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미생물이야기 뿌리혹세균은 원래 토양에서 살다가 뿌리털에 들어가 콩과식물과의 합동작전을 통해 뿌리혹을 만들고 그 속에서 생활한다.
2013-08-16 10:05:21
이엠생명과학연구원

 

오래전부터 농사에 이용되어 온 대표적인 미생물이 뿌리혹세균(리조비아, rhizobia)이다. 뿌리혹세균은 원래 토양에서 살다가 뿌리털에 들어가 콩과식물과의 합동작전을 통해 뿌리혹을 만들고 그 속에서 생활한다. 이들은 식물이 광합성으로 생산한 에너지를 활용하여 생물체가 이용할 수 없는 공기 중의 질소분자 즉 질소기체를 생물체가 이용 가능한 질소화합물인 암모니아로 전환시키는 작용인 질소고정을 수행한다. 질고고정을 통하여 만든 암모니아는 뿌리혹세균 자신과 콩과식물이 공동으로 사용하며, 나아가 흙속으로 배출된 암모니아는 부근의 토양미생물과 식물에게까지 질소비료를 공급하는 것이다. 이것이 논과 밭 주변에 콩을 많이 심는 이유다.

 

소와 같은 반추동물은 소화기관으로 4개의 위를 가지는데, 이 가운데 가장 크고 중요한 위가 혹위다. 혹위에서 공생하는 혹위미생물은 반추동물의 생존과 발육에 대단히 중요하다. 그 이유는 주식으로 먹는 풀을 소화하는 효소를 소가 직접 만들어내지 못하고 대신 혹위미생물이 생산하기 때문이다. 따라서 혹위미생물이 잘 살지 못하거나 활동력이 줄면 소의 발육이 현저히 저하된다. 소와 같은 반추동물을 키울 때 먹이로서 혹위미생물의 생장과 활동을 촉진시키는 사료를 주는 것이 중요한 이유가 여기에 있다.

 

난초와 같은 원예식물이 자라는 것은 난초뿌리에 공생하는 곰팡이 덕분이다. 이렇게 곰팡이와 식물뿌리와의 공생체를 뿌리곰팡이(균뿌리, 균근)(그림1)라고 부른다. 난초는 뿌리곰팡이가 없으면 성장이 현저히 둔화된다. 그래서 식물생명공학자들은 유전자를 조작하여 원래 뿌리곰팡이가 없는 식물도 뿌리곰팡이를 만들게 하여 생산성을 높이는 연구를 계속하고 있다.

 

 

<그림1.  소나무 묘목의 뿌리곰팡이>

 

농업생명공학에 중요한 것은 유전자변형식물(GMO, genetically modified organisms)이다. GMO는 원래 식물이 가지고 있지 않은 다른 생물체의 유전자를 생명공학기법으로 삽입시킨 결과 외래유전자를 가지게 된 식물이다. 생명공학에서 유전자를 전달하는 능력을 지닌 유전물질을 벡터라고 부른다. 식물생명공학에 이용되는 벡터는 토양세균인 아그로박테리움(Agrobacterium)이 가지고 있는 플라스미드(plasmid)이다. 이 플라스미드에 필요한 유전자 즉 농약을 무력화시키는 물질을 생산하는 유전자를 연결한 다음 식물유전체에 삽입시키면, 이 식물은 농약내성을 나타내는 물질을 스스로 만들어 냄으로써 농약을 쳐도 생육에는 지장 없이 병충해만 방제할 수 있게 된다. 이렇게 만들어진 대표적인 GMO가 콩이다(그림2).

<그림2. 제초제를 뿌려 키운 제초제내성콩(GMO, 왼쪽)과 일반콩(오른쪽)>

 

한편 생태계를 파괴하고 농부의 건강을 해칠 수 있는 화학농약이나 화학비료 대신 미생물을 이용하여 만든 퇴비나 특정 병충해만을 선택적으로 죽일 수 있는 미생물농약(세균인 바실러스 Bacillus가 생산한 Bt 독소)도 농업에 이용되고 있다.




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