질소고정과 재배적 가치

   콩과식물은 라이조비움(Rhizobium) 속의 토양 미생물과 공생하여 공기 중의 질소를 고정하는데 이를 공생적 질소고정 또는 생물학적 질소고정이라고 한다. 콩과 식물이나 라이조비움 속이 단독으로 질소를 고정할 수는 없다. 질소가 고정되는 장소는 라이조비움 속의 미생물이 콩과 작물의 뿌리에 뿌리혹박테리아를 형성하여 질소를 고정하게 된다. 라이조비움 속에는 수백 종이 있는데 콩에 착생되는 근류균은 라이조비움 자포니쿰(Rhizobium Japonicum)이라고 알려져 있다. 콩은 일생동안 필요한 질소량의 30~70%정도를 질소고정에 의하여 얻게 된다.

 1. 라이조비움 뿌리혹박테리아 형성과정

     콩의 뿌리에서 어떤 물질(렉틴 또는 플라보오니드류)을 분비하게 되면 토양 중에 있는 라이조비움 자포니쿰 세균을 자극하게 되고, 자극을 받은 근류균(Rhizobium Japonicum)이 콩의 근모를 통하여 침입하게 된다. 뿌리혹을 형성하는 세포의 왕성한 생장을 일으키는 인자는 아직 알려져 있지 않으나 라이조비움속 세균이 형성하는 인돌초산(IAA)이 자극적인 작용을 하는 것으로 추정되고 있다. 뿌리혹에는 적혈구와 특성이 비슷한 적색색소 레그헤모글로빈이 존재하는데 이것은 라이조비움 과 콩간의 상호작용에 의하여 생긴 것이다.

2. 질소고정과 재배환경과의 관계

  뿌리혹박테리아는 호기성이므로 뿌리혹은 지표면 근처에 가장 많이 착생하고 질소 고정력도  왕성하다. 토양중 콩 근류균의 밀도는 콩의 재배연한과 관계가 있는데, 수년간 콩을 재배하지 않았거나 전혀 작물을 재배하지 않았던 신개간지 등에는 인공접종으로 근류균을 보충하지 않으면 충분한 뿌리혹의 형성과 질소고정을 기대하기란 어렵다.질소고정에 영향을 미치는 요인을 살펴보면 다음과 같다.

가. 품종에 따라서 뿌리혹박테리아의 착생량과 질소 고정정도에 차이가 있다. 뿌리혹박테리아를 착생하지 않고

     질소고정을 거의 하지 않는 품종도 있다. 그래서 어떤 학자들은 뿌리혹박테리아는 콩의 광합성 산물을 소모하

     고 뿌리에 혹을 형성하므로서 식물체 기능을 약화시킨다는 가정하에 뿌리혹이 전혀 부착되지 않는 품종을 만

    들고 질소비료를 충분히 시비하는 시험을 시도하기도 하였으나 수량을 향상시키지는 못했으며, 오히려 뿌리혹

    박테리아를 통하여 공급되는 질소는 양질의 단백질을 만들게 된다고 한다.

나. 질소시비를 과도하게 하면 뿌리혹 착생이 줄어들게 되므로 적정한 질소 시비를 하는 것이 바람직하다.

다. 제초제 및 살충제를 과도하게 사용하는 경우에도 뿌리혹 착생을 감소시키나 크게 우려할 정도는 아니다.

라. 이 밖에도 토양의 pH, 재식밀도, 지온, 수분, 비옥도 등에 의해서도 영향을 받게 된다.
         특히, 토양의 pH가 지나치게 낮은 산성토양에서는 뿌리혹이 잘 착생하지 않게 된다.
         그러므로 강산성 토양은 석회를 시용하여 pH를 높여주는 것이 좋다. 

그림 1. 콩 뿌리혹박테리아의 착생모습

3.. 콩의 발육시기와 질소고정 

    뿌리혹박테리아는 발아 후 2주일 정도이면 착생되기 시작하는데, 이때는 콩 발육단계로 보면 초생엽(단엽)기에 해당한다. 뿌리혹박테리아 착생 초기에는 질소 고정능력이 매우 낮으며, 콩의 생육이 진전됨에 따라서 뿌리혹박테리아의 착생과 질소 고정능력이 비례적으로 증가되어 개화기 전후가 되면 질소 고정능력이 가장 높게 된다. 개화기 이후부터는 질소 고정능력이 감소하기 시작하여 꼬투리 비대기에 이르러서는 질소고정능력을 거의 상실하게 된다. 뿌리혹박테리아의 질소고정능력이 왕성한 시기에 뿌리혹을 절단해 단면을 보면, 붉은색을 띠고 있으나, 질소고정능력을 상실한 뿌리혹의 절단면은 회색 또는 백색에 가까운 색을 나타낸다.

                                                                                     그림 2. 콩의 생육초기 모습

4. 콩의 작물학적 가치

  콩은 재배작물 중에서 가장 높은 단백질 함량을 갖고 있을 뿐 아니라 단백질의 질도 우수한데 이는 질소고정능력을 갖고 있기 때문이다. 또한, 콩은 여름 밭작물 중에서 가장 쉽게 재배할 수 있을 뿐 아니라 질소를 고정하기 때문에 소량의 질소비료만을 필요로 하고, 뿌리혹과 식물체에 포함된 질소 및 유기물을 다량 토양에 환원시켜 주기 때문에 토양을 비옥하게 해주는 역할을 한다. 특히, 어떠한 고소득 원예작물의 앞그루나 뒷그루로 재배할 수 있는 다양한 생태형을 갖고 있는 최상의 작부체계 작물이다. 특정작물의 연작장해, 또는 특정작물을 계속 재배해서 발생되는 토양 지력 저하 등을 개선시켜 주는 작물로서도 매우 중요하다.