土壌病原性微生物と土壌非病原性微生物の土壌中での生育場所について
国立大学法人

東京農工大学大学院

農学研究院

豊田剛己

Koki Toyota

できる程度以下の大きさの生物を指す」に基づくと、１. はじめに線虫を肉眼で見るのは容易ではないため、微生物の土壌中には膨大な数の微生物が生育している。わ仲間としてここでは取り上げる。線虫も一部に農作ずか１gの土 壌に10 〜 10 個、6 , 0 0 0 〜 5 0 , 0 0 0

物に害を及ぼす植物寄生性線虫が居るが、大半の種種のバクテリア、2 0 0 mにも及ぶ糸状菌の菌糸が存は非寄生性の自由生活をする自活性線虫である。

1011在する（v a n d e r H e i jn e n、2 0 0 8）
。土壌微生物には、この他にケイ藻、渦鞭毛藻といった微小藻類、２. 土壌の団粒構造

鞭毛虫、繊毛虫、アメーバといった原生動物が含ま

土壌微生物は土壌の中に生育しているが、具体れ、これらの真核生物は１g土壌当たり10 〜 10 程的に土壌の何処に生育しているのか考えてみたい。

度の個体数を示す。この内、病原性微生物と非病原

まず土壌とは何かを考える。土壌学で言う土壌とは性微生物の内訳を知るのは容易ではないが、微小藻粒径が２m m以下の主に鉱物からなる粒子であり、類と原生動物には植物を犯す病原性微生物は知られ粒径が２m m 〜 2 0μmの粒子を砂、2 0 〜２μmのておらず、植物病原性微生物と言えば糸状菌とバク粒子をシルト、２μm以下の粒子を粘土という。こテリアである。糸状菌では既知種数1 0 0 , 0 0 0の内、れら砂、シルト、粘土がくっつき合って土壌が構成

約３割が主に植物を宿主とする寄生体とされ、植物される。土の粒子がくっつき合った構造体を団粒と病原性微生物の種類としては圧倒的に多い。バクテ呼ぶが、団粒は大きさによりミクロ団粒（直径 2 5 0リアに関しては、数百種程度が植物病原細菌としてμm以下）とマクロ団粒（直径 2 5 0μ以上）にわけ知られるが、標準菌株が確認されている約1, 9 0 0 種られる（図１）。土壌を２m mの篩にとおし篩上にと比べるとわずかであり、土壌中の微生物の大半は残った粒子をピンセットで取り上げ水に浸けると、非病原性であると見なすことができる。線虫は線形粒子内部から小さな気泡が出てきて壊れていく（図動物門に属する動物であるが、微生物の定義「肉眼２）。つまり、見かけ上２mmを超えるマクロ団粒は、でその存在が判別できず、顕微鏡などによって観察無数の粒子から構成されていて（図３）、粒子がくっ図１.ミクロ団粒（細い矢印）とマクロ団粒（太い矢印）の模式図

図2. 団粒を水に浸けると気泡が出てくる様子

35─36─

つき合ってできる隙間に空気が保たれていることが鞭毛虫による捕食下でのバクテリアの生残程度を比わかる。また、粒子間にできた隙間に、そのときの較した。1 2日後の生残数は直径６μm以下の孔隙

土壌の水分状態に応じて、水が存在する。に接種されたバクテリアの方が1 0 倍ほど高く、これは鞭毛虫の捕食圧から逃れたためと結論された。
バクテリアや糸状菌をエサとする土壌中の動物群（鞭毛虫、繊毛虫、アメーバ、線虫など）はいずれもサイズが大きいため、小さな孔隙に生育している微生物群は理論上捕食されずに生残し続けられるのである。一方、小さな孔隙から大きな孔隙に出てきたバクテリアは捕食されて密度が減少することになる。ただし、実際の圃場条件下では、たとえ小さな孔隙に生育し原生動物や線虫による捕食から免れ

