平成 28 年度農研機構シンポジウム 菌根 リン酸肥料を減らせる根の秘密 講演要旨集 平成 28 年 11 月 8 日 ( 火 )14:00-17:00 とかちプラザ 2F レインボーホール ( 北海道帯広市西 4 条南 13 丁目 1 番地 ) 主催 : 国立研究開発法人農業 食品産業技術総合研究

平成

28 年度 農研機構シンポジウム

菌 根

リン酸肥料を減らせる根の秘密

講演要旨集

平成

28 年 11 月 8 日（火）14:00-17:00

とかちプラザ

2F レインボーホール

（北海道帯広市西

4 条南 13 丁目 1 番地）

主催： 国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構 北海道農業研究センター 後援： 北海道 北海道立総合研究機構農業研究本部 日本土壌肥料学会北海道支部 NPO 法人グリーンテクノバンク

平成

28 年度 農研機構シンポジウム

菌 根

リン酸肥料を減らせる根の秘密

講演要旨集

＜目次＞

アーバスキュラー菌根菌とは ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

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農研機構 北海道農業研究センター 上級研究員 大友 量

土着菌根菌利用による飼料用トウモロコシ栽培でのリン酸施肥削減 ・・・・・

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北海道立総合研究機構 根釧農業試験場 研究主任 八木哲生

アーバスキュラー菌根菌の接種によるネギ栽培でのリン酸施肥削減 ・・・・・

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山形大学農学部 食料生命環境学科 教授 俵谷圭太郎

菌根観察方法の高感度化と最新トピック ・・・・・・・・・・・・・・・・・

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農研機構 北海道農業研究センター 特別研究員 小八重善裕

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菌根：リン酸肥料を減らせる根の秘密 —アーバスキュラー菌根菌とは？—

農研機構 北海道農業研究センター 大友量

１．はじめに 「植物だって一人で生きているわけではない」と言ったら、皆さんどのようなことを想像され るでしょうか。植物が作ったエネルギー源を動物が利用し、それらはやがて微生物によって分解 されて土に戻るという自然界の循環のことが思い浮かぶかもしれません。あるいは一部の植物が その生殖（受粉）を虫や動物に手伝ってもらっていることを思い浮かべる人もいるでしょう。今 回のお話では、そういった虫や動物たちが地上に生まれるより遥か大昔から植物と一緒に生きて きた、「菌（微生物）」のことを紹介しようと思います。 ２．菌根と菌根菌 「菌根」とは読んで字のごとし、「（ある特定の）菌（微生物）」と「（植物の）根」が一緒になっ たもののことです。「根に菌がつく」というと、何か植物の病気のようなものを想像されるかも知 れません。でも、むしろこれが健全な植物の自然本来の姿と言って過言ではありません。 自然界の多くの植物の根には「菌根菌」と呼ばれるカビの仲間が共生しています。このカビは 土壌中に張り巡らした細い菌糸から水や窒素・リン酸といった植物の養分、あるいは亜鉛や銅な どのミネラル分を吸収して植物に運びます。その見返りとして植物からは糖などの光合成産物（エ ネルギー源）を受け取る「相利共生（共生体の両方にメリットがある共生の形）」の関係を結んで います。このような、あたかも菌と根が一体となって植物の養分吸収を行っている形態を「菌根」 と呼ぶのです。 「菌根」を形成できる菌の種類にはいくつか知られていますが、その中で圧倒的に重要なもの が「アーバスキュラー菌根菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi の頭文字をとって AM 菌と略称さ れます）」と呼ばれる仲間です。「グロムス属」という、ほかのカビとは異なる分類群に属するこ のカビの仲間は、陸上植物の70—80%の種の根に菌根を形成することができます。AM 菌がつかな い植物の方がむしろ例外と言って良いのです。AM 菌の重要な性質の一つが植物と共生しないと 増殖できない、ということです。このため従来の微生物研究で行われたような純粋培養ができず、 AM 菌研究の障害の一つとなっています。 AM 菌は根の中に「樹枝状体（アーバスキュル、arbuscule）」と呼ばれる先端が細かく枝分か れした特徴的な構造を作って植物との養分交換を行うと考えられていて、これがこの菌の名前の 由来になっています。その他に養分貯蔵器官と考えられている「嚢状体（ベシクル、vesicle）」も 特徴的な構造で、従来はこのベシクルのVA 菌根菌 （vesicular-arbuscular 菌根菌）と呼ばれて いたこともあったのですが、必ずしも全ての種が嚢状体を作るわけではないことから、最近では 「AM 菌」という呼び名の方が主流です。ただし「VA 菌根菌」という呼び名も法律用語としては 現在も使われています（後述しますが、AM 菌資材は植物のリン酸吸収を促進する土壌改良資材 として政令指定されています）。ここでは「AM 菌と VA 菌根菌は同じもの」ということだけ覚え ておいてください。

