무기양분의 기능과 결핍

  식물 생육에 필요한 17가지 필수원소는 탄소, 산소, 수소, 질소, 칼륨, 칼슘, 인, 마그네슘, 황, 철, 염소, 망간, 붕소, 아연, 구리, 몰리브덴, 니켈이다. 이 중 탄소, 산소, 수소는 물과 이산화탄소를 통하여 얻기 때문에 무기양분에 포함시키지 않는다. 이외의 원소의 기능과 결핍증상은 아래와 같다.

 

1. 질소

  질소는 아미노산, 단백질, 효소, 핵산, 식물호르몬, 엽록소의 구성성분으로, 식물의 다양한 대사에서 중요한 역할은 한다. 무기양분 중에서도 가장 풍부하게 식물체 내에 함유되어 있어서 가장 중요한 원소이다. 식물의 다양한 부위 중에서도 잎은 질소를 함유한 엽록소를 갖고 있으며, 광합성, 호흡, 당분저장과 이동 등의 대사 작용을 주도하여 활발하게 이루어지므로 잎 속의 질소함량이 가장 많다.(건중량의 1.0~2.5%)

  질소는 암석의 풍화작용으로 생기는 성분이 아니기 때문에 토양에서는 일반적으로 부족하며, 대부분 유기물의 분해로 토양에 공급된다. 이러한 이유로 질소 결핍증이 다른 원소에 비해 자주 관찰된다. 주요 결핍증 중 하나는 성숙잎에서 먼저 나타나는 황화현상이다.

  질소가 부족한 식물은 지상부의 성장이 둔화되어 T/R율이 감소하는 경향을 보이는 반면, 과다한 질소 공급 시에는 잎이 짙은 녹색을 띠며 지상부가 과도하게 자라 T/R율이 증가한다. 조경수의 경우 질소를 과다하게 공급하면 나무가 과도하게 성장하여 여러 가지 문제를 야기할 수 있으므로 질소시비는 바람직하지 않다.

 

2. 인

  인은 체내에 건중량의 약 0.12~0.15% 함유되어 있으며, 염색체의 구성성분인 핵산과 원형질막의 구성성분인 인지질에서 발견된다. 또한 에너지를 생산하고 전달하는 과정에서 인산이 ATP형태로 직접 관여하며, 광합성과 호흡작용에서 당류와 결합하여 여러 가지 대사를 주도한다. 식물체 내에서 인은 유기태 또는 무기태 형태로 존재하며, 이러한 형태로 운반된다.

  인은 질소 다음으로 부족하기 쉬운 원소로서, 주로 인산 형태로 뿌리에서 흡수된다. 그러나 토양 산도에 따라 인의 이용성이 크게 변한다. 즉 토양  pH5.0 이하인 경우 인은 철이나 알루미늄과 결합하여 물에 녹지 않는 불용성 인산으로 변화하고, 알칼리성 토양에서는 칼슘과 결합하여 식물이 흡수할 수 없는 형태로 변한다. 따라서 토양 내 총 인의 함량은 보통 많지만, 산림토양의 경우 pH가 낮아 유용성 인의 함량이 적을 수 있다.

인은 식물체 내에서 운반이 용이하기 때문에 결핍이 발생하면 성숙잎에서 증세가 나타난다. 초기에는 명확한 증상이 나타나지 않을 수 있지만, 왜성화가 발생하면 묘목이 성장하지 않고 소나무 잎의 경우 자주색을 띠게 된다.

 

3. 칼륨

  칼륨은 건중량의 약 1% 정도로 많은 양이 조직 내에 존재하지만, 조직의 구성성분이 아니며 대신 자유이온 형태로 존재한다. 칼륨은 광합성과 호흡작용에 관여하는 효소의 활성화에 필요한 역할을 하며, 전분과 단백질 합성 효소를 활성화시킨다. 또한 세포의 삼투압을 조절하여 기공의 개폐를 조절한다. 칼륨은 질소와 인 다음으로 결핍되기 쉬운 원소로서 이온 형태로 흡수된다.

  칼륨은 체내 이동이 용이하기 때문에 성숙잎에서 결핍증이 먼저 나타난다. 이로 인해 잎에 검은 반점이 생기고 주변에 황화현상이 나타난다. 칼륨 결핍이 있는 식물은 서리와 더위에 약하며, 병에 대한 저항성이 떨어져 뿌리썩음병에 쉽게 걸린다.

 

4. 칼슘

  칼슘은 세포벽의 중간층을 구성하는 칼슘펙테이트 형태로 존재하여 세포막의 정상적인 기능과 전분을 분해하는 아밀라아제 등의 활성화에 기여한다. 또한 세포질 내에 매우 낮은 농도로 존재하며, 칼슘이라는 단백질인 칼모듈린에 결합하여 다른 효소를 활성화시킨다.

  칼슘은 체내에서 이동이 어려워 항상 어린 조직에서 결핍증상이 먼저 나타난다. 세포분열이 일어나는 부위인 뿌리 끝, 줄기 끝, 어린잎에서 결핍증상이 나타나며, 이로 인해 세포분열 조직이 비정상적으로 변형되어 죽을 수 있다. 과거에 북미주 동북부 지방에서 산성비로 인해 산림토양이 산성화 되어 가문비나무에서 칼슘 결핍증이 관찰되었다.