図3. 水に懸濁した土粒子。団粒は無数の粒子から構成される。

たとしても、競合や抗生など他の微生物との相互作用、長期にわたって栄養源が摂取できなくて起きる

3. 原生動物の捕食作用と細菌の住み場所との関係
非常に興味深い実験がある（ W r i g h tら、19 9 3 ）。
乾燥した土壌にp F 2 . 7 *になるようにバクテリア溶液を添加すると、水はより小さな隙間（＝孔隙）から満たされていくので、バクテリアは直径６μmよりも 小 さな 孔 隙 に 入 って いく（ 図４A）
。 一 方、餓死、あるいは乾燥や凍結など環境条件の変化などさまざまな要因で微生物は死滅していく。
*pF：水の質的側面を示す物理量で、水柱単位（cm）で示すマトリックポテンシャルの絶対値の常用対数。p F値からどの大きさの孔隙まで水が満たされているかがわかる（図５）。

p F 2 . 7になるようにまず水だけを添加して直径６μmより小さな孔隙を水で満たしてから、p F 2 . 0となるようにバクテリア溶液を添加すると、バクテリアを直径６〜 3 0μmの孔隙に配置させることができる（図４B）。それからp F 1. 7になるように鞭毛虫溶液を添加すると、鞭毛虫を直径 3 0 〜 6 0μmの大きな孔隙に配置される。こうした操作でバクテリアの存在場所を６μm以下の小さな孔隙、あるいは６〜 3 0μmのやや大きな孔隙の２つに分けてから、

図５. 土壌水分張力と水分恒数（久馬（1984）より）

４. 土壌中の微視的住み場所
水分は小さな孔隙から入っていく一方、気体は大きな孔隙から浸透していく（図６）。燻蒸剤を用い

図４．
マトリックポテンシャルと水で満たされた孔隙の大きさとの関係。水、バクテリア溶液、鞭毛虫溶液の添加する順番を変えることで、これら生物が存在する孔隙サイズを変化させることができる（Wrightら、1993）。

─37─

図６．
 とガスの団粒内への浸透の様子。水（左）水は団粒内のより小さな孔隙から、燻蒸剤（右）はより大きな孔隙から浸透していく。

農薬時代

第198号 （2017）た土壌消毒では、有効成分が土壌孔隙の隅々までうどちらかというとミクロ団粒やマクロ団粒の外側浸透するよう土壌表面をフィルムで覆い1 0日間〜に、線虫や原生動物はサイズが大きいので小さな孔３週間程度の時間をかける。また土壌微生物学実験隙には入ることができないため、必然的に大きな孔では、微生物バイオマスの定量のためのクロロホル隙に生息している。上述の短時間での燻蒸だけでなム燻蒸法が広く用いられるが、この方法では供試土

く、土壌を風乾あるいは凍結しても大部分のバクテ壌を入れたデシケータ内をクロロホルム蒸気で充満

リアが生残するという事実は、土壌中の多くのバクさせ、24時間静置して土壌中の微生物を死滅させる。

テリアは小さな孔隙内の比較的環境が安定した場所殺菌効果を最大限にするためこれらの条件が設定さに生育していることを支持する。土壌伝染性病原菌れているのだが、これを逆手に取り、短時間だけ燻の多くは糸状菌のため、糸状菌による病害は土壌消蒸剤処理して土壌中の微生物の生育場所を推定する

毒により比較的制御しやすく、一方、バクテリアはという研究例がある。前述の異なる孔隙サイズに微難しいことになる。

生物を接種するという実験では、3 0 〜 6 0μmの比

しかし、一方で、土壌中に普遍的に生育する線虫

較的大きな孔隙に接種したバクテリアは30分間のクや原生動物の多くがバクテリアを餌としている事実

ロロホルム燻蒸で全滅したものの、６μm以下の小を考えると、捕食リスクの高い比較的大きな孔隙にさな孔隙に接種すると同様の燻蒸処理では死滅せずもバクテリアが生育していることを示唆する。バクに一部が生き残り、小さな孔隙をより多く有する土テリアはなぜ大きな孔隙に出てくるのかの意義を暗壌でより生残率が高まった（W h i t eら、19 9 4 ）。し示するデータがある。捕食圧が大きい方が１細胞当たがって、粘土やシルトから構成される６μm以下たりの活性が高くなるという（ W r i g h tら、19 9 5 ）。の細孔隙は捕食作用や土壌消毒作用に対してバクテ一部の細胞が捕食されることで放出された細胞成分リアのシェルターとして機能すると言える。

が、捕食されずに生残した細胞の活性を高めるといバクテリアより体のサイズが大きな糸状菌ではどう解釈である。死んだ微生物細胞に含まれる細胞成うであろうか。１時間の燻蒸処理でバクテリアは約分、特に窒素は、植物が吸収する土壌中の可給態1 0 %が生残したのに対し、糸状菌は9 9 %以上死滅窒素となり、この大小は肥沃度の指標となる。一般した（図７）（ T o y o t a e t a l、19 9 6 a）
。サイズが１に、土壌動物が多いほど可給態窒素は高くなることμm程度のバクテリアに比べると、糸状菌は最低でから、土壌動物によるバクテリアや糸状菌の捕食活も菌糸の幅が２〜３μm程度はあるので、より大き動が微生物の活性ならびに作物生産能を高めていな孔隙を生息場所とし、そのために、燻蒸処理で死ると言える。