2 ３．AM 菌と植物の進化 どうして大部分の植物がAM 菌と共生できるのでしょうか。それには植物の進化の歴史が深く 関わっています。 海で進化した植物が初めて陸上に上がったのは今から4 億 5 千万年前と言われています。海藻 類は現在でも全ての体表面から海水中に溶けた養分を吸収していて、根は体を固定するくらいの 役目しか果たしていませんが、陸上では根が全ての養分吸収を担うことになります。その時に植 物の根に共生して養分吸収を助けたのがAM 菌共生の始まりと考えられています。現在陸上で繁 栄しているすべての植物は、このAM 菌との共生によって陸上進出が可能になった「原始陸上植 物」の子孫なのでAM 菌と共生できるのだと考えられています。ただし、例外的に AM 菌との共 生能を失った植物もいます。こういった植物はAM 菌に頼らなくとも自分で養分吸収をまかなえ るように根の機能を進化させてきた植物で、アブラナ科（キャベツ、大根、なたね など）やヒ ユ科（てん菜やほうれん草 など）・タデ科（そば など）が知られています。 「AM 菌の力を借りなくとも自力で養分吸収できるように進化した」というと、新しい仕組み を備えた競争力の強い種類のように思えませんか。でも現実はそうではなく、そのような植物も 生まれてはきたけれど、AM 菌との共生関係を維持している植物が大部分です。自然界における 生物の競争は過酷なもので、不利な形質をもった種類は淘汰され滅びていきます。逆に言えば、 「AM 菌に頼らない植物がいるにも関わらず、それらが植物界を席巻するようなことはなく、大 部分の植物がAM 菌との共生関係を維持している」という事実は AM 菌との共生が現在もなお植 物の生存にとって重要な意味を持っていることを示唆しています。 ４．AM 菌機能の農業への応用の試み AM 菌は植物とのつながりが非常に深いので、植物さえ生育していれば陸上のあらゆるところ に存在すると考えられます。農業が植物を育てる営みである以上、人類はこれまでも知らず知ら ずのうちにAM 菌にお世話になってきたわけですから、今更「AM 菌の機能を活用する」といっ ても簡単なことではありません。ここからは私が所属する北海道農業研究センターで主に行われ てきたAM 菌機能を農業に応用する試みについて解説したいと思います。 最初のきっかけは土壌中のリン酸が少ない畑でトウモロコシを栽培した時に、前年に作付けし た作物の種類によって収量が変わることでした。AM 菌と共生する作物（宿主と呼びます）の跡 地では前年無作付けの跡地やAM 菌と共生しない作物（非宿主）の跡地よりもリン酸吸収が増加 して生育や収量が増加しました。これは「前作効果」と呼ばれるもので、AM 菌の宿主跡地では 土壌中のAM 菌が増加し、次に AM 菌と共生する作物を栽培した時に AM 菌の感染が増加して生 育促進・収量増がもたらされるということが分かってきました（次ページ図）。前作効果はトウモ ロコシだけではなく、ダイズやバレイショ、タマネギや小麦など他の作物でも認められます。た だし、効果が認められる条件は作物によって異なるようです。また同じ作物でも品種によってAM 菌の感染程度が異なることも示されており、AM 菌の機能を活用していく上でそのような植物側 の性質も考慮することも必要と考えられます。しかし、宿主跡でトウモロコシやダイズの収量が 上がるからといって、宿主作物だけを作り続けるわけにはいきません。そのような場合は非宿主

