著者の所属・活動拠点の国は、チリです。

掲載誌：Plants

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

灌漑用の水が乏しく高価になるなかで、水を増やさずに作物のストレスへの強さを高める方法が求められています。その一つが、植物の生育を助ける細菌（植物生育促進細菌）の利用です。研究チームは、アンデス山脈の温泉から分離された高温環境由来の細菌バチルス・ヘインシー CamB6と、南極の土壌から分離された低温に適応した細菌ミクロバクテリウム属 Se63に注目しました。

目的は二つあります。一つは、2菌株とその混合（コンソーシアム）について、リンを溶かし出す力などの生育促進に関わる性質や、乾燥を模したストレスへの耐性を培養条件で調べることです。もう一つは、これらの細菌を種子に付けたとき、乾燥ストレス下のインゲンマメの発芽、初期の勢い、根の形、酸化ストレスに関わる成分にどう影響するかを確かめることです。2菌株の性質はほとんど重ならないため、研究チームは「混合はストレスが中程度から強いときにだけ単独菌株の平均を上回り、ストレスがないときには利点がないか、むしろ劣る」という仮説を立てました。

何を、どのように調べたか

対象は、もともとのストレス耐性が異なるインゲンマメ2品種、マンテカとセニョリータです。種子に何も付けない対照、CamB6単独、Se63単独、2菌株の混合の4条件を用意しました。乾燥は、水を引き寄せて植物を脱水状態にする高分子ポリエチレングリコール（PEG-8000）を0〜15%の濃度で加えて模しました。

まず細菌そのものについて、リン溶解、窒素を含まない培地での生育、各種の酵素活性など10項目を寒天培地で定性的に調べました。リン溶解については、溶けにくい3種類の無機リン酸塩と有機リン源のフィチン酸ナトリウムから、液体培地中にどれだけリンが溶け出すかを測りました。

植物では、根の先が2mm以上出た時点を発芽とみなして毎日記録し、発芽率や平均発芽時間、苗の勢いを表す指数を計算しました。接種7日後には、生きた細胞を緑、膜が傷んだ細胞を赤に染め分ける蛍光染色と共焦点顕微鏡で根への定着を観察し、根を洗った液から培養できる細菌の数も数えました。発芽中の種子と苗の葉では、抗酸化に関わるフェノール類やフラボノイドの量と、ラジカルを消去する力を測定しました。最後に多数の測定項目をまとめて統計的に解析し、混合菌の成績と2菌株単独の平均とを、品種とPEG濃度の組み合わせごとに比べました。

主な報告結果

混合菌と単独菌株の比較では、効果の向きがストレスの強さで入れ替わりました。104通りの比較のうち、多重比較の補正後に有意だったのは19通りでした。ストレスのない条件では、混合菌は両品種でいくつかの生育・根の項目において単独菌株の平均を下回りました。一方、中程度から強いストレス下では逆転し、マンテカではPEG 5〜15%で根の長さが、セニョリータではPEG 15%で茎葉の長さと発芽率が、単独菌株の平均を有意に上回りました。

苗の見た目では、接種しない苗はPEG濃度が高くなるほど茎葉と根の発達が衰えましたが、接種した苗、特に混合菌を付けた苗は、同じストレス下でもより広い根系と茎葉の伸びを保っていました。ただし、多数の項目をまとめた解析では、苗の形質のばらつきを最も強く左右していたのはPEG濃度（説明される割合38.6%）で、品種（22.9%）、接種（9.2%）がそれに続きました。

根への定着では、接種した3条件のいずれも対照より生きた細菌の信号がはるかに多く見られ、混合菌は生きた細胞の信号が最も密で、傷んだ細胞の信号が最も少ない状態でした。根から回収できる細菌の数はPEG濃度が上がるほど減りましたが、混合菌はどのPEG濃度でも両品種で最多か最多と同等でした。単独菌株の順位は品種によって逆転し、セニョリータではPEG 15%でCamB6がほとんど回収されませんでした。

