질소 고정 미생물의 신비

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질소비료를 합성하는 미생물

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질소는 생명체의 단백질이라든가 핵산을 구성하는 원소로서 중요하다. 질소는 화학 반응성이 적지만, 자연계의 뿌리혹박테리아와 남조류(藍藻類) 같은 일부 생명체는 질소 화합물을 스스로 합성하는 방법을 진화시켰다. 생물체가 공기 중의 질소를 비료가 되도록 반응시키는 것을 ‘질소 고정’(nitrogen fixation)이라 한다.

 

번개가 번쩍일 때는 공기 중의 질소가 고정(질소비료화)된다. 번개가 치면 초고압 전류에 의해 번개 주변이 고온으로 되고, 고온 에너지에 의해 질소와 산소가 결합하여 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO₂)가 생성된다. 이산화질소는 빗물에 녹아 땅에 떨어진다. 시아노박테리아(cyanobacteria)는 빗물에 녹은 이산화질소를 단백질과 아미노산 성분으로 변화시킬 수 있다. 시아노박테리아는 여름에 심하게 발생하기도 하는 녹조를 일으키는 주인공이다.

 

식물은 질소비료를 흡수하여 생장하고, 동물은 이러한 식물을 먹어 생존에 필수적인 단백질을 만든다. 흙속에는 질소를 고정하는 미생물만 있는 것이 아니라, 죽은 동식물의 질소화합물을 분해하여 기체 상태의 질소로 환원시키는 미생물도 가득 살고 있다. 시아노박테리아(남조류)도 여기에 속한다.

 

 

이상에서와 같이, 공중의 질소가 지상으로 내려오고, 다시 대기(大氣) 중으로 되돌아가는 현상을 ‘질소 순환’(nitrogen cycle)이라 한다. 질소 순환에 참여하는 대표적인 식물이 콩, 클로버, 알팔파와 같은 콩과식물입니다. 이들 식물의 뿌리에 생긴 작은 혹에는 질소를 고정하는 박테리아가 살고 있다. 이 박테리아는 효소를 내어 공기 중의 질소를 암모니아로 바꾼요. 이 세균이 질소를 고정하는 화학적인 과정은 아직 확실하게 밝혀지지 않았다. 그 방법을 알아낸다면 매우 효율적인 질소비료공장을 세울 수 있을 것이다.

 

논밭에서는 작물을 계속 재배하기 때문에 흙속의 질소 비료 성분이 부족해지고, 이를 보충하기 위해 인공합성 질소비료를 대량 공급한다. 인공 질소비료 성분으로 가장 중요한 화합물이 암모니아(NH₃)이다. 암모니아는 독특한 냄새를 가진 무색 기체인데, 암모니아 기체를 물에 녹인 것을 ‘암모니아수’(NH₄OH)라 한다. 암모니아수는 약한 알칼리성을 가지고 있어 실험기구라든가 유리를 청소할 때 세제(洗劑)로 사용하기도 한다.

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참고 : 질소 원소의 성질과 이용 참조​

 

 

질소 원소의 성질과 이용