3 作物を栽培した後に宿主の後作 緑肥を栽培するとか、あるいは 非宿主作物の畝間に宿主の間作 緑肥を導入することで宿主栽培 跡地と同様の収量が得られるこ とも示されています。 この前作効果を肥料の削減に 応用できないかを検討しまし た。従来の施肥基準は栽培する 作物と気象条件、および土壌の 種類とそこに含まれる養分量を 総合的に勘案して定められてい ます。ここにはAM 菌の効果は 考慮されていません。つまり前 作がどんな作物であっても一定 の収量を確保する上で必要な施 肥量が設定されています。もし作付け順序によって土壌中のAM 菌密度が異なるならば、必要と される養分量にも差が生じるのではないかと考えられます。 実際に北海道農業研究センターの圃場でダイズのリン酸減肥試験を試みたところ、どのような リン酸施肥量であってもＡＭ菌宿主跡地の方が非宿主跡地よりも収量レベルが高いこと、ＡＭ菌 非宿主の跡地では標準量から減肥するに従って収量は低下していくのに対し、ＡＭ菌宿主の跡地 ではリン酸肥料を半分以下にしても収量がほとんど変わらない事が分かりました。また、実際の 生産者圃場の畑のダイズでも前作物によって AM 菌の感染程度が異なること、そのような生産者圃 場で実施したリン酸減肥試験でも例外はあるものの、宿主の跡地では多くの場合リン酸施肥を減 らしてもダイズの収量が減らないことがわかりました。このような試験結果を実際にどのように 施肥基準の中に取り込んでいくのかについては次の八木さんのご講演を参考にしてください。 ５．AM 菌機能のさらなる活用に向けて 「前作効果」によって肥料が削減できそうだ、ということを説明してきましたが、決して万能 ではありません。もし土壌中にほとんどAM 菌のいない畑であれば、そこにどんな植物を栽培し たとしても土着のAM 菌は次作の施肥節減に寄与できるほど増殖しないでしょう。逆にとても土 着AM 菌の多い畑であったり、あるいはキャベツのような非宿主の畑でも畝間に宿主植物の間作 をしているようなところでは、次作でのリン酸施肥を減らせる場合があります。そういった多様 な現場の状況に対応するには前作の種類だけで場合分けをするのでは不完全で、土壌中のAM 菌 の効果をどこまで期待できるかを事前に診断する技術が必要と考えられます。 また土着の AM 菌が少ない畑で AM 菌の効果を活用するには AM 菌資材の接種技術が重要に なってきます。AM 菌資材は 1996 年に植物のリン酸吸収を促進する土壌改良資材として政令指 図：前作効果の模式図 前作物の種類が次作の生育や収量に影響を及ぼす仕組みの少なから ぬ部分は AM 菌の動態で説明することができます。 AM 菌は宿主植物に共生することで初めて増殖できます。ですので宿 主植物を栽培した跡地ではもともと畑にいた AM 菌が増殖し、次の作物 にもたくさんの AM 菌が共生して生育が促進されます（上の図）。一方、 宿主植物のいない、非宿主の畑や裸地では土壌中の AM 菌胞子は減少し てしまい、結果として次作物の AM 菌共生が低下し、生育促進効果は得 られません（下の図）。

4 定され、一時は複数の資材メーカーが年間50 トンを超える量を農業用に供給してきましたが、近 年その生産は伸び悩み、最近数年は10 トンを下回る状況となっています。その原因の一つは資材 価格が非常に高いことで、これはAM 菌が純粋培養できないことに起因しています。現在進行中 のプロジェクトではAM 菌の増殖効率を劇的に改善する技術開発が試みられており、AM 菌資材 の接種効果を予測する手法の開発とともに今度AM 菌資材の利用促進に貢献できればと考えてい ます。 もしAM 菌資材が実用化できれば様々な AM 菌の菌株を栽培する作物や利用する環境に応じて 使い分けることも将来的には可能になるかも知れません。農研機構では日本の畑に生息する様々 なAM 菌の菌株を「遺伝資源」として収集する事業を実施しています。これらの菌株がどのよう な植物種にどのような環境下で効果を発揮できるのかの検討はまだこれからです。さらに同じ作 物種でも品種によってAM 菌への応答性が異なることが知られています。AM 菌をより活用して いく上でAM 菌応答性に着目した作物の育種も今後必要になってくる可能性もあります。このシ ンポジウムを通してAM 菌がもっとメジャーになり、多くの方がその利用技術の開発に関心を持 ってくださればと思います。 （参考になる文献） 菌根菌の活かし方 Dr.キンコンの効果と利用 佐藤敏昭・鈴木源士著 1995 年 農文協 現代輪作の方法―多収と環境保全を両立させる (自然と科学技術シリーズ) 有原丈二著、1999 年、 農文協 新・土の微生物（２）植物の生育と微生物 土壌微生物研究会編 1997 年 博友社 共生する生き物たち 岩槻邦男・仁王以智夫著、2012 年、ミネルヴァ書房

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土着菌根菌利用による飼料用トウモロコシ栽培でのリン酸施肥削減

