根粒菌との共生関係により大気中の窒素分子を利用できる窒素固定は、貧栄養土壌での植物の成長や生存に有益な機能であると考えられてきた。また、窒素固定における炭素消費の計算上のコストは比較的大きいため、窒素固定機能には植物の成長に対してメリットだけでなくコストもあることが示唆されてきた。近年、窒素固定機能発現についての分子生物学的、生理学的理解は進んでいる。しかし、この機能が野外の多様な環境下で生活している窒素固定植物の成長や生存に対しどのような効果をもたらしているのかは、具体的に検証されてこなかった。我々は窒素固定植物ミヤコグサを用い、植物が野外で体験し得る土壌窒素濃度条件、光条件の下での成長特性を比較検討してきた。本講演では、窒素固定機能を持つことで窒素固定植物の成長特性がどのような影響を受けるのか検討する。

根粒菌との共生関係により、窒素固定個体の窒素獲得量は環境条件に関わらず増加した。根粒の形成に伴い根のバイオマス増加が妨げられ、葉面積あたりの窒素含量およびバイオマスが大きくなる傾向が見られた。その窒素獲得量増加および形態的特性の変化がバイオマス生産の増加をもたらしうる条件は低窒素濃度かつ高光強度の条件に限られていて、土壌中の窒素濃度が高い場合および光強度が弱い場合は、根粒菌との共生によりバイオマス生産は低下する傾向が見られた。この背景には、一度根粒菌との共生関係が築かれると、窒素固定活性が低下しても窒素固定と関連する構造及び機能を、非共生時の状態に戻すことができないことが影響しているかもしれない。

これらの結果は、根粒菌との共生関係は、野外に生育する窒素固定植物の成長や生存に対して常に有益な機能であるとは言えない可能性を示している。