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뿌리혹박테리아(뿌리혹세균) Root knot Bacteria |
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| 학명 |
Rhizobium tropici Martínez-Romero et al. 1991 |
| 분류 | |
| <colbgcolor=#ff8c8c><colcolor=#000> 역 | 세균역 (Bacteria) |
| 미분류 | 그람 음성균(Firmicutes) |
| 문 | 프로테오박테리아문(Proteobacteria) |
| 강 | 알파프로테오박테리아강(Alphaproteobacteria) |
| 목 | 아출세균목(Hyphomicrobiales) |
| 과 | 근생균과(Rhizobiaceae) |
| 속 | 근류균속(Rhizobium) |
| 종 | 뿌리혹박테리아(R. tropici) |
| 뿌리혹박테리아의 역할을 설명한 삽화 |
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1. 개요
주로 콩과 식물의 뿌리에 공생하는 세균으로, '뿌리에 혹을 발생시킨다'고 하여 이같은 이름으로 불리게 됐다.2. 콩과의 관계
콩에 단백질이 많은 이유가 이 세균 덕분이라고 볼 수 있다. 단백질의 주요 원소 중 N( 질소)를 콩과식물에 직접적으로 공급해 주기 때문이다. 콩과 식물은 콩 생육에 필요한 질소의 75% 정도를 뿌리혹박테리아로부터 얻기 때문에 콩 종류를 키울 때는 질소비료를 덜 줘도 된다. 오히려 질소가 과하면 뿌리혹 착생이 줄어든다.콩의 행동이 다소 토사구팽스러운데 질소가 많이 필요한 시기(생육기)엔 이 세균에게 양분을 막 퍼주다가 나중엔 굶겨 죽인다. 생육이 왕성할 때 뿌리혹을 잘라보면 빨갛지만 생육이 끝났을 때 잘라보면 회색 혹은 백색이 된다. 반대로 콩이 어릴 때는 뿌리혹이 당분을 흡수한 만큼 콩의 생육이 오히려 억제되기도 한다.
3. 질소고정 세균
질소 원자(N)는 식물에게 있어 단백질 생성에 큰 역할을 하는 암모니아(NH3)의 재료인데 공기 중의 질소 분자(N2)는 매우 안정된 3중 결합의 분자 구조로, 식물이 사용하기에는 어렵다. 공업적으로도 그놈의 삼중결합을 끊기 위해 530℃의 온도와 약 200 기압의 압력, 산화 철(Fe2O3)+ 세륨+ 크로뮴 촉매라는 조건을 갖춰야 기초적인 질소화합물인 암모니아를 만들 수 있다.[1] 그런데 뿌리혹박테리아가 공기 중 질소 분자와 nitrogenase[2]를 이용하여 암모니아를 생산하고 식물에게 제공하여 질소를 식물이 이용할 수 있게 하며 식물은 질소에서 변환된 암모니아를 이용하여 글루탐산, 아스파라긴산 등의 아미노산, 즉 단백질을 합성하고 세균은 식물로부터 포도당을 받게 된다. 즉, 서로에게 도움을 주는 상리공생 관계다.뿌리혹세균은 호기성이라 산소가 필요하지만 산소는 질소고정 과정을 저해한다. 따라서 콩은 레그헤모글로빈을 만들어 산소를 낮은 농도로 유지한다. 그래서 뿌리혹을 갈라 보면 피와 같은 빨간색이다.
4. 농림업에서의 역할
질소는 비료의 주성분이기도 할 만큼 식물의 생장에 중요한 역할을 하는데 앞서 언급했듯이 뿌리혹세균은 공기 중의 질소를 땅에 고정시킬 수 있는 몇 안 되는 생물 중 하나다.뿌리혹박테리아의 존재는 인류가 수천년 전부터 농경을 시작한 이래 땅의 지력을 보충하기 위해서 콩과 식물을 재배하는 주된 이유였지만 인류 문명이 발전하면서 효율이 좋은 비료가 지속적으로 개발되었고 결정적으로 1912년 독일의 과학자 프리츠 하버가 공기로부터 암모니아, 즉 질소를 고정하는 공정을 발견하여 화학 비료의 시대가 도래한 후에는 본 세균에 대한 의존도가 극히 낮아졌다. 특히 기업농은 농약과 비료를 들이붓더라도 단작/연작이 이익을 더 많이 낼 수 있기 때문에 혼작/ 윤작은 잘 하지 않는다.
대한민국의 녹화사업 당시 아주 유용했는데 이것이 있는 나무들[3]을 대량으로 심어서 민둥산이던 남한 산들의 지력을 보충하는데 아주 유용했다.
5. 기타
[1]
반대로 질소화합물을 질소로 바꾸는 미생물도 존재한다. 자세한 내용은
아나목스 문서 참고.
[2]
FeMoco라는 조효소와 함께 질소 1분자를 ATP 16개를 소비하여 2개의 암모니아 분자를 생성한다.
철과
몰리브덴이 포함되어 있어서 'Fe' 'Mo' co 라는 이름이 붙었다.
[3]
대표적인 경우로
아까시나무,
오리나무가 있다.