道総研 根釧農業試験場 八木哲生

１．はじめに アーバスキュラー菌根菌（以下，菌根菌と 略）は，植物のリン吸収を促進することが知 られており，土壌のリン酸供給能を改善する 土壌改良資材（VA 菌根菌資材）として，一部 の園芸作物などで使用されている。土地利用 型作物のトウモロコシやダイズは，菌根菌へ の依存度が高い作物として位置づけられるが （表1），大規模に栽培されるこれらの作物で 本資材を使用することは，現段階ではコスト面などの負担が大きく現実的ではない。 一方，菌根菌は土壌中に普通に存在する糸状菌（カビ）であるので，それぞれの畑に元々存在 している｢土着菌根菌｣の機能を上手に活用できれば，作物によるリン吸収の効率を高めることが できる。 菌根菌は，共生できる作物（宿主作物）が栽培されると根に感染して増殖する一方で，共生で きない作物（非宿主作物）が栽培されると感染できずに減少する。そこで，トウモロコシやダイ ズに対しては，前作物の種類や緑肥作物の栽培など作付体系の工夫による土着菌根菌の活用が検 討され，リン酸減肥栽培の確立に向けた基礎知見が蓄積された（唐澤ら，2001：Oka et al.，2010）。 その後，多様な条件の生産者圃場で栽培試験を行うことにより，菌根菌のリン吸収促進効果を考 慮したリン酸施肥対応が整理された（大友ら，2015：八木ら，2017）。 本報告では，根釧地域において飼料用トウモロコシ（以下，トウモロコシと略）を対象として 実施された試験成果を中心に，土着菌根菌を活用したリン酸減肥技術を紹介する。 ２．北海道における飼料用トウモロコシ栽培 北海道におけるトウモロコシの栽培面積は， 1970 年以降急激に拡大したが，1983 年の大冷 害により減少に転じ，2005 年には 35,600 ha ま で縮小した（図1）。しかし，近年は，飼料価格 の高騰などに対応するため，単位面積当たりエ ネルギー生産量が牧草の約 1.5 倍と高いトウモ ロ コ シ の 栽 培 面 積 が 拡 大 し て い る （ 濃 沼 ， 2013）。 北海道における各種作物の施肥指針を示した 図1 北海道における飼料用トウモロコシの 栽培面積の推移 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2004 2009 2014 作付面積（ ha ） 表1 菌根菌との関係からみた作物区分 区分 共生関係 依存度 作物例 Ⅰ 高い 高 トウモロコシ，ダイズ，_{アズキ，ヒマワリ など} Ⅱ 高い 中 バレイショ，コムギ など Ⅲ なし なし ソバ，テンサイ， ダイコン など 有原（1999）より作成。

6 「北海道施肥ガイド2015」（北海道農政部，2015）によると，根釧地域（黒ボク土）のトウモロ コシの標準的な施肥量は，窒素（N），リン酸（P2O5），カリ（K2O）の順に各々13，20，14 kg/10a である。リン酸施肥量はこの三要素の中で最も多く，土壌診断に基づいて施肥対応を行った場合 には，最大で30 kg/10a 必要になることもあり（表 2），施肥コストに占める割合も高い。一般に 施肥リン酸の利用率は30%程度であり，北海道におけるトウモロコシの地上部リン吸収量が約 7 kg/10a 程度である（櫛引，1979）ことを考えると，効率的なリン酸施肥技術の開発が必要である。 ３．根釧地域におけるトウモロコシに対する菌根菌の効果 試験Ⅰ（2010～2011 年の 5 圃場）では，トウモロコシのリン酸施肥試験を行う前年に，一つの 畑を分割して宿主作物（トウモロコシ）と非宿主作物（テンサイまたはシロガラシ）を栽培し， 土着菌根菌の影響度合を変化させた条件で，菌根菌によるリン吸収促進効果を確認した（八木ら， 2014）。 宿主作物跡地で栽培したトウモロコシは，非宿主作物跡地で栽培したものより明らかに初期生 育が旺盛であった（写真 1）。各前作物跡地のトウモロコシ生育とリン酸施肥との関係について， 現行施肥基準との関連から検討するため，｢リン酸施肥充足率｣を以下の通り定義した。 リン酸施肥充足率（%） = 各試験区のリン酸施肥量（kg 10a⁄ ） 土壌診断に基づく現行基準のリン酸施肥量 （kg 10a⁄ ）× 100 菌根菌の宿主作物であるトウモロコシ跡地における初期生育指数の低下度合は，リン酸施肥充 足率が低い条件でも小さかったのに対し，非宿主作物跡地では明らかに低下した（図2 左）。また， 表2 トウモロコシ栽培における現行のリン酸施肥基準 （根釧地域の黒ボク土の例） 有効態リン酸＊ 基準値 （mg P2O5 /100g） ～5 5～10 10～30 30～60 60～ 施肥量（kg /10a） 30 24 20 16 10 ＊_{有効態リン酸はトルオーグ法。「北海道施肥ガイド2015」（北海道農政} 部，2015）より作成。 基準値未満 基準値以上 写真１ 各前作物跡地におけるトウモロコシの初期生育の様子 （2011 年の播種後約 45 日目。いずれもリン酸無施用区。） シロガラシ跡地 （非宿主作物） トウモロコシ跡地 （宿主作物）

