[컨셉 작물생리학] Part 1 작물생리기초_4.무기양분 생리-3

무기양분 흡수, 이동

 

1. 토양속 무기양분 동태

(1) 토양의 양이온, 음이온 교환능력

⋅양이온 치환능력 (CEC) : 음전하의 수와 같다. 비옥도. CEC 클수록 양분흡수력이 크다.

- 양이온 이액순위(양이온 흡착력) : Al³+> H+>Ca²+>Mg²+>NH₄+= K+>Na+

- 식물 뿌리에서 양이온 흡수할 때 내부로부터 뿌리표면으로 배출되는 양이온은 H+이다

- 염기포화도(V) = 치환성 염기총량(S) / 양이온 염기총량(T) *100

⋅음이온 치환용량 (AEC): 양전하를 띠는 토양입자에 대한 흡착할 수 있는 음이온의 총량

- 음이온 이액순위 : SiO4⁴- >PO4²- > Cl- = NO₃-

- 자연상태에서 Cl-의 결핍은 나타나지 않는다.

 

(2) 토양내 무기양분 이동

- 집단류 : 수분이동이 빠르고 양분 농도가 높을 때

- 확산 : 뿌리 주변의 양분의 농도기울기가 생겨 확산촉진

 

2. 양분의 선택적 흡수

(1) 양분투과성

⋅ 1차 세포벽 : 물, 무기양분, 유기물이 자유롭게 투과. 물과 무기양분을 물관 밖으로 보낼 수 있다.

⋅ 2차 세포벽 : 목질화 되어 투과 불가

⋅ 능동, 수동 무기양분 흡수 모두 ATP 필요

⋅ 원형질막 : 선택적 투과. 비극성 소수성분자(O2,CH4), 작고 해리되지 않은 극성분자(CO2,H2O)만 투과

 

(2) 이온의 선택적 흡수

⋅무기이온 흡수는 원자가 작을수록 더 빠르게 흡수. 1가 이온이 더 많이 흡수된다.

⋅물관은 토양보다 더 높은 이온농도를 유지할 수 있다. 카스파리대가 뿌리로 이온이 역확산되는 것을 막기 때문

 

(3) 길항작용과 상조작용

⋅상조작용 : Mg²+와 K+

⋅길항작용 : K+ ↔ Na+, Mg²+ ↔ Ca²+, Cl- ↔ NO₃-

 

3. 무기양분의 흡수기작

(1) 수송단백질

⋅수송관(Channel) : 수동. 용질이 통과할 수 있는 수송관이 있는 단백질

⋅운반체(Carrier) : 수동. 수송관이 없음.

⋅펌프(Ion pump) : 능동. ATP 사용하여 H+를 세포벽이나 액포로 내보냄 (pH 산성).

 

(2) 운반체(Carrier)의 무기이온 수송

⋅일반수송: K+ 전기화학퍼텐셜로 한 방향으로 이동. 흡수속도 빠름

⋅역방수송: Ca²+, Na+, Mg²+을 내보내고 H+ 흡수

⋅공동수송: H+ 흡수하고, 양이온⋅음이온⋅당⋅아미노산도 흡수

 

(3) 뿌리의 양분흡수에 관여하는 요인

⋅ O2가 낮으면 토양이 환원되어 H2S 발생 - 흡수 억제: P>K>Si>NH₄+>Mn>H₂O>Mg>Ca

⋅ 온도가 낮으면 N, P, K, H2O 흡수 억제

⋅ 당 함량이 낮으면 무기양분 흡수 억제

⋅ pH 7 이상 시 흡수: P, K, S, Mo, Ca, Mg, B

⋅ 염류농도 : 한계농도 내에서는 흡수 촉진

 

(4) 무기양분의 체내 이동

⋅ 뿌리: 아포플라스트, 심플라스트를 거침

       - 아포플라스트 : 아포플라스트 로부터 체관부로 능동적 적재. ATP 이용. 자당운반조절(K+).

                                발육종자, 사탕무뿌리, 사탕수수줄기

       - 심플라스트 : 광합성세포 → 엽맥이동. 확산에 의해 원형질연락사를 거쳐 이동. 뿌리나 어린잎

⋅ 물관: 상승이동. 환상박피해서 체관이 제거되어도 물관을 통해 무기양분 상승. 옆방향도 이동가능

⋅ 체관: 다당류, 환원당, 단백질, 미량원소는 이동 못함.

            체관액에 말산, 옥살산, 시트르산 소량 포함(수송역할은 미약). K, Cl, P, Mg 함유

       - 체관부 적재 : 단거리. 에너지 사용. 엽육→유관속초→동반→체요소.

                              적재부위(체관요소)의 삼투압 높이고 팽압 증가(물관의 물을 가져옴)

       - 체관부 하적 : 장거리. 수용부위(뿌리)에서 체요소의 삼투압이 낮아져 팽압 감소(물관으로 물 배출)

                               물관을 따라 위로 이동

 

⋅ 전류물질 농도 : 자당 100mg > 아미노산 5mg > 칼륨 4mg > 염소 0.5mg

                           쥬키니호박>사탕수수>콩,버드나무,사탕무>포도>호박

⋅ 사탕수수는 270cm/h, 호박은 40~60cm/ h 의 속도로 전류

 

⋅ 단백질은 아미노산으로 전류되어 저장기관에서 합성

⋅ 지방은 당류가 종자내부에서 지방으로 합성되어 축적. 지방종자는 배유나 자엽에 지방이 저장

⋅ 벼는 배유에 전분이 저장

⋅ 볏과는 영양생장기동안 잎,뿌리로 동화물질이 공급되고, 줄기는 적게 공급된다.

⋅ IAA, GA, 시토키닌, 에틸렌을 줄기절단면에 처리하면 동화물질 축적이 유발된다.

 

⋅ 무기양분 흡수에 필요한 킬레이트제 : EDTA, 타타르산, DTPA

(ex. 무기양분 흡수형태는 이온형태. 철은 Fe²+나 Fe-킬레이트 형태로 흡수 가능)