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미생물이야기 작물의 유모 - 토양 미생물
2013-08-14 11:16:58
이엠생명과학연구원

작물의 유모 - 토양 미생물


가. 토양 생물

 먼저 토양 생물이란 토양 안에서 생애의 일부 혹은 전부를 보내는 생명체를 말한다. 토양에서 자라고 있는 생물의 크기는 가장 작은 단세포 생물인 세균, 조류, 곰팡이, 원생생물에서부터 더 복잡한 선충과 미세 절지동물과 눈에 보이는 지렁이, 곤충, 소동물, 식물에 이르기까지 매우 다양하다. 
한 줌의 토양 안에는 대부분의 생물을 대표할 수 있는 수십억의 생명체가 들어있는데, 토양 생물은 크기에 의해 대형동물군, 중형동물군, 그리고 미소동물군으로 분류한다. 물론 크기 외에도 식성과 생태학적 기능에 의해서 분류되지만, 크기에 의한 것이 기본이 되고 있다. 단어 의미상 대형하면 커다란 몸집이 연상되지만 여기서는 토양 안에 서식하는 생물을 의미하기 때문에 코끼리처럼 큰 동물이 아님을 알아 둘 필요가 있다. 
대형동물군은 폭아 2mm보다 큰 것이고, 중형동물군은 02에서 2mm인 것, 그리고 미소동물군은 02mm보다 작은 것이다. 대형동물군에는 두더지, 지렁이, 노래기가 있고, 중형동물군에는 톡토기와 진드기, 미소동물군에는 선충과 단세포 생물인 원생동물이 있다.


나. 토양 미생물이란 무엇인가

토양 속에 존재하는 “세균, 방선균, 사상균, 효모, 조류, 원생동물” 등 많은 미생물들을 총칭하는 말이다 이 미생물들은 여러 가지 활동을 하여 토양에 큰 변화를 가져와 식물의 생육에 중요한 영향을 준다 또 자연계의 물질 순환에 큰 역할을 하고 있다.

1) 세균(細菌bacteria)
원핵세포를 갖는 단세포의 미생물군으로 박테리아라고도 한다 세균류는 부생(腐生)·기생·공생을 하여 종속영양생활을 하거나, 독립하여 필요로 하는 유기물을 자력으로 무기물에서 만들어낸다.
세균류는 지구상의 모든 곳에 살고 있는데 특히 비옥한 토양이나 물 속에 많으며, 1g 속에 30억 이상의 세균이 들어 있다. 보통 20∼50℃에서 생육하지만 이보다 낮거나 높은 온도에서 생육하는 것도 있다 세균류는 각종 영양법에 의해서 스스로 살아가는 한편, 생태계에서 주요 원소(탄소·질소·황)의 순환에 중요한 역할을 하고 있다.
또 그 작용으로 생긴 여러 가지 생산물은 인간에게 이용되고 있다. 예를 들면, 젖산·아세트산·글루콘산 등의 유기산, 글루탐산 및 그 밖의 아미노산·아밀라아제·프로테아제 등의 효소제, 아세톤, 부탄올, 비타민 C, 대용혈청이 되는 덱스트란, 항균성항생물질, 나아가서는 세균성백신, 면역혈청, 요구르트, 치즈 등이 있다.

2) 방선균 (放線菌Actinomycetes)
토양·식물체·동물체·하천·해수 등에 균사체 및 포자체로 존재하는 미생물로 세균에 가까운 원핵생물 즉 세균의 방선균목으로 분류된다 세포의 크기가 세균과 비슷하며 세포가 마치 곰팡이의 균사처럼 실 모양으로 연결되어 발육하며 그 끝에 포자를 형성한다. 토양 중 방선균은 각종 유기물의 분해, 특히 난분해성 유기물 분해에 중요한 역할을 하며 항생물질을 만들기도 한다. 또한 소에게는 방선균병을 일으키기도 한다.

3) 사상균(곰팡이)
토양 속에 많이 생존하는데 산성인 토양 속에서는 생육이 우세하며, 특히 미분해 유기물이 많은 토양 속에서는 그 분해에 큰 역할을 한다. 효모는 일반적으로 토양 속에 적지만 포도밭 등 과수원의 토양 등에는 많이 생존한다.

