根圏
その後、根へと移動し、栄養素源として利用する。
リゾビウム属といった共生的な窒素固定細菌は、マメ科植物の根が分泌するフラボノイド様の化合物を検出する。検出すると、根粒形成因子(ノッド因子)を産生し、植物へとシグナルを送り、根粒の形成を促す。これら根粒菌は植物からの栄養素によって生きながらえ、植物が利用できる形態へと窒素ガスを変換する。
非共生的(または自由生活)な窒素固定細菌は、特定の植物(多くの草本を含む)の根圏の外で生育でき、根圏では共生的な窒素固定細菌と同様に窒素ガスを固定する。根圏微生物と植物との関連は緩いと考えられているにもかかわらず、根圏微生物は植物の状態に非常に強く応答する。例えば、イネの根圏における窒素固定細菌の日内周期は植物の挙動を模倣したものである。また、イネの成長段階では窒素固定細菌は窒素をより多く固定して供給する傾向にある。成長段階ではイネは窒素をより多く要求する
rhizodipositの成分で最も大きい割合を占めるのは糖やアミノ酸だと考えられている。ただしこの見解は、根圏を懸濁させて溶液を得てこれを濾過して分析した結果に基づくため、脱落細胞の存在は考慮されていない。糖やアミノ酸のほか、rhizodipositには、有機酸、プリン、ヌクレオシドといった低分子有機物がある。これら有機物は、微生物により栄養として直接、摂取されることができる。有機酸は根圏微生物の養分となったり、土壌鉱物(Ca、Fe、Al)のリン酸塩からリン酸を溶出させたりする。これらとは別に、根圏には植物の二次代謝産物もある。二次代謝産物は根圏微生物に様々な影響を及ぼす。
特に、滲出物中のフラボノイドの割合は大きい。例えばシロイヌナズナでは根から滲出する二次代謝産物のうち37%が、ケルセチンを主とするフラボノイドである。根圏中のフラボノイドは根圏細菌の生育を抑制したり促進したりする。ファイトアレキシンは抗菌活性を示す。マメ科植物は、根粒菌の生育を活性化するためのシグナル分子としてフラボノイドを分泌する。
植物の根からネギは揮発性硫黄化合物であるアルキルシステインスルフォキシドを根から分泌する。この揮発性化合物は、病原性菌類Sclerotium cepivorumの菌核の発芽を誘導することが知られている。
植物の根は根圏からカチオンとアニオンを異なる割合で吸収しており、同時に無機イオンのHまたはOH(HCO3)を排出する。この排出によって根圏のpHは変化する。また、根は二酸化炭素を排出したり、有機酸、アミノ酸を分泌したりし、それによって根圏pHに影響を与える。根圏のpH変化は以下の現象を引き起こす。
根圏のpH低下は難溶性のリン鉱石から可溶性のリン酸を溶出させる。植物や微生物はリン酸の溶出なしにリン鉱石から直接リンを摂取することはできないが、溶出したリン酸を吸収することはできる。逆にpHが増加するとリンのほか、カルシウム、鉄、マンガン、亜鉛、アルミニウムなどの必須・有用栄養素が不溶化し、土壌生物においてこれら栄養素の欠乏が生じる。
根圏のpH増加によるアルミニウム等栄養素の不溶化により植物の生育が促進されることがある。ある種の栄養素の溶出が過剰であると植物の生育を阻害する。植物のアルミニウム過剰の耐性機構の一つに根圏pHの増加があると考えられている。実際に、小麦、大麦、豆などは土壌中のアルミニウムに応答してアニオンの吸収とOHの排出を高め、土壌pHを増加させる。
根圏pHの変化は土壌微生物による植物の感染に影響を与える。
マメ科植物の根粒形成は根圏pHに依存する。低pHは根粒形成を阻害する。
根の周囲の土壌領域。
根圏に含まれない土壌空間をbulk soil(bulkは大部分の意)と呼ぶ。根圏以外の、植物の影響下にある微生物生息空間(植物の地上部)を葉圏という。根圏と葉圏の2つを合わせた植物空間を植物体圏(phytosphere)と呼ぶ。
根圏は、そこに生育する生物(細菌、真菌、他の植物など)へも、根の持ち主である植物にも多大な影響を与える。その効果は生育の促進であったり、逆に阻害であったりする。生物間の相互作用はその生物同士の関係(相利共生や排他主義)や生存戦略を決める。特に、植物と有益な根圏微生物との相利共生や、有害な根圏微生物からの防御についてはよく研究が進められている。根圏と葉圏では物理的環境が異なるため、それぞれの微生物叢の特徴は異なる。例えば、色素産生細菌は根圏では滅多に見られないが、葉圏では多い。