식물보호기사 및 농업 관련 공무원 필수 이론 식물 생리학 핵심 이론 요약 요점 정리 3. 무기영양

3. 무기영양

 

식물의 필수원소
다량원소
: 식물의 구조를 형성하는
유기화합물의 중요성분
C, O, H, N, P, S
+ K, Ca, Mg

 

미량원소
: 주로 효소작용의 보조인자
비단백질인자로서 기능 촉매작용

 

* 호글랜드 영양액의 특징
질소 공급의 형태: 암모늄과 질산염의 두 형태
→식물체 내 양이온-음이온 균형을 촉진
킬레이트제를 활용 가용성 철 공급: EDTA 또는 DTPA
→식물체 내에서 유기 킬레이트제(시트르산 등)에 의해 수용성 상태

* 무기염 결핍
필수원소의 불충분한 공급으로 인한 대사 장해
증상은 필수원소의 기능과 관련
   식물 구성 성분, 효소의 활성, 삼투조절: 복수의 기능
필수원소의 이동성과도 관련
→어린 잎과 나이 든 잎에서 나타나는 증상의 차이
   영양소 이동 관련 호르몬
: 시토키닌

질소
아미노산, 단백질, 핵산 등의 식물세포 성분 구성
황화현상: 기부에 가까운 오래된 잎
질소 결핍탄소화물의 과량 축적
가늘어지고 목질성 줄기를 가짐
안토시아닌 합성 및 축적
: 잎, 엽병, 줄기에 자주색

 

황 
아미노산(시스테인과 메티오닌)에 존재
몇몇 조효소와 비타민의 성분
질소 결핍 증상과 유사
: 황화현상, 생장정지, 안토시아닌 축적
비이동성
→어린 잎과 성숙 잎에서 증상

인 
세포막 구성, 호흡과 광합성의 당인산 중간 산물, 뉴클레
오티드의 성분
어린 식물의 생장 멈춤
진한 녹색 잎
잎의 변형 및 괴사반점
일부 식물 안토시아닌 과량 생산
→ 자줏빛 잎
나이든 잎의 치사

칼륨
식물세포의 삼투 퍼텐셜 조절, 호흡과 광합성에 관여하
는 많은 효소들의 활성화 기능
잎이 얼룩덜룩, 잎 가장자리 황화
기부의 성숙한 잎에서 먼저
잎끝, 연변부, 엽맥 사이 괴사
줄기는 가늘고 약해짐
도복 가능성 높아짐

칼슘
 세포벽 합성 시 중간 박막층의 성분,
세포분열 시 방추사 형성에 이용, 식물의 막 기능에 필요
 자극에 대한 2차 전달자 기능: 칼모둘린 단배질과 복합체
형성한 후 다른 효소 단백질과 결합하여 조절
 어린 분열조직 부위의 괴사
 어린 잎의 기형 및 괴사

마그네슘
 호흡, 광합성, DNA 및 RNA 합성에 관여하는 효소의 활성화에 특이적 역할
 엽록소 분자의 성분
 엽맥 사이의 황화 현상
: 유관속 내 엽록소의 지속성 높음
 나이 든 잎에서부터 나타남
 때 이른 잎의 탈리

염소
광합성의 물분해 과정에 필요
바람에 의해 공기로 유입된
해수로 충분히 공급

나트륨
C4, CAM식물에서 PEP 재생성에 필수
황백화와 괴사, 개화불량

 

망간
시트르산 회로의 탈카르복시화효소와 탈수소효소
특이적으로 활성화
광합성의 물분해에 관여
작은 괴사 반점 발달과 함께
엽맥 사이의 황화 현상
어린 잎에서 주로
혹은 오래된 잎에서도 증상

철 
전자전달(산화환원반응)에 관여하는 시토크롬과 같은
효소들의 구성성분
어린 잎에서 먼저 엽맥 사이 대부분 황화 현상
불용성 산화물이나 인산염으로
침전되거나 철 결합 단백질
(phytoferritin)과 복합체 형성
장기간 결핍 시
엽록소-단백질 복합체의 일부
합성 과정이 저하
 엽맥도 황화되어 잎 전체가 흰색
으로 변함