4) 기타
토양 속에 생존하는 조류(藻類)는 5속 148종 이상이 기록되어 있으나 보통 산성토양에는 매우 적다. 원생동물(原生動物)도 다수(농경지에서 토양 1g중 수천~수만) 서식하고 세균류를 먹는다. 토양 속의 미생물의 수나 종류는 온도 ·수분 ·산도(酸度) ·깊이 ·유기물의 유무 및 계절 등 여러 가지 환경에 의하여 변동할 뿐만 아니라 토성(土性)이나 식생(植生) 등의 영향이 가해져 토양 속에서는 매우 복잡한 양상이 나타난다.

• 공생동물(Mutualists)
서로 도움을 주는 관계에 있는 두 생물 식물뿌리와 균근균과의 관계, 식물뿌리와 질소고전균과의관계 등이 있다.

• 선충(Nematoodes)
현미경적인 아주 작고 체절이 없는 벌레 대부분은 토양속에서 자유롭게 살아간다. 일부는 식물이나 동물에 기생한다.

• 원생동물(Protozoa)
아주 작고 단세포로 이루어진 동물 아메바, 섬모층, 편모충이 포함된다.

 

     
     
 

 

 


5) 토양생물의 역할
토양생물은 가축의 배설물, 식물의 잔제물 등 유기물과 농약을 분해하고, 물에 유입되어 오염되는 것을 막아준다. 그들은 질소의ㅣ다른 영양분 등이 지하수로 흘러들어가는 것을 막아 저쟝해주며, 공기로부터 질소를 식물이 이용 가능하게 만들어 주기도 한다. 많은 생물이 토양의 물성과 공극율을 개선시켜 물의 침투력을 증대시키고 범람을 줄여준다. 토양생물은 작뮬해충을 먹이로 하기도 하며, 토양위에 사는 동물의 먹이가 되기도 한다. 


다. 토양생물은 무엇을 하는가?

1) 토양생물의 기능
토양중에 존재하는 미생물인 세균 · 방선균(放線菌) · 사상균(絲狀菌) · 조류(藻類) · 원생동물 등의 총칭 표토에는 토양 1 Kg 당 세균수가 수십억, 사상균의 균사 길이가 수백m, 미생물의 생체 무게가 토양 유기물 양의 수% 에 이르는 경우가 있다.

토양 속 미생물 활동은 주로 근권(根圈 ; rhizosphere)에서 이루어지는데, 이는 다시말해 미생물 활동이 식물의 뿌리와 가까이 연계되어서 이루어진다고 얘기한다. 식물뿌리는 일반적인 성장과 발달과정을 거치면서 주변의 토양에 다양한 유기물을 배출하게 된다. 이와같은 배출작용은 근권에서 미생물 활동을 촉진하는 작용을 한다.

미생물의 모든 작용이 다른 생물의 기능과 유사하지만 미생물만이 가진 중요한 것은 동식물이 이용할 수 없는 물질을 분해하여 합성한다는 것이다. 미생물은 분해자이면서 생명체이므로 적용 대상에 따라 병원성, 기생성 등의 공생관계가 일어난다 인위적인 도시를 떠나 자연계에 존재하는 생명체는 각각의 고유 면역체계를 가지고 있기 때문에 다른 생물과 더불어 살고 있는 것이다. 비록 일부 미생물은 우리를 아프고 병들게도 하지만 대부분의 다른 미생물들은 다양한 약과 먹거리를 제공하며 사람을 대신하여 생태계를 말끔하게 정돈해 준다. 이 모든 것들은 자연환경과 더불어 살아 왔으며 우리와 함께 생활하는 동반자인 것이다.

세균은 식용유체 등 유기물의 분해에 관여할 뿐만아니라 질소고정및 탈질작용(脫窒作用)을 하는 무리를 포함하는데 무기영양세균운 질산 생성작용, 황 철 망간 등 무기원소의 산화에 관여하는 토양의 물질순환의 중요한 담당자이다. 박테리아 중 상당수는 식물의 성장을 촉진시키는 호르몬을 자연적으로 발생시킨다. Bacillus, Pseudomonas 그리고 Azospirillum속(屬)에 속하는 박테리아는 그 중에서도 성장촉진효과로 잘 알려져 있다. Asozspirillum종(種)은 뿌리 성장 촉진과 묘목 생성에 효과적인 반면, Pseudomonas종(種)은 병원균을 억제하는 특성을 가지고 있다.

