根粒菌

根粒菌は、空気中に沢山ある窒素を、なぜ地中内で取込むのだろう

サヤエンドウの花

マメ科植物の根にあるコブ内部の、不思議な世界を紹介する。根粒菌はマメ科植物にあるコブの中で生活している。しかもこのコブは、厚い壁で守られている。何故、分厚い壁なのだろう。そこに棲む、根粒菌は何をしているのだろう。ミステリーのような面白さだ。

根粒菌が地中内で窒素を取込む理由

根粒菌は、ニトロゲナーゼという酵素(こうそ)を持っていて、酵素の働きで安定している窒素分子を生き物が利用できる形に変えることができる。

でも、空気中に窒素は豊富にある。何故、それを使わないで、わざわざ土壌内で対応しなければならないのだろう?

  • 地中内で窒素を取り込む理由
    ニトロゲナーゼという酵素は、酸素を含んだ空気に触れると壊れてしまうからだ。

このような理由で、マメ科植物は、根にコブのような部屋を作って、根粒菌の棲み家にする。地中内で対応するのは、酸素の少ない条件で窒素を取り込めるようにするためだ。

もしも、ニトロゲナーゼを葉で保管したら、酸素が豊富で直ぐに分解してしまうだろう。

コブがニトロゲナーゼを酸素から守る工夫

コブは、酸素に弱いニトロゲナーゼのために次のような工夫をして酸素濃度があがらないようにしていた。

  1. 根粒というコブは厚い壁に囲まれた頑丈な部屋のため、酸素を含む空気が入り込まない。
  2. コブ内には、酸素濃度が上がらないように酸素を吸着するタンパク質がたくさんある。

根粒菌とは?

根粒(こんりゅう)は、マメ科植物などの根にある丸い数ミリメートル程のコブのような器官。この中にはバクテリアの一種である根粒菌(こんりゅうきん)という土壌微生物が生息している。

根粒菌は、大気中に80%もあると言われる窒素分子(ちっそぶんし)を窒素化合物のアンモニアに変換(窒素固定)して植物の飼料となる窒素を植物に供給する働きをしている。

もちろん、根粒菌は無償で窒素を供給しているわけではなく、マメ科植物からは光合成で得た糖分をもらう共生生活を営んでいる。

空気中に豊富にある窒素は使えないの?

窒素は、タンパク質の材料になるため、植物にとっては無くてはならない物だが、光合成で得られる炭素・水素・酸素と違って土壌から吸収する。

空気中には80%もの窒素分子が存在しているが、窒素分子はとても安定しているため、この状態の窒素分子を体に取り込んで使える形にすることはできない。植物だけでなく、動物もできない。

空気中に沢山ある窒素は、とても安定しているので、その状態では利用することができなかったのだ。

まとめ

マメ科植物などの根のコブの内部に棲んでいる根粒菌の働きと、厚い壁で守られたコブの中で活動しなければならない根粒菌の特殊な事情を紹介した。

自然界では根粒菌の働きで、肥料のアンモニアを作り出すことができるが、工業的に化学肥料のアンモニアを製造するには、超高圧(1000気圧)・高温(500℃)の条件が必要になる。

根粒菌の働き以外にも、まだまだ植物に見習うべきことは多いだろう。

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