아연
많은 효소들의 활성에 필요, 생장 호르몬 IAA 합성에 필요,
엽록소 생합성에 역할
절간 생장의 감소잎들이 로제트 생장 습성
일부 식물(옥수수, 수수 등)에서
나이든 잎들 엽맥 사이 황화 현상에
이어 흰색의 괴사 반점 구리
산화환원 반응에 관여하는 효소들과 관련
어린 잎에서 괴사반점을 포함한 암록색의 잎
괴사반점은 어린 잎 끝에서 잎 가장자리를 따라 기부로
번짐
뒤틀리거나 기형의 잎
심한 결핍 시 이른 탈리

구리
산화환원 반응에 관여하는 효소들과 관련
어린 잎에서 괴사반점을 포함한 암록색의 잎
괴사반점은 어린 잎 끝에서 잎 가장자리를 따라 기부로
번짐
뒤틀리거나 기형의 잎
심한 결핍 시 이른 탈리

니켈
질소대사에 관여하는 효소의 보조인자
 요소 분해효소(urease)에 함유
 질소 고정 미생물의 수소 기체 재처리 효소
(hydrogenase)에 필요
결핍 식물은 잎에 요소 축적잎 정단이 괴사

 

몰리브덴
질산 환원효소(nitrate reductase)와
질소고정효소(nitrogenase)의 구성 성분
엽맥 사이의 전체적인 황화와 나이 든 잎의 괴사
꽃 형성 억제 또는 때 이른 탈리
몰리브덴 결핍질소결핍
 질산염이 주요 질소원
 공생적 질소고정에 의존할 때

조직 내의 증가하는 영양소 농도에 따른 생장 반응

수확량(또는 생장)과 식물 조직의 영양소 함량과의 관계는 결핍대, 적정대, 독성대를 정의한다.

토양 pH에 따른 영양소 이용도의 변화
모든 무기영양소의 가용성에 영향
토양 pH의 저하
: 빗물 및 토양 유기물 분해
토양 pH 조절
: 석회석 첨가 또는 황 원소 첨가

유기질 토양에서 영양소 원소의 이용 가능성에 미치는 토양 pH의 영향.

 

음으로 하전된 토양입자에 의한 무기영양소 흡착
흡착된 양이온은 물에 의한 용탈 잘 안됨
→식물이 이용 가능한 영양소 저장고 기능

 

양이온 교환능(cation exchange capacity: CEC)

Al3＋ > H＋ > Ca2＋ >Mg2＋ >K＋ ＝ NH4＋ >Na＋

 

토양 흡착력 정도

 

음이온은 쉽게 용탈

토양 입자의 표면에서 양이온 교환의 원리. 양이온들은 음으로 대전된토양 입자의 표면에 흡착된다. 칼륨(K + )과 같은 양이온을 토양에 첨가하면 토양 입자표면의 칼슘(Ca 2+ )과 같은 다른 양이온을 치환하여 뿌리가 이용할 수 있게 한다.

토양 내의 과다한 무기 이온은 식물 생장을 제한
토양의 염류화
염에 대한 회피 및 내성

방대한 근계의 발달
근권
뿌리와 슈트의 자원분배
수염뿌리계와 주근계

밀(단자엽식물)의 수염 뿌리계

충분한 물을 공급받은 사탕무(A)와 알팔파(B)의 주근계

영양소 흡수를 위한 뿌리
분열대
   분열정지중심
   근관
신장대
   내피 형성
   중심주와 피층 형성
   체관부의 빠른 발달
성숙대
   뿌리털

뿌리 정단 부위 종단면의 모식도

양분결핍대의 형성
토양 내 영양소의 이동: 부피유동과 확산
뿌리의 영양소 흡수속도가
  토양의 영양소 보충 속도를
  초과할 때 결핍대 발생
뿌리의 영양소 흡수 효율성
   뿌리의 영양소 흡수속도
   뿌리의 지속적인 생장

식물 뿌리에 인접한 토양 부위에서 양분 결핍대의 형성

영양소의 이용 가능도에 따른 뿌리 생장
영양소 빈약→뿌리 생장에 대한 영양소 제한
최적 농도 초과 영양소 상태
→탄수화물의 제한
→슈트와 생식 구조에 할당량 증가

외생균근 곰팡이
뿌리 주위 균사체 맨틀 형성
피층세포 사이로 침입
→균사 네트워크인 하티히망 형성
근계의 영양소 흡수 능력 개선
일부 목본 식물과
담자균류 및 자낭균류의 공생

내생균근 곰팡이(세분지체 균근 곰팡이)
뿌리 주위 균사체 맨틀 없음
피층세포 속으로 침입
→ 소포, 분지상 구조 형성
대부분의 초본 피자식물과
공생
인 흡수 증진
건조 스트레스 경감