콩 뿌리혹박테리아(근류균)의 질소고정

핵심 정리

뿌리혹박테리아는 콩과 식물의 뿌리에 착생하여 공생하는 세균이다. 이 세균은 뿌리에 작은 혹을 만들고 그 안에서 생활한다. 이 세균의 핵심 기능은 공기 중의 질소를 고정하는 것이다. 공중질소는 대기의 큰 부분을 차지하지만 대부분의 식물체는 이를 직접 이용하지 못한다. 그래서 질소를 식물이 쓸 수 있는 형태로 바꾸는 세균의 역할이 콩의 생육에 직결된다. 뿌리혹의 형성과 고정이 함께 이루어진다는 점을 먼저 잡아 두면 이후 쟁점을 나누기 쉽다.

뿌리혹박테리아는 공기 중의 질소를 고정한다. 고정은 뿌리혹 안의 박테로이드 세포에서 일어나며, 고정된 질소는 식물이 단백질을 만드는 데 쓰인다.

세균은 식물로부터 탄소 화합물을 공급받아 생활한다. 두 생물이 서로 필요한 것을 주고받으므로 이 관계를 공생이라 부른다. 공생이 유지되어야 뿌리혹이 자라고 질소 공급도 이어진다.

고정이 잘 되는 토양 환경도 확인해 둘 필요가 있다. 토양 중 질산염이 적고 석회, 칼리, 인산 및 부식이 풍부한 곳에서 근류균의 질소고정이 왕성하다. 이 조건은 토양을 가리는 기준이 된다.

근류균이 공중질소를 고정하므로 질소고정을 위해 질소시비를 많이 할 필요는 없다. 이 점은 질소시비 과다 불필요로 외운다.

자세히

호기성과 생육 조건

뿌리혹박테리아는 호기성 세균이라 토양 표층부에 많이 분포한다. 산소가 있는 곳에서 활동하는 성질이 분포 위치와 연결된다. 토양 표층은 산소가 상대적으로 풍부한 곳이라는 점에서 두 사실이 같은 방향을 가리킨다.

콩의 뿌리혹박테리아는 리조비움(Rhizobium) 속에 속하는 호기성 세균이다. 이 세균은 질소고정을 위해 산소가 필요하다. 근류균의 질소고정은 식물의 뿌리혹이라는 특수한 공간에서 이루어지므로, 토양 속에 살아 있는 상태와 혹 안에서 고정 활동을 하는 상태를 구분해 볼 필요가 있다.

근류균은 호기성 세균의 특성을 가진다. 뿌리혹박테리아는 호기성이며 식물체의 당분을 받아 생장한다. 이 세균은 혐기성이 아닌 호기성(또는 통성) 간균이며 생육에 알맞은 pH는 중성에 가깝다. 이 성질은 호기성 세균 특성으로 묶어 외운다.

토양 조건과 질소시비

뿌리혹박테리아는 pH 5.4~6.8에서 가장 잘 자라며, 강산성 토양은 콩 생육에 불리하다. 산도 조건은 질소고정의 능률을 좌우하는 배경 조건이다. 산도와 질산염은 모두 토양 환경 요인이므로 시비 전에 토양 조건을 확인하는 것이 고정 능력을 판단하는 출발점이 된다.

토양이 산성이고 질산염이 많으면 뿌리혹박테리아의 질소고정이 억제된다. 두 조건이 겹치는 경우를 따로 묻는 선지가 있으므로 두 조건을 함께 기억한다.

강낭콩은 다른 두류에 비하여 근류균에 의한 질소고정 능력이 낮아 질소 비료 요구량이 많다. 같은 두류라도 근류균의 고정 능력에 따라 질소 비료 요구량이 달라진다는 점이 이 선지의 핵심이다. 강낭콩 질소 비료 요구량 많음

공생과 질소 공급

콩의 뿌리혹박테리아는 대기 중 질소를 고정하여 암모니아 형태로 바꾸어 콩에 공급한다. 공생 관계를 표로 정리하면 다음과 같다.

이 표의 두 방향 교환이 뿌리혹의 생장과 질소 공급을 함께 가능하게 한다. 교환 관계가 깨지면 고정이 이루어지기 어렵다는 점에서 공생 관계의 의미가 크다.