질소 고정 : 뿌리와 세균 미생물간 상호 작용

[김현남(유황발효 특허권자)]

Nitrogen Fixation: Root and Bacteria Interactions

Nitrogen is an important macronutrient because it is part of nucleic acids and proteins. Atmospheric nitrogen, which is the diatomic molecule N₂, or dinitrogen, is the largest pool of nitrogen in terrestrial ecosystems. However, plants cannot take advantage of this nitrogen because they do not have the necessary enzymes to convert it into biologically useful forms. However, nitrogen can be “fixed,” which means that it can be converted to ammonia (NH₃) through biological, physical, or chemical processes. As you have learned, biological nitrogen fixation (BNF) is the conversion of atmospheric nitrogen (N₂) into ammonia (NH₃), exclusively

carried out by prokaryotes such as soil bacteria or cyanobacteria. Biological processes contribute 65 percent of the nitrogen used in agriculture. The following equation represents the process:

질소 고정 : 뿌리와 박테리아 상호 작용

질소는 핵산과 단백질의 일부이기 때문에 중요한 다량원소이다. 이원자 분자 N2 또는 이질소인 대기 질소는 육상 생태계에서 가장 큰 질소 풀장이다. 그러나 식물은 생물학적으로 유용한 형태로 전환하는 데 필요한 효소가 없기 때문에 이 질소를 이용할 수 없다. 그러나 질소는 고정될 수 있으며 이것은  생물학적, 물리적 또는 화학적 과정을 통해 암모니아(NH3)로 전환될 수 있다는 것을 의미한다. 여러분이 배운 바와 같이, 생물학적 질소 고정(BNF)은 대기 질소(N2)를 암모니아(NH3)로 전환하는 것으로, 토양 박테리아나 시아노박테리아와 같은 원핵생물에 의해 독점적으로 수행된다. 생물학적 처리는 농업에 사용되는 질소의 65%를 차지한다.다음 방정식은 다음과 같은 과정을 나타낸다.

${\text{N}}_2+16\text{ATP}+8{\text{e}}^{-}+8{\text{H}}^{+}⟶2{\text{NH}}_3+16\text{ADP}+16\text{Pi}+{\text{H}}_2$

The most important source of BNF is the symbiotic interaction between soil bacteria and legume plants, including many crops important to humans (Figure 4). The NH3 resulting from fixation can be transported into plant tissue and incorporated into amino acids, which are then made into plant proteins. Some legume seeds, such as soybeans and peanuts, contain high levels of protein, and serve among the most important agricultural sources of protein in the world.

BNF의 가장 중요한 원천은 토양 박테리아와 콩과 식물 사이의 공생적 상호작용으로, 인간에게 중요한 많은 작물을 포함한다(그림 4). 고정으로 인한 NH3는 식물 조직으로 운반되어 아미노산으로 통합되어 식물 단백질로 만들어진다. 콩과 땅콩과 같은 일부 콩 종자는 단백질의 높은 수준을 포함하고 있으며 세계에서 가장 중요한 단백질의 농업 원천 중 하나이다.

Figure 4. Some common edible legumes—like (a) peanuts, (b) beans, and (c) chickpeas—are able to interact symbiotically with soil bacteria that fix nitrogen. (credit a: modification of work by Jules Clancy; credit b: modification of work by USDA)

[김현남(유황발효 특허권자)]

콩은 근권에 질소고정 토양 박테리아(세균)에 의해서 공기중에 N2 질소를 NH3(암모니아 질소)로 전환하여 흡수.운반되어 아미노산, 그리고 단백질로 합성되어... 콩이 식물성 단백질을 많이 함유하게 된 과정이다.

[김현남(유황발효 특허권자)]

동물성 아미노산, 혹은 동물성단백질과 식물성 단백질(C.H.O.N)의 공급은 식물의 수량과 크기에 영향을 미치게 된 이유이다. 가장 식물에게 공급하기 좋은 상태는 발효하여 "동물성 발효물"을 공급하는 것이다.