규소&니켈&셀레늄&코발트&알루미늄 생리

규소
규소(silicon, Si)는 식물의 조직 내에 상당한 양으로 축적되어 있으며, 적절한 양의 규소를 공급할 때 생장과 생식이 촉진된다. 규소가 부족한 식물은 쓰러지기 쉬우며 병균에 감염되기 쉽다. 벼에서는 잎몸에 침적되어 규질화세포를 형성하고, 또 잎의 표피 각피 층 아래에 규산 젤(gel) 층 및 규산-셀룰로스 혼합층을 만들어 이중 층을 형성한다. 그러면 도열병균과 해충의 침입이 어렵고, 각피 증산을 줄이며, 또 잎을 직립하게 하여 수평 태세를 좋게 한다. 또, 규소는 물관에 집적되어 증산이 심할 때 받는 압력을 견디게 하고, 뿌리의 표피세포에서는 토양 해충과 병균의 침입을 막는다. 규소는 줄기와 뿌리의 통기조직을 발달하게 하여 뿌리에 산소 공급을 좋게 하고, 뿌리 표면에서 철과 망간을 산화시켜 볼 용태로 만들어 흡수를 억제하므로 이들의 해독 작용을 막는 역할을 한다. 

규소는 지각에서 두 번째로 많은 무기 원소이며, 토양 중에는 규산(silicic acid) 또는 규산염(silicate)의 형태로 존재하고 있다. 그러나 토양 용액에 존재하는 형태는 주로 mono-silicic acid이며, 중성 부근의 pH에서 해리도가 낮아 이온화하지 않으나 쉽게 막을 통과하여 증산류에 따라 식물체의 각 부분에 수송되어 잎에서는 규산 젤(gel)의 형태로 침적된다.

규소는 벼/사탕수수/보리 등 외떡잎식물에서 많이 흡수되고, 쌍떡잎식물 중에서는 토마토/오이 등에서 많이 흡수된다. 벼에서는 다수확을 위하여 질소를 많이 사용하면 도열병과 도복에 대한 내성이 약해지고 잎이 늘어져 수광 상태가 나빠지지만, 규소가 함유된 비료를 사용하면 이들에 대한 저항성이 커져서 규소를 필수 원소로 분류한다.

니켈
고등 식물에서는 요소분해효소(urease)에 니켈(Nickel. Ni)은 필수 요소이다. 니켈이 결핍된 식물은 분해되지 않은 요소를 잎에 축적하며, 이에 따라 잎끝이 과시한다.

현재까지 결핍 증상을 확인한 사례는 미국의 남동부에서 견과류인 피칸의 경우가 유일할 정도로 토양에서 자라는 식물에서는 니켈 결핍 현상을 볼 수 없는데, 이는 식물이 필요로 하는 니켈의 양이 아주 적기 때문이다.

셀레늄
셀레늄(selenium, Se)은 식물에는 필수 원소가 아니지만 필수 원소이다. 사료에 셀레늄이 부족하면 양과 소는 근육 백 화증을 일으킨다. 그러나 자운영 속과 같이 셀레늄을 4,000ppm까지 축적하는 사료를 많이 먹으면 셀레늄 중독증에 걸린다.

셀레늄을 축적하는 식물은 셀레늄이 부족하면 인산을 많이 축적하여 생육이 억제되고, 인산의 축적이 많지 않을 때는 셀레늄이 생육에 영향을 끼치지 않는다. 그러나 셀레늄을 축적하지 않는 식물은 셀레늄 함량이 2ppm만 되어도 생육이 크게 억제된다.

코발트
코발트(cobalt, Co)는 일반 작물에는 필수 원소라는 보고가 없으나 콩과 식물/오리나무/남조류 등의 뿌리혹 발달이나 질소 고정에는 필요하다. 코발트는 조효소인 비타민 B₁₂의 구성분이므로 코발트가 부족하면 뿌리혹세균에서 methionine Synthase 의 활성이 떨어져서 단백질 합성이 저해된다. 또 reductase의 활성이 낮아져서 뿌리혹 세균의 세포 분열이 억제되고, heme 합성에 관여하는 methylmalonyl-coenzyme A mutase의 활성도 낮아져서 leg hemoglobin의 합성이 적어져 결국 질소 고정량이 감소한다.

알루미늄
알루미늄(aluminium, Al)은 pH가 5.5보다 높을 때는 토양 용액 중에 그 농도가 1ppm 이하이지만 pH가 낮아짐에 따라 현저하게 증가하여 대부분의 작물은 산성 토양에서는 해독작용이 문제 된다. 그러나 사탕무/옥수수/완두/기장과 열대지방의 몇몇 콩과 식물 등 알루미늄에 내성이 강한 식물은 토양용액 농도가 0.2~0.5ppm까지는 생육이 촉진되며, 특히 차나무는 27ppm까지도 생육이 촉진된다.

식물체의 알루미늄 함량은 대체로 200ppm이지만, 차나무는 수천~20,000ppm까지 알루미늄을 축적하기도 한다. 차나무에서 알루미늄의 분포를 보면, 줄기에는 적고 잎에 많으며, 잎 중에서도 어린잎보다 오래된 잎에 많다.

토양에 알루미늄이 많이 존재하기 때문에 알루미늄을 잘 시용하지 않지만, 황백화를 일으킨 차나무의 잎에 알루미늄을 엽면 시비하면 녹색으로 회복되어 차나무와 같은 알루미늄에 내성이 강한 작물에서는 알루미늄이 잎의 녹색 유지에 효과적일 뿐만 아니라 생육을 좋게 하고, 뿌리나 줄기의 건물 중도 증가시킨다.

* 작물의 무기 양분 흡수와 이동
뿌리로 흡수된 무기물은 토양 용액이나 배양액에 용해되어 단독이온 또는 몇 개의 원소가 결합한 이온의 형태로 흡수된다. 작물은 토양 용액 중에 있는 모든 무기 양분을 같은 정도로 흡수하는 것이 아니고, 선택적 흡수를 하기 때문에 작물에 따라 흡수하는 성분과 흡수량이 다르다.

이산화탄소/아황산가스 등 기체는 잎의 기공을 통하여 흡수되고, 빗물에 녹아 있는 성분이나 엽면 시비를 한 무기 양분은 기공이나 각피를 통하여 흡수된다. 그러나 공기나 물에서 공급되는 탄소/수소/산소를 제외한 대부분의 무기양분은 뿌리로 흡수되고, 그 성분이 부족할 때는 비료로써 보충해 주어야 한다.

관련 문헌: 변종용ㆍ윤성중ㆍ이인중ㆍ김도순, 삼고 작물 생리학(서울: 향 문사, 2014), 92-95p