7 同時期におけるトウモロコシ根の菌根菌感染率（図2 中）および地上部のリン含有率（データ省 略）は，宿主作物跡地で非宿主作物跡地より高かった。 一方，収穫期の地上部総乾物収量に対する前作物やリン酸施肥処理の影響は，前述の初期生育 と比較して縮小した（図2 右）。これは，栽培年の気象経過が良好に推移し，トウモロコシの生育 とともに根量が増加することや地温が上昇することにより，トウモロコシ自身によるリン吸収量 が高まったためと考えられた。 これらの結果から，菌根菌の宿主作物跡地でトウモロコシを栽培すると，生育初期に根の菌根 菌感染率が高まり，菌根菌によるリン吸収促進効果が期待できると考えられた。つまり，生産現 場でよく見られるトウモロコシ連作圃場では，リン酸を減肥した条件でも，菌根菌の効果により 初期生育が低下しづらいと考えられた。 ４．リン酸減肥の考え方 試験Ⅰにおいて，トウモロコシに対する 菌根菌の効果が認められた。そこで，菌根 菌の効果によるリン酸減肥可能量を明ら かにするため，試験Ⅱ（2012～2013 年， トウモロコシを連作する10 圃場）として 生産者圃場におけるリン酸施肥試験を行 った（八木ら，2017）。 まず，リン酸減肥の可否を判断するため の指標について検討した。生育可能期間が 短い寒冷地におけるトウモロコシの生産 性は，生育期間の積算気温と密接な関係が 0 20 40 60 80 100 0 40 ～ 75 75 ～ 100 100 ～ 0 40 ～ 75 75 ～ 100 100 ～ 初期 生育 指数 リン酸施肥充足率（%） 非宿主作物跡 宿主作物跡 c b a A B A A a 非宿主作物跡 宿主作物跡 0 20 40 60 80 100 0 40 ～ 75 75 ～ 100 100 ～ 0 40 ～ 75 75 ～ 100 100 ～ 菌根 菌 感染率（ % ） リン酸施肥充足率（%） A A A A a a a a 0 20 40 60 80 100 0 40 ～ 75 75 ～ 100 100 ～ 0 40 ～ 75 75 ～ 100 100 ～ 乾物 収量 指数 リン酸施肥充足率（%） 非宿主作物跡 宿主作物跡 b a a A BABA a 図2 リン酸施肥充足率と初期生育指数（左），菌根菌感染率（中），乾物収量指数（右）の関係 初期生育指数および乾物収量指数は，各圃場で生育量が最大値となった試験区を100 とした相対値。初期生 育は，播種後45～55 日目に調査した。異なるアルファベット（大文字；宿主作物跡、小文字；非宿主作物跡） は，前作物の処理内において有意差のあることを示す（Tukey-Kramer, p<0.05）。 0 20 40 60 80 100 120 乾物収量指数 初期生育指数 ** ** ** ** n.s. 有意差なし 図3 トウモロコシの初期生育指数と 乾物収量指数の関係 各指数は，各圃場の対照区（現行基準のリン酸施肥量を 施用した処理区）における生育量の平均値を100 とした相 対値．**は，初期生育指数の各階級における乾物収量指数 が，「100～」と比較して有意差があることを示す（Dunnett, p<0.01，n.s.はp>0.05）．

