化学肥料の代わりに細菌散布、収穫量維持…「生きた肥料」時代来るか

米ミネソタ州の一部農家では、トウモロコシ栽培に化学肥料の代わりに生きた細菌を使っている。約8平方キロに及ぶトウモロコシ畑に微生物肥料を投入し、従来の化学肥料で供給していた窒素を約36トン減らした。化学肥料の使用量を減らしたが、トウモロコシの収穫量は減少しなかった。雨水で流される化学肥料とは異なり、作物の根に定着した細菌は豪雨が降っても窒素を供給し続けることができたためだ。

化学肥料に依存してきた農業の長年の慣行を変えようとする技術が登場している。空気中の窒素を農作物が吸収できる形に変える細菌を利用し、化学肥料の使用量を減らすというものだ。いわゆる「生きた肥料」が、農業の温室効果ガス排出まで削減する代替策として注目されている。

◇遺伝子編集した細菌で化学肥料を代替

窒素は植物の成長に欠かせない栄養分だ。タンパク質や葉緑素を作るのに使われる。地球の大気の約78％は窒素だが、トウモロコシや小麦、米など主要穀物は空気中の窒素を直接利用できない。このため農家は窒素を含む化学肥料を使い、作物の成長を助けている。

ミネソタ州のトウモロコシ畑で使われている細菌は、米バイオ企業ピボット・バイオが開発した。空気中の窒素を植物が吸収できる形に変える細菌を作り出したのだ。ピボット・バイオは、農作物の栽培に必要な化学窒素肥料の20－25％をこの技術で代替できるとしている。化学肥料の生産に使われる膨大なエネルギーと温室効果ガス排出を減らせるという主張だ。同社が開発した生物肥料は、米国で過去10年間に数十万平方キロに及ぶ農地で使用された。米国だけでなく、カナダ、アルゼンチン、ケニア、ブラジルでも試験使用が進んでいる。

◇細菌を先に増やしてから窒素を生産する方式も

別の米バイオ企業スイッチ・バイオワークスは、細菌が窒素を生産する時点を調節する技術を開発した。細菌をまず作物の根で十分に増殖させた後、窒素を生産させる方式だ。

細菌が最初から窒素を大量に生産すると、成長と繁殖に使うエネルギーが不足し、実際の農地で生き残るのが難しくなる。スイッチ・バイオワークスはこの問題を解決するため、細菌がまずトウモロコシの根に定着して増殖し、その後に窒素固定を始めるよう設計した。同社は現在、米中西部のトウモロコシ畑で遺伝子操作細菌の農地試験を進めている。9月にはブラジルでも試験使用の承認を受けた。

◇トウモロコシ1株に細菌1000億個が必要

生きた肥料が既存の化学肥料を本格的に代替するには、細菌の窒素生産能力はもちろん、作物の根にどれだけ多くの細菌が安定的に定着できるかもカギとなる。英オックスフォード大学などの国際共同研究チームは10日（現地時間）、国際学術誌『ネイチャー・バイオテクノロジー』に発表した論評で、トウモロコシに使う化学窒素肥料の半分を細菌で代替するには、トウモロコシ1株当たり約1000億個の窒素固定細菌が必要だと推定した。これらの細菌が約50日間にわたり継続的に窒素を生産し、植物に供給しなければならないという。

研究チームは、単一の細菌の窒素生産能力を高めるだけではこうした目標の達成は難しいとみている。異なる環境に適応する複数の種類の細菌を一緒に投入し、細菌が十分に繁殖した後に窒素生産を始めるよう遺伝的スイッチを調節する技術が必要だとの指摘だ。

作物自体を改良し、化学肥料の使用量を減らそうとする研究も進んでいる。日本の国際農林水産業研究センターは、根から窒素損失を抑える物質を分泌する小麦を開発した。この小麦は、土壌中のアンモニウムが雨水で流失しやすい硝酸塩に変わる過程を抑制する。これにより、窒素肥料を減らしながらも収穫量を維持した。細菌を利用して窒素を新たに供給するのとは異なり、土壌中の窒素を最大限保存しようとする試みだ。

「生きた肥料」が実際の農地で化学肥料をどれほど安定的に代替できるかについては、追加の検証が必要だ。土壌の状態や気候、作物の種類によって、細菌の定着と窒素供給能力が変わり得るためだ。一部からは、生物肥料を使った農作物の収穫量が維持されたという事実だけで、細菌が化学肥料を代替したと断定することはできないとの指摘も出ている。結局、細菌が空気中の窒素をどれほど固定して作物に供給するのかを立証することが、「生きた肥料」の商用化拡大に向けた核心課題というわけだ。