根圏：特性、微生物学および重要性 - 生物学 - 2025

根圏は、植物の根を取り囲んでいる土壌のゾーンです。土壌の生物学と化学の両方がこの根の影響を受けています。この領域は幅が約1 mmで、境界線がありません。これは、根から浸出する化合物と、その化合物を食べている微生物の影響を受ける領域です。

根圏という用語は、ギリシャ語の「根」を意味する「ライザ」と「影響範囲」を意味する「球」に由来しています。それを「高レベルの細菌活動をサポートするマメ科植物の根に直接隣接する土壌のゾーン」と最初に説明したのは、ドイツの科学者ローレンツヒルトナー（1904）でした。

根圏の構成

ただし、根圏の定義は、他の物理的、化学的および生物学的特性が発見されるにつれて進化してきました。根圏は、激しい生物学的および化学的活動を促進する植物の根の影響を強く受けます。

根圏に共存する生物は、互いに、また植物と様々な相互作用を示します。これらの相互作用は広範囲の作物の成長に影響を与える可能性があるため、化学肥料や農薬の代替品として根圏が非常に重要です。

根圏の特徴

薄く、3つの基本ゾーンに細分されています

構造的に、根圏は約1mm幅で、鋭いエッジはありません。これにもかかわらず、3つの基本的なゾーンが根圏で説明されています。

-エンドリゾスフィア

これは、根組織から構成され、内胚葉と皮質層を含みます。

-リゾプレーン

土壌の粒子や微生物が付着する根の表面です。それは、表皮、皮質、粘液性多糖類の層で構成されています。

-ectorizo​​sphere

それは最も外側の部分です。つまり、根に直接隣接する土壌です。

場合によっては、ミコリゾスフィアやリゾバインなど、他の重要な根圏層が見つかることもあります。

異なる化合物が根圏で放出されます

植物の成長と発達の間に、さまざまな有機化合物が生産され、滲出、分泌、沈着を通じて放出されます。これにより、根圏は他の土壌と比較して栄養分が豊富になります。

根の滲出液には、アミノ酸、炭水化物、糖、ビタミン、粘液、タンパク質が含まれます。浸出物は、根と土壌に生息する生物との間の相互作用を刺激するメッセンジャーとして機能します。

根の周りの土壌のpHを変化させます

根圏環境は一般にpHが低く、酸素が少なく、二酸化炭素の濃度が高くなります。しかし、根が土壌から取っている栄養素に応じて、浸出液は根圏の土壌をより酸性またはアルカリ性にする可能性があります。

たとえば、植物が窒素をアンモニア分子に吸収すると、水素イオンが放出され、根圏がより酸性になります。対照的に、植物が窒素を硝酸分子に吸収すると、根圏をよりアルカリ性にするヒドロキシルイオンを放出します。

微生物学

上述したように、根圏は様々な種の微生物が高密度に存在する環境です。

理解を深めるために、根圏の微生物は、植物への影響に応じて、3つの大きなグループに分類できます。

有益な微生物

このグループには、たとえば必要な栄養素を植物に提供するなどして植物の成長を直接的に促進する生物や、さまざまな耐性メカニズムを通じて有害な微生物を間接的に阻害する生物が含まれます。

根圏では、絶えず資源をめぐる競争があります。有益な微生物は病原体の成功をいくつかのメカニズムで制限します：生物静力学化合物（微生物の成長または増殖を阻害する）の生産、微量栄養素の競合、または植物の免疫系の刺激による。

共生微生物

このカテゴリには、植物や病原体に直接害を与えたり、利益を与えたりしないほとんどの微生物があります。しかし、共生微生物は、植物や病原体に間接的な影響を与える相互作用の複雑なネットワークを通じて、ある程度他の微生物に影響を与える可能性があります。