8 認められることから，登熟期間を十分確保するため初期生育を向上させることが重要である（吉 良，1985）．本試験の結果について，初期生育指数と乾物収量指数の関係をみると（図 3），乾物 収量指数は初期生育指数の減少とともに低下し，初期生育指数 90 未満のときに，同指数 100 以 上の階級と比較して有意な低下が認められた。そこで，収穫期の収量水準を低下させないための 基準を｢初期生育指数 90 以上｣と設定した。 ５．リン酸減肥可能量の設定 次に，試験Ⅱについて，リン酸施肥充足率と 初期生育指数の関係を検討した（図4）。両者 の関係を示すプロットは，黒ボク土（作土の土 色は黒味が強く，粒子は細かく，リン酸固定力 は大きい火山灰土壌）で火山放出物未熟土（黒 ボク土と比較して土色は淡く，粒子は粗く，リ ン酸固定力は小さい火山灰土壌）より高く位 置する傾向にあった。そこで，供試圃場の土壌 型ごとにリン酸減肥可能量を検討した。その 結果，各土壌型においてリン酸減肥可能の判 断基準である初期生育指数 90 を満たすリン 酸施肥充足率は，黒ボク土では20%，火山放 出物未熟土では 80%であった。つまり，現行 基準からのリン酸減肥可能割合は，黒ボク土で80%，火山放出物未熟土で 20%と見込まれ，菌根 菌の効果によるリン酸減肥可能量は，土壌型によって異なることが示唆された。 しかしながら，これまで行った試験においては，土壌型の違いによる菌根菌効果の差異を明確 に説明することができなかった。そこで，火山放出物未熟土で示された減肥可能割合 20％は多様 な条件で適用可能と考え，これを一律の減肥割合とし，トウモロコシに対するリン酸施肥対応を 整理した（表3）。なお，宿主作物の前作効果の大きさは，トウモロコシの連作年数が長くなって も変わらない。また，本技術は，連作を奨励するものではないので，計画的な作付けを心掛けて いただきたい。 表3 トウモロコシ栽培における新しいリン酸施肥対応 （根釧地域の黒ボク土の例） 基準値 ～5 5～10 10～30 30～60 60～ 新規作付け 30 24 20 16 10 連作2年目～＊＊ 24 20 16 12 8 有効態リン酸＊ 基準値未満 基準値以上 （mg P2O5/100g） 施肥量 （kg/10a） ＊_{有効態リン酸はトルオーグ法。}＊＊_{現行のリン酸施肥基準から一律20%を減じた。} 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 140 初期生育指数 リン酸施肥充足率（%） ② ① （80.0 , 90.0） （20.2 , 90.0） 図4 リン酸施肥充足率と初期生育指数の関係 ○，①火山放出物未熟土；●，②黒ボク土

9 ６．今後の課題 菌根菌効果の発現程度は気象，土壌，作付体系等の条件により異なると考えられるが，これら の影響度合を整理できれば，菌根菌の機能を活用して生産性向上やコスト低減が可能となる。今 後は，更なるリン酸減肥を可能とする条件整理が必要である。さらに，菌根菌由来のリン吸収量 を予測するなど，栽培前に菌根菌によるリン酸減肥可能量を評価するための技術開発などが望ま れる。 引用文献 有原丈二．1999．現代輪作の方法．自然と科学技術シリーズ．農文協．1-206． 北海道農政部．2015．北海道施肥ガイド 2015．1-246．札幌． 唐澤敏彦・笠原賢明・建部雅子 2001. 緑肥作物の導入によるアーバスキュラー菌根菌の増殖とト ウモロコシ栽培への利用．土肥誌，72, 357-364. 吉良賢二 1985. 北限地帯におけるサイレージ用トウモロコシの生育および生産性に関する研究 第3 報 初期生育が収量に及ぼす影響．日作記，54, 47-53. 濃沼圭一 2013. 北海道における飼料用トウモロコシの栽培技術および育種の動向．北畜草会報， 1, 23-27. 櫛引英男．1979．北海道におけるサイレージ用トウモロコシ栽培．農業技術．34，300-302． Oka, N., Karasawa, T., Okazaki, K., and Takebe, M. 2010. Maintenance of soybean yield with

reduced phosphorus application by previous cropping with mycorrhizal plants. Soil Sci. Plant Nutr., 56, 824-830. 大友 量・酒井 治・塚本康貴・杉戸智子・谷藤 健・岡 紀邦 2015. 北海道のダイズ作における輪 作順序を考慮したリン酸減肥法．土肥誌，86, 549-552. 八木哲生・松本武彦・大友 量・小林創平・三枝俊哉・岡 紀邦 2014. 根釧地域における飼料用ト ウモロコシのアーバスキュラー菌根菌感染率とリン酸施肥反応に及ぼす前作物の影響．土肥誌， 85. 501-508. 八木哲生・松本武彦・大友 量・小林創平・三枝俊哉・岡 紀邦 2017. 根釧地域の飼料用トウモロ コシに対するアーバスキュラー菌根菌の効果を考慮したリン酸施肥基準．土肥誌，88. （印刷 中）．

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アーバスキュラー菌根菌の接種によるネギ栽培でのリン酸施肥削減

