알루미늄독(aluminum toxicity)은 산성토양이 작물 생산 시 잠재력의 발휘를 제약하는 중요한 요소 중 하나이다. 또한, 동시에 산성토양에서의 암모늄(ammonium)의 질화작용(Nitrification)이 비교적 약하기에 무기 질소의 형태는 암모늄 상태의 질소가 위주이다. 장기적으로 산성 토양에서 이 2가지의 특성(알루미늄독과 암모늄 상태 질소를 위주)이 식물체내(항 알루미늄독과 암모늄을 좀 더 좋아하는)와 관련이 있는지에 대해 주목하였지만 줄곧 현저한 성과를 취득하지 못하였다.
최근 5년 동안 중국과학원 남경토양연구소 Shen-renfang 연구원의 과제팀은 실내 배양실험을 통해 암모늄 상태의 질소와 질산상태 질소 공급이 벼의 알루미늄독의 표현에 미치는 영향을 연구하였고 질산상태 질소의 공급보다 암모늄 상태 질소가 알루미늄이 벼에 대하여 미치는 영향은 뚜렷하게 감소하였고 벼의 알루미늄 누적량은 질산상태 질소의 조건이 암모늄 상태 질소 조건에서의 수 십 배이다. 암모늄 이온 자신 및 식물은 암모늄 상태 질소를 흡수하여 생성한 수소 이온과 알루미늄 이온은 벼 뿌리표면에서 경쟁적으로 흡착 부위를 만들며 이는 암모늄 상태 질소가 알루미늄이 벼 독성을 감소시키는 메커니즘 중 하나이다. 이 성과는 Plant and Soil에 발표되었다(2009, 315 : 107 - 121).
싸리(Lespedeza)는 일종의 산성토양에 광범위하게 분포된 항알루미늄 식물이다. 연구팀은 싸리의 질소-알루미늄 상호 작용에 대한 연구에 의하면 비록 알루미늄 세기(stress) 조건에서 뿌리근계(root)에서 유기산을 분비하는 것은 싸리의 항알루미늄의 메커니즘 중 하나이지만 암모늄 상태 질소를 첨가하여도 싸리가 알루미늄독에 대한 내성을 견딜 수 있는데 이는 암모늄 상태의 질소가 식물 알루미늄독의 감소에서의 유효성을 충분히 증명하였다. 이 연구성과는 Plant and Soil에 발표되었다(2010, 337 : 389 - 398).
암모늄 상태 질소가 식물의 알루미늄 독성을 감소시키는 중요성에 대해 벼가 암모늄 상태 질소를 비교적 좋아하는 작물 종류의 상황을 고려하여 과제팀은 30개의 벼 품종의 질소-알루미늄 사이의 상호작용을 심도 있게 연구하였다. 연구에 의하면 벼의 항알루미늄 능력과 암모늄 상태의 질소를 비교적 좋아하는 능력 사이에는 현저한 긍정적인 정적상관(Positive correlation) 관계가 존재하고 질산 상태 질소를 비교적 좋아하는 능력 사이에는 현저한 역상관(Negative correlation) 관계가 존재한다는 것을 발견하였다. 알루미늄은 암모늄 상태 질소의 공급 조건에서 심지어는 벼의 성장을 촉진하였지만 질산 상태 질소의 공급 조건에서 벼의 성장을 억제하였다.
이상의 결과에 근거하여 연구원은 토양-식물 시스템 질소-알루미늄 상호작용 모델을 건립하였고 식물의 항알루미늄과 암모늄을 “좋아하는” 협동작용과 항알루미늄과 질산을 “좋아하는” 길항작용을 서술하였다.
이 작용모델은 품종이 다른 벼 사이에서만 존재하는 것이 아니고 다른 식물 종류 사이에도 유사한 규칙이 있다. 암모늄 상태 질소는 산성토양의 무기질소 래원(source)에서 비교적 큰 비례를 차지하고 있기에, 위의 내용에 근거하면 산성 토양 식물의 항알루미늄 능력과 질소의 효율적인 목적을 실현할 가능성이 있다.
이 연구성과는 최근에 Annals of Botany에 발표되었다(doi : 10. 1093 / aob / mcs234). 위의 연구성과는 식물이 산성 토양에 적응하기 위해 새로운 관점을 제공하였고 또한 산성 토양 양분의 관리와 식물 품종의 선택을 위해 근거를 제공하여 과학적 이론과 응용 실천의 이중가치를 가지고 있다.
그림 : 식물의 질소-알루미늄 작용의 연구에서 성과 취득
키워드 : 알루미늄, 독성, 질소계, 식물정화
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.cas.ac.cn/ky/kyjz/201211/t20121106_3677820.shtml 연도: 2012-11-14
제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2012.11.28 17:46
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