식물 필수영양소의 기능, 결핍증상, 과다증상

1. 식물 필수영양소의 기능

이번 시간에는 식물 필수영양소의 기능, 결핍증상, 과다증상에 대해 알아보겠습니다. 여기서는 비료로 주지 않아도 되는 탄소, 수소, 산소를 제외한 다른 성분에 대해 알아보겠습니다.

각각의 영양소는 모두 하는 일이 다릅니다.

(1) 질소

질소는 단백질, 엽록소, 호르몬의 구성 성분입니다. 주로 줄기와 잎의 성장을 담당합니다.

그러므로 질소가 부족하면 식물이 잘 자라지 못하고 잎과 열매의 크기가 작아집니다. 또한 생식생장이 촉진되어 어린 개체에 꽃이 피고 열매가 달립니다.

질소는 체내에서 이동성이 좋기 때문에 늙은 잎부터 노랗게 되거나 갈색이 되어 떨어집니다.

반대로 질소가 과다하면 뿌리에 비해 지상부가 지나치게 커지고, 개화가 지연됩니다. 딸기 같은 경우 안토시아닌이 줄기에 축적되어 자주색으로 변합니다. 이런 증상이 나타날 때는 자주색으로 변한 줄기가 녹색이 될 때까지 질소를 중단해야 합니다. 질소를 중단하면 질소가 많은 줄기에서 없는 쪽으로 이동합니다.

질소가 과다한 채소를 인간이 섭취하면 아질산염 중독 증상이 나타날 수 있습니다.

(2) 인

인은 핵산과 여러 효소의 구성물질이며 식물의 기초대사에 필수적입니다. 또한 뿌리의 성장을 담당하면서 꽃이 피고 열매를 맺는 것을 촉진합니다.

그러므로 인이 부족하면 꽃이 피는 시기가 늦어지고 열매가 작고 맛이 없습니다. 인이 부족하면 잎이 짙은 녹색이 되거나 기형이 되며, 안토시아닌 축적으로 줄기와 잎의 뒷부분이 자주색으로 변합니다. 그러니까 식물의 잎이 너무 진한 초록색을 띄는 경우 인 부족을 의심해야 합니다.

반대로 인 과다증상은 뿌리의 성장을 지나치게 촉진하기 때문에 지상부보다 뿌리가 발달합니다. 생육 초기에 뿌리 발달을 위해서는 인이 많이 필요합니다. 또한 인이 많으면 너무 어린 시기에 꽃이 피게 되고, 아연 철 등의 흡수를 방해하여 미량요소 결핍이 생깁니다.

(3) 칼륨

칼륨은 광합성과 호흡에 관여하는 효소를 활성화합니다. 녹말과 단백질의 합성에도 관여하며, 뿌리와 줄기의 조직을 튼튼하게 만듭니다. 삼투압 유지에 관여합니다.

그러므로 칼륨이 부족하면 식물이 쉽게 늘어지고 조직이 약해져서 병충해에 민감해지고 추위에도 약해집니다. 줄기가 짧고 약해지고 뿌리가 썩고 곰팡이에 약하고 잘 쓰러집니다. 반대로 일조시간이 짧고 온도가 낮고 통풍이 불량한 환경에서는 칼륨이 식물을 튼튼하게 보호할 수 있습니다.

칼륨은 체내에서 이동성이 좋기 때문에 부족하면 늙은 잎의 가장자리에 얼룩무늬가 생기거나 잎 전체가 노랗게 되고, 점점이 죽은 조직이 보입니다. 식물이 추위에 약해집니다.

반대로 칼륨이 과다하면 삼투압이 지나쳐서 식물의 조직이 딱딱해져서 꺾으면 휘지 않고 뚝뚝 부러집니다. 또한 토마토 같은 경우 잎이 앞으로 돌돌 말립니다. 이런 증상이 나타나면 칼륨을 제한하도록 합니다.

또한 칼륨이 과다하면 같은 양이온인 칼슘의 흡수를 저해해서 칼슘 결핍증상이 생기기 쉽습니다.

(4) 칼슘

칼슘은 세포분열에 관여하고 세포벽을 물리적으로 보존합니다. 나무처럼 단단해진 식물은 칼슘 함량이 많습니다.

그러므로 칼슘이 부족하면 세포벽이 약해져서 세균이 잘 침투합니다.

칼슘은 세포벽에 고정되기 때문에 이동성이 대단히 나빠서 어린 조직이나 세포분열이 왕성한 부위에서 결핍 증상이 나타납니다. 과채류의 경우 대표적으로 배꼽썩음병이 나타나고, 엽채류의 잎끝이 타들어가는 팁번이 옵니다. 배추나 쑥갓 등은 중앙의 어린 잎이 타들어가고 괴사합니다. 칼슘이 부족해도 식물이 추위에 약합니다.