植物を（直接的または間接的に）病原体から保護することができる特定の微生物が存在しますが、それらの有効性は、微生物群集の残りの部分によって大きく影響されます。

したがって、共生微生物は他の微生物と効果的に競合し、植物に間接的な影響を及ぼします。

病原微生物

土壌伝染性のさまざまな病原菌が植物の健康に影響を与える可能性があります。感染する前に、これらの有害な微生物は栄養素と空間について根圏の多くの他の微生物と競合します。線虫と真菌は、土壌伝染性植物病原菌の2つの主要なグループです。

温帯気候で​​は、病原菌よりも病原菌や線虫の方が農学上重要ですが、一部の細菌属（ペクトバクテリウム、ラルストニア）は一部の作物に大きな経済的損害を与える可能性があります。

ウイルスは根から植物に感染することもありますが、根組織に侵入するには線虫や真菌などのベクターが必要です。

重要性

有益な微生物を引き付けます

根圏の高レベルの水分と栄養素は、土壌の他の部分よりもはるかに多くの微生物を引き付けます。

根圏で分泌される化合物のいくつかは、微生物群集の確立と増殖を促進し、他の土壌と比較してはるかに高い。この現象は根圏効果として知られています。

病原微生物に対する保護を提供

根細胞は微生物による継続的な攻撃を受けています。そのため、根細胞には生存を保証する保護メカニズムがあります。

これらのメカニズムには、防御タンパク質やその他の抗菌化学物質の分泌が含まれます。根圏の浸出液は、植物の成長段階によって異なることが判明しています。

根を乾燥から守ります

いくつかの研究では、根圏の土壌は他の土壌よりも著しく湿度が高く、根が乾燥するのを防ぐのに役立ちます。

夜間に根から放出される浸出液は、土壌中の根の拡大を可能にします。日光の下で発汗が再開すると、浸出液は乾燥して根圏の土壌粒子に付着し始めます。土壌が乾燥し、その水力ポテンシャルが低下すると、浸出液は土壌への水分を失います。

参考文献

1. Berendsen、RL、Pieterse、CMJ、およびBakker、PAHM（2012）。根圏マイクロバイオームと植物の健康。植物科学の動向、17（8）、478-486。
2. Bonkowski、M.、Cheng、W.、Griffiths、BS、Alphei、J.、&Scheu、S.（2000）。根圏における微生物‐動物相の相互作用と植物成長への影響 European Journal of Soil Biology、36（3-4）、135-147。
3. サウスカロライナ州ブリンク（2016）。根圏の秘密を解き明かす。植物科学の動向、21（3）、169-170。
4. Deshmukh、P.&&Shinde、S.（2016）。農業分野における根圏マイコフローラの有益な役割：概要。International Journal of Science and Reasearch、5（8）、529–533。
5. Mendes、R.、Garbeva、P.&Raaijmakers、JM（2013）。根圏マイクロバイオーム：植物有益、植物病原性、およびヒト病原性微生物の重要性。FEMS微生物学レビュー、37（5）、634–663。
6. Philippot、L.、Raaijmakers、JM、Lemanceau、P。、およびVan Der Putten、WH（2013）。根に戻る：根圏の微生物生態学。Nature Reviews Microbiology、11（11）、789–799。
7. Prashar、P.、Kapoor、N.、およびSachdeva、S.（2014）。根圏：その構造、細菌の多様性および重要性。環境科学とバイオテクノロジーのレビュー、13（1）、63–77。
8. Singh、BK、Millard、P.、Whiteley、AS、&Murrell、JC（2004）。根圏-微生物相互作用の解明：機会と限界 微生物学の動向、12（8）、386–393。
9. Venturi、V.、およびKeel、C.（2016）。根圏におけるシグナル伝達。植物科学の動向、21（3）、187-198。
10. Walter、N.&Vega、O.（2007）。根圏細菌の土壌養分利用性と植物養分吸収への有益な影響に関するレビュー。 Fac。Nal。 Agr。メデジン、60（1）、3621〜3643。