土壌微生物とは？有用微生物の働きと種類、作物への活かし方

土壌微生物は、健全な農地の土1グラムに数十億もいる細菌と糸状菌です。目には見えませんが、土を豊かにする生物学的な働きのほとんどを担っていて、土壌学ではこれらをまとめて土壌マイクロバイオームと呼びます。

そのすべてが植物の役に立つわけではありません。ほとんどは影響がなく、一部は病原菌で、より少ないグループの細菌と糸状菌が、よく解明された生化学的な仕組みで作物の生育を確かに高めます。この有用微生物こそが、分離して大量に発酵させ、微生物資材として販売する価値のある種です。

このガイドでは、有用な土壌微生物が何をするのか、それぞれの仕組みの背景にある科学、そして主な菌のグループが現代の作物生産のどこで役立つのかを解説します。微生物資材や特注の生物資材を検討している販売代理店、製剤メーカー、農業資材のブランド、生産者に向けた内容です。ABIはこうしたお客様に向けて、単一菌株の細菌・糸状菌の微生物資材とカスタムブレンドを製造しており、以下の主なテーマはすべて、より詳しい記事か菌株の製品ページにリンクしています。養分の循環については、窒素利用効率のガイドもご覧ください。

圃場試験での実績。ABIが行った海外の圃場試験と生産者の事例では、トマト、トウガラシ、ジャガイモで約20から40%の収量増、塩類アルカリ土壌のイネではさらに大きな増収、根量と根の長さで約30から80%の向上、無処理区に比べた高い活着率、そしてヘンプ、コーヒー、花きなどの園芸作物での品質の向上といった結果が出ています。施用する窒素肥料を15から20%減らしながら収量を維持、または向上させたと報告するお客様もいます。これらの例は効果を保証するものではありません。圃場での効果は、作物、土の生物性、施肥体系、気候、施用時期、管理によって変わります。事例の詳しい概要はお問い合わせフォームからご請求いただけます。※本事例は海外の試験結果です。本製品は日本の農薬取締法にもとづく農薬として登録されたものではなく、病害虫の防除を目的とした製品ではありません。

1. 土壌微生物とは：根圏で働く有用微生物

有用な土壌微生物（有用微生物）とは、分類学上の区分ではなく、働きによる区分です。査読付きの研究で、収量、生体量、養分吸収、根の発達、ストレス耐性、土の構造の少なくとも1つを測れる形で高めることが示された細菌、糸状菌、そのほか一部の微生物を指します[1]。

その多くは根圏で暮らし、働いています。根圏とは、植物の根を取り巻く薄い土の層で、根からの分泌物が化学的な環境を左右しています。植物は光合成で固定した炭素の10から40%を分泌物として根圏に放出し、その炭素が、根から離れた土よりもはるかに密度の高い微生物の群集を養っています[2]。

商業的な農業で使う価値がある微生物の条件は次のとおりです。

• 実験室だけでなく、圃場でも再現性のある効果を示すこと
• 製造、保管、施用を通じて安定していること
• 一般的な農業資材や栽培管理と相性がよいこと
• 作業者、作物、周りの環境にとって安全であること

市販の微生物資材の多くは、芽胞をつくる種を使っています。芽胞は、栄養細胞よりも乾燥、保管、輸送にはるかによく耐えるからです。販売代理店、製剤メーカー、生産者に売られる単一菌株の微生物資材やカスタムブレンドで、Bacillus属といくつかの糸状菌が中心になっているのはそのためです。芽胞は常温で数か月保たれるため、世界中への流通に欠かせません。

2. 土壌微生物の4つの主な働き

有用な土壌微生物は、互いにつながる4つの生化学的な仕組みで作物の生育を高め、市販の菌株の多くは2つ以上に関わっています。菌株がどの仕組みを担うかを知ることが、菌株選びの出発点です。

早見表：目的別の菌株

• 窒素利用効率（NUE）：Bacillus属。例：B. subtilis、B. licheniformis。
• リン酸の溶解：Bacillus属、Penicillium属。例：B. megaterium、B. amyloliquefaciens、Penicillium bilaiae。
• カリウムの溶解：Bacillus属。例：B. mucilaginosus。
• 根の生育とPGPR：Bacillus属、Pseudomonas属。例：B. subtilis、B. velezensis、Pseudomonas fluorescens。
• 有機物の分解：Bacillus属、Trichoderma属。例：B. licheniformis、Trichoderma harzianum。
• ストレス耐性と塩類の多い土：Bacillus属とTrichoderma属の複数菌株のブレンド。B. velezensis、B. subtilis、T. harzianumなど。カスタムブレンドビルダーもご覧ください。
• 菌根菌との共生：グロムス菌門。例：アーバスキュラー菌根菌。
• 根圏のバランスと根の周りの健全さ：さまざま。例：Paecilomyces lilacinus、Brevibacillus laterosporus、Beauveria bassiana。
• 複数菌株の特注配合：すべてのグループ。カスタムブレンドビルダーをご利用ください。

