病害抑制土壌

病害抑制土壌は、植物の根圏における病原菌の定着を防ぐ働きをする。こうした土壌は、植物の根の根圏に植物成長促進根圏細菌（PGPR）として知られる有益な微生物が定着することで発達する。 [ 1 ]これらの共生微生物は、直接的または間接的に有害な土壌微生物と戦うことで、植物の健康を増進する。有益な細菌は植物の根の周りの空間を占有するため、病原抑制代謝産物を放出することで有害な病原菌と競合する。最近の研究では、病害抑制土壌は土壌病原菌を抑制するだけでなく、植物を害虫から守ることも実証されている。[ 2 ]特に、こうした土壌は、有益な根圏細菌を促進し、植物の防御機構を刺激することで、葉を食べる昆虫に対する植物の抵抗力を高めることができる。

PGPRと有害な土壌微生物

植物成長促進根圏細菌は、窒素固定、成長ホルモンの産生、あるいは病原菌の抑制などを通じて植物の成長を促進する細菌です。[ 3 ] PGPR属には様々な種類があり、植物の健康状態を直接改善する幅広い機能を提供します。リゾビウム属とメソリゾビウム属の細菌は、窒素を利用可能な形態に固定する働きをします。[ 4 ]放線菌とアゾスピリルム属は、根の成長と栄養素の吸収を促進する成長ホルモンを産生します。[ 5 ]

これらの属の多くは植物の健康を直接的に増進しますが、PGPRの中には病原菌の抑制を通じて間接的に植物の健康を促進するものもあります。[ 6 ]病原菌は土壌中を移動する菌糸複合体を形成します。これらの菌が根圏に到達すると、植物の根細胞の細胞壁を分解する酵素を放出します。これにより、菌は宿主植物に侵入して感染し、栄養分の吸収を阻害します。有益なシュードモナス属とバチルス属は、移動する菌糸を分解する菌糸抑制代謝産物を産生します。[ 1 ]植物は時間の経過とともに、根圏におけるこれらのPGPRの存在量を増加させることで、これらの病原菌に対する病気抑制土壌を作り出すことができます。

抑制土壌の確立

植物は病原体に対して、バルク土壌からPGPRを根圏にリクルートすることで反応し、病原体の定着を阻害します。これは最終的に病害抑制土壌の形成につながります。PGPRは、根細胞が土壌を突き進む際に自然に放出される植物分泌物を介してリクルートされます。 [ 7 ]植物種によって分泌物は異なり、そのため周囲のバルク土壌に既に存在する微生物から、根圏に異なる微生物群集がリクルートされます。[ 8 ]

土壌中に有益な微生物属が存在しない場合、植物はそれを防御手段として取り込むことができません。したがって、抑制土壌は土壌中にすでに存在し、取り込むことができる微生物の機能です。このような土壌を作るには、土壌全体のPGPRを高める必要があります。特定の植物は、さまざまな根分泌物を分泌することで有益な細菌を取り込むことができます。[ 9 ]土壌中の植物の多様性が高まれば、根圏の微生物の多様性も高まり、さらに土壌病害の抑制効果も高まります。[ 10 ]情報に基づいた輪作や土壌の太陽熱消毒などの管理によって、自然に病原菌を抑制する抑制土壌を作り出すことができます。[ 11 ]

参考文献

  1. ^ a b Weller, DM; Raaijmakers, JM; Gardener, BB; Thomashow, LS (2002). 「植物病原体に対する土壌の特異的抑制能を担う微生物集団」Annual Review of Phytopathology . 40 (1): 309– 48. Bibcode : 2002AnRvP..40..309W . doi : 10.1146/annurev.phyto.40.030402.110010 . PMID  12147763 .
  2. ^ Harmsen, Nadine; Vesga, Pilar; Glauser, Gaétan; Klötzli, Françoise; Heiman, Clara M.; Altenried, Aline; Vacheron, Jordan; Muller, Daniel; Moënne-Loccoz, Yvan; Steinger, Thomas; Keel, Christoph; Garrido-Sanz, Daniel (2024-07-16). 「土壌における自然な植物病害抑制効果は害虫防除にも及ぶ」 . Microbiome . 12 (1): 127. doi : 10.1186/s40168-024-01841-w . ISSN 2049-2618 . PMC 11251354. PMID 39014485 .   
  3. ^ Babalola, OO (2010). 農業上重要な有益細菌. Biotechnology Letters, 32(11), 1559-1570. doi:10.1007/s10529-010-0347-0
  4. ^ Terpolilli, JJ, Hood, GA, & Poole, PS (2012). 窒素固定根粒菌とマメ科植物の共生関係の効率は何が決定するのか？.微生物生理学の進歩(第60巻, pp. 325-389). アカデミックプレス.
  5. ^ Somers, E., Vanderleyden, J., & Srinivasan, M. (2004). 根圏細菌シグナル伝達：私たちの足元で繰り広げられる愛のパレード. Critical reviews in Microbiology , 30 (4), 205-240.
  6. ^ Raaijmakers, JM, Paulitz, TC, Steinberg, C., Alabouvette, C., & Moënne-Loccoz, Y. (2009). 根圏：土壌病原菌と有益微生物の遊び場であり戦場でもある. Plant and soil , 321 (1-2), 341-361.
  7. ^ Lynch, JM, & Whipps, JM (1990). 根圏における基質流動. Plant and soil , 129 (1), 1-10.
  8. ^ Bakker, MG, Chaparro, JM, Manter, DK, & Vivanco, JM (2015). 土壌微生物群集構造がトウモロコシ（Zea mays）の根圏マイクロバイオームに与える影響. Plant and Soil , 392 (1-2), 115-126.
  9. ^ Bakker, MG, Manter, DK, Sheflin, AM, Weir, TL, & Vivanco, JM (2012). 植物育種と農業管理を通じた根圏マイクロバイオームの活用. Plant and Soil , 360 (1-2), 1-13.
  10. ^ Latz, E., Eisenhauer, N., Rall, BC, Scheu, S., & Jousset, A. (2016). 植物群集構成と土壌の病原体抑制能との関連性の解明. Scientific reports , 6 , 23584.
  11. ^ Peters, RD, Sturz, AV, Carter, MR, & Sanderson, JB (2003). 輪作と耕起管理による病害抑制土壌の開発.土壌と耕起研究, 72 (2), 181-192.
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