バイオテクノロジーは持続可能な農業の課題にどのように応えるのか？

有機食品や自然食品に対する消費者需要は着実に増加しています。

持続可能な農業は単なるトレンドから必須条件へと変化し、世界中で「環境に配慮する」と考える人々が増えています。例えば、工業化社会の消費者は遺伝子組み換え作物（GMO）を含む食品の使用を避けています。

ピュー研究センターと『サイエンス』誌の出版社であるアメリカ科学振興協会による調査では、米国の一般市民のわずか37％がGMO食品を「一般的に安全」と考えている一方で、57％は「一般的に安全ではない」と考えています。

さらなる研究によると、世界の他地域の消費者は、GMO食品を避ける傾向がさらに強いことが示されています。イタリアの消費者は「GMOフリー」を食品の望ましい特徴の第5位に評価しました。日本の消費者は7位と評価したのに対し、米国の消費者ではわずか17位でした。
健康的な食品と環境への配慮の一環として、そのような消費者は有機栽培された食品により多くの支払いをする意志があります。

欧州の消費者は、総合的病害虫管理（IPM）システムの一環として栽培された食品を高く評価しており、それらにより多くのお金を費やすことを厭わないほどです。米国では、政府のUSDA（米国農務省）のウェブサイトでさえ、有機製品は一部の消費者にとってのライフスタイルの選択肢から、大多数のアメリカ人が少なくとも時折は消費するものへと変化したと述べています。2018年の調査に回答した人の半数以上が、環境への悪影響がより少ない食品に対して高い価格を支払うことを厭いませんでした（ミシガン州立大学で実施されたFood Literacy and Engagement Poll）。

この傾向は製品そのものに限られていません。実際、環境に優しいパッケージの食品に対しても、消費者は割高な価格を支払う意欲を示しています。この傾向は、スウェーデンで調査対象者の86％、米国で81％、ドイツで67％に当てはまりました。

安全な食品を求める消費者の欲求は、新興市場における農業の実践をも推進しています。例えば、ブラジルの食品輸出市場の拡大は、化学残留物を減らす必要性を高めています。その結果、ブラジルのサトウキビ作付面積の少なくとも半分では殺虫剤の使用が生物的防除に置き換えられ、生物的防除資材の市場が形成されています。

世界各国の政府は、持続可能な農業のための政策を実施しています。

科学者たちは、外来DNAを導入しない方法で遺伝子を改変し、持続可能な農業により適した植物を作り出す方法を考案しました。

このタイプの遺伝子編集は世界中で広く利用されており、従来のGMO技術よりも簡便かつ低コストであるため、新しい作物を作る手段として特に注目されています。欧州の規制当局は、食品規制において米国よりも多くの点で積極的な姿勢を示しています。これが、世界の有機農業のおよそ3分の1がヨーロッパに集中している理由のひとつかもしれません。さらに、EUは遺伝子編集が従来の技術と同様にGMOを生み出すと判断しており、この見解は多くの科学者の考えとは異なっています。

これは、遺伝子編集によって作物を栽培している多くのアフリカの農家にとって大きな問題です。実際、アフリカの科学者や農家はこの技術を受け入れ、地域の気候条件に適し、害虫や病気に強い、より持続可能な作物を生産しています。しかし残念ながら、EUの決定により彼らは主要な輸出市場を失う危機に直面しています。

この遺伝子編集技術は微生物で先駆的に利用され、望ましい特性を持つ新しい株の開発に広く用いられています。したがって、遺伝子編集で微生物を改良している企業は、EU市場に参入したい場合、この戦略を再評価する必要があります。

中国やインドといった主要なアジア市場は、生物的防除の研究と導入に広く投資しています。中国は2015年に化学肥料や農薬を削減するための国家研究プログラムを開始し、2020年には農業用化学品の使用を制限しました。中国の有機農業面積は2018年に世界第3位となりました（Daxue Consulting, 2020）。

中国には持続可能な製品の巨大市場がありますが、外国企業は国内企業との競争を強いられます。さらに、中国の消費者の多くは価格に敏感であり、輸入食品に高い価格を支払うことには消極的です。

持続可能性はブラジルのような新興市場にも浸透し始めています。ブラジルの立法者は、有機農家を支援するために、生物的防除資材の迅速な登録を可能にする取り組みを行いました。

土壤の健康の改善は持続可能な農業にとって不可欠です。

土壌は非常に複雑な生態系であり、その健康状態は作物の成功にとって重要な要因です。この指標には、物理的構造、毛管作用、微生物群の構成など、相互に作用する多くの要因が含まれます。

植物が水や栄養素を効率的に利用できるよう農業土壌を最適化することは、農業の持続可能性を高める重要な方法であり、そのためにはこれらすべての要因を考慮する必要があります。

水は植物がすべての栄養素を取り込む媒介であり、植物の成長に水が極めて重要である理由のひとつです。土壌中の水と空気の両方が、植物が十分な栄養を得るために不可欠です。

