根粒菌はどうやって窒素を固定するのでしょうか?

根粒菌は一般的にマメ科植物と共存しています。根粒菌は生きている間に土壌に有機物を分泌し、土壌の肥沃度を大幅に向上させます。根粒菌は大豆や落花生を正常に成長させます。豆類の作物にとって、多くの利点があります。土壌に有機物が含まれていると、植物が非常に活発に成長することは誰もが知っています。

根粒菌のモリブデン鉄ヘモグロビンは窒素をアンモニアに還元する触媒作用をします。次に、アンモニアは根粒菌内の酸性物質と反応してアンモニウム塩を形成します。その後、アンモニウム塩は根粒菌中の一連のアミノ酸によってアミノ酸などの有機アミンに変換され、植物の根皮質に感染した根粒菌の有機アミンと無機アンモニウムの一部が放出され、植物によって利用されます。

空気中には窒素が約 80% 含まれていますが、ほとんどの植物はそれを直接利用できません。ピーナッツ、大豆、アルファルファなどのマメ科植物は、根粒菌との共生窒素固定を通じて、空気中の分子状窒素を植物が利用できるアンモニア性窒素に変換できます。種子が発芽して根を張ると、根粒菌が根毛を通して根に侵入し、一定の条件下で窒素固定能を持つ根粒を形成します。根粒内のバクテロイドは窒素固定酵素の作用により、分子状窒素をアンモニア態窒素に変換します。同時に、各根粒は小型の窒素肥料植物であり、植物が利用できるように窒素を継続的に供給します。マメ科作物の周囲に生息する土着根粒菌の数は非常に少なく、作物の成長の要求を満たすことができません。世界中のすべてのマメ科作物は、根粒菌を人工的に接種する必要があります。根粒菌が作物のために生産する窒素肥料は、環境を汚染せず、長距離輸送を必要とせず、使用中に窒素が失われることはありません。人工的に施用された化学窒素肥料の損失率は、多くの場合50％を超えています。

マメ科作物が発芽して根毛が成長すると、根毛から分泌されるレクチンによって根粒菌が刺激され誘引され、根圏や根の表面に大量に集まります。根毛が根粒菌と接触すると、まず細胞壁が軟化して根毛が丸まり、次に細胞壁が陥入し、根粒菌は根毛を侵食して根皮質に達し、根粒菌は大量に増殖してバクテロイドに変化します。このとき、根皮質は急速に増殖し、腫瘍のような組織を形成し、最終的に根から突出して根粒を形成します。有効根粒の断面がピンク色に見える場合は、根粒が成熟段階に入り、窒素を固定し始め、植物に窒素を供給していることを示します。優れた根粒形成性と窒素固定特性を持つ根粒菌を人工的に接種することで、共生窒素固定の効率を向上させることができます。

土壌生物学と土壌生化学

マメ科植物と共生し、根粒を形成し、空気中の窒素を固定して植物の栄養とする棒状の細菌の一種。植物の異常な成長を促進する可能性のあるグラム陰性好気性桿菌の一種。

通常の細胞は鞭毛によって移動し、胞子を持ちません。さまざまな炭水化物を利用し、かなりの量の細胞外粘液を生成します。例えば、リゾビウムとスローリゾビウムは、根毛を通してマメ科植物の根に侵入して根粒を形成し、根粒内でバクテリオボアと呼ばれる分岐した多形細胞になります。

また、アグロバクテリウム属は、外傷を通じてさまざまな双子葉植物や裸子植物に侵入し、植物細胞を異常に増殖する腫瘍細胞に変化させ、根がん、毛状根、茎のこぶなどを引き起こすことがあります。