農業微生物学

農業微生物学は、植物関連微生物や動植物の病気を扱う微生物学の一分野です。また、有機物の微生物分解や土壌養分変換といった土壌肥沃度の微生物学も扱います。農業微生物学の主たる目的は、細菌や真菌などの有益微生物と作物との相互作用を包括的に探究することです。[1]また、有機物の微生物分解や土壌養分変換といった 土壌肥沃度の微生物学も扱います。

土壌微生物

土壌微生物の重要性

  • 栄養素の変換プロセスに関与する
  • 植物および動物組織の耐性成分の分解
  • 微生物拮抗作用における役割

生物肥料としての微生物

バイオ肥料は、作物の免疫力と発育を促進することで収量と土壌肥沃度を向上させる能力があるため、有害な化学肥料に代わる有望で持続可能な代替手段として注目されています。土壌、植物、または種子に施用されると、これらのバイオ肥料は根圏、つまり植物の根の内部に定着します。微生物群集が形成されると、これらの微生物は、環境中の必須栄養素を可溶化し分解するのに役立ちます。これらの栄養素は、作物がバイオマスに取り込むには、そうでなければ利用できない、または困難です。[2]

窒素

窒素はバイオマスの生成に必要な必須要素であり、通常、農業システムでは制限栄養素と見なされています。大気中に豊富に存在するにもかかわらず、大気中の窒素は植物によって利用することができないため、植物が直接摂取できる形に変換する必要があります。この問題は、生物学的窒素固定菌によって解決されます。窒素固定細菌はジアゾトロフとも呼ばれ、自由生活型（例：アゾトバクター、アナベナ、クロストリジウム）、共生型（例：リゾビウム、トリコデスミウム）、および連合共生型（例：アゾスピリルム）の3つのグループに分類できます。[3]これらの生物は、大気中の窒素を植物が摂取してバイオマスに組み込むことができる生物利用可能な形に固定する能力を持っています。重要な窒素固定共生は、リゾビウムとマメ科植物の間の共生です。[4]根粒菌は、様々なマメ科植物において年間300kg/ha以上の窒素を供給していることが示されており、農作物への施用は、作物の高さ、種子の発芽率、植物内の窒素含有量を増加させることが示されています。[5]農業における窒素固定細菌の利用は、ハーバー・ボッシュ法によって合成される人工窒素肥料への依存を減らすのに役立つ可能性があります。

リン

リンは、細菌や真菌による可溶化または動員によって植物が利用できるようになります。ほとんどの土壌条件下では、リンは環境中で移動性の最も低い栄養素であるため、植物が吸収できるようにするには可溶性の形に変換する必要があります。リン酸の可溶化は、有機酸が環境中に分泌されるプロセスであり、これにより pH が下がり、リン酸結合が溶解してリン酸が可溶化されます。リン酸可溶化細菌 (PBS) (例：Bacillus subtilisおよびBacillus circulans )は、微生物によるリン酸可溶化の 50% 以上を担っています。可溶化されたリン酸に加えて、PBS は鉄や亜鉛などの微量元素も提供し、植物の成長をさらに促進します。真菌 (例：Aspergillus awamoriおよびPenicillium spp.) もこのプロセスを実行しますが、その寄与は全活動の 1% 未満です。[6] [7] 2019年の研究では、作物にAspergillus nigerを接種した場合、接種していない作物と比較して果実の大きさと収量が大幅に増加したことが示されました。作物にA. nigerと窒素固定細菌Azobacterを共接種した場合、生物肥料のいずれか1つだけを使用した接種や全く接種していない作物よりも作物の生産性が向上しました。[8]リンの動員は、土壌から根にリンを移動させるプロセスです。このプロセスは、菌根（例：アーバスキュラー菌根）を介して行われます。[9] アーバスキュラー菌根は、根に浸透して表面積を増やすことでリン酸を動員し、リンを植物に動員するのに役立ちます。リン酸を可溶化・動員する微生物は、1ヘクタールあたり30～50kgのP 2 O 5を供給することができ、その結果、作物の収量を10～20％増加させる可能性があります。[10]