この章の以下で、4つの仕組みを順に取り上げます。

2.1 養分の溶解

化学肥料として施用したリン、カリウム、微量要素のかなりの部分は、植物に届きません。養分は土の中にありますが、鉱物の表面に結びついたり、有機物の複合体に閉じ込められたりして、根がそのままでは吸収できないのです。有用微生物は、結びついた養分を植物が吸収できる形に溶かして解き放ちます[3]。

最もよく研究されているのはリン溶解菌です。Bacillus属、Pseudomonas属、Penicillium属、Aspergillus属の菌株は、グルコン酸、クエン酸、シュウ酸などの有機酸を分泌し、リン酸と結びついたカルシウム、鉄、アルミニウムをキレートして、無機態のリン酸を土壌溶液に放出します。ホスファターゼをつくって有機態のリン化合物を加水分解し、植物の残さや微生物の残骸からリン酸を解き放つ菌株もあります。

Bacillus megateriumは最も広く研究されているリン溶解菌の一つで、リン溶解菌を接種するとリンの可給性が実際に高まることが、査読付きの研究で示されています[3]。Penicillium bilaiaeは商業的に使われている代表的なリン溶解菌（糸状菌）で、同じ仕組みで働きます。Bacillus mucilaginosusは、カリウムを溶かす働きが解明されている数少ない微生物の一つで、有機酸の分泌によって長石、雲母、イライトからカリウムイオンを放出します。詳しくはカリ溶解菌のガイドをご覧ください。

微量要素を動かすのは、関連はあるものの別の仕組みであるシデロフォアの生産です。多くの有用な細菌と糸状菌は、シデロフォアと呼ばれる鉄をキレートする化合物を分泌し、土の鉱物から3価の鉄を取り出して根圏に運びます。鉄欠乏が起こりやすい高pHや石灰質の土で特に役立ちます。

この仕組みについて詳しくは、リン溶解菌（細菌と糸状菌）のガイドをご覧ください。

2.2 窒素の循環と会合的な窒素固定

窒素は農業で最も不足しやすい養分で、窒素の循環における微生物の役割は、リン酸の場合よりも複雑です。

最もよく知られている微生物の貢献は、大気中の窒素を植物が使えるアンモニウムに変える生物的窒素固定です。農業で生物的に固定される窒素の大部分は、マメ科の根粒に共生する根粒菌が担っており、根粒菌の資材は1890年代から販売されています。Azotobacter属、Azospirillum属、一部のPseudomonas属とBacillus属の菌株のような単生・会合的な窒素固定菌も、マメ科以外の作物で少ないながら実際に窒素を供給します。

ABIの菌株は、根粒菌による窒素固定の施用体系と競合するのではなく、一緒に働きます。焦点は固定の後に続く窒素の循環で、植物の残さや土壌改良資材に含まれる有機態窒素の無機化、菌体外プロテアーゼによるアンモニウムの放出、そして窒素循環全体への微生物の支えです。これらはマメ科の資材や通常の窒素源と並行して働き、全体の窒素利用効率を高めます。窒素利用効率のガイドで詳しく解説しています。

Bacillus subtilis、Bacillus licheniformis、いくつかのTrichoderma属は、プロテアーゼなどの菌体外酵素をつくり、土の有機物に含まれるタンパク質を分解してアンモニウムを放出します。そのアンモニウムを硝化菌が硝酸に変えます。その結果、微生物資材を化学肥料や有機の窒素源と組み合わせると、窒素利用効率が高まり、アンモニアの揮散による損失が減ることが、査読付きの圃場研究で示されています[4]。

その経済的な意味は大きなものです。ある査読付きの研究では、尿素の50%をBacillus subtilisの微生物資材に置き換えると、農地の土からの窒素の損失が54%減り、窒素利用効率が11.2%高まり、アンモニアの揮散が最大44%減り、作物の収量が5%増えました[4]。ABIの一部のお客様の施用体系では、施用する窒素肥料を15から20%減らしながら収量を維持、または向上させたと報告されています。大きな窒素の予算を管理する販売代理店や生産者にとって、これは面積あたりの肥料費の直接の節約であり、アンモニアの揮散や硝酸の流出による損失の削減でもあります。実際の削減幅は、作物、もともとの土の肥沃度、現在の窒素の施肥体系、管理によって変わります。

