植物栄養学における細菌と菌類の役割

植物は、光合成によって自分の食べ物を作り出すという素晴らしい能力を持っています。しかし、植物が正常に機能するために必要な栄養素を得るためには、土壌中の生物の助けが必要です。細菌や菌類は、植物との共生関係を進化させ、さまざまな環境下で植物の生育を助けています。

植物の根やその周辺に生息する細菌の集合体を「根圏」と呼びます。これらの土壌に生息する細菌は非常に多様です。中には病原性を持つものもありますが、ほとんどは植物の健康を促進する役割を持っています。代わりに、細菌は、植物から炭水化物、アミノ酸、核酸などの栄養をもらい、その代わりに植物を育てています。

根粒菌と呼ばれるバクテリアは、抗生物質を生産したり、土壌中の有害金属を吸収したりして植物を保護します。また、根粒菌は、土壌中に存在するが通常は利用できない栄養素にアクセスすることで植物を助けます。例えば、植物は大気中の窒素を直接利用するための分子機構を持っていません。その代わり、植物は土壌中のバクテリアが生成したアンモニウム（NH4+）や硝酸塩（NO3-）の形で窒素を取り込みます。

土壌に生息するバクテリアは、大気中の窒素をアンモニアに変換する「窒素固定」というプロセスを行います。窒素固定には大量のATPが必要で、バクテリアは植物から供給される炭水化物からATPを得ています。窒素固定には大量のATPが必要ですが、バクテリアは植物から供給される炭水化物からATPを得ています。これらのプロセスにより、植物はタンパク質や核酸を合成するための窒素を得ることができます。

菌類もまた、植物との共生関係を築いています。科学者たちは、植物と菌根菌の間の相互作用は、初期の植物が土壌から必須要素を獲得するのに役立ち、陸地の植民地化を成功させるための重要な適応であったと考えています。現代の菌根菌は、水の獲得、成長因子のシグナル伝達、植物保護などの機能を果たしています。外生菌根は、根を覆い、水やミネラルの吸収を助けます。同時に、アーバスキュラー菌根は根の組織の中に埋め込まれ、植物の細胞と菌の枝分かれしたフィラメント（菌糸）との接触を増やします。