ブラディリゾビウム属とアゾスピリルム属

光合成に次いで、生物学的窒素固定（BNF）がある種の植物の生存戦略にとって最も重要なプロセスであることをご存知だろうか。ブラジルは世界最大の大豆生産・輸出国で、作付面積は4,500万ヘクタールを超える。

文献によれば、大豆1トンを生産するのに必要な窒素（N）は約80kgだが、イノベーション・センターで実施され、NPCT（植物栄養科学技術）が発表した実験によれば、大豆作物に必要なNは1トン当たり180kgにも達する。

ブラジルの大豆作物の平均収量が3,500kg/haであることを考慮すると、仮にNを含む肥料が必要な場合、ブラジルの大豆栽培を維持するために約5,500万トンの尿素が必要となる。BNFは、窒素肥料だけで約120億ドルの節約になる。農家に莫大な節約をもたらすだけでなく、BNFが環境に与えるプラスの影響も大きく、温室効果ガスの排出や、溶脱や揮発による窒素の損失を削減することができる。

2022年、ブラジルの大豆栽培は、経済、農業、人間の健康における微生物の重要性を示す14の成功事例のひとつとして取り上げられた。これは、欧州連合（EU）の「ホライズン2020」プログラムによって助成された研究の結果で、28カ国の研究者や企業が参加している。BNFは、ブラジルの大豆生産システムの持続可能性の柱のひとつであり、生産者と環境に大きな利益をもたらし、海外市場での製品の競争力を高め、環境負荷を低減し、結果として持続可能性を高めている。

窒素（N2）は大気の組成の78％を占めるが、2つの窒素原子の間に強い結合があるため、植物はこの窒素を吸収・同化して代謝に利用することができない。しかし、大豆などの一部のマメ科植物は、窒素を固定できるバクテリアと共生関係を築くことができる。最も有名で広く利用されているのは、ブラディリゾビウム属のバクテリアである。

したがって、BNFはブラディリゾビウム属のバクテリアと大豆植物との共生であり、根粒を形成し、その中にバクテリアが避難し、宿主植物から保護、栄養、エネルギー源を受け取る。その見返りとして、大気中の窒素（N2）を捕集する。

数十年にわたる研究によって選び抜かれたブラディリゾビウムのエリート株を接種剤に使用することで、高い収量水準であっても、作物が必要とする窒素の供給が保証される。同時に、ブラジル国内の微生物資材産業は多様化し、大豆作物とブラディリゾビウムとの共生を確立するためのより効果的な製品が開発されている。

接種とは、大豆作物を播種する前に行われる作業で、根粒菌と植物（種子）が、接種剤を介して物理的に接触することである。良好な接種は、種子の表面が接種剤粒子で完全に塗抹されて初めて達成される。作業上の理由から、接種剤専用のタンクを用いて、植溝内散布により接種を行うこともできる。この場合、製品ラベルに記載され、ブラジル農牧供給省（MAPA）に登録されている用量に従って、投下量を増やす必要がある。

接種剤は、ブラジルで推奨されている菌株のうち2種類を含み、製品の有効期限まで、固形（ピート）または液体製剤の接種剤中に、1gまたは1mLあたり、それぞれ最低1.0×109コロニー形成単位（CFU）を含んでいなければならない。BNFの効率を最大にするためには、すべての生産者が以下のような研究が推奨する優良慣行を採用することが重要である：

1. 大豆栽培には、MAPAに登録された接種剤のみを使用する；
2. 接種剤はパッケージに記載されている有効期限内に使用する；
3.  製品が輸送され、日光から保護され、30℃以下の場所で保管されていることを確認する；
4. 使用条件や使用方法に応じて、適切な量を散布する。また、以下のような要因が根粒形成やBNFを阻害することがあるので、注意が必要である：
   1. 接種剤に含まれる細菌の細胞濃度、純度、効率を確保すること；
   2. 種子処理に農薬を使用する場合は、播種前の最後の作業で接種剤を散布する。
   接種剤をこれらの製品と直接混合しないこと；
   3.温度と湿度。作物の生育期間中、土壌の温度と湿度が適切であれば、植物の正常な代謝が促進され、細菌がより長く生存できるようになる；
   4. 大豆作物の光合成。なぜなら、根粒とBNFが機能するには、炭水化物の十分な供給に依存しているからである；
   5. 大豆作物の栄養、特にコバルト（Co）、モリブデン（Mo）、ニッケル（Ni）は、根粒の生理活性に不可欠なミネラル要素である。

 

共同接種とは何ですか？

ブラジル農牧公社（エンブラパ）では、ブラディリゾビウムの年次接種に加え、共同接種として知られるプロセスで、もう1つの菌を大豆に接種することを推奨している。この第二の菌であるアゾスピリルム・ブラシレンセ(Azospirillum brasilense)は、すでにエンブラパがトウモロコシ、小麦、稲に推奨している。

アゾスピリラム属は植物生育促進細菌（PGPR）の一群からなり、さまざまな方法で植物の成長を刺激することができるが、中でも最も重要なのは、生物学的窒素固定、植物ホルモンの生産、リン酸可溶化を助けることである。アゾスピリラムの主な微生物プロセスは、植物、特に根系の成長を促進する植物ホルモンの合成で構成されており、ブラディリゾビウムが行う結節とBNFを促進するだけでなく、根系の成長と発達を促進し、土壌の養分利用を増加させるなどの他の利点ももたらす。

 

アゾスピリラムはどのように植物の成長に寄与するのか？

アゾスピリラムは、様々な植物種の根の成長を刺激する植物ホルモンを産生し、水分やミネラルの吸収に影響を与え、クロロフィル含量や気孔コンダクタンスなどの光合成パラメータを改善し、地上部と根のプロリン含量を増加させ、水ポテンシャル、バイオマス生産性、塩分や干ばつなどのストレスに対する耐性を改善し、より活力と高い生産性を植物にもたらすという文献報告がいくつかある。

ブラジルでは、アゾスピリルム・ブラシレンセを用いたイネ科植物用の接種剤が市販されており、大豆やその他マメ科作物にも使われている。現在、アゾスピリラムの液体接種剤のみが市販されている。液体接種剤は種子や植溝内に施用することができ、接種剤専用のタンクを使用し、製品ラベルに記載されMAPAに登録されている投下量に従って使用する。ブラディリゾビウム属の細菌と同様である。

アゾスピリルム・ブラシレンセを接種する際に最大限の効率を確保するためには、すべての生産者が以下のような研究で推奨されている優良な慣行を採用することが重要である：

1. 大豆栽培用としてMAPAに登録されている接種剤のみを使用する；
2. 接種剤はパッケージに記載されている有効期限内に使用する；
3. 製品が輸送され、日光から保護され、30℃以下の場所で保管されていることを確認する；
4. 使用条件や使用方法に応じて、適切な量を散布する。また、以下の点に注意することも重要である：
   1. 接種剤を均一に散布する；
   2. 種子ホッパー内で接種することは推奨されない；
   3. 殺菌剤、殺虫剤、微量栄養素で処理した種子の場合、接種剤は最後 に処理し、播種はできるだけ早く行う；
   4. 24 時間以内に播種できない場合は、接種を繰り返す；
   5. 接種剤には、熱や水不足に弱い生きた細菌が含まれていることを忘れない。

農業経営における微生物の利用、および生物学的生命に有利な土壌保全の実践は、持続可能な記録的生産性を達成するための重要な手段であり、自然そのものを食料生産に役立てるものである。

 

翻訳:

田畑正秀 – ICLグローイング・ソリューションズ、ビジネスリード日本・韓国・台湾