뿌리혹박테리아'

뿌리혹박테리아

뿌리혹박테리아는 리조비움속(Rhizobium)에 속하는 그람 음성균 토양 세균으로, 근립균(根粒菌) 또는 근류균이라고도 불린다. 주로 콩과식물의 뿌리에 뿌리혹(근류, root nodule)을 형성하여 식물과 공생 관계를 맺으며, 공기 중의 질소를 고정하는 질소고정세균(diazotroph)에 해당한다.

개요

뿌리혹박테리아는 콩과식물의 뿌리에 뿌리혹을 만들어 식물과 공생하면서 공기 중의 질소를 고정하는 세균이다. 이 세균이 콩과식물에 질소 화합물을 공급하면, 콩과식물은 탄소와 그 밖의 세균 증식에 필요한 물질을 공급하는 상리공생 관계를 유지한다.

뿌리혹은 1년생 뿌리혹과 여러해살이 뿌리혹이 있으며, 기생하는 식물의 종류에 따라 각각 특유한 외형과 구조를 가진다. 뿌리혹박테리아의 종류는 박테리아가 기생하는 콩과식물의 종류에 따라 달라진다.

역사

1888년 네덜란드의 미생물학자 마르티뉘스 베이제린크(M. W. Beijerinck)가 이 균을 순수하게 분리하였다. 당시에는 이 균이 단지 1종으로 생각되었으나, 이후 연구를 통해 완두, 까치콩, 전동싸리, 개미자리, 콩 등 다양한 콩과식물에 각각 기생하는 여러 종이 알려지게 되었다.

특성

뿌리혹박테리아는 초기에는 간상균 외에 가지 모양의 가균태(假菌態)로 존재하다가 후기가 되면 공포(空胞)가 생기거나 소구상·난형성으로 변하여 형태가 크게 변화한다. 0~50℃에서 생육이 가능하며, 20~28℃에서 가장 잘 발육한다. 토양 속에서 오랫동안 생존하며, pH 5.4~6.8의 토양이 가장 적합하다. 호기성이므로 토양 표층부에 많고, 뿌리혹도 기생식물의 표토 부분에 많이 착생한다.

질소 고정 과정

뿌리혹박테리아는 질소고정효소(nitrogenase)를 이용하여 대기 중의 안정한 질소 분자(N₂)를 식물이 이용 가능한 암모니아(NH₃) 형태로 전환한다. 질소고정효소는 산소에 민감하므로, 뿌리혹 내부에서는 레그헤모글로빈(leghemoglobin)이 산소 농도를 낮게 유지하여 효소의 작동을 돕는다. 이 때문에 뿌리혹을 절단하면 붉은색을 띠는 경우가 있다.

생태적·농업적 의의

뿌리혹박테리아는 자연계의 질소 순환에 중요한 역할을 하며, 콩과식물의 재배 과정에서 화학 질소 비료 사용을 줄이는 데 기여할 수 있는 생물학적 질소 고정(BNF)의 핵심 주체로 평가된다.