滅しやすいと言える。

バクテリアの中でも菌株により土壌中における住土壌生物はそれぞれ固有の大きさを有し、バクテみ場所が異なることが示唆されている（Toyota &リアは小さな孔隙に、糸状菌は土壌粒子を絡めるよK i m u r a、1 9 9 6 ）。Ps e d o m o n a s f l u or e s c en s と10P s e d o m o n a s s t u t z e r iは2 5 分間のクロロホルム燻

9.55

蒸後も約４〜６割が生残したことより、これらの細菌株は燻蒸により死ににくい、つまり、より小さな8孔隙あるいは連続した孔隙の奥深くを主な生育場所

6%としており、一方、Agrobacterium radiobacter、P i m e l o b a c t e r s p .はわずか1 0 分の燻蒸処理でも429 9 %以上が死滅したことから、クロロホルム蒸気が0.87届きやすい場所、つまり、比較的大きな孔隙を住み場所としていると推察される（図８）。トマト青枯0病菌は両グループの中間的な性質を示し、どちらか

図7.1 時間のクロロホルム燻蒸後に生き残った微生物の割合（%）
。処理前の菌数（バクテリア：7.6 ×107cfu/g 土壌、
糸状菌：1.4 ×10 5cfu/g 土壌）に対する相対値（Toyotaet al、1996a）というと、燻蒸で死滅しやすい＝比較的大きな孔隙を住み場所としていると考えられた。青枯病菌は日本だけでなく世界でも重要な病原細菌であるが、比─38─較的土壌消毒により死滅させやすいと言える。主要とともに土壌中に添加されたFusarium oxysporum

な土壌生息性の病原細菌として、
軟腐病菌（E r w i n i aやR h i z o c t o n i a s o l a n iは、長期にわたって生存す

c a r o t o v o r a）、
根頭がんしゅ病菌（A g r o b a c t e r i u m

ることが古くから知られる（小倉、1966）。そのため、

tumefaciens）、
ジャガイモそうか病菌（Streptomyces

罹病作物残渣は出来る限り圃場から外に持ち出すこs c a b i e s）
、サツマイモ立枯病菌（ S t r e p t o m y c e sとが奨励される。残渣内の病原菌には土壌消毒が効i p o m o e a e）などが知られる。S t r e p t o m y c e s属はきにくいとされるため、尚更である。そのため、作糸状性のバクテリアなので、団粒間の比較的土壌消物残渣中の病原菌を効果的に防除できる、薬剤を用毒により死滅しやすい孔隙に生息しているのではな

いた古株枯死処理に注目が集まっている。さらには、いかと予想されるが、これらが土壌中の孔隙のどこ

こうした厄介者の作物残渣を利用した新しいタイプに好んで生息しているのか興味が持たれる。の土壌還元消毒法が研究開発されつつあるので、今植物寄生性線虫の大きさは種により様々である後を期待したい。

が、おおむね体幅が 2 0μm以上ある。そのため、線６. おわりに虫は団粒間の大きな孔隙を主な生息場所とする。土壌消毒によって制御しやすいと言えるが、注意が必持続的な作物生産には病原菌の制御が不可欠で要なのはシストセンチュウである。環境耐性能の高ある。ひとたび増えた病原菌密度を低下させるには、いシストという殻の中に卵が守られているため、土抵抗性品種や対抗植物との輪作といった耕種的防壌消毒によりネグサレセンチュウやネコブセンチュ除、生物防除や物理防除など様々な方法が知られる

ウの密度が大きく減少した条件下でも、シストセンが、もっとも効果的なのは農薬を用いた化学防除でチュウの密度低減効果は限定的な例が知られる。シある。こうした防除はいわば治療となるが、平行しストセンチュウ防除では、宿主不在下で孵化を促進て重要なのは予防である。トマト青枯病菌の土壌中させて餓死させる、あるいは孵化促進させてから土における増殖に及ぼす他微生物の影響を見たとこ壌消毒を行うことなどが有効な手段となる。

