【Sustainable　Environment　Research】　　目的と範囲
持続可能な環境研究（SER）の第一の目標は、持続可能な環境科学と技術に関連する質の高い研究論文を出版し、環境実務の改善に貢献することである。SERの範囲には、環境科学、技術、管理および関連分野の問題、特に持続可能な水、エネルギー、その他の天然資源への対応が含まれる。想定されるテーマは次項に示すが、これらに限定されるものではない。

穀類、豆類、油料種子および野菜作物の微生物資材と生育
要約
有用微生物（EM）とは、農業生産を促進するために、土壌生態系の有益な微生物叢を強化するための微生物資材で、共存する天然由来の有用微生物のことである。構成する微生物は、乳酸菌、光合成細菌、放線菌、発酵菌、酵母などが含まれる。これらの微生物は生理的によく調和しており、提供された培地中で共存している。EMは、最適な方法と形態で対象作物に適用でき、取り扱いも容易である。土壌散布、葉面散布、種子処理等、様々な方法で適用できる。生産性向上のための農法における微生物資材は、持続可能で環境に優しいアプローチである。EMを施用すると、いくつかの作物成長パラメータにプラスの効果があると報告されている。EMは、イネの生産性、バイオマス蓄積、光合成効率、生物ストレスに対する抗酸化反応を高める。

EMは、豆類（ラジマ）では微量要素含有量、根および地上部重、根粒およびポッド収量を増加させ、インゲンマメでは根および地上部重、根粒および種子収量を増加させ、ダイズでは乾燥およびウイルス耐性、地上部重、ポッド数およびバイオマスを増加させると報告されている。報告によると、EMはヒマワリのクロロフィル、N、P、炭水化物、タンパク質含量を向上させ、落花生では根と地上部の成長、葉の数、菌類病害抵抗性を刺激する。オクラでは、根の生長、草丈、クロロフィル含量、さや収量、菌類病害抵抗性、塩素抵抗性、害虫抵抗性の改善につながる可能性がある。この総説は、様々な作物、特に穀類（コメ）、豆類（ラジマ、インゲンマメ、ダイズ）、油料種子（ヒマワリ、落花生）、野菜（オクラ）に対するEMの効果をまとめ考察する。

EMは様々な微生物種が共存している。微生物の相互作用は、二次代謝産物、シデロフォア、クオラムセンシングシステム、バイオフィルム形成、細胞伝達シグナル伝達などを通じて起こる。最終的な相互作用の単位は、環境（生物学的または無生物学的）刺激に応答して各生物で発現される遺伝子であり、微生物相互作用のための分子の産生を担っている。EMの微生物は、相互主義、共生主義、プロトコオペレーションを通じて相互作用する可能性がある。相互作用の一例として、アオコとカビが互いに栄養を交換し合う事例がある。藻類は、取り囲まれた菌糸によって環境ストレスから保護され、菌糸は藻類によって固定された炭素を得る（藻類の光合成）。同様に、セルロースとリグニンを分解する菌類は、グルコースと有機酸に分解され、バクテリアに利用される。

植物と微生物の相互作用
植物は常に膨大な土壌微生物叢と相互作用している（図2）。相互主義、共生主義、アメン サリズム、原協力、拮抗などの生態学的相互作用は、土壌全体の健全性と 植物のウェルビーイングに寄与している可能性がある。

地衣類は、緑藻またはシアノバクテリア藻類と真菌類（子のう菌類）との連合体である。藻類は菌糸によって環境ストレスから守られ、菌類は光合成を行う藻類から栄養分と酸素を得る。同様に、マメ科植物は根粒菌から容易に利用可能な固定窒素源を獲得し、根粒菌はマメ科植物によって環境ストレスから守られる。フランキア（放線菌）は、アルヌスやカスミソウ（非イネ科植物）と共生関係を形成し、固定窒素を補い、見返りに有機栄養分を得る。菌根菌は植物の根と共生し、炭水化物を得ると同時に、水、窒素、リン酸、無機養分が植物に吸収される表面積を増加させる。内子根菌の共生により、植物は環境ストレスに耐えることができ、耐水性の凝集体を形成することで土壌構造を強化することができる。様々な相互作用は、拮抗、競争、寄生、捕食である。これらの微生物間相互作用が否定的な場合、一方の微生物の生存が危ぶまれることがある。

アメンザリスティックな結合は、毒素（抗生物質のようなもの）の産生によって、一方のパートナーの成長を抑制する。この場合、土壌病原微生物はアメンザルのパートナーによって抑制され、後者は影響を受けないため、作物の生育に役立つ。アメンザルの中には、シアン化水素（HCN）、エチレン、メタン、亜硝酸塩、硫化物、その他の揮発性硫黄化合物などの有害ガスを放出するものもある。農業では、VAM菌-マメ科植物-根粒菌の間で相乗効果が見られる。この関連では、窒素は根粒菌によって固定され、植物は固定された窒素を取り込む。植物によるリンの取り込みも促進され、その結果、作物の収量が増加し、土壌肥沃度が向上する。

