すべての生き物、したがってすべての植物は、成長のために窒素を必要とします。この物質は地球の大気中に豊富に存在し、その 78% は元素の形の N2 です。しかし、この形では植物は吸収できません。これはイオンの形でのみ可能であり、この場合はアンモニウム NH4+ または硝酸塩 NO3- です。大気中の窒素を土壌中の水から溶解した形で吸収し、植物が利用できるように「改変」することによって、大気中の窒素と結合できるのは細菌だけです。ほとんどの場合、植物は根粒菌と呼ばれる細菌が生息する土壌からで窒素を吸収します。
結節細菌: 共生の代表的な例
特に、 マメ科 (マメ科) のファボイデ亜科の植物 (マメ科植物と呼ばれることが多い) は、窒素を獲得するための独自のアプローチを持っています。それらは、根粒細菌 (根粒菌) と呼ばれる窒素固定細菌と共生関係を形成します。植物の根粒。これらの「窒素コレクター」は根の先端の樹皮にあります。
宿主植物がこの共生からどのような利益を得ているかは明らかです。宿主植物は窒素を適切な形（アンモニウム）で受け取ります。しかし、細菌はそこから何を得るのでしょうか？非常に簡単に言うと、宿主植物が生産的な生活環境を作り出してくれるのです。窒素結合に必要な酵素が酸素を過剰に摂取できないため、宿主植物は細菌の酸素量を調節します。より具体的には、植物は過剰な窒素をレグヘモグロビンと呼ばれる鉄含有タンパク質と結合させます。このタンパク質も根粒内で生成されます。ちなみに、このタンパク質は人間の血液中のヘモグロビンと同様の働きをします。さらに、結節細菌には炭水化物の形で他の有機化合物も供給されます。これは両方のパートナーにとって有利な状況、つまり完璧な共生形態です。根粒菌の重要性は非常に高く評価されており、2015 年に一般応用微生物学会 (VAAM) によって「微生物オブザイヤー」に選ばれました。
結節バクテリアのおかげで、ルピナスなどの蝶は最も不利な場所でも定着することができます
根粒菌と植物はどのようにして出会うのでしょうか？
窒素の少ない土壌では、将来の宿主植物は根粒菌属の自由生活細菌に共生に興味があることを示します。これを行うために、根はメッセンジャー物質を放出します。植物の発育の初期段階で、根粒菌は粘膜を介して幼根の根に移動します。次に、それらは根の樹皮に浸透し、それによって植物は特別なドッキングポイントを使用して、どのバクテリアがそこに到達するかを正確に「制御」します。細菌が増殖すると結節が形成されます。しかし、細菌は結節を越えて広がることはなく、その場に留まります。植物は通常、侵入する細菌をブロックするため、植物と細菌の間のこの興味深い協力関係は、推定 1 億年前に発達しました。
コマドリ(Robinia) やホウキ(Cytisus) などの多年生の蝶では、根粒細菌が数年間保持され、窒素の少ない土壌での成長に有利になります。したがって、蝶の花は、砂丘、ゴミ捨て場、または皆伐地の先駆者として非常に重要です。
結節菌にはどのような意味があるのでしょうか？
エンドウは季節の終わりに最適な緑肥です
農業や園芸において、窒素を固定する特別な能力を持つ蝶は、何千年もの間さまざまな方法で使用されてきました。レンズ豆、 、 豆、そら豆などのマメ科植物は、石器時代に最初に栽培された植物の 1 つです。種子にはタンパク質が豊富に含まれているため、非常に栄養価が高いです。科学者らは、結節細菌との共生により、年間およびヘクタールあたり 200 ～ 300 キログラムの大気中の窒素が結合していると推定しています。種子に根粒菌を「接種」するか、土壌に積極的に導入すると、マメ科植物の収量を増やすことができます。
一年生のマメ科植物とそれらと共生する根粒菌が死ぬと、土壌は窒素が豊富になり改善されます。これは地域の植物にも利益をもたらします。これは、特に栄養の乏しい不毛な土壌でのに使用されます。有機農業では、ミネラル窒素肥料の代わりにマメ科植物の栽培が行われます。同時に、ルピナス、 サンインフォイン、クローバーなどの緑肥植物の深い根によって土壌構造が改善されます。通常秋に行われます。
ちなみに、根粒菌は無機窒素肥料、つまり「人工肥料」が土壌に添加されている場所では活動できません。これは、易溶性の硝酸態窒素肥料やアンモニア態窒素肥料に含まれています。人工肥料を施肥すると、植物の窒素自己供給能力が失われます。
