共生関係は、2 つの異なる生物間の相互に有益な関係です。根粒菌とマメ科植物の共生は、農業や生物間のバランスの維持に大きなメリットがあるため、非常に特別です。
共生関係の概念は、2 つの生物に限定されません。肉眼で見えるものから顕微鏡でしか見ることができないものまで、世界中のすべての生き物が織り交ぜられています。
身の回りをちょっと見ただけで、共生関係の例がいくつか見つかるかもしれません。花とミツバチの関係は共生です。ミツバチは花の蜜を食べて蜂蜜を作ります。この過程で、花粉はしばしばミツバチにくっつき、ミツバチと一緒に別の花に行き着き、受粉に至ります。これは、植物とミツバチの両方に利益をもたらします。
植物界における共生の最も顕著な例の 1 つを考えてみましょう。バクテリアの根粒菌と、豆、レンズ豆、エンドウ豆などのマメ科植物との関係です。
この図は、植物とミツバチという生物学的に異なる 2 つの生物の共生関係を表しています。ミツバチは蜜を集めて蜂蜜を作り、同時に花の受粉剤としても働きます。 (写真提供:Public Domain Pictures)
共生関係とはどういう意味ですか?なぜ重要なのですか?
「共生」という言葉は、ギリシア語で「一緒に」を意味する「sym」と、生命を意味する「bios」に由来します。これは、共生関係にある生物が一緒に働いているときに効率的に機能することを意味します.
共生関係の利点は、関与する生物に限定されません。それらは生物圏全体にとっても重要です。これは、生物圏が他の生物に食物と避難所を提供し、土地に植物や木を植え、動植物の個体数を維持し、個体の進化を助けるなどの理由による.
ここで、共生のないシナリオを想像してください。サンゴ礁がなくなり、種子や花粉が広範囲に分散しなくなり、多種多様な植物や樹木がなくなり、進化の原動力がなくなります。
明らかに、共生の概念は単なる関係以上のものを表しています。
根粒菌とは?
根粒菌は、土壌中に大量に存在する重要なクラスのバクテリアです。これらの特殊なバクテリアは、しばしばマメ科植物と密接に関連して生きています.
有害で植物に感染を引き起こすほとんどの土壌細菌とは異なり、根粒菌は実際に植物の成長を促進します.それらは植物成長促進細菌のクラスに属し、「窒素固定」を通じて植物の成長を助けます。 <デル>
すべての生物、特に植物の成長には窒素が必要です。根粒菌は、窒素固定と呼ばれるプロセスで、大気中の窒素をアンモニアに変換し、植物の成長を促進します。 .
大気は 78% の窒素で構成されているのに、なぜ植物は空気から窒素を直接取り込めないのでしょうか?
大気中の窒素は不活性で、他の化学物質と反応しにくいため、植物やその他の生物はガスを利用できません。根粒菌やその他の窒素固定細菌による窒素固定は、窒素をできる形に変換することができます 生物が成長と栄養のために使用する。
図は窒素循環を示しています。根粒菌による窒素固定は、多くの場合、大気中の窒素を植物が利用できる形に変換する最初のステップを形成します。根粒菌は窒素をアンモニウム化合物に変換します。バクテリアの別のグループである硝化バクテリアは、アンモニウムを硝酸塩に変換し、植物が利用できるようにします. (写真提供:trgrowth/Shutterstock)
なぜ根粒菌はマメ科植物と共生関係を築くのですか?
根粒菌は、植物、特にマメ科植物がなければ土壌に窒素を固定できないことがわかっています.
窒素固定プロセスの重要な役割を果たしているのは、大気中の窒素をアンモニアに還元する酵素ニトロゲナーゼです。ニトロゲナーゼ酵素の重要な側面は、酸素に対する感受性です。
では、根粒菌による窒素固定は、酸素がある自由環境では起こり得ないので、このプロセスはどこで起こるのでしょうか?
それは、マメ科植物の根毛にある結節と呼ばれる小さな構造で発生します。結節は、根粒菌とマメ科植物の間のシグナル分子の交換の結果として形成される小さな特殊な構造です。根粒の内部は、窒素固定を促進するために、酸素がほとんどない環境 (微好気性) を提供します。結節形成のプロセスは、結節と呼ばれます。
根粒菌は、1888 年に Martinus Beijerinck によってマメ科植物の根粒から初めて分離されました。
ただし、すべての根粒菌がすべてのマメ科植物に結節できるわけではありません。根粒菌とマメ科植物の間の相互作用は非常に特異的です。関連するパートナー間の結節の特異性を調節する特定の遺伝的要因があります。
土壌中の窒素が不足すると、マメ科植物は根粒菌を引き寄せるフラボノイドと呼ばれる化学物質を放出します.フラボノイドを感知すると、根粒菌は重要なシグナル分子である「うなずき因子」を分泌します。
植物の根の細胞には、nod 因子を認識して結合できる受容体があります。うなずき因子の化学構造は、相互作用の特異性、マメ科植物の宿主を結節させる能力を決定します。
この認識イベントは、根毛のカールと相まって、植物にいくつかの変化を引き起こします。このカールにより、感染糸と呼ばれる管状構造が形成されます。根粒菌は感染糸を通り抜け、活発に分裂し、最終的に窒素固定を行うことができる根粒に到達します.
この図は、根粒菌とマメ科植物の共生関係を表しています。 (写真提供:Nefronus/Wikimedia commons)
根粒菌とマメ科植物の共生はなぜ特別なのですか?
植物の根粒菌は、酸素との親和性が高いレグヘモグロビンと呼ばれるヘモグロビン様分子を生成します。グロビン部分は植物によって生成され、根粒菌はヘム部分を提供します.レグヘモグロビンは根粒菌に酸素を供給し、同時に酸素の有害な影響からニトロゲナーゼ酵素を保護します.
根粒菌は、空気中の窒素を植物の栄養のために窒素化合物に変換します。結節内で、根粒菌はバクテロイドと呼ばれる構造的に異なる形態に自身を変換し、バクテロイドによって固定された窒素を使用しなくなります。次に、植物は根粒菌の食物として光合成炭素生成物を提供します。このようにして、両種は共生関係を維持し、他方から恩恵を受け続けます。
根粒菌は、直接的または間接的なメカニズムによって、有害な病原体や害虫による攻撃から植物を保護できます。根粒菌を介した窒素固定による植物栄養の強化により、植物はより健康になり、病原体の攻撃に間接的に抵抗することができます.
根粒菌は、根毛による土壌からの栄養素の取り込み率を高めることにより、植物の栄養を高めます。根粒菌はまた、他の病原性細菌から植物を保護できる抗生物質やその他のさまざまな物質を生成します.
最後の言葉
根粒菌とマメ科植物の関係は、共生の典型的な例です。この相互作用の利点は、栄養に限定されません。根粒菌によって生成される化合物のいくつかは、有害な病原体や害虫による攻撃から植物を保護します.また、土壌の質、収穫量、作物の質を改善するだけでなく、脱水や温度変化によるストレスに耐える能力を植物に与えます。