拮抗作用は自然界で最も一般的なもので、基本的には抗生物質の生産に支配されている。例えば、土壌中のバチルス属、シュードモナス・フルオレッセンス、ストレプトマイセス属は、抗菌・抗真菌抗生物質を生産し、様々な植物病原菌を抑制する。チオバチルス属は土壌のpHを2.0まで低下させ、pHに敏感な微生物種の生育を抑制する。地衣類では、藻類が産生する酸素が嫌気性微生物の定着を防ぎ、真菌類が産生するシアン化合物が他の多くの微生物に有毒である。

プロバイオティクス（EM）
前述したように、EMは主に生理学的に適合性のある乳酸菌や光合成細菌、酵母、発酵菌、放線菌から構成されている。光合成細菌を土壌に加えることで、他のEMの生育に適した熱環境が得られる。VAM菌は土壌のリン酸溶解度を高め、N2固定のアゾトバクターやリゾビウムと共存する。乳酸菌は、土壌を殺菌する乳酸を分泌し、有害微生物（フザリウム菌等）や線虫の繁殖を抑え、土壌中のリグノセルロース系有機物の分解を促進する。菌類が生産する植物ホルモンや酵素などの生理活性物質は、活発な細胞／根の分裂を促進し、EM、すなわち乳酸菌や放線菌に有用な基質を提供する。発酵菌は、有機物を分解し、アルコール、エステル、抗菌物質を迅速に生産し、有害な昆虫やウジ虫を抑制するのに役立つ。放線菌は、有害な土壌微生物を抑制する光合成産物から分泌されるアミノ酸から、他の重要な抗菌物質を生産する。このように、様々なEM種が互いに補完し合い、土壌中で相互に有益な関係を形成している。EMは土壌の質を高め、作物の成長と発育を促進する。

微生物接種剤用プレバイオティック／キャリアー
微生物資材は、微生物がより長期間生存できるようにするための担体ベースの資材である。プレバイオティック担体は、EMを増強するために必要な栄養素を提供する。EMは、保存や商品化を容易にし、現場での適用を容易にするために、プレバイオティクスとともに製品化される。手頃な価格と入手可能性は、担体を選択する際の2つの重要な要因である。良質な担体の望ましい特性としては、塊がなく加工しやすいこと、吸湿性があること、滅菌が容易であること、コスト効率がよいこと、豊富に入手できること、pH緩衝能があることなどが挙げられる。乾式資材は、土壌（泥炭、石炭、粘土、無機物）、有機物（堆肥、大豆粕、小麦ふすま、おがくず）、不活性物質（バーミキュライト、パーライト、カオリン、ベントナイト、ケイ酸塩）のような固体担体を用いて製造されるが、液体資材は鉱油、有機油、水中油型懸濁液、糖蜜、腐植酸、埋立地浸出物を用いて調製できる。

固体担体ベース
資材は、適合する有益な微生物とプレバイオティクスを混合することによって調製することができる。製品化に は微生物の生存率と保存性が重要である。資材の大部分は木炭、タルクまたは他の不活性担体を使用している 。Pseudomonas fluorescens資材は、タルクと1％カルボキシメチルセルロースと混合され、葉の病害に対して使 用された。枯草菌とPseudomonas corrugataのアルギン酸塩ベースの製剤は、調製と乾燥が容易で、3年間保存可 能であった。堆肥は、EMにとって天然の優れた栄養キャリアである。生分解性で無公害であり、通常は豊富な天 然廃棄物から加工される。土壌微生物の生存を助けると同時に、植物の成長を促進する。堆肥化は、環境に廃棄 される固形廃棄物の量を最小限に抑えるための、低コストの代替手段のひとつとして確立されている。様々な有 機廃棄物を堆肥化するこの方法は、安全で経済的である。生物廃棄物を堆肥に変換することで、廃棄物に含まれ る栄養素をより有効に利用することができ、廃棄物ゼロのシステムを構築することができる。変換された堆肥に は、植物の成長と収穫に役立つEMが大量に含まれている。バチルス属菌のタルクおよび木炭をベースとした製剤 は、緑豆およびイネの生育を増加させる。Bacillus sp.は、Rhizoctonia solani (ITCC-186)やFusarium oxysporum (ITCC-578)を含む様々な植物病原体に対して拮抗作用を示す。同様に、枯草菌（Bacillus subtilis）とPseudomonas corrugata（PGPR）のアルギン酸ベース資材は、作物に有益であると報告されている。バイオイノキュラントとし てPiriformospora indica（根内生菌）固形ベース製剤は、Phaseolus vulgaris L.の成長を促進する。この固形ベース 製剤は、Phaseolus vulgaris L.の温室条件への適応性も高める。

液体キャリアベース
EMは、水性、油性またはポリマー性の液体ベースを用いて資材化することができる。液体ベースには、種子や土 壌への散布後の生存を促進するための栄養素、細胞保護、添加剤が含まれている。このようなEM資材のプレバイ オティクスとしては、グリセロール、バーミコンポスト洗浄剤、インドール酢酸、リンゴ酸などがある。Bacillus licheniformis, Bacillus sp., Pseudomonas aeruginosa, Streptomyces fradiaeのPGPM資材は、120日間の貯蔵後でも 良好な微生物生存率を示した。ヒマワリに液体製剤を使用すると、種子の発芽と草丈が増加した。