例

  • ダップ
  • 尿素
  • スーパーリン酸塩

持続可能な農業における微生物学

有効微生物

有効微生物（EM）は持続可能な農業の発展に不可欠であり、自然界に存在する多様な微生物の混合培養物で構成されています。有効微生物を含むバイオ製剤は、環境保護、食料生産、医療など、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。さらに、この有効微生物バイオテクノロジーの応用は、土壌の若返り、作物栽培、畜産、食品保存など、農業のさまざまな分野に及びます。これらのバイオ製剤は、特に土地の準備や圃場の準備に有益であることが証明されています。有効微生物は、生育期に作物に施用するか、準備中に土壌に直接施用することで、土壌の健全性を高め、植物の成長を促進することができます。有効微生物の幅広い有用性は、高い酵素特異性に由来し、さまざまな条件で繁殖することができます。さらに、有効微生物技術は現在、世界140か国以上で利用されており、ブラジルが主要な導入国となっています。有効微生物の広範な利用は、農業産業と環境的に持続可能な農業を強化する力を示しています。 [11]

持続可能な農業における有用微生物

従来の農法では、作物を害虫や病気から守るために化学肥料、殺虫剤、除草剤が使用されています。しかし、これらの化学物質は環境に悪影響を及ぼし、環境汚染の一因となっています。農薬の使用は、動植物種の減少、および細菌や真菌の群集を含む土壌の生物多様性への悪影響と関連付けられています。[12] [13]化学植物保護製品は、土壌の質感、透水性、多孔性などの物理的特性に影響を与えることで、農業用土壌を変化させる可能性があります。さらに、これらの製品はリンと窒素の栄養循環を阻害し、土壌微生物叢の多様性を低下させます。世界人口の増加と、より多くの高品質の食料に対するニーズがもたらす課題を考えると、農業の未来は、有効微生物を利用して収穫量を向上させることにあります。このアプローチは、従来の化学的方法に代わる持続可能な方法を提供し、環境の健全性と農業の回復力を促進します。[14]

作物の生産の成功は土壌の健全性にかかっており、土壌は微生物が駆動する生物学的、化学的、物理的プロセスのネットワークの影響を受けます。有用微生物は土壌の有益な微生物群集を強化し、持続可能な農業への道を開きます。これらの微生物は、光合成細菌、乳酸菌、酵母、発酵菌などの天然に存在する微生物で構成されており、土壌微生物の多様性を高めるために利用できます。有用微生物の適用は、土壌構造と肥沃度を改善し、生物多様性を大幅に高めます。それらは土壌病原体の増殖を抑制し、窒素固定を助け、植物による養分吸収を促進します。有用微生物はまた、有機廃棄物の分解を促進し、堆肥化を促進するため、貴重なミネラルの利用可能性を高め、土着の微生物の活動を強化します。土壌微生物環境を支配することで、有用微生物は他の有用微生物の繁殖を促し、病原性微生物や日和見微生物の小規模な集団との競争に打ち勝ちます。この自然なバランス調整により、植物はより強く、より回復力に富み、作物の収量も増加します。有用微生物は、持続可能な農業の未来において重要な役割を担うことになります。[1]

農業システムにおける微生物に影響を与える要因

人間の影響

有機農法は、合成肥料などの外部からの投入を制限し、天然の投入に重点を置くことで生態系の健全性を維持することを目的とした農法であり、[15]システム内の微生物の数を増やし、炭素や窒素ベースの分子を利用する能力を高める効果がある。[16]農業土壌の生態系機能を維持する方法の一つに輪作があるが、輪作に用いる作物の数を増やすと、微生物の多様性と存在する微生物種の数が増加する効果があることも示されている。[17] 関連して、微生物の多様性の増加は、植物と土壌の健康に有益な効果があることがわかっている。[18]

農業システム内の微生物に悪影響を及ぼす農業慣行も存在します。もう一つの一般的な農業慣行である耕起は、微生物バイオマス由来の炭素と窒素を減少させるという即効性があります。[12]逆に、不耕起慣行は土壌の健全性を高め、微生物の増殖を促進し、微生物群集の機能性を高めることが示されています。[12]しかし、耕起による悪影響は耕起の強度に依存し、微生物群集は時間の経過とともに回復することが示されています。[12]昆虫の行動が作物の生育と健全性に及ぼす影響を制限するために、一般的な慣行として農薬が使用されます。これらの農薬は、曝露後数ヶ月間、土壌中の微生物群集の構成を変化させるなど、土壌微生物に影響を与えます。[13]農薬の一種である殺菌剤も、化学物質の標的とならない微生物に悪影響を及ぼすことや、宿主植物の根に生息する微生物群集に変化を引き起こすことが示されています。[12]