2.3 植物ホルモンとバイオフィルムによる根の生育促進

有用微生物は植物に養分を与えるだけではありません。植物に信号も送ります。多くの根圏細菌は、植物のものと同じ型のホルモンを低濃度でつくり、根の生育、側根の分枝、根毛の発達を促します。最も重要なのは、オーキシン（特にインドール-3-酢酸、IAA）とサイトカイニンの2つのグループです。

根の表面積が増えることは、接種の効果の中でも商業的に特に価値のあるものです。根が大きければより多くの土を探り、より多くの水と養分に届き、ストレス下でも株が安定します。査読付きの研究では、PGPR（植物生育促進根圏細菌）を接種すると根の生体量と根の張り方が大きく向上することが示されており、効果の大きさは菌株、作物、圃場の条件によって変わります[5]。ABIのお客様の試験でも同じ傾向が見られます。ABIの複数菌株の微生物資材を使ったピーマンの商業試験では、処理区の株は無処理区に比べて根量が約39%多く（生重で126.4グラム対91.1グラム）、根の長さが86%長く（26 cm対14 cm）、活着率は無処理区の70.8%に対して100%でした。

Bacillus subtilis、Bacillus velezensis、Pseudomonas fluorescensは、いずれもIAAをつくることがよく知られています。ホルモンのほかにも、これらの菌株は2,3-ブタンジオールやアセトインなどの揮発性有機化合物をつくり、細菌と植物が空気の層で隔てられていても植物の生育を促します。これは、養分の直接の受け渡しだけでなく、実際に信号としての働きがあることを示しています。

もう一つの仕組みはバイオフィルムの形成です。Bacillus subtilisやBacillus velezensisのような細菌は、根の表面に構造をもつバイオフィルムをつくり、乾湿の繰り返しの中でも安定して根に定着します。バイオフィルムは根の表面を乾燥から守り、根毛が育つためのより安定した環境をつくります。

2.4 ストレス耐性

干ばつ、塩類、高温、低温、養分不足などの非生物的ストレスを受けると、植物の生育と収量は落ちます。有用な土壌微生物は、いくつかの異なる仕組みで、こうした条件でも植物が生育を保てるように支えます。

1つ目は、ACCデアミナーゼの働きです。多くのPGPR菌株は、ストレスホルモンであるエチレンの前駆体、1-アミノシクロプロパン-1-カルボン酸を分解する酵素をつくります。ストレスを受けた植物でエチレンがたまるのを防ぐことで、これらの微生物はストレス反応を和らげ、葉の老化、根の生育の停滞、早すぎる開花が起こりやすい条件でも、植物が生育を続けられるようにします[6]。

2つ目は、浸透圧の調整の支えです。いくつかのBacillus属を含む一部の菌株は、プロリンやグリシンベタインなどの適合溶質を細胞内に蓄え、根の近くにいることで、特に塩類ストレスのもとで植物自身の浸透圧調整の仕組みに影響を与えるようです。

生産者や製剤メーカーにとっての実用的なポイントは、健全な土壌微生物の群集が、単純な養分の話だけでは説明できないほど、ストレス下での作物の生育の強さと結びついていることです。特性が評価された菌株を使う理由の一つはそこにあります。

圃場での経験もこれを裏づけています。中国・吉林省で記録された商業試験では、pHが平均9から10、塩分濃度が0.5から0.6%の塩類アルカリ土壌で、ABIの複数菌株の微生物資材をイネに施用しました。こうした条件ではほとんどの作物が育たず、苗立ちは通常50%未満です。処理区の収量は10アール（1,000平方メートル）あたり600 kgで、隣接する無処理区の212.5 kgの3倍近くになりました。特性評価された菌株が条件の厳しい土での生産を支えた、特に際立った事例の一つです。

収量は最も目に見える結果ですが、微生物資材は作物の品質も変え得ます。根の働き、養分吸収、ストレス応答が製品の価値につながる場合、収量を高めるのと同じ生物学が品質も高めます。

