마그네슘 생리

마그네슘
마그네슘은 식물세포에서 호흡, 광합성은 물론 DNA 및 RNA의 합성에 관련된 효소의 활성화에 관여한다. 

마그네슘은 10~20%가 엽록체에 존재하는데 그 양의 반은 엽록소를 구성하여 광합성에 직접 관여하고, 나머지 반은 엽록체 내에 유리 상태로 존재하여 효소의 활성을 조절한다. 그러나 대부분의 마그네슘은 액포에서 유기산이나 다른 무기 음이온과 결합하여 염을 형성한다. 마그네슘은 리보솜을 연결하므로 마그네슘이 부족하면 리보솜의 구조가 유지되지 않고, RNA와 단백질합성이 중단된다. 또, 마그네슘은 칼슘이 부족한 식물에서 칼슘 대신 펙틴과 결합하여 세포벽을 이루기도 한다.

마그네슘은 식물에 흡수 시, 양이온에 의하여 크게 억제된다. 북방형 목초는 개화기에 달하는 봄에 생장이 급격히 증가하는데 칼륨이나 칼슘을 많이 사용하였을 경우에는 목초의 마그네슘 함량이 낮으므로 이 목초를 많이 먹는 소는 마그네슘 결핍 증상이 나타나기도 한다.

마그네슘이 결핍되면 광합성이 저하하여 작물의 생장이 저해되고, 오래된 잎은 엽록소가 파괴되어 잎맥 사이가 황백화하거나 조직이 갈변 괴사하는데, 포도/고구마/목화 등에서는 황색 대신에 잎이 적자색을 나타내기도 한다. 사과나무는 조기에 낙엽이 되기도 하며, 심하면 과실의 비대가 억제되고, 착색이 나빠지며, 잘 성숙하지 않아 저장성도 떨어진다. 벼에서 유수형성기 이후부터 출수기까지 마그네슘이 결핍되면 불임하는 잎이 증가하여 수량이 감소하고, 감자에서는 괴경에 전분의 축적이 감소한다.

 

황
황은 아미노산 시스테인과 메싸이오닌의 구성성분으로서 이들 아미노산을 가진 단백질의 합성에 필수적이다. 또한, 패라 독신, 바이오틴, 글루타싸이온, 코엔자임, 비타민B 등의 구성성분이다. 단백질은 시스테인 사이에 아 황화물 결합으로 연결되어 2차 구조를 형성하므로 황은 단백질 구조의 유지에 중요한 역할을 한다. 분자량이 10,000 이하인 저분자 단백질은 식물체 내에서 구리/카드뮴/아연 등과 잘 결합한다. 이 단백질의 SH기가 중금속과 결합하면 다른 생리적으로 중요한 단백질의 기능이 보호받아 식물이 중금속의 해를 피할 수 있다. 

황은 토양에서는 산화된 후에 뿌리에서 흡수되며, 공기 중에 있는 황은 기공을 통하여 흡수되기도 한다. 흡수된 황은 ATP에 의하여 활성화된 후 패라 독신에 의하여 환원되어 시스테인을 합성한다. 일부 황의 환원이 일어나는데, 이것은 질산의 환원이 일어나는데, 이것은 질산의 환원이 엽육세포의 엽록체에서 일어나는 것과는 대조적이다. 광이 있을 때 황의 대사가 잘 일어나는 것은 황의 환원에 패라 독신과 ATP가 필요하기 때문이다.

황은 볏과<콩과<배추과 작물의 순으로 요구도가 크다. 황은 식물체에서 재분배가 쉽지 않기 때문에 결핍증은 오래된 잎보다 어린잎에서 먼저 일어나며, 단백질 합성이 저해되므로 잎 전체가 황백화한다. 황이 부족하면 사람의 영양에 필수적인 메싸이오닌이 부족하기 쉬으므로 농산물의 영양가가 낮아진다. 그리고 시스테인 함량이 낮으면 밀가루의 제빵 특성이 나빠지는데, 이는 반죽을 할 때 아황화물결합이 저해되어 glutelin 중합이 안 되기 때문이다. 작물의 황 대사는 질소 고정과 관계가 있는데, 콩과 작물에서는 황이 결핍하면 뿌리혹세균에 의한 질소 고정이 감소한다.

 

황은 대체로 부족하지 않으며, 밭에서는 황을 시용하면 토양이 산성화되므로 일반적으로 황을 비료로 공급하지 않는다. 그러나 벼 기계이앙 육묘 시 토양에 황가루나 황산을 처리하는 것은 식물 무기 양분으로서 황을 공급하는 것이 아니고 토양의 pH를 낮추어 입고병을 방지하기 위한 것이다. 그리고 감자/철쭉/블루베리 등 호산성 작물을 재배할 때에는 황이 함유된 비료를 사용하면 pH 를 낮추어 철 결핍을 방지하는 효과가 있다.

 

그러나 논벼를 재배할 때에는 황산암모늄이나 황산칼륨 등 황이 함유되어 있는 비료를 사용하면 토양에는 산소가 부족하므로 황이 환원되어 황화수소를 형성하고, 토양 중에 철이 부족하면 이 황화수소가 뿌리에 있는 효소의 철과 결합하므로 효소가 기능을 발휘하지 못하여 뿌리가 썩는다.

 

 

철

철은 산화환원계에 존재하는 헤모프로테인과 철-황 단백질의 구성분이며, 약 80%가 엽록체에 존재한다. 철을 함유하는 헤모프로테인에는 엽록체와 미토콘드리아에서 산화-환원 계를 구성하고 있는 사이토크롬, 전자전달 경로의 마지막 단계에서 수소이온을 산화하여 물을 형성하는 과정에 관여하는 효소, 페놀을 리그닌으로 중합하는 데 필요한 효소와 콩과식물에서 근류균에 산소를 공급하는 효소 등이 있다. 그리고 철-황 단백질에는 패라 독신이 있는데 이것은 NAPD 황원에 전자를 전달해 주는 역할을 한다. 또 철은 TC A 회로 중에서 아주 중요한 효소의 성분이 된다.

철은 토양에는 많고 식물에는 미량원소이므로 해로울 수도 있다. 그러나 통기성이 좋고 pH가 높은 조건에서는 대부분이 불 용태로 존재하기 때문에 작물은 해를 받지 않는다. 토양과 배양액에서 가 용태 철은 킬레이트 형태로 존재하며, 그렇지 않으면 인산 등과 결합하여 불 용태가 된다. 철은 뿌리에서 흡수된 후 물관을 통하여 잎으로 이동하지만 작물에 내에서 재분배가 잘되지 않으므로 결핍증상은 생장점이나 어린잎에서 먼저 일어난다.

극단적인 산성토양이나 배수가 불량하여 산소가 부족한 토양에서는 철이 환원되어 용해도가 커진다. 그런데 철은 미량원소이므로 흡수량이 많으면 철 과인의 해가 일어나는데, 2모작으로 논에 심은 맥류는 초봄에 비가 오면 과하게 습하여 철 과잉의 해를 받을 수도 있다. 그러나 담수조 건에 적응하는 벼는 철이 뿌리 표면에 흡착되면 지상부에서 내려온 산소에 의하여 산화되어 불 용태가 되므로 식물체 내로 흡수되지 않아 철 과잉의 해를 받지 않는다.