[미생물이란?] ⑩ ‘질소고정세균’

2009.10.16 17:03:20

“토양 생태계 내부에서는 한 시도 쉬지 않고 끊임없이 물질변화가 진행되고 있는데 그러한 생화학적 변화의 매 단계, 단계 마다 다양한 효소가 역할을 하고 있다.”

식물과 공생하는 미생물 중에는 뿌리에 혹을 형성하여 공기 중에 있는 풍부한 질소를 식물이 흡수할 수 있는 형태로 공급하여 주는 것이 있으니 바로 질소고정세균이다.

우리가 숨 쉬고 있는 공기 중에는 질소 성분이 78%나 포함되어 있는데 공기를 구성하고 있는 질소는 원소상태인 N2의 형태로 식물이 흡수할 수 있는 형태인 암모니아(NH4+)와는 완전히 다른 형태로 식물에게는 그림의 떡과 같은 형태이다.

그러나 이렇게 식물에게는 아무런 소용도 없는 공기 중의 질소를 식물이 이용할 수 있는 형태로 바꾸어 주는 자연의 작용이 천둥과 번개이다.

하늘에서 천둥과 번개가 칠 때면 대기 중의 온도가 30,000℃ 이상의 초고온이 순간적으로 발생하게 된다. 이렇게 하여 대기 중의 질소가 식물이 흡수할 수 있는 유용한 질소 비료로 전환이 되어 하늘에서 비와 함께 떨어지는 것이다.

누룩곰팡이 분비 효소 ‘셀룰라아제’
그래서 천둥 번개를 동반한 소나기가 지나가면 작물의 성장이 왕성해지는 것은 바로 하늘에서 떨어지는 비에 의한 작용으로 이해할 수 있다.

이렇게 비정상적이지 않은 자연 발생적인 방법 외에 미생물에 의해서도 비교적 쉽게 대기 중의 질소를 식물이 흡수할 수 있는 형태인 질산으로 고정(固定 : Fixation)해 주는 역할을 하는 것이 있는데 바로 ‘질소고정세균’으로 주로 콩과 식물의 뿌리에 많이 서식하고 있다.

이렇게 질소고정세균과 같이 식물과 미생물이 직접적인 관계를 맺으며 공생하는 경우도 빈번하나 미생물이 효소를 분비하여 식물에게 간접적으로 공생 관계를 맺고 있는 것이 훨씬 많을 것이다.

토양 생태계 내부에서는 한 시도 쉬지 않고 끊임없이 물질변화가 진행되고 있는데 그러한 생화학적 변화의 매 단계, 단계 마다 다양한 효소가 역할을 하고 있다.

예를 들면 토양에 투입된 볏짚이나 톱밥, 그리고 식물잔사와 같은 유기질 비료의 구성성분은 섬유소와 헤미셀룰로오스 그리고 리그닌으로 구성되어 있다. 이중에서 분해가 가장 용이한 것은 섬유소인데, 이 섬유소는 토양에 흔하게 존재하는 누룩곰팡이에 의해 포도당이라고 하는 식물 영양성분으로 분해된다.

말로는 이렇게 간단하지만 실제 토양 속에서는 복잡한 화학반응이 전개가 된다. 토양 속에 유기물이 들어오면 토양 속에 살던 누룩곰팡이가 기뻐하면서 볏짚과 같은 먹이를 먹기 위해 준비를 하는데 그 준비라고 하는 것이 볏짚을 녹일 수 있는 효소를 분비하는 것이다. 이때 누룩곰팡이가 분비하는 효소를 ‘셀룰라아제’라고 한다.

리그닌, 미생물 대사산물 반응 ‘부식’
이렇게 누룩곰팡이에 의해 볏짚이 무수히 많은 포도당으로 변하면 또 다른 토양 미생물이 포도당을 분해하여 구연산과 같은 유기산을 생성하게 된다.

이러한 유기산은 식물의 뿌리 발근을 촉진시키는 역할을 하기도 한다. 식물잔사 중 섬유소외에 헤미셀룰로오스라고 하는 성분은 방선균과 같은 미생물이 분해를 하는데 셀룰로오스의 분해시간보다는 더 많은 시간을 필요로 한다.

마지막으로 남는 물질이 난분해성 물질인 리그닌인데 이러한 리그닌 또한 여러 미생물의 대사산물과 반응을 하여 새로운 토양 유기물 곧 부식(腐植 : Humus)이라는 물질을 만들게 된다.

이렇게 토양으로 투입되어 지는 다양한 유기물질들은 토양 미생물이 분비하는 온갖 종류의 효소에 의해 분해되어져 식물의 양분으로 이용되는 것이다.

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