量だけでなく、質も

上の4つの仕組みは収量を高め、同じ生物学が、園芸作物では収量と同じかそれ以上に重要な品質の結果ももたらします。ABIのお客様の試験では、まったく異なる作付体系で、収量とともに品質の向上が記録されています。米国でのヘンプの試験では、ABIの複数菌株の微生物資材で育てた株の総カンナビノイド含量が19.6%となり、無処理区の15.6%に比べて製品の価値が約25%高まりました（日本では大麻草の栽培と製品に法規制があります）。中南米の有機コーヒー生産では、処理区の株のコーヒーチェリーの房が密になり、味もよくなり、葉のストレスが対照区より目に見えて少なくなりました。メキシコの商業的なトウガラシ生産では、処理区の株の総収量が多く（1回の収穫あたり18,607 kg対15,358 kg）、大きい等級の果実の割合も高くなりました。商業的なランの生産では、処理したベッドの花茎が64から71本となり、対照区の36本を大きく上回り、花芽の数は2倍以上に、開花は最大4か月早くなりました。

等級、見た目、成分で単価が決まる園芸作物では、こうした品質の向上が収量の効果に上乗せされます。ABIの園芸作物向け生物資材の作物別ガイドでは、トマト、イチゴ、ブルーベリー、ジャガイモ、ブドウ、花き、コーヒーについて、菌株の選び方、施用量、圃場での結果を解説しています。

3. 微生物資材のつくり方

市販の微生物資材は土ではありません。特定の菌株を管理された発酵で高い菌体密度や芽胞密度まで育て、乾燥して保管と圃場での使用に向けて製剤した、品質管理された濃縮培養物です。製造が製品の生存率、保存期間、圃場での効果を決め、メーカーによる差は現実にあります。

標準的な工程は次のとおりです。

1. 菌株の選定とマスターセルバンク。農学的な効果が記録されている菌株を選び、配列解析と特性評価を行い、マスターセルバンクとして超低温で保管します。
2. 種培養。マスターセルバンクの少量を蘇生させ、段階的に増やします。
3. 生産発酵。組成の決まった培地で、大型のバイオリアクターを使い、通常24から72時間、定常期に達するまで（芽胞をつくる種では芽胞が十分にできるまで）培養します。
4. 回収と安定化。発酵液を遠心分離で濃縮し、菌体や芽胞を乾燥に向けて安定化します。
5. 乾燥。安定化した濃縮物をスプレードライまたはフリーズドライで低水分の粉末にします。生存率にとって最も重要な工程です。
6. 品質管理。ロットごとに、コロニー形成単位（CFU）、菌株の同一性（通常は16SまたはITSの配列解析）、雑菌がないこと、粒子径や水分などの物理的な性質を検査します。
7. 製剤と包装。必要に応じて乾燥粉末に担体を配合し、防湿性のペールやドラムに詰めます。

ABIの製造はこの流れに沿っており、ほとんどの菌株で、種とお客様の仕様に応じて製品粉末1グラムあたり100億から5,000億CFUを実現しています。CFUが重要なのは、数が多いほど、研究で効果が示された量を少ないグラム数で届けられるからです。CFUが何を表し、どう読むかについては、微生物資材のCFUについての記事をご覧ください。目的の機能とCFUでブレンドを指定したい方は、微生物資材のOEM・受託製造ガイドもご覧ください。

4. 主な土壌微生物の種類（菌のグループ一覧）

有用な土壌微生物は分類学的には多様ですが、農業用の微生物の商品では、限られた数の属が中心を占めています。それぞれのグループに独自の働きと用途があります。ABIは、以下のすべてのグループで単一菌株の微生物資材とカスタムブレンドを製造しています。

Bacillus属（バチルス属）

芽胞をつくるグラム陽性の細菌で、最も幅広く商業利用されています。Bacillus属は製造と保管を通じて安定し、圃場の厳しい条件にも耐え、幅広い土のpHと温度で活動します。種によって得意な働きが異なります。

• B. subtilis：PGPR、バイオフィルムの形成。用途：幅広いPGPRの施用体系、根への定着。
• B. velezensis：PGPR、バイオフィルムの形成。用途：根の生育とストレス耐性の施用体系。
• B. megaterium：リン酸の溶解。用途：リンの可給性を高める施用体系。
• B. amyloliquefaciens：リン酸の溶解、バイオフィルム。用途：リンの可給性とPGPRの施用体系。
• B. mucilaginosus：カリウムの溶解。用途：土の鉱物からカリウムを引き出す。
• B. licheniformis：プロテアーゼの生産、有機物の循環。用途：堆肥と作物残さの分解。
• B. pumilus：PGPR、バイオフィルムの形成。用途：補完的なPGPRの施用体系。
• B. methylotrophicus：PGPR、メチル資化性。用途：炭素の循環と根圏の支え。
• Brevibacillus laterosporus：PGPR、植物との相互作用。用途：根の健全さと根圏のバランス。