環境への影響

気候変動は様々な形で現れ、農業土壌の微生物にも影響を及ぼす可能性があります。気温の上昇は植物の根の成長を制限し、それによって根に付随するアーバスキュラー菌根菌（AMF）の成長能力を低下させることが示されています。 [19]気温の変化は、植物病原体の存在量と能力を増加させ、農業生態系に悪影響を及ぼす可能性があります。[20]二酸化炭素（CO2 ）レベルの上昇は、植物と病原体との相互作用を変化させ、存在する植物病原体の種類とそれらが植物に悪影響を与える方法に変化をもたらす可能性があります。[20]しかし、現在のところ、 CO2レベルの上昇が、さまざまな植物病原体関係において、植物と潜在的な病原体との相互作用をどのように変化させるかを予測する方法に関する情報は不足しています。 [20]

現在、農業土壌を含む土壌中の微生物が、気候変動の悪影響を抑制する上で果たす役割を解明するための研究が進められています。例えば、土壌微生物はメタンを二酸化炭素に変換することで、温室効果ガスの排出を抑制します。[21]また、土壌微生物は二酸化炭素を植物が利用できる炭素に変換したり、植物の水分吸収・貯蔵能力を高める化学物質を放出したり、植物を干ばつから守ったりするなど、農業にも幅広い影響を与えています。[21]

