질소고정 공생균

핵심 정리

질소고정은 공기 중의 질소 기체를 식물이 쓸 수 있는 형태로 바꾸는 작용이다. 이 반응은 질소고정효소가 질소(N2)를 암모니아(NH3)로 환원시키면서 일어나며, 이 효소는 남세균과 근권세균 같은 특정 세균이 만든다. 질소는 뉴클레오타이드와 아미노산 같은 분자의 생합성에 필수적이므로 질소고정은 생물 전체에 질소를 공급하는 출발점이 된다.

질소고정이 임지에서 중요한 까닭은 대기 중 질소가 그대로는 식물이 쓰기 어렵기 때문이다. 대기 중 질소는 불활성 상태여서 뿌리혹박테리아의 질소고정을 거쳐야 수목이 이용할 수 있다. 공생하는 수목은 질소고정박테리아나 균근곰팡이에게 탄수화물을 제공한다. 이 점에서 질소고정 공생은 수목과 미생물 사이의 물질 교환 관계로 이해된다.

질소고정 공생은 아무 식물과 아무 미생물의 조합으로 일어나지 않는다. 식물마다 짝이 되는 균이 정해져 있어서, 콩과식물은 리조비움과 공생하여 뿌리혹을 만들므로 프랑키아의 기주가 아니다. 이 짝 관계를 알아야 어떤 식물이 어떤 질소고정균과 맺어지는지 가를 수 있다.

짝이 맞지 않으면 공생이 성립하지 않으므로, 질소고정 식물이 있다고 해서 그 임지의 질소 이용도가 자동으로 높아진다고 볼 수는 없다. 질소고정은 특정 식물과 특정 미생물이 결합할 때 일어나는 현상이라는 점이 이 단원의 바탕이다.

자세히

콩과식물과 리조비움

콩과식물과 공생하는 질소고정균은 Rhizobium이고, 소나무 성목과 공생하는 균류는 외생균근균이다. 두 짝은 같은 질소고정이라도 공생균의 종류가 다르다. 외생균근균은 소나무 성목의 뿌리에 붙어 뿌리를 감싸는 균이라는 점에서, 뿌리혹을 만드는 리조비움과 구별된다.

리조비움 속은 산소성 박테리아로, 식물체로부터 탄수화물 따위를 흡수하여 공기 중의 질소를 고정하고 그것을 식물체에 준다. 콩과 식물의 뿌리혹박테리아가 대표적이며, 자연계에서 질소 순환에 중요한 구실을 한다. 싸리는 콩과 식물로서 뿌리혹의 질소고정 세균을 이용해 토양을 비옥하게 한다. 콩과식물이라는 묶음은 뿌리혹과 리조비움을 함께 떠올리게 한다.

오리나무와 소귀나무의 공생균

오리나무와 공생하는 Frankia 질소고정균은 소귀나무와도 공생한다. 두 식물은 같은 공생균을 공유하므로, 오리나무에 대한 설명을 소귀나무로 옮겨 묻는 선지가 나온다. 두 식물을 따로 외우기보다 Frankia를 중심으로 묶어 두면 선지를 가르기 쉽다.