山形大学農学部 俵谷圭太郎

１．はじめに 作物へのリン酸過剰害が現れにくく、リン酸質肥料の価格も安かったことから、これまで我 が国では作物に過剰のリン酸が施用されてきた。一方リン酸質肥料の原料であるリン鉱石は５０ −１００年程度で枯渇すると試算されている（俵谷、和崎 2012）。また、リン酸質肥料を多量に施 用した土壌の周辺河川・湖沼のリン濃度が上昇し、富栄養化が起こっている。 これらの問題に対応するためには、まず（１）リン酸質肥料の施用量の削減技術を開発し、さ らに（２）作物によるリン酸獲得能および体内リン酸利用能を改善し、最終的には（３）国内で リン酸資源を循環させる必要がある。アーバスキュラー菌根(AM)菌は、植物の生育とリン吸収を 促進する。AM 菌による植物の生育とリン吸収促進効果はポット条件では多数報告されているが、 圃場条件ではほとんど報告されていない。ここでは AM 菌接種により圃場におけるネギへのリン酸 施肥を削減できるかどうかについて述べる。 ２．アーバスキュラー菌根菌による作物のリン酸吸収促進とリン酸施肥 ネギ、タマネギ、ニラおよびニンニクなどのユリ科作物の根系は他の作物に比べて小さいため、 これらの作物の養分吸収能は他の作物に比べて小さい。これらの作物の栽培には多量のリン酸施 肥が必要である。 土壌中のリン濃度が植物の生育制限要因となっている条件下では、菌根菌によるリン吸収の促 進が植物の生育促進となってあらわれる。菌根形成した植物の生育が菌根形成していない植物よ り大きい場合を相利共生と呼び、差がない場合を偏利と呼ぶ。菌根形成した植物の生育が菌根形 成していない植物より小さい場合を寄生と呼ぶ。植物がその生育をどの程度菌根菌に依存してい るかを表すために菌根依存性が用いられる。菌根依存性は一般的には樹木＞野草＞牧草＞畑作物 の順に高くなる(Tawaraya 2003)。これは肥料が投入されない自然生態系での菌根菌の重要性を示 している。 農作物でアーバスキュラー菌根を形成しないものは、アブラナ科とアカザ科植物でこれ以外の 作物はほとんどすべてアーバスキュラー菌根を形成することができる。菌根形成による生育の促 進度合いは、作物の種間および品種間で異なる(Tawaraya 2003)。ネギ科のネギ、タマネギでは接 種効果が他の作物に比べて大きい。この原因は、ネギ属作物の根系の発達度合いが他の作物に比 べて小さいためと考えられている。また、菌根形成による生育促進の度合は品種間でも異なる。 我が国で栽培されているネギ 16 品種に AM 菌Glomus fasciculatumを接種し、ポット栽培を行な い、リン酸吸収量と生育量を測定したところ、すべての品種にアーバスキュラー菌根形成が認め られた。菌根形成により 18 品種で地上部のリン吸収量と生育量が増加した(Tawaraya et al. 1999)。1 品種では菌根形成により地上部の生育量が低下した。この品種では菌根形成が宿主植物 の生育に寄生的に働いたと考えられる。従ってネギに AM 菌を接種する場合は、その地域で栽培さ

11 れている品種の菌根依存性を予め確認する必要がある。このようにな AM 菌による植物の生育とリ ン吸収促進効果はポット条件では多数報告されているが、圃場条件ではほとんど明らかにされて いない。 ３． ネギへのアーバスキュラー菌根菌の接種 滅菌黒ボク土に非接種区と AM 菌 Glomus R-10 接種区（以下、接種区）を設け、ネギ(Allium fistulosum L.)品種元蔵を播種し、ガラス室で 58 日間育苗した。山形県戸沢村の圃場に可給態リ ン酸濃度(Truog 法)が 30、60、100 および 150 mg P2O5/100g（以下、P30、P60、P100 および P150） になるように過リン酸石灰を施用し、窒素とカリウムは標準量を施用し、ネギを定植した。109 日 間の栽培後に菌根形成率、地上部リン含有率、地上部新鮮重、草丈、葉鞘径、地上部乾物重を測 定した。 接種区の定植時の菌根形成率は９４％で、収穫時には６０−７７％であった。非接種区では収穫 時に土着の菌根菌による菌根形成が認められた。接種区の草丈および葉鞘径は P30 と P60 で非接 種区より大きかった（図１）。地上部リン吸収量は、P30 および P60 では接種区で非接種区より多 かった。非接種区の収量は P100 と P150 で P30 と P60 より高かった。接種区の収量はリンレベル 間で差がなかった。P30 の接種区の収量は P100 の非接種区の収量と差がなかった。このことから AM 菌接種により圃場におけるネギへのリン酸施肥を削減できることが明らかになった（図２）。 ４． 接種資材導入のコスト及び条件 土壌の可給態リン酸濃度が 30 mg P2O5/100 g の接種区のネギの１個体当たりの地上部新鮮重 は 200 g で、100 mg P2O5/100 g の非接種区と差がなかった。この非接種区の過リン酸石灰施用量 は 9850 kg/ha で、過リン酸石灰の価格は 1 kg 当たり 57.45 円(2008 年)であったので、ha 当たり のリン酸施肥の費用は 565,882 円であった。30 mg P2O5/100 g の接種区の菌根菌資材の施用量は 500 kg/ha で、1 kg 当たりの価格は 840 円(2008 年)であったので、ha 当たりの菌根菌資材の費用 は 420,000 円であった。従ってこの圃場ではネギへの菌根菌資材の導入により ha 当たり 145,882 円のコストを削減できることが明らかになった。