参照

参考文献

  1. ^ ab スガンヤ、タンガヤン;レヌガ・デヴィ、ナヴァニータン。ヴィグネーシュ、サウンデラージャン。ラジェンドラン、スーサイ。ドロシー、R.グエン、トゥアン・アイン（2022-01-01）、デニズリ、アディル。グエン、トゥアン・アイン。ラジェンドラン、スーサイ。 Yasin, Ghulam (編)、「3 - 農業における微生物学: 入門」、スマート農業のためのナノセンサー、マイクロおよびナノテクノロジー、エルゼビア、pp.  41–51、doi :10.1016/b978-0-12-824554-5.00023-9、ISBN 978-0-12-824554-5、 2024年4月16日取得
  2. ^ Nosheen, Shaista; Ajmal, Iqra; Song, Yuanda (2021年1月). 「微生物をバイオ肥料として活用：持続可能な作物生産への潜在的アプローチ」. Sustainability . 13 (4): 1868. doi : 10.3390/su13041868 . ISSN  2071-1050.
  3. ^ Choudhury, ATMA; Kennedy, IR (2004-03-01). 「持続可能な稲作における生物学的窒素固定システムの展望と可能性」. Biology and Fertility of Soils . 39 (4): 219– 227. Bibcode :2004BioFS..39..219C. doi :10.1007/s00374-003-0706-2. ISSN  1432-0789. S2CID  40428774.
  4. ^ 「持続可能性のためのバイオ肥料」ResearchGate。
  5. ^ 「液体微生物コンソーシアム - 持続可能な土壌健全性のための潜在的ツール」（PDF） www.longdom.org . 2022年4月27日閲覧。
  6. ^ Sharma, Seema B.; Sayyed, Riyaz Z.; Trivedi, Murugesh H.; Gobi, Thivakaran A. (2013-10-31). 「リン酸可溶化微生物：農業土壌におけるリン欠乏管理のための持続可能なアプローチ」SpringerPlus . 2 (1): 587. doi : 10.1186/2193-1801-2-587 . ISSN  2193-1801. PMC 4320215. PMID 25674415  . 
  7. ^ サービス、NIIRプロジェクトコンサルタント。NIIR委員会著『バイオ肥料と有機農業に関する完全技術書（第2改訂版）』。
  8. ^ ディン、ミスバフド;ネロファー、ルビーナ。サルマン、ムハンマド。アブドラ。カーン、ファイサル・ハヤット。カーン、アサド。アフマド、ムニブ;ジャリル、ファザル。ディン、ジャラル・ウッド。カーン、ムダシル（2019-06-01）。 「窒素固定アゾトバクター（SR-4）およびリン可溶化アスペルギルス・ニガーの作製とラゲナリア・シセラリアおよびアベルモシャス・エスクレンツスに対するそれらの評価」。バイオテクノロジーレポート。22 e00323。土井：10.1016/j.btre.2019.e00323。ISSN  2215-017X。PMC 6444025。PMID  30976534。 
  9. ^ Chang, Cheng-Hsiung; Yang, Shang-Shyng (2009-02-01). 「多機能バイオ肥料調製のための耐熱性リン酸可溶化微生物」 .バイオリソーステクノロジー. 100 (4): 1648– 1658. doi :10.1016/j.biortech.2008.09.009. ISSN  0960-8524. PMID  18951782.
  10. ^ アウチ、チブエゼ;アソエグ、チソム。ヌウォス、オルチ。ネルソン、カル。マドゥメレ、チマロケ。オブナオニエ、チジンドゥ。ヌウォボド、フェリシア。オルジ、チマロケ(2020-11-17)。 「プラトー州バーキン・ラディ地区の放棄された職人の錫採掘場からの土壌の微量金属汚染の評価」。国際先端学術研究ジャーナル: 1–18 . doi : 10.46654/ij.24889849.e61112。ISSN  2488-9849。S2CID  228861676。
  11. ^ プシュチョウコウスキー、ピョートル;サウィッカ、バーバラ。バルバス、ピョートル。ドミニカ州スキバ。クロシュマル＝マルチャック、バーバラ（2023年1月）。 「食品加工におけるジャガイモの品質を改善するための持続可能な代替手段としての有効微生物の使用」。応用科学。13 (12): 7062.土井: 10.3390/app13127062。ISSN  2076-3417。
  12. ^ abcde Yang, Tony; Lupwayi, Newton; Marc, St-Arnaud; Siddique, Kadambot HM; Bainard, Luke D. (2021). 「土壌微生物群集の人為的要因と農業生態系における土壌生物学的機能への影響」. Global Ecology and Conservation . 27 e01521. doi : 10.1016/j.gecco.2021.e01521 . ISSN  2351-9894.
  13. ^ ab Jacobsen, Carsten Suhr; Hjelmsø, Mathis Hjort (2014-06-01). 「農業土壌、農薬、微生物多様性」 . Current Opinion in Biotechnology . エネルギーバイオテクノロジー・環境バイオテクノロジー. 27 : 15– 20. doi :10.1016/j.copbio.2013.09.003. ISSN  0958-1669.
  14. ^ アントシェフスキー、マルセル;ミエレク＝アダムスカ、アグニエシュカ。ドンブロフスカ、グラジナ B. (2022 年 11 月)。 「持続可能な農業のための微生物の重要性 - 総説」。代謝物。12 (11): 1100.土井: 10.3390/metabo12111100。ISSN  2218-1989。PMC 9694901。PMID  36422239。 
  15. ^ 国連食糧農業機関農業委員会（1999年）「有機農業、暫定議題第8項」
  16. ^ Lori, Martina; Symnaczik, Sarah; Mäder, Paul; Deyn, Gerlinde De; Gattinger, Andreas (2017-07-12). 「有機農業は土壌微生物の豊かさと活性を高める ― メタ分析とメタ回帰」. PLOS ONE . 12 (7) e0180442. doi : 10.1371/journal.pone.0180442 . ISSN  1932-6203. PMC 5507504. PMID 28700609  . 
  17. ^ Venter, Zander Samuel; Jacobs, Karin; Hawkins, Heidi-Jayne (2016). 「輪作が土壌微生物多様性に与える影響：メタ分析」. Pedobiologia . 59 (4): 215– 223. doi :10.1016/j.pedobi.2016.04.001. ISSN  0031-4056.
  18. ^ Banerjee, Samiran; van der Heijden, Marcel GA (2022-08-23). 「土壌マイクロバイオームとワンヘルス」Nature Reviews Microbiology . 21 (1): 6– 20. doi :10.1038/s41579-022-00779-w. ISSN  1740-1526. PMID  35999468.
  19. ^ Trivedi, Pankaj; Batista, Bruna D.; Bazany, Kathryn E.; Singh, Brajesh K. (2022). 「変化する世界における植物とマイクロバイオームの相互作用：反応、結果、そして展望」 . New Phytologist . 234 (6): 1951– 1959. doi :10.1111/nph.18016. ISSN  0028-646X. PMID  35118660.
  20. ^ abc Singh, Brajesh K.; Delgado-Baquerizo, Manuel; Egidi, Eleonora; Guirado, Emilio; Leach, Jan E.; Liu, Hongwei; Trivedi, Pankaj (2023). 「気候変動による植物病原体への影響、食料安全保障、そして今後の展望」Nature Reviews Microbiology 21 ( 10): 640– 656. doi :10.1038/s41579-023-00900-7. ISSN  1740-1534. PMC 10153038. PMID 37131070  . 
  21. ^ ab クマリ、アラドナ;ダッシュ、ムンムン。シン、サントシュ・クマール。ジャガデシュ、M.マスパル、ブペンドラ。 PK、ミシュラ。パンディ、スニール・クマール。ヴェルマ、クリシャン K. (2023-11-09)。「土壌微生物：気候変動の影響を軽減するための自然な解決策」。環境のモニタリングと評価。195 (12): 1436.土井:10.1007/s10661-023-11988-y. ISSN  1573-2959。PMID  37940796。

さらに読む

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Agricultural_microbiology&oldid=1313895710"