根粒菌とマメ科植物の共生は根に管理された厳しい世界だった!

レンゲ畑

レンゲ畑

マメ科植物の根に、コブのようについている根粒菌とマメ科植物の共生について紹介しています。一見すると双方に利益のある良い関係ですが、詳しく見るとマメ科植物の厳しい管理の下で成立していることが判るでしょう。

根粒菌の働き

根粒菌(こんりゅうきん)のことを知らない人は多いかもしれませんが、庭の手入れや家庭菜園を楽しむ人は、気が付かないうちに根粒菌を見ているかもしれません。マメ科植物の根っこを引き抜いた時に、根のところどころに数mm大のコブのようなものが付いている経験をした人は多いと思います。

実は、これが根粒と呼ばれるもので、根粒の1つのコブの中には100億個ものバクテリアがいます。

根粒菌は、マメ科植物と共生していて、マメ科植物から「糖分」をもらう代わりに、空気中の窒素分を固定してマメ科植物に与える働きをしています。

《マメ科植物》
エダマメ、カラスノエンドウ、シロツメクサ、レンゲなどがマメ科植物です。

最近はあまり見られなくなりましたが、収穫後の水を抜いた田んぼが一面のレンゲ畑になるのは、農家の人が、レンゲに含まれる窒素を供給するためだったようです。

根粒菌の暮らし方

マメ科植物と共生していない根粒菌は、落葉の分解などをして質素に暮らしていて、窒素固定もしていません。

ところが、マメ科植物の根の中で暮らす根粒菌には、活動に必要な「糖分」と「安全な環境」があるためでしょうか? エネルギッシュに窒素固定をしています。

窒素固定に必要なこと

根粒菌が、空気中に存在する窒素(ちっそ)を取り込んで固定するには大きなエネルギーを必要とします。そのため、根粒菌は酸素呼吸をしなければなりませんが、窒素固定に必要な酵素(こうそ)は、酸素があると不活性化してしまいます。その為、使った酸素は速やかに排出しなければなりません。

マメ科植物は、根の中の根粒菌に窒素固定してもらうため、「呼吸のための酸素運搬」と「余分な酸素の速やかな除去」を行っています。

《マメ科植物が共生のためにしている事》
人は、新鮮な酸素を体中に送るため、血液中にヘモグロビンを持っていますが、マメ科植物は、ヘモグロビンに似ている「レグヘモグロビン」を獲得して、大量の酸素を正確にコントロールすることに成功しました。

つまり、マメ科植物は、植物の血液とも言える「レグヘモグロビン」を作ることで根粒菌との共生を可能にしたのでしょう。

マメ科植物の厳しい管理下で成立した共生

根粒菌とマメ科植物の共生は、持ちつ持たれつの関係に見えますが、詳しくみると根粒菌はマメ科植物に管理されていました。

根粒菌が根に棲みつく方法

根粒菌は、マメ科植物の根から出ている「フラボノイド」という物質を目指して根毛の先端に到着します。その後、特別な物資を放出して、根粒菌の存在を植物に伝えます。

根粒菌に気づいた植物は、根っこを丸く変形させて根粒菌を包み込むように取り込みます。根の中に入った根粒菌は、細胞分裂を繰り返しながら根の先端から内部に入っていきます。

根の中では、根粒菌を導くように筒状の道が作られています。そして根粒菌が棲むための部屋のような根粒(コブ状の小部屋)が作られます。

このようにマメ科植物の根っこは、水分や栄養分を地中から吸収するためではなく、根粒菌を根の中に迎え入れるために働きます。そしてコブのような根粒が作ると、根粒菌に「糖分」を与え、根粒菌は空気中の窒素を固定して植物に与える関係が成立します。

マメ科植物による根粒菌の管理

マメ科植物にとって根粒菌は、栄養分を与えたりもらったりしていて、なくてはならないパートナーですが、実は、自分の都合が良いように管理・支配していました。

《管理の内容》
マメ科植物の根の中には、根粒菌の通り道がありますが、この道は途中で止まっていて、簡単には根粒に到達できないようになっています。マメ科植物は、窒素量を細かくチェックしていて、窒素の供給が十分で、それ以上不要と判断すると、通り道は遮断したままにします。もしも足りないのなら通り道を開いて必要量だけの根粒菌を新たに根粒に招き入れるのです。

マメ科植物の管理は、これだけではありません。例えば、窒素固定能力の少ない根粒に対しては「糖分」を与えないで殺してしまいます。

まとめ

根粒菌とマメ科植物の共生について紹介してきました。一見、双方が利益を受けて素晴らしい関係に見えますが、細かく見ると、根粒菌はマメ科植物によってしっかり管理されていました。

厳しい自然界では、共生関係でも気の抜けない戦いの上で成立しているのでしょう。