図１ 非接種区と菌根菌接種区におけるネギの生育

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図２ 非接種区と菌根菌(Glomus R-10)接種区におけるネギの地上部生育

圃場実験を行った土壌には土着の AM 菌が生息していたが、この菌のネギに対する生育及びリ ン吸収促進効果はGlomus R-10 より小さく、土壌の可給態リン酸濃度が 30 mg と低く、使用した ネギ品種元蔵が菌根依存性であったため、AM 菌接種によりネギへのリン酸施肥を削減することが できた。接種資材の導入に当たっては（１）土着の AM 菌の密度とその生育促進効果、（２）圃場 の可給態リン酸濃度、及び（３）作物種及び品種の菌根依存性を予め確認する必要がある。 本研究は農林水産省生物機能を活用した環境負荷低減技術の開発プロジェクト及び地域内資源 を循環利用する省資源型農業確立のための研究開発プロジェクトの支援を受けた。AM 菌資材 Glomus R-10 は出光興産株式会社から提供していただいた。 引用文献

Tawaraya K, Imai T and Wagatsuma T 1999: Importance of root length in mycorrhizal colonization of Welsh onion. J. Plant Nutrition 22, 589-596.

Tawaraya K 2003: Arbuscular mycorrhizal dependency of different plant species and cultivars.

Soil Sci. Plant Nutr. 49, 655-668.

Tawaraya K., Hirose R, and Wagatsuma T 2012: Inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi can substantially reduce application of phosphate fertilizer to Allium fistulosum L. and achieve marketable yield under field condition. Biology and Fertility of Soils. 48 俵谷圭太郎 和崎淳 2012: リン酸資源の枯渇に対応したリン栄養研究 １.講座のねらい. 日本土壌肥料 学雑誌 83, 173-176.

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菌根観察方法の高感度化と最新トピック

農研機構

北海道農業研究センター 小八重善裕

多くの植物は根でアーバスキュラー菌根菌（AM 菌）と共生しておりこの菌を通して土壌養分 を効率よく吸収している。最近では、菌根がこれまでによく知られているリン酸吸収に加えて、 窒素や微量栄養素の吸収、有害微量元素の吸収抑制、病害抵抗性、感想ストレス耐性の付与など、 多面的な機能をそなえていることが分子レベルの研究からも明らかになってきている。しかし、 土の中で起こっているこの共生のことを「知る」方法が極めて限られているために、これまで菌 根の機能は多くの生産現場で十分に活用されておらず、その価値が眠ったままである。本シンポ ジウムでは、菌根のことをよく知るために、まず菌根を「簡単に見る方法」について改良を重ね た最近の研究成果を紹介し、そこから分かってきた菌根の驚くべき生命のダイナミズムと、さら に菌根研究の最前線が切り開きつつあるその利用価値について短い時間ではあるがご紹介する。 高感度な菌根観察方法 AM 菌の菌糸は細く透明であるので、根の中にはびこるその姿を通常見ることはできない。AM 菌を見るためには、通常トリパンブルー（TB）という色素を使って菌根を染色する。その染色過 程では酸性の試薬を用いたり、煮沸処理を行ったりすることから作業は煩雑である。また染色し た根にはブルーの色素沈着（バックグラウンド）がある程度起こるので、そこにある菌糸を AM 菌であると断定するためには、高倍率の顕微鏡（100 倍以上）を用いた観察を必要とする。そこで 「酸や加熱処理を用いず、バックグラウンドを低くおさえて低倍率でも観察を可能にする菌根の 染色方法」を開発した（Kobae and Ohtomo, 2015）。この方法を用いれば、ダイズ、タマネギ、ジャ ガイモ、トウモロコシ、イネ、ヒマワリなど幅広い植物の菌根を15 倍の低倍率（高倍率ルーペに 相当）で観察することができる（図1）。

新方法

TB

図 1 （左）新たに開発した染色方法。根の細胞中に形成される養分交換のための共生器官（樹枝状 体）が褐色に染色される。（右）従来の染色方法（トリパンブルー染色）。根の中心部のバックグ ラウンドが樹枝状体の染色を不明瞭にしている。スケールバーは 100µm を示す。 樹枝状体 樹枝状体

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さらに最近、ハイスループットで菌根の感染率を測定する手法も開発しており（論文投稿中）、多 くの菌根サンプルを一度に評価することが可能である。

Kobae, Y. and Ohtomo, R. (2015) An improved method for bright-field imaging of arbuscular mycorrhizal