菌根とは？植物を支える共生体 — 種類・働き・進化を簡潔解説
菌根とは何かを簡潔解説：種類・働き・進化をわかりやすく紹介し、植物成長や生態系への影響を学べる入門ガイド。
菌根（mycorrhiza）は、語源的にはギリシャ語で「菌（mykes）」と「根（rhiza）」を合わせた言葉で、植物の根と菌類が形成する互恵的な共生関係を指します。菌類の菌糸は、植物の根だけではアクセスしにくい土中の微細な空間に入り込み、栄養分や水を効率的に吸収して植物に供給する一方、植物は光合成で得た炭素（糖）を菌類に供給します。
菌根は多くの生態系で植物の成長や生存に不可欠な役割を果たしており、陸上植物全体の少なくとも約80％が何らかの菌根を形成するとされます（ある科では90％以上）。現在知られている関係だけでも約6000種の菌類と24万種の植物が関与しており、植物界で最も一般的な共生関係の一つです。
菌根の主な種類
- 内生菌根（アーバスキュラー菌根：AM）
植物の根の細胞壁を貫通して細胞内に入り込み、樹枝状の構造（アーバスキュラ）やベシクル（貯蔵胞）をつくります。多くの被子植物や草本、作物（イネ・トウモロコシ・トマトなど）がこのタイプを持ち、栄養（特にリン）供給に優れます。主要な菌群はGlomeromycotaに属します。 - 外生菌根（エクトミコリザ）
菌糸は根の表面や根の外側の細胞間隙に広がり、外側に菌糸のマット（マンテル）を形成し、内側では細胞間隙にハルトヒッフェン層（Hartig net）を作るが、個々の細胞内部には侵入しません。多くの樹木（ブナ科・マツ科など）で見られ、BasidiomycotaやAscomycotaに属する菌類が多く関与します。 - エリコイド菌根
ツツジ科などの好酸性土壌で育つ植物に見られ、特殊化した菌糸が根の表面や細胞間に入り込み、有機窒素や有機リンなど難溶性の栄養を分解・供給します。 - 蘭根（オーキシッド菌根）
ラン科植物は発芽や幼苗期に菌類から大量の炭素や栄養を受け取る必要があり、菌糸が細胞内に入り栄養供給を行います。多くの場合、非常に特異的な菌類と関係します。
菌根の働き（機能）
- 栄養吸収の拡大：菌糸は根よりも細かい土粒子間に入り込み、リンや窒素、微量元素（Zn、Cuなど）を効率的に回収して植物に供給します。
- 水分吸収と耐乾性向上：菌糸ネットワークが水を運ぶことで乾燥ストレスに対する耐性が高まります。
- 土壌構造の改善：菌糸と菌類が分泌する多糖類（グルカンなど）は土壌の団粒化を促し、通気性や保水性を改善します。
- 病害からの防御：競合する有害菌や病原体の侵入を防ぐ、生理的な抵抗性を高めるなどの効果を持つことがあります。
- 植物間の情報・物質輸送：同じ菌糸ネットワークでつながった植物間で炭素や窒素、化学信号（病害の警報など）がやり取りされることが知られ、「ウッドワイドウェブ（mycorrhizal network）」と呼ばれます。
進化と歴史
化石記録や分子系統の解析から、菌根共生は植物が陸上へ進出した初期から存在したと考えられており、少なくとも約4億年前（シルル紀〜デボン紀）には既にアーバスキュラー菌根様の関係があった証拠が示されています。アーバスキュラー菌根は非常に古い起源を持ち、多くの植物門で保存的に維持されてきました。一方、エクトミコリザは被子植物（特に木本）や裸子植物の中で後から何度も独立に進化したと考えられています。
生態系・人間活動への影響
- 森林生態系：樹木の栄養循環や成長、幼苗の定着に重要であり、森林の生物多様性や回復力に影響します。
- 農業・園芸：菌根菌の利用（接種・インオキュレーション）により化学肥料の削減や作物の生育改善が期待できますが、施肥や土壌管理によっては共生関係が損なわれることがあります。
- 環境回復・植生回復：汚染土壌や荒廃地の回復で菌根菌が有用である場合があり、植林や保全計画での配慮が重要です。
実務上のポイントと注意点
- 全ての植物が同じ菌根を持つわけではありません。植物種によって最適な菌根タイプや菌種が異なるため、農林業での利用は対象植物に合わせた選択が必要です。
- 過剰施肥（特にリン）は菌根形成を阻害することがあります。持続可能な土壌管理が共生関係を保つ鍵です。
