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謎の根粒現象：植物はどのようにバクテリアと踊り、窒素の奇跡を実現するのか？
日常生活の中で、土壌の中で小さな生物が果たす役割について考える人はほとんどいないかもしれません。しかし、Bradyrhizobium のような小さな細菌こそが、植物の成長に不可欠な窒素の固定という自然界の驚異的なプロセスを可能にします。
Bradyrhizobium はグラム陰性土壌細菌であり、多くの種は窒素固定が可能であり、窒素循環において重要な役割を果たします。
根粒の形成
根粒はマメ科植物の根に形成される成長物であり、細菌の住処となります。植物の根がアミノ酸と糖を土壌に放出すると、Bradyrhizobium 細菌が根に向かって移動し、根毛に付着します。その後、植物はフラボノイドを放出し、細菌内の nod 遺伝子の発現を誘導します。
この遺伝子発現は、根毛の曲がりを開始する鍵となる Nod 因子と呼ばれる酵素の生成につながります。
窒素固定のプロセス
Bradyrhizobium および他の根粒菌は、大気中の窒素をアンモニアまたはアンモニウムに固定し、植物が利用できる窒素源となります。植物は大気から窒素を直接利用することができず、代わりに土壌から固定窒素を得る必要があるため、このプロセスは非常に重要です。光合成に次いで、窒素固定 (または取り込み) は植物の成長と発育において 2 番目に重要なプロセスです。
窒素の固定量は植物の尿素窒素含有量に直接影響し、これは植物の固定窒素摂取量と密接に関係しています。
遺伝子の役割
Bradyrhizobium 種では、Nif 遺伝子と fix 遺伝子が窒素固定に不可欠です。これらの遺伝子の機能と構造は、肺炎桿菌 (肺炎桿菌) などの自由生活性窒素固定細菌に見られるものと似ています。これらの遺伝子は 2 つの主要なクラスターに分割されており、最初のクラスターにはほとんどの窒素固定遺伝子が含まれ、2 番目のクラスターには nod 遺伝子に隣接する 3 つの fix 遺伝子が含まれています。
形式と多様性
Bradyrhizobium 細菌は、特定のマメ科植物とのみ根粒を形成する種もあれば、さまざまなマメ科植物と根粒を形成する種もあります。このタイプの細菌のリボソーム RNA は高度に保存されているため、種の多様性を測定することが非常に困難になります。
DNA-DNA ハイブリダイゼーションを使用すると、より多くの多様性を明らかにできますが、利用できる表現型の違いはそれほど多くないため、命名された種はそれほど多くありません。
農業における重要性
毎年約 150 万平方キロメートルの土地が穀物や豆類の栽培に使用されており、これらの植物は毎年 4,400 万トンから 6,600 万トンの窒素を固定し、農業に必要な窒素のほぼ 50% を供給します。
さらに、植物の成長と発達をさらに促進する市販の
Bradyrhizobium接種剤がすでに市場で入手可能です。
農業技術の進歩に伴い、Bradyrhizobium の研究の重要性がますます顕著になってきており、作物の収量増加に役立つだけでなく、環境の持続可能な開発も促進されます。ただし、これらの細菌の存在は、たとえば DNA 抽出試薬や超純水システムの汚染物質として特定される場合など、誤解を招く可能性もあります。このガスは貯蔵タンク内の微生物の増殖を抑制するため、これは窒素の使用方法に関係している可能性があります。
注目の種
たとえば、Bradyrhizobium betae はテンサイの腫瘍状根から分離されましたが、その共生状態は不明のままです。 Bradyrhizobium elkanii、Bradyrhizobium diazoefficiens、Bradyrhizobium liaoningense などの他の種は、大豆と共生関係を確立します。
Bradyrhizobium に関する研究が深まり続けるにつれ、これらの細菌と植物の特別な関係を理解することは、将来の農業生態学を完全に変えることができるかどうか、より効果的な農業方法や持続可能な開発戦略を見つけるのに役立つかもしれません。このせいでしょうか？