칼슘이 과도하면 과일의 껍질이 두꺼워지고 질겨질 수 있습니다.

(5) 마그네슘

마그네슘은 엽록소 분자의 구성요소이며 광합성과 탄소고정에 필요한 효소를 활성화합니다. ATP 관련 반응에 절대적으로 필요합니다.

그러므로 마그네슘이 부족하면 광합성이 부족해서 과일이 달지 않습니다. 또한 엽록소가 파괴되어 잎의 줄기만 남기고 황백화 현상이 생깁니다. 마그네슘은 이동성이 좋기 때문에 늙은 잎에서 증상이 먼저 나타납니다.

(6) 황

황은 아미노산의 구성성분이며 광합성과 질소고정의 반응에 관여합니다. 식물의 매운 맛이나 향을 만드는 성분이기기도 합니다.

그러므로 황이 부족하면 겨자나 배추가 맵지 않고 과일의 향이 부족합니다.

물을 너무 많이 주거나 비를 많이 맞으면 뿌리에서 쉽게 녹아 나와 결핍 증상을 일으킬 수 있습니다. 질소 결핍과 마찬가지로 단백질 합성이 감소해서 잎의 황백화 현상이 나타납니다.

(7) 염소

염소는 광합성에서 산소 발생에 관여하고, 세포 내외의 전하의 균형을 유지합니다.

그런데 염소는 자연계에 풍부하고 물에 잘 녹기 때문에 식물들은 자기 필요량보다 훨씬 많은 염소를 보유하여 결핍 증상이 잘 나타나지 않습니다.

(8) 철

철은 엽록소 합성에 필요하고 광합성, 호흡, 질소고정에 관여합니다.

그러므로 철이 부족하면 엽록소가 소실되어 식물의 잎이 노랗게 변합니다. 이동성이 나쁘기 때문에 생장점에 먼저 증상이 나타납니다.

철은 산성에서는 잘 흡수되지만 알칼리에서는 잘 흡수되지 않기 때문에 배양액의 pH가 높아지면 철 결핍 현상이 쉽게 발생합니다. 이를 막기 위해서는 알칼리에서도 식물이 잘 흡수할 수 있는 형태의 철을 공급해야 합니다.

철은 흡수율이 나쁘기 때문에 흡수를 돕는 다른 성분과 결합시켜서 비료를 만드는데 이를 킬레이트철이라고 합니다. 킬레이트철에는 EDTA-Fe, DTPA-Fe, EDDHA-Fe 등이 있는데 이 중에서 EDDHA-Fe가 pH에 영향을 받지 않고 흡수율이 좋습니다. EDTA와 DTPA는 배양액 pH가 6.5만 넘어도 흡수율이 현저히 떨어집니다.

(9) 망간

망간은 엽록체에서 전자를 전달하고 효소를 활성화합니다. 망간이 부족하면 곡물에 회색 반점이 생기고 콩 종자에서 탈색과 기형이 생깁니다.

이동성이 나쁘기 때문에 어린 잎의 기저부에 문제가 나타납니다.

(10) 붕소

붕소는 세포분열에 관여하며 세포벽의 구조 형성에도 기여를 하고 당분의 이동에 관여합니다.

이동성이 대단히 나빠서 식물 내에서 거의 이동하지 않기 때문에 결핍증상은 성장점에서 자주 발생하여 성장점이 기형이 됩니다.

붕소가 부족하면 뿌리가 짧고 굵으며 잔털이 많아지고, 화분관의 발아와 신장이 약해집니다. 그와 함께 채소와 과일의 모양이 나쁘고 속이 비어 바람이 들거나 썩기 쉽습니다.

(11) 아연

아연은 단백질 파괴에 필요하고 여러 호소의 활성인자입니다.

아연 역시 이동성이 나빠서 어린 잎에서 먼저 증상이 나타나고, 식물의 마디가 짧아지고 잎이 작습니다.

(12) 구리

구리는 여러 산화효소의 보조인자입니다.

구리가 부족하면 어린 잎이 비틀리고 여름철에 가지마름병이 생깁니다.

(13) 몰리브덴

몰리브덴은 질소 대사의 중요한 구성성분입니다. 그러므로 몰리브덴이 부족하면 콩과 식물에서 질소 결핍을 초래하여 잎이 비틀리고 기형이 됩니다. 콩과 식물과 옥수수에서 특히 몰리브덴 결핍이 잘 나타납니다.