어떤 박테리아는 식물 병원균을 통제함으로써 식물의 건강에 영향을 미치는데, 이는 토양의 종류에 관계없이 발생한다. 그 효과는 간혹 보이지 않을때도 있지만, 질병의 발달에는 확실히 큰 영향을 미칠 수 있다. 일부의 경우에는 이런 박테리아가 밀집해 있는 토양을 질병억제 토양이라고 한다. 이런 토야은 질병이 발달하는 데 최적의 환경이며 병원균도 존재하지만, 박테리아 활동 덕분에 실제로 질병이 발생하지는 않는다. 빅테리아는 토양 속 영양분을 빼앗고, 항생 화합물을 생성하거나 혹은 가끔 곰팡이 기생균의 역활을하기도 하면서 병원균을 억제한다. 이 박테리아가 부생균이긴 하지만, 다량의 유기물질(거름 주기나 직접적인 토양개선 활동)은 보통 박테리아 집단에 이롭다.

토양 미생물 중 가장 덜 알려지고 제대로 이해되지 못하는 미생물은 방선균류이다. 방선균은 세균과 사상균의 중간에 위치하는 유기영양생물로서 다양한 유기물을 기질(基質)로 하여 다라며, 이 미생물은 박테리아에 더 가깝지만 성장과정은 곰팡이와 흡사하다. 토양 속에 다소 많이 밀집해 있기도 하지만, 성장속도는 다른 토양 미생물보다 훨씬 느리다. 유기물질 함량이 높은 토양에서 나는 독특한 냄새는 주로 방선균이 발생시키는 휘발성 화합물로 인해 나는 것이다.

일부 박테리아와 같이, 방선균은 토양에 의해 전달되는 질병을 억제하는데 도움이 된다. 방선균 속 항생 화합물은 병원균 곰팡이의 성장과 발달에 영향을 미친다. 퇴비는 병원균을 억제하는 방선균에 특히 더 풍부하다. 퇴비를 사용해서 토양을 개선하는 것이 유익한 이유는 방선균이 질병을 억제하는 성질을 갖고 있기 때문이기도 하다.
곰팡이는 토양속 살아있는 생물 중 가장 규모가 크다 곰팡이는 경제적으로 가장 중요한 거의 모든 질병의 원인이 되기 때문에 토양 속 발병활동으로 가장 잘 알려져 있다. 그러나, 발병성 곰팡이는 토양 속 전체 곰팡이 군락의 작은 부분에 불과하다. 대다수의 곰팡이는 식물 건강에 유익하다. 사상균은 기질로서 쓰는 유기물의 종류에 따라서 당류(糖類)사상균 셀롤로오스분해사상균 리그닌분해사상균으로 나누어지며, 세균에 비하여 일반적으로 내산성(耐酸性)이 강하여 특히 산성토양에서 유기물 분해에 중요한 역활을 한다.

 조류 중 중요한 것은 녹조 남조(藍藻) 규조(硅藻)로 빛에너지를 이용하는 무기영양생물이다. 남조 가운데 질소고정능력을 가진 것은 논을 비옥하게 한다. 원생동물은 아메바 섬모충(纖毛蟲) 편모충(鞭毛蟲)으로 나누어진다. 이들은 모두 토양수 속에서 생활하는데, 대개는 식물의 유체 세균 방선균 사상균 조류를 먹는다.

토양미생물에 의한 유기물의 분해는 농업상 중요하다. 퇴비 녹비(綠肥), 부리나 그루터기와 같은 작물잔사, 잡초 등 각종 유기물이 매년 농경지에 더해지는데, 고등동물로 이 유기물들이 적당한 속도로 분해되어 그 성분이 이용되어야 한다. 이때 유기물들이 적당한 속도로 분해되어 그성분이 이용되어야 한다. 이때 유기물의 일부는 부식되어 양분으로 저장됨과 동시에 단립화(團粒化)를 촉진하여 토양의물리적 조건을 개량한다.
토양미생물은 질소의 형태변화에도 관여하여 토양의 비옥도와 비료의 효과에 영향을 기치고 있다. 유기물의 분해로 암모니아의 생성과 질산으로의ㅣ 변화, 질산의 탈질, 공중질소의 고정 등은 모두 미생물의 작용이다. 토양미생물 가운데 어떤 것은 고등식물의 뿌리에 공생이나 기생하여 생활하고 있다. 콩과식물과 근립균(根粒菌)이나 균근(菌根)이 공생의 예이고, 토양전염성 병원균은 기생의 예이다.




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