 

5. 마그네슘

  마그네슘은 엽록소의 구성성분으로 작용하며, ATP와 결합하여 ATP가 올바르게 작동하도록 활성화시키며, 광합성, 호흡작용 그리고 핵산 합성에 관여하는 효소의 활성제 역할을 한다. 마그네슘은 체내에서 쉽게 이동이 되기 때문에 성숙잎에서 먼저 결핍증상인 황화현상이 발생한다. 황화현상은 입맥과 엽맥 사이에 있는 조직에서 먼저 시작되며, 엽맥에 인접한 엽육조직은 상대적으로 늦게까지 엽록소를 유지한다. 일반적인 토양에서는 마그네슘 결핍증이 거의 발생하지 않지만, 산성비로 인해 산림토양이 산성화 된 유럽과 북미주의 산림에서 발생한 적이 있다.

 

6. 황

  황은 시스테인, 메티오신과 같은 아미노산의 구성성분으로 작용하며, 티아민, 비오틴, 코엔자임 A와 같은 호흡작용에 관여하는 조효소의 구성성분이다. 결핍증상은 일반적인 토양에서는 잘 나타나지 않지만, 황은 체내에서 이동이 어렵기 때문에 어린잎 전체가 황화현상을 나타내며 아미노산이 축적된다. 대기오염으로 인해 아황산가스가 증가하면 이 가스가 기공을 통해 흡수되어 물과 반응하여 아황산으로 변화한다. 이는 광합성을 방해하고 엽록소를 파괴하는 결과를 초래할 수 있다.

 

7. 철

  철은 체내에 0.01% 정도로 적게 존재하는 미량원소이지만, 광합성과 호흡장용에서 전자를 전달하는 단백질과 질소고정효소와 산화효소의 주요 구성성분이다. 엽록소를 합성하는 단백질은 철을 필요로 하므로 엽록체에 많이 존재한다. 철 결핍증상은 수목의 미량원소 중에서 가장 흔하게 나타나는데, 산성 토양에서는 철이 쉽게 흡수되어 결핍되지 않지만, 알칼리성 토양에서 주로 발생한다. 철은 체내에서 이동이 어렵기 때문에 어린잎에 먼저 결핍증상이 나타난다. 증상은 마그네슘 결핍증과 비슷하게 엽맥 사이 조직에서 먼저 시작되지만, 어린잎에서 나타나는 것이 마그네슘과 다르다.

 

8. 붕소

  붕소는 화분관의 생장과 핵산, 반섬유소의 합성에 관여한다고 알려져 있다. 결핍증은 산림에서 미량 원소 중에서 흔하게 나타나는데, 산성과 알칼리성 토양 모두에서 발생한다. 이 결핍증은 정단분열조직이 죽고 수분흡수력이 감소를 초래할 수 있다. 밤나무의 경우 붕소를 공급함으로써 조기낙과 현상을 어느 정도 방지할 수 있다고 알려져 있다.

 

9. 망간

  망간은 엽록소의 합성에 필수적이며 효소의 활성화를 촉진하는데 중요한 역할을 한다. 특히 광합성에서 물분자를 가르는 광분해를 촉진시킨다. 망간 결핍증은 자주 나타나지 않지만 알칼리성 토양에서 발생할 수 있으며, 잎에 반점이 생긴다. 또한 망간은 체내에서 이동이 잘 안 된다.

 

10. 아연

  아연은 아미노산인 트립토판의 생산에 관여하여 부수적으로 식물호르몬 옥신의 생성에 영향을 준다. 이러한 영향으로 결핍증상은 옥신부족으로 인해 절간생장이 억제되고 잎의 크기가 작아지는 것으로 나타날 수 있다.

 

11. 구리

  구리는 산화-환원 반응에 관여하는 효소의 구성성분이며, 엽록체 단백질인 플라스토시아닌의 구성성분이다. 매우 적은 양만 필요하기 때문에 작물이나 산림에서 결핍증상이 드물게 관찰되며, 결핍증상으로는 소나무의 어린줄기나 잎이 꼬이는 증상이 나타날 수 있다.

 

12. 몰리브덴

  몰리브덴은 체내에서 가장 적은 농도로 발견되며, 질소고정효소와 질산환원효소의 구성성분이며, 핵산의 구성요소인 퓨린계 해체와 식물호르몬인 아브시스산의 합성에 관여한다. 산림에서 결핍증상은 매우 드물게 나타나지만, 잎의 끝부분부터 황화현상과 괴사현상이 일어난다.

 

13. 염소

  염소는 광합성에서 망간과 함께 물의 광분해를 촉진하며, 식물호르몬인 옥신 계통의 화합물의 구성성분이며, 삼투압을 높이는데 기여한다. 염소는 천연상태에서 자라는 작물이나 수목에서 결핍증상을 찾아볼 수 없는데, 이는 염소가 평소에 먼지, 빗물, 안개 등에 섞여 있다가 식물이 필요로 하는 만큼 공급되기 때문이다.

 

14. 니켈

  니켈은 1980년에 필수 원소로 확인되었으며, 염소가 추가 이후 17가지 원소 중 가장 마지막에 추가된 것이다. 니켈은 질소대사에서 유레아제 효소의 구성성분으로 작용하여 요소를 이산화탄소와 암모늄이온으로 분해한다. 목본식물에서는 니켈 결핍에 대해 아직 연구된 바가 없다.

 

 

출처:수목생리학(서울대학교출판문화원)