ろ、殺菌土壌に糸状菌、他属のバクテリア、同一種でもバイオバーが異なる菌株を接種し、増殖させた

５. 作物残渣

土壌では、後から接種した青枯病菌は非常によく増土壌の中で作物残渣は病原菌にとって重要な生殖し、殺菌土壌と同程度の増殖能を示す場合もあっ育場所であり生残場所である。病原菌が作物に感染たが、同種同一バイオバーの菌株をあらかじめ定着し増殖した場合、収穫後に大量の病原菌を含む作させた土壌では青枯病菌はほとんど増殖できなかっ物残渣が土壌にすき込まれることになる。作物残渣た（図９）（T o y o t a & K i m u r a、
2 0 0 0 a）
。つまり、705960504038% 30
207.6

100.040
P. ﬂuorescens

P. stutzeri

0.04

Agrobacteium Pimelobacter

Ralstonia

図8．
殺菌土壌に異なる５菌株を接種し増殖させた後、25 分間のクロロホルム燻蒸で生き残った細菌数の割合（%）
。P.：Pseudomonas。Ralstonia：
トマト青枯病菌。燻蒸前の細菌数は107 〜10 9 cfu/g 土壌であったが、燻蒸後生残する菌株と全滅する菌株に分かれた（Toyota & Kimura、1996）
。

─39─

農薬時代

第198号 （2017）

土壌中において青枯病菌は遺伝的に非常に近い菌

T o y o t a , K . a nd K i m u r a , M （. 2 0 0 0 a）S o i l S c i .

株とは同じ住み場所を要求するため、それらがすでPlant Nutr. 46, 449-459.に先住している土壌では増殖できないことを意味す

Toyota, K., Kimura, M. and Kinoshita, T.（2000b）

る。また、他属の微生物とは異なる住み場所を持つ

Soil Sci. Plant Nutr. 46, 643-653.

ため両者はお互いに住み分けしていることになる。

Toyota , K., Rit z, K. a nd Young, I. M.（1996a）

こうした傾向は、土壌だけでなくトマトの根でも観S o i l B i o l . B i o c h e m . 2 8 , 15 4 5 -15 4 7 .

察された（ T o y o t a e t a l、2 0 0 0 b）
。ダイコン萎黄

Toyota, K., Ritz, K. and Young, I. M.（1996b）病でも同様の結果が見られている（ T o y o t a e t a l、

S o i l B i o l . B i o c h e m . 2 8 , 1513 -15 21.

1 9 9 6 b）
。これらの結果は、非病原性の青枯病菌がv a n d e r H e i jd e n , M . G . A . , B a r d g e t t , R . D .

高密度で生息している土壌や根面では、病原菌が増

a nd v a n S t r a a l e n , N . M .（ 2 0 0 8 ）E c o l . L e t t .

殖できないことを意味する。どうしたら非病原性の

11, 2 9 6 - 310 .

青枯病菌を選択的に増やすことができるのかは現状

White, D., Wright, D. A., Glover, L. A.,

では不明だが、有機物施用によって多様な微生物

Prosser, J. I., Atkinson, D. and Killham, K.（1994）を増やす土作りが病原菌の予防につながると考え

B i o l . F e r t i l . S o i l s 17 , 191-19 5 .

られる。

W r i g h t , D . A . , K i l l h a m , K . , G l o v e r , L . A . a nd
P r o s s e r , J . I （19.
9 3 ）G e o d e r m a 5 6 , 6 3 3 - 6 4 0 .

引用文献

Wright, D. A., Killham, K., Glover, L. A.

小倉寛典（19 6 6 ）日植病報 3 2 , 2 3 6 - 2 4 3 .

a n d P r o s s e r , J . I .（ 1 9 9 5 ）A p p l . E n v i r o n .

T o y o t a , K . a n d K i m u r a , M （19.
9 6 ）S o i l B i o l .

M i c r o b i o l . 61, 3 5 3 7 - 3 5 4 3 .

B i o c h e m . 2 8 , 1 4 8 9 -1 4 9 4 .

久馬一剛（ 1 9 8 4 ）新土壌学。朝倉書店

YU1U-7S729
S825
GN1JE01F
R452
R226
R506
CH1R640
R497
P. stutzeri
P. ﬂuorescens
Pimelobacter
Agrobacterium
Acinetobacter
Trichoderma
Rhizoctonia
Fusaium
3456789Log cfu/g
図9．
土壌中のトマト青枯病菌の増殖に及ぼす他微生物の先住効果。殺菌土壌に各種の菌株を接種、培養し十分に増殖させてから、青枯病菌を接種して10 日後の青枯病菌密度を測定。殺菌土壌と同程度に青枯病菌が増殖できる場合と、まったく増殖できない場合に分かれた（Toyota & Kimura、2000a）。

─40─