よく構造化された土壌には、大きな孔があり、そこに空気、水、栄養素が蓄えられています。

土壌が過度な耕起など持続不可能な農業慣行にさらされると、構造を失い、固く締め固められてしまいます。このような状態になると、土壌の孔隙が縮小し、水と空気は表面近くに留まり、成長する根には届かなくなります。

水分子は互いに引き付け合う（凝集力）と同時に、固体表面にも引き付けられる（付着力）性質を持っています。凝集力によって水分子同士が引き寄せられ、この性質は「表面張力」として知られています。毛管作用は土壌が水を保持する能力に関わる重要な概念であり、表面張力と凝集力・付着力の組み合わせによって生じます。

小さな孔隙では水がより高い位置まで上昇するため、これは圃場での水管理に影響を与えます。細い質感のある土壤は、より小さな毛孔を持ち、より大きな毛孔を持つ砂土よりも多くの水を保持します。

農家はこの情報を活用することで、圃場に与える水の量を最適化できます。これにより無駄が減り、農業の持続可能性が高まります。

このような土壌の変化は、そこに生息する微生物の活動や多様性にも影響を及ぼします。この組み合わせは、そのような土壌で育てられる食料の量と質の両方に影響します。構造が悪く、微生物群集が損なわれた土壌で育てられた植物は、生産量が低くなる傾向があります。さらに、このような植物から得られる食料は、通常栄養価が大幅に低くなります。

この問題の解決には、窒素などの鉱物性肥料を投入する方法がありますが、それらは高価であり、しばしば環境を汚染します。このような土壌を改善するために、大量の有機物が加えられることもよくあります。

有益な微生物に適した環境を整える持続可能な農業を実践することは、環境に優しく、長期的にはより低コストです。

農家が持続可能な農業を進めるための情報を提供することで、このプロセスを強化する微生物を購入する可能性が高まります。

土壌微生物は植物の成長に不可欠です。

多様な微生物は植物の根を中心とする土壌生態系の一部であり、根圏（リゾスフィア）と呼ばれる豊かな環境を形成し、多くの有益な細菌・菌類・昆虫の成長を可能にします。これらの生物は、適切な土壌構造の維持、植物の成長に必要な栄養素の供給、病原体や害虫への抵抗に不可欠です。

微生物、植物抽出物、土壌成分などの広いカテゴリーは「バイオスティミュラント」と呼ばれています。これらの物質や微生物は植物や根圏に施用され、栄養素の吸収や利用効率を高め、非生物的ストレスへの耐性を強化し、結果として作物の品質を向上させます。

生物刺激物の中でも特に重要なグループは「バイオ肥料」として知られています。これらの微生物は、主要な栄養素の利用可能性を高めることで収量を増加させます。これらの生物は通常、植物の根と相互作用し、根から分泌される物質（根圏分泌物）からも恩恵を受ける「ウィンウィンの関係」を築きます。

バイオスティミュラントの利用により肥料使用量は25％削減され、100％肥料を施用した場合と同等の効率が得られました。

空気中には窒素ガス（N₂）が豊富に存在しますが、植物が吸収できるのは鉱物性の窒素だけです。幸いにも、多様な共生型バイオ肥料が空気中の窒素を固定し、植物にアンモニウムを供給します。これらの植物の多くは豆類であり、大豆やアルファルファが含まれます。

土壌で窒素を固定する微生物が存在しなければ、「地球は壊滅的な緑の喪失を経験するだろう」と2014年の論文 『微生物のない世界の生活』 は述べています。

これは、土壌中のリンを可溶化する微生物についても同様です。実際、リンは主に他の鉱物と結合しており、植物には利用できません。

したがって、リンを可溶化し土壌での利用可能性を高める微生物を持つことは、耕地の持続可能性に大きく貢献します。

価値ある微生物のもう一つのカテゴリーは「バイオコントロール」であり、作物に甚大な脅威をもたらす害虫や病気と戦います。作物保護を行わなければ、48%〜83%もの損失を引き起こす可能性があります。これらの微生物は場合によっては農薬の代替となります。

多くの細菌、真菌、線虫が害虫や病原体の制御に日常的に利用されています。バチルス・チューリンゲンシス菌 のさまざまな菌株は、作物を壊滅させる恐れのある食欲旺盛なコロラドポテトビートルを含む多様な昆虫の制御に使われています。大規模に森林を破壊するドクガ（Gypsy moth）に対しては、真菌 エントモファガ・マイマイガ菌 が防除に用いられています。多用途の真菌 トリコデルマ・ビリデ菌 は、ニレ立枯病（Dutch elm disease）の防除に利用されています。また、樹木の傷口に侵入する細菌や真菌の処理にも用いられます。

バイオコントロール薬の市場は劇的に増加してきました – 2009年の594百万ドルから西ヨーロッパと北米だけで2015年の10.9億ドルまでの推定です (Frost and Sullivan, 2009)。

植物の健康を向上させるために土壤を微生物で増やすことは何世紀にもわたって実践されており、近年は復活を見ている。ほぼ10年前、アメリカ微生物学会は特別な文書を発表し、微生物が農業生産を増加させるための持続可能な解決策となり得ることを示唆しました。