中央省庁及び都道府県の機関や関連団体などの事務従事者を対象に、執務上の参考に供するための各種情報を正確・確実・迅速にお届けしています。
農研機構は、東北大学と共同で、温室効果ガスである一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の発生を抑制する能力が高い根粒菌Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｏｔｔａｗａｅｎｓｅは、Ｎ２ＯをＮ２に変換する遺伝子の発現が高いことを明らかにした。その根粒菌を植物生育促進微生物（ヘルパー微生物）であるＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属菌と一緒にダイズに接種すると、根粒菌の窒素固定能とダイズの生産量の向上が見られた。これらの成果をもとに、高いＮ２Ｏ削減能力をもつ根粒菌とヘルパー微生物を併用することで、農地におけるＮ２Ｏの排出削減能力とダイズ生産能力の双方を高める技術開発が進むことが期待される。
農地から発生するＮ２Ｏを削減する技術の開発が急務
Ｎ２Ｏは、ＣＯ２の２６５倍の温室効果を持つ強力な温室効果ガス。地球全体の人為的Ｎ２Ｏ発生量の約８２％は農業生産起源であるといわれており、このため、農地から発生するＮ２Ｏを削減する技術の開発が急務となっている。
農地において、Ｎ２Ｏは主に化学肥料の使用や作物の収穫残さなどから発生している。また、ダイズなどのマメ科作物の畑では、マメ科植物の根に根粒菌がつくる根粒が、収穫期に老化して崩壊することにより、Ｎ２Ｏが発生することが知られている。
ダイズ根粒菌の一種である「Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｄｉａｚｏｅｆｆｉｃｉｅｎｓ（代表株：ＵＳＡＤ１１０株）」は、Ｎ２Ｏを窒素ガス（Ｎ２）に変換できるＮ２Ｏ還元酵素遺伝子（ｎｏｓＺ）を持っているが、その能力は弱く、農地から発生するＮ２Ｏを削減する効果は十分ではない。
また、日本の土壌に存在するダイズ根粒菌の多くはｎｏｓＺ遺伝子を持っておらず、Ｎ２ＯをＮ２に変換する能力がない。Ｎ２Ｏを変換する能力を持つ根粒菌であっても、マメ科作物の生育を促進する効果を併せ持たなければ、作物の生産量を高める微生物資材としての活用は難しいと考えられる。
こうした状況から、Ｎ２Ｏ変換能力とマメ科作物の生育促進効果を同時に達成できる、根粒菌とダイズを組み合わせたダイズ栽培技術の開発が求められていた。
研究グループは、イネ科植物であるソルガムに住み着いている微生物から、ｎｏｓＺ遺伝子をもつ根粒菌を探索し、ダイズにも共生可能で、高いＮ２Ｏ変換能力を有するＳＧ０９を見出した。次に、ＳＧ０９株の微生物資材としての有効性を検討するため、植物生育促進微生物の一種である「Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ Ｓｐ． ＯＦＴ２株」との同時接種によるダイズの生育への影響を調べた。
研究成果のポイント
〔Ｎ２Ｏ還元酵素を持つ微生物の分離と性状解析〕
Ｎ２Ｏ変換根粒菌としてよく知られるＵＳＤＡ１１０株は、Ｂｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｄｉａｚｏｅｆｆｉｃｉｅｎｓというグループに属している。福島県のソルガムを栽培している土壌に住み着いている微生物を調べた結果、ＵＳＤＡ１１０株とは異なるＢｒａｄｙｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｏｔｔａｗａｅｎｓｅというグループに属する微生物の中からＮ２Ｏ変換能力を持つ株が複数見つかった。
これらの菌株のＮ２Ｏ変換能力（Ｎ２Ｏ還元活性）を調べた結果、ＳＧ０９株がＵＳＤＡ１１０株よりも５倍ほど高いＮ２Ｏ還元活性を持つことが分かった。
また、ＳＧ０９株の高いＮ２Ｏ還元活性の原因を調査した結果、ＳＧ０９株はＮ２Ｏが存在し、酸素濃度が低い条件において、ＵＳＤＡ１１０株に比べｎｏｓＺ遺伝子の発現が２００倍ほど高く、この高いｎｏｓＺ遺伝子発現がＳＧ０９株の高いＮ２Ｏ還元活性の理由であることが明らかになった。
〔従来の根粒菌株とＳＧ０９株をダイズに共生させた場合のＮ２Ｏ変換能力の比較〕
次に、３種類の根粒菌をそれぞれ接種したダイズを実験室内で栽培し、ダイズの根を含む土壌からのＮ２Ｏ発生量の比較を行った。
その結果、ＳＧ０９株を接種した際の土壌からのＮ２Ｏ放出量は、ｎｏｓＺ遺伝子を持たず、Ｎ２Ｏ変換能力のないＵＳＤＡ６株を接種した際の１０分の１程度、ｎｏｓＺ遺伝子を持つがＮ２Ｏ変換能力の低いＵＳＤＡ１１０株を接種した際の３分の１程度に減少しており、ＳＧ０９株は非常に高いＮ２Ｏ変換能力を持つことが分かった。
〔農業資材としての有効性の検証〕
今回見つけたＳＧ０９株を農業資材として利用する場合、マメ科作物の生育を促進する効果を併せ持つ必要がある。そこで、ＳＧ０９株と植物の生育を促進する微生物Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属菌ＯＦＴ２株（ヘルパー微生物）を一緒にダイズに接種した結果、ＳＧ０９株単独接種と比較して、窒素固定能力が約２倍向上し、ダイズの地上部乾燥重量も増加した。
窒素肥料のさらなる削減と農地から発生するＮ２Ｏ削減の両方が可能に
今回解析されたＮ２Ｏの変換能力が高い根粒菌Ｂ．ｏｔｔａｗａｅｎｓｅ ＳＧ０９株は、ダイズに根粒を形成し、窒素固定も活発に行う。その窒素固定能力は、植物の生育を促進する微生物（ヘルパー微生物）ＯＦＴ２株との同時接種でさらに向上することが明らかになった。
根粒共生による窒素固定は、窒素肥料の代わりとなるため、ダイズと根粒菌ＳＧ０９株、ヘルパー微生物ＯＦＴ２株を組み合わせて栽培することで、窒素肥料のさらなる削減と農地から発生するＮ２Ｏ削減の両方が可能になると期待される。
Copyright 株式会社官庁通信社 All Rights Reserved.
