が可能ですが、種によっては、酸やアルコールがエステル化されてエストライドになったり、アルデヒドが重合したりすると、不溶性の化合物が生じることがあります。クチクラワックスの溶媒抽出物には、エピクチクラワックスとクチクラワックスの両方が含まれており、下にある細胞の細胞膜脂質が混入していることがよくあります。エピクチクラワックスは現在、植物クチクラの外側にあるエピクチクラワックスとクチクラポリマーに埋め込まれたクチクラワックスを区別する機械的方法によっても分離できます。^[6]その結果、これら 2 つは化学的に異なることが現在ではわかっていますが、^[7]分子種を 2 つの層に分離するメカニズムは不明です。再構成ワックスフィルムに関する最近の走査型電子顕微鏡(SEM)、原子間力顕微鏡(AFM)、中性子反射率測定法による研究では、小麦のエピクチクラワックスが見つかりました。^[8]表面のエピクチクラ結晶とその下の多孔質の背景膜層で構成されており、水と接触すると膨張し、背景膜が透過性があり、水の輸送の影響を受けやすいことを示しています。

エピクチクラワックスは紫外線を反射することができ、例えばダドリーア・ブリットニーの白い白亜質のワックスコーティングは、既知の天然生物物質の中で最も高い紫外線（UV）反射率を持っています。 ^[9]

「glaucous」という用語は、ワックス状の被覆により白っぽく見えるベンケイソウ科の葉など、あらゆる葉を指すために使用されます。エピクチクラフラボノイドのコーティングは「farina」と呼ばれることがあり、植物自体は「farinose」または「farinaceous」と表現されます。^{[10] : 51}

エピクチクラワックスは植物表面から結晶突起を形成し、撥水性を高め^{[11] 、}ロータス効果^[12]として知られるセルフクリーニング特性を生み出し、紫外線を反射します。結晶の形状は、そこに含まれるワックス化合物に依存します。非対称の第二級アルコールとβ-ジケトンは中空のワックスナノチューブを形成し、第一級アルコールと対称の第二級アルコールは平板を形成します^{[13] [14]これらは}透過型電子顕微鏡^{[13] [15]}と走査型電子顕微鏡^[16]を使用して観察されていますが、結晶の成長プロセスは、Kochと同僚^{[17] [18]が}原子間力顕微鏡を使用してスノードロップ（Galanthus nivalis）および他の種の葉の上で成長するワックス結晶を研究するまで直接観察されたことはありませんでした。これらの研究は、結晶が先端から伸長することによって成長することを示しており、分子の輸送メカニズムについて興味深い疑問を提起しています。

エピクチクラワックスは陸上、海洋、湖沼の環境から回収され、バイオマーカーの溶媒抽出と、ガスクロマトグラフィー質量分析法（GC-MS）およびGC炎イオン化検出器（GC-FID）による定性および定量プロファイリングが可能になります。GC-MSとGC-FIDは、n-アルカンとn-アルカン酸の識別と定量に適しています。同位体比分析（GC-IRMS）は、炭素、水素、その他の同位体の相対的な存在量を高精度で測定します。炭素同位体比は、炭素13と炭素12の間で、国際標準に対するδ13Cとして表されます。重水素と水素同位体比は、国際標準に対する^δDとして表されます。^[19 ]

^[19] エピクチクラワックスは、人類の進化パターンを観察するためのバイオマーカーとして使用されてきました。これらの植物ワックスの脂質は、海洋や湖のコア、古湖の掘削プロジェクト、考古学的および地質学的 露頭、洞窟 堆積物、および人類が関与した堆積物から抽出され、分析されてきました。このデータは、特に高い分類学的解像度で景観を再構築することにより、過去の植物生態学と環境ストレスに関する洞察を提供します。

エピクチクラワックスの δ ^{13 C は、}歯のエナメル質のバイオマーカーのように摂食に偏っておらず、降雨量に基づいて偏っている古土壌炭酸塩よりも広範囲に分布しているという利点があるため、好ましいバイオマーカーです。このマーカーは、 C ₃およびC ₄光合成経路も特定できます。これらの脂質の生合成により、さらなる分別が起こり、バルクの δ ¹³ Cが軽くなります。続成作用を特徴付ける同位体安定性研究では、化学的および微生物的活動による炭素と水素の変化を特定できますが、これらの研究では多くの場合、さまざまな結果が得られます。土壌や堆積物中の植物ワックスの保存状態は、 pH、微生物群集、アルカリ度、温度、酸素/水分含有量などの堆積環境における複雑な相互作用のため、まだ不明です。

高等植物のδ ^{13 C は、}完新世および更新世の考古学的遺跡で利用されてきた。現代アフリカの多様な環境は、樹木が生い茂った草原の植生（C ₃₁ホモログが最も豊富）から南アフリカの乾燥および半乾燥地域（C ₂₉の豊富さが特徴）まで、エピクチクラワックスプロキシの解釈を通じて分析されてきた。東部（3.45-3.4 Ma のワルゴロ層）および西部（1.9-1.4 Ma のナチュクイ層）のトゥルカナ古湖堆積物は、歳差運動によって制御される夏の日射が、盆地における鮮新世および更新世の水文学の主な原動力であることを示唆している。特定の日付における δD および δ ¹³ Cの変動は、軌道離心率やヒト科の道具などの変数の変化と一致している。^[19]

エピクチクラワックスとその後継脂肪族化合物は、高等植物のバイオマーカーとしても使用されています。維管束植物の葉の長鎖n-アルキル化合物は、分解に耐性のあるエピクチクラワックスの主成分であるため、高等植物の有効なバイオマーカーです。これらの陸上バイオマーカーは、海洋堆積物にも存在する可能性があります。水性環境では高等植物の材料が不足しているため、これらの生態系に高等植物のバイオマーカーが存在することは、これらのバイオマーカーが元の陸上環境から運ばれたことを示唆しています。炭素同位体組成、特にδ13C^{値は、光合成中に13C}が区別されるため、代謝と環境を反映しています。 ^[20]

• ワックス
• 植物のクチクラ
• 青みがかった

Scholia には、Epicuticular ワックスのトピックプロファイルがあります。