- 菌根ネットワークは地域ごとに固有の菌相を持つため、外来の菌株や土壌を持ち込む際は生態系への影響を考慮する必要があります。
まとめると、菌根は植物の栄養吸収・水分管理・病害抵抗性・土壌構造に深く関わる重要な共生体であり、その多様性と進化史は植物の陸上生活を支えてきた核心的な要素の一つです。
小麦は菌根性植物
スペイン語で用語を説明した菌根の図。内生菌根：植物の細胞壁の中にアーバスキュールや小胞子があり、細胞膜に付着している状態です。
菌根性のあるブナの木
仕組みについて
この相互作用により、植物が光合成で生成したグルコースやスクロースなどの糖質が菌類に与えられる。炭水化物は、その供給源（通常は葉）から根に移動し、さらにパートナーである菌類に移動する。その代わり、植物は菌糸の非常に大きな表面積を利用して、水や土壌中のミネラル栄養素（特にリン）を吸収することができる。
吸収率向上のメカニズムは、物理的なものと化学的なものがあります。菌根菌糸は、最小の根よりもはるかに小さな直径を持っています。そのため、より多くの土壌を探索することができ、吸収のためのより大きな表面積を提供することができます。「1kgの土壌には、少なくとも200kmの菌糸が含まれていると推定されています」。
メリット
菌根植物は多くの場合、土壌中の微生物が媒介する病原菌などの病気に対する耐性が高く、また、乾燥の影響にも強い。これらの効果は、おそらく菌根植物の水とミネラルの取り込みが改善されたためである。
菌根菌は、栄養の乏しい土壌では特に植物に有利である。菌根菌の胞子や菌糸が植物の根に定着し、土壌中のミネラル栄養素の取り込みを助けることがなければ、無菌状態の土壌や培地で栽培された植物の生育は悪くなることが多い。菌根菌がいないと、厳しい環境下での植物の成長が遅くなることもあります。
菌類のパートナーは、植物から植物への糖分やその他の栄養分の伝達を助けることもある。このような菌根群集を一般的な菌根ネットワークと呼ぶ。また、根や茎、葉の内部の組織に生息する種もあり、その場合はエンドファイトと呼ばれる。菌根と同様に、菌類によるエンドファイトのコロニー形成は、双方に利益をもたらす可能性がある。イネ科植物のエンドファイトは、宿主に草食動物に対する抵抗力を与え、その代わりに植物から食料や避難場所を得る。
菌根性のあるバクテリア
菌根は、他の微生物にとって優れた生態的ニッチを提供する。菌根菌は、菌類の細胞内でそのライフサイクルを完結させる細菌を宿すことがある。よく知られているのはGeosiphon pyriformeで、特徴的なぼうこうの中にシアノバクテリアを宿すことができる。アーバスキュラー菌根菌（AM）は、細胞質内にバクテリアを宿す点でユニークである。細菌によく似た細胞内構造が1970年代に初めて報告された。その後の研究で、これらは真のバクテリアであることが判明した。
質問と回答
Q:菌根菌とは何ですか?
A:菌根とは、植物の根と菌が共生することで、菌は植物の根の中や地中に生息しています。
Q: なぜ菌根は多くの生態系で植物の生育に重要なのでしょうか?
A: 菌根は、植物の根よりも栄養を吸収する効率が高いため、多くの生態系で植物の生育に重要な役割を果たしています。
Q: 全陸上植物のうち、菌根を持つ種は何％ですか?
A: 陸上植物の少なくとも80％（科の90％以上）が菌根を持っています。
Q: 菌根には何種類の菌類と植物が関わっていますか?
A:菌根には約6000種の菌類と24万種の植物が関与しています。
Q:菌根の主な2つのタイプは何ですか?
A:菌根には大きく分けて外菌根と内菌根の2種類があります。
Q: 外菌根菌と内菌根菌の違いは何ですか?
A:外菌根菌と内菌根菌の違いは、外菌根菌の菌糸は根の中の個々の細胞を貫通しないのに対し、内菌根菌の菌糸は細胞壁を貫通して細胞膜を侵食する点です。
Q: ウッドワイドウェブとは何ですか?
A: ウッドワイドウェブとは、森林内の菌根ネットワークを表す言葉です。
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