(14) 니켈

니켈은 1991년에 필수영양소에 추가되었지만 극미량만 필요한데다 흡수가 잘 되어 결핍 현상이 잘 나타나지 않습니다.

2. [표] 필수영양소 기능, 이동성, 결핍증상 및 과다증상

필수영양소	기능	이동성	결핍증상	과다증상
질소	단백질, 엽록소, 호르몬의 구성 성분. 주로 줄기와 잎의 성장을 담당.	좋음	식물이 잘 자라지 못하고 잎과 열매의 크기가 작아짐. 생식생장이 촉진되어 어린 개체에 꽃이 피고 열매가 달림. 단백질 합성이 감소하여 늙은 잎부터 노랗게 되거나 갈색이 되어 떨어짐.	뿌리에 비해 지상부가 지나치게 커지고, 개화가 지연됨. 안토시아닌이 줄기에 축적되어 자주색으로 변함.
인	핵산과 여러 효소의 구성물질, 식물의 기초대사에 필수, 뿌리의 성장 및 개화 및 결실 촉진	좋음	꽃이 피는 시기가 늦어지고 열매가 작고 맛이 없음. 잎이 짙은 녹색이 되거나 기형이 되며, 안토시아닌 축적으로 줄기와 잎의 뒷부분이 자주색으로 변함.	지상부보다 뿌리가 과도하게 발달함.
칼륨	광합성과 호흡에 관여하는 효소를 활성화, 녹말과 단백질의 합성에 관여, 뿌리와 줄기의 조직을 튼튼하게 만듦.	좋음	물이 쉽게 늘어지고 조직이 약해져서 병충해에 민감해지고 추위에도 약해짐. 줄기가 짧고 약해지고 뿌리가 썩고 곰팡이에 약하고 잘 쓰러짐.늙은 잎의 가장자리에 얼룩무늬가 생기거나 잎 전체가 노랗게 되고, 점점이 죽은 조직이 보임.	식물의 조직이 딱딱해져서 꺾으면 휘지 않고 뚝뚝 부러짐. 토마토 잎이 앞으로 돌돌 말림.
칼슘	세포분열에 관여하고 세포벽을 물리적으로 보존함.	대단히 나쁨	세포벽이 약해져서 세균이 잘 침투함. 어린 조직이나 세포분열이 왕성한 부위에서 결핍 증상이 나타남. 과채류의 배꼽썩음병, 엽채류의 팁번이 생김.	과일의 껍질이 두꺼워지고 질겨짐.
마그네슘	엽록소 분자의 구성요소, 광합성과 탄소고정에 필요한 효소를 활성화, ATP 관련 반응에 절대적으로 필요함.	좋음	광합성이 부족해서 과일이 달지 않음. 엽록소가 파괴되어 잎의 줄기만 남기고 황백화 현상이 생김. 늙은 잎에서 증상이 먼저 나타남.
황	아미노산의 구성성분, 광합성과 질소고정의 반응에 관여함.	보통	겨자나 배추가 맵지 않고 과일의 향이 부족함. 질소 결핍과 마찬가지로 단백질 합성이 감소해서 잎의 황백화 현상이 나타남.
염소	광합성에서 산소 발생에 관여, 세포 내외의 전하의 균형을 유지함.	좋음	결핍 증상이 잘 나타나지 않음.
철	엽록소 합성에 필요, 광합성, 호흡, 질소고정에 관여.	나쁨	엽록소가 소실되어 식물의 잎이 노랗게 변함. 이동성이 나쁘기 때문에 생장점에 먼저 증상이 생김.
망간	엽록체에서 전자를 전달, 효소를 활성화	나쁨	곡물에 회색 반점이 생기고 콩 종자에서 탈색과 기형이 생김.
붕소	세포분열에 관여, 세포벽의 구조 형성에 기여, 당분의 이동에 관여함.	대단히 나쁨	성장점이 기형이 됨. 뿌리가 짧고 굵으며 잔털이 많아지고, 화분관의 발아와 신장이 약해짐, 채소와 과일의 모양이 나쁘고 속이 비어 바람이 들거나 썩기 쉬움.
아연	단백질 파괴에 필요, 여러 호소의 활성인자.	나쁨	어린 잎에서 먼저 증상이 나타나고, 식물의 마디가 짧아지고 잎이 작아짐.
구리	여러 산화효소의 보조인자	나쁨	어린 잎이 비틀리고 여름철에 가지마름병이 생김.
몰리브덴	질소 대사의 중요한 구성성분.	보통	콩과 식물과 옥수수에서 질소 결핍을 초래하여 잎이 비틀리고 기형이 됨.
니켈		모름	결핍 현상이 잘 나타나지 않음.