細菌の性質は互いを補い合う形でした。Se63はリン溶解、鉄を取り込む物質（シデロフォア）の生産、脂質分解酵素の活性を示し、CamB6はこれらを示さない代わりに、カタラーゼやタンパク質分解酵素の活性、シアン化水素の生産を示しました。リン溶解の測定では、Se63単独が3種類の無機リン酸塩すべてで混合菌より多くのリンを溶かし出し、差が最も大きかったリン酸三カルシウムでは1Lあたり132.29mg対60.40mgでした。フィチン酸ナトリウムでは差はありませんでした。

酸化ストレスに関わる成分では、接種した種子は24時間後にラジカル消去能が最も高く、48時間以降はフェノール類の量が最も低くなりました。これに対し苗の段階では、ストレス下で接種によってフェノール類とフラボノイドの量が増えました。

この報告が示すこと

研究チームは、温泉由来と南極由来という性質の異なる細菌を組み合わせた混合菌の利点が、ストレスの強さに左右されることを品種をまたいで示した最初の研究だと位置づけています。ストレスがない環境では2菌株が競合して不利になり、ストレスが強まると役割分担の利点が上回るという見方と整合すると解釈しています。また接種は、苗の姿を決める主因ではなく、ストレスへの反応を調整する要因として働くと述べています。こうした結果から、混合菌は万能の組み合わせに頼るのではなく、使う土地の環境条件に合わせて設計すべきだという考え方を示しています。

種子段階での抗酸化成分の変化は、細菌が酸化ストレスの負担を早い時期に一時的に和らげた結果と研究チームは読んでいますが、これはもっともらしい解釈であり、仕組みが確かめられたものではないとしています。品種による反応の違いについても、根から出る分泌物などが候補として挙げられていますが、分泌物は測定しておらず、検証が必要な仮説の段階です。

限界として、PEGによる乾燥の模擬は、土が徐々に乾いていく時間の経過や土壌に水が保持される性質、根の周りのむらを再現しません。PEGは根の構造そのものを変えることも報告されています。そのため研究チームは、ストレス下での混合菌の利点を実際の利用指針とする前に、自然に水分が変動する代表的な火山灰土壌での確認が必要だとしています。

原著論文の著者・所属：Rodrigo Mora-Sanhueza（Laboratorio de Fisiología y Biotecnología Vegetal, Departamento de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile; Programa de Doctorado en Ciencias Agropecuarias, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4781312, Chile）、Cynthia Meza（Functional Polysaccharides Research Group, Instituto de Ciencias Aplicadas, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Chile, Talca 3460000, Chile）、Nicolas Flores-Castañón（Doctorado en Ciencias Biomédicas, Instituto de Ciencias Biomédicas, Facultad de las Ciencias de la Salud, Universidad Autónoma de Chile, Talca 3460000, Chile）、Ricardo Tighe-Neira（Departamento de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Rudecindo Ortega 02950, Temuco 4780000, Chile; Laboratorio de Fisiología y Biotecnología Vegetal, Departamento de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile; Núcleo de Investigación en Producción Alimentaria, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4781312, Chile）、Aparna Banerjee（Functional Polysaccharides Research Group, Instituto de Ciencias Aplicadas, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Chile, Talca 3460000, Chile）、Kattia Núñez-Montero（Instituto de Ciencias Aplicadas, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Chile, Santiago 8580640, Chile）、Valentina Vallejos（Instituto de Ciencias Aplicadas, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Chile, Santiago 8580640, Chile）、Patricio Arce-Johnson（Instituto de Ciencias Aplicadas, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Chile, Santiago 8580640, Chile）、Claudio Inostroza-Blancheteau（ANID–Millennium Science Initiative Program–Millennium Nucleus in Data Science for Plant Resilience (Phytolearning), Santiago 8370186, Chile; Departamento de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Rudecindo Ortega 02950, Temuco 4780000, Chile; Laboratorio de Fisiología y Biotecnología Vegetal, Departamento de Ciencias Agropecuarias y Acuícolas, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4780000, Chile; Núcleo de Investigación en Producción Alimentaria, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Temuco 4781312, Chile）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Rodrigo Mora-Sanhueza, Cynthia Meza, Nicolas Flores-Castañón, et al. Extremophilic Bacteria Improve Germination, Early Vigor, and Oxidative-Stress Status in Phaseolus vulgaris Under Simulated Water Deficit. Plants（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-30. DOI: 10.3390/plants15193004. 原著ライセンス：CC BY.