필수영양소

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[ essential nutrient ]

필수영양소는 식물의 구조를 이루거나 대사 과정에 있어서 반드시 필요한 요소이다. 필수영양소가 결핍되면 생장, 발달 및 생식 과정에서 이상이 발생하므로 식물은 정상적인 생활사를 완결할 수 없게 된다. 따라서 식물의 정상적인 생장에 요구되는 모든 물질을 합성하는 데 있어 물과 태양 에너지와 더불어 필수영양소가 반드시 필요하다. 식물은 물과 토양 및 대기로부터 약 60종 이상의 무기물을 흡수하지만, 이 중 필수영양소로 인정되는 원소로는 식물에 필요한 정도에 따라 16 또는 17종이 인정되고 있다. 한편 식물의 생장에 도움이 되지만 필수원소의 정의에 부합되지 않는 원소는 유익원소(beneficial element)로 구분한다.¹⁾

필수영양소는 식물체를 구성하는 주요 요소이며, 식물체 내의 상대적 농도에 따라 다량영양소(macronutrient)와 미량영양소(micronutrient)로 구분할 수 있다. 대량원소에는 식물체의 건조중량 1 kg당 1 g 이상의 고농도로 존재하는 원소인 수소(H), 탄소(C), 산소(O), 질소(N), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 인(P), 황(S)의 9종이 있으며, 미량원소에는 식물체 건조중량 1 kg 당 0.1 g 미만의 저농도로 존재하는 염소(Cl), 붕소(B), 철(Fe), 망간(Mn), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)의 8종이 포함된다.²⁾

미량영양소는 매우 적은 양이 필요하기 때문에, 이들이 필수 영양소인지를 입증하기는 특히 어렵다. 철(Fe)과 같이 상대적으로 높은 농도로 공급되는 미량영양소의 경우 필수영양소임이 초기 연구를 통해 입증되었지만, 상대적으로 낮은 농도의 다른 미량영양소들의 필요성은 20세기 초에 순도 높은 정제 과정이 가능하게 되면서부터 이들을 이용한 다양한 연구들을 통해 입증되었다. 이러한 미량영양소의 필요성은 많은 경우 영양소 결핍증에 대한 연구를 통해 입증되었는데, 예를 들어, 귀리의 회색반점 증상은 망간의 결핍 때문인 것으로 확인되었다.³⁾

고등식물의 필수 영양소 (출처:이상호)

필수영양소의 기능 및 특성

식물의 필수영양소 중에서도 수소, 탄소, 산소의 경우에는 모든 유기분자의 구조적인 골격을 형성하는 필수 성분이고, 주로 공기와 물을 통해 대량으로 흡수된다. 이러한 영양소들을 제외한 다른 다량영양소와 미량영양소는 주로 뿌리를 통해 흡수된다. 뿌리에서 흡수되는 영양소의 형태는 주로 이온 형태이며, 채널을 통한 확산, 능동수송 등 다양한 흡수 메커니즘에 의해 토양이나 수용액으로부터 뿌리 내부로 수송된다. 질소 등과 같은 영양소들은 식물과 공생 관계에 있는 세균이나 곰팡이 등에 의해 흡수되기도 한다.³⁾

참고문헌

1. Arnon DI, Stout PR (1939) The Essentiality of Certain Elements in Minute Quantity for Plants with Special Reference to Copper. Plant Physiol, 14: 371-375
2. 이진범, 고석찬, 문병용 외 (2016) 식물세포생리학 2판. 라이프사이언스, 38-47
3. 홍영남, 권덕기, 김재준 등 역 (2012) 식물생리학(제4판). 월드사이언스,

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