Pseudomonas属（シュードモナス属）

芽胞をつくらないグラム陰性の細菌で、PGPRとしての性質が非常に強いグループです。Pseudomonas fluorescensは、根への定着、シデロフォアの生産、根圏の生態について最も広く研究されている種です。Pseudomonas protegensは、根圏での働きが研究されている、補完的な種です。Pseudomonas属は休眠する芽胞をつくらないため、Bacillus属より少し注意深い保管が必要ですが、適切に取り扱えばよく働きます。

Trichoderma属（トリコデルマ属）

植物の根とその周りの土に定着し、さまざまな酵素と代謝物をつくる糸状菌です。Trichoderma属は有機物を分解し、根の発達を支え、土の微生物群集との関わりについて幅広く研究されています。T. harzianumは最も広く商品化されている種で、多くの作付体系で働きが記録されています。T. koningiopsis、T. longibrachiatum、T. asperellumは、代謝物の構成がやや異なる補完的な種です。

菌根菌

植物の根と直接つながり、根が実際に吸収できる土の体積を桁違いに広げる共生菌です。内生菌根菌、特にアーバスキュラー菌根菌（AMF）は、根の皮層細胞の中に樹枝状体（アーバスキュール）と呼ばれる構造をつくり、主要な畑作物、野菜、果樹を含むほとんどの農作物に関わるタイプです。外生菌根菌は根の先端の外側に菌鞘をつくり、主に林業と一部の果樹で重要です。ABIはアーバスキュラー菌根菌を単独の資材としても、カスタムブレンドの成分としても供給しています。共生の仕組み、反応する作物、資材のラベルの見方については、農業における菌根菌のガイドをご覧ください。

そのほかの市販菌株

Paecilomyces lilacinus（現在の分類ではPurpureocillium lilacinum）は、根圏との関わりや根の周りへの影響が査読付きの研究で調べられている糸状菌です。Beauveria bassianaは自然界の土にいる糸状菌で、健全な土壌マイクロバイオームの一員として知られています。Streptomyces rocheiは糸状の細菌（放線菌）で、土づくりの施用体系への応用が研究されています。

菌株ごとの詳しい解説は、各菌株の製品ページと菌株別の記事をご覧ください。

特定のBacillus属、Trichoderma属、Pseudomonas属などの菌株のバルクのお見積もりが必要ですか？ABIは、販売代理店、製剤メーカー、プライベートブランド向けに、単一菌株の微生物資材とカスタムブレンドを製造しています。細菌の菌株一覧、糸状菌の菌株一覧を見るか、カスタムブレンドの仕様を依頼してください。

5. 土壌微生物を増やす微生物資材の選び方

市販の微生物資材を選ぶ生産者や製剤メーカーにとって、判断を左右する問いは4つです。

目的の機能は何か。リン酸の可給性、カリウムの可給性、根の生育促進、有機物の分解、ストレス耐性の支えはそれぞれ別の役割で、それぞれに合う菌株も異なります。カスタムブレンドなら、補い合う働きを持つ菌株を組み合わせられます。

施用方法は何か。種子処理、作条施用、点滴かん水・養液土耕、葉面散布、堆肥や培地への接種では、それぞれ製品の形態に求められるものが異なります。ほとんどの施用方法には粉末が合います。液剤は点滴かん水や葉面散布に向きますが、保存期間は短くなります。液剤と粉末の違いについては、今後の記事で取り上げます。

作付体系は何か。園芸作物は畑作物とは反応が異なります。温室や施設栽培は露地とは異なります。有機栽培では、有機認証に合う資材が必要です。それぞれの条件が、菌株と製剤を絞り込みます。

製造元はどこか。CFU、菌株の同一性の確認、ロットごとの品質検査、供給の透明性は、特に自社の製品ラインをつくる販売代理店やプライベートブランドにとって重要です。商社などの仲介を通さずにメーカーと直接取引すれば、トレーサビリティが簡単になり、品質の問題が起きてから対応するまでの道のりも短くなります。

ABIは米国ウィスコンシン州の工場で、幅広い細菌と糸状菌の菌株を製造し、既製の単一菌株の微生物資材と、お客様の仕様どおりのカスタムブレンドの両方に対応しています。カスタムブレンドビルダーでは、販売代理店や製剤メーカーが、菌株、CFU濃度、担体の希望を1つの流れで指定できます。

供給形態。ABIは、販売代理店、製剤メーカー、OEMのお客様、プライベートブランド向けに、高CFUの微生物粉末をバルク包装で供給しています。単一菌株と複数菌株のブレンド、CFUの特注仕様、担体の選択、お客様の流通と表示に合わせた包装をお選びいただけます。仕様とお見積もりは、お問い合わせフォームまたはカスタムブレンドビルダーからご依頼いただけます。