6. 6. 6. 6. 근권에서의근권에서의근권에서의근권에서의 광합성광합성광합성광합성 세균의세균의세균의세균의 활동활동활동활동

근권 미생물을 주제로 집필하기까지 필자는 논 토양 중의 광합성 세균의 역할에 대해

30 여년에 걸친 연구를 계속해 왔다. 그리고 벼 근권에서의 광합성 세균은 질소를 고정하고

추락의 주원인이 되는 황화수소를 제거하는 역할을 하는 것으로 판명되었다.

또 광합성 세균의 생태적 연구는 유기물 사용 효과를 알게 되는 계기가 되기도 했다.

그래서 여기에서는 광합성 세균에 대해서 약간 언급해 본다.

(1)(1)(1)(1)분류와분류와분류와분류와 생리생리생리생리 작용작용작용작용

광합성 세균은 논과 그 외 담수 상태 토층의 어디든지 생식하고 있고 광합성과 질소 고정

작용을 한다. 우리의 연구 결과, 특히 논 토양을 비옥화시키며 벼 근권에서 벼의 생욱과 큰

관계가 있다는 것이 밝혀졌다.

광합성 세균은 ①로도스피릴라시에 Rhodospirillaceae)과, ②크로마티아시에(Chromatiac-

eae)과, ③클로로비아시에(Chlorobiaceae)과로 분류되고 있다. ①로도스피릴라시에과는

ⅰ)로도스피릴리움(Rhodospillium)속, ⅱ)로도슈도모나스(Rhodopseudomonas)속 ⅲ)로도-

마이크로비움(Rhodomicrobium)속으로 나뉘어지는데 이전에는 홍색비유황세균 이라고

하였다. ②크로마티아시에는 크로마티움속 등 10 속으로 나뉘는데 전에는 홍색유황세균으로

분류되었다. ③클로로비아시에는 클로로비움(Chlorobium)속 등 5 속으로 나뉘고 이전에는

녹색유황세균이라 했다.

PFenning and Trüper(1974)는, 지금까지 광합성 세균(Photosynthetic bacteria)으로 분류

명명하고 있었지만 연구가 진행되면서 광합성보다는 광영양 (Phototrophic)으로 부르는

쪽이 보다 정확한 표현이라고 하여 “Bergey's Manual of Determinative

Bacteriology"8 판에서 광영양 세균(Phototrophic bacteria)로 분류하였다. 둘은 이름만 다를

뿐이고 같은 것이다.

그림그림그림그림 5. 5. 5. 5. 광합성광합성광합성광합성 세균의세균의세균의세균의 반응반응반응반응

국내에서는 예전처럼 광합성 세균이라고 부르지만 국외에서는 광합성 세균(Photosyntheic

bacteria) → 광영양세균(Phototropheic bacteria)로 발표되고 있는 것이 현실이다.

광합성 세균은 태양의 광에너지를 이용하여 광합성을 하며 또한 질소 고정을 할 수도 있다.

그림 5 의 반응식 (1)(2)(3)에 나타낸 황이 관여하는 크로마티아시에(녹색황세균),

클로로비아시에(녹색황세균)과 반응식 (4)(5)(6)과 같이 저급 지방산을 먹이로 생육하는

로도스피렐라시에(홍색비황세균)으로 크게 나뉘어지는데 반응식 (7)에 나타낸 고등 식물과

남조류의 광합성 반응처럼 산소를 발생시키지 않고 수소 가스를 발생시키는 특징을 가지고

있다.

(2)(2)(2)(2)벼벼벼벼 근권에서의근권에서의근권에서의근권에서의 활동활동활동활동

그림 6. 논 토양 중의 미생물군의 변동을 조사하기 위한 장치(투명유리제품)와 그 토양 각

부분에서의 Eh 값 (미생물군의 착색 변화는 유리 측면을 통해 관찰)

①①①① 추락추락추락추락((((秋落秋落秋落秋落) ) ) ) 현상과현상과현상과현상과 광합성광합성광합성광합성 세균세균세균세균

벼와 논 토양 미생물과의 상관 관계에 대한 연구는 질소 고정을 중심으로 하여 여러 보고가

있다. 그 가운데에서도 동경대학 토양학 연구실의 추락과 황산 환원균의 상관 관계에 대한

연구는 큰 업적이었다. 우리도 추가 실험을 겸해 그림 6 과 같이 유리 포트 및 논 포장에서

시험구를 설치 하고 벼를 이식해 그 근권의 토양 미생물과 벼 생육의 상관 관계를

검토하였다. 리포트와 같이 물의 이동이 없는 담수 조건은 실제의 포장과 엄밀하게는

환경이 다르지만 그래도 그림 7 처럼 광합성 세균은 벼가 유수(有數)를 형성하는 생식 생장

후기에 걸쳐 급격히 증식하였다. 벼의 근권은 영양 생장기에는 뿌리가 활발히 신장하고

경엽에서 뿌리 부분으로 산소 공급이 잘 되어 뿌리 주변부의 산화 환원 전위는 +

밀리볼트를 나타내었다. 그러나 유수를 형성하기 시작하는 생식 생장기에 이르면 근권은

급격히 환원 상태가 되고 그와 함께 황산 환원균이 왕성하게 번식한다. 최악의 경우는 수백

밀리볼트까지 된다. 그 상태에서는 황산 환원균이 황화수소를 생산하여 벼 뿌리의 호흡을

현저히 저해시키고 이것이 추락의 근본 원인이 되는 것이다. 이러한 현상은 식물과 근권

미생물과의 상관 관계가 나쁜 특수한 예이다. 우리는 이 추락 현상과 토양 미생물의 상관

관계를 재확인한후 다시 실험을 계속하여 황산 환원균이 증식한 뒤 광합성 세균이 급격하게

증식을 시작하는지를 살펴 보았다(그림 7 참조)

처음에는 다만 벼 근권의 미생물 변동을 상세히 조사하고자 단지, 자연계의 미생물 활동을

기초적으로 관찰하고자 하는 순수한 마음가짐으로 차분히 실험에 임하였다.

처음 실험할 때는 광합성 세균의 증식 활동에 대해 의문을 가지는 의견이 상당히 있었다.

그래서 그런 실험을 7 년간 계속하였다. 그 동안 그림 8 에 나타난 예와 같이 실제의 포장에

틀을 설치해 가며 실험을 하고 또 실험 담당자도 교체해 가며 계속해온 결과, 결국 이것이

옳다는 것을 실증했다.

②②②② 황화수소의황화수소의황화수소의황화수소의 해를해를해를해를 제거하는제거하는제거하는제거하는 광합성광합성광합성광합성 세균세균세균세균

논 토양에서 SO42-

는 황산 환원균의 작용에 의해 황화수소도 되지만 이것이 곧 광합성

세균(Chromatiaceae 와 Chlorobiaceae 그룹:홍색 및 녹색황세균)에 의해 무기황이 된다. 이

황은 논에서 물을 빼고 건조시키면 산화 되어 SO₄로, 또 황세균 등의 작용에 의해서도

다시 SO₄로 된다. 논 토양 가운데서는 이러한 황화합물의 사이클이 미생물의 작용을

통해서 진행되고 있다(그림 9).

그림그림그림그림 9. 9. 9. 9. 논논논논 등의등의등의등의 담수담수담수담수 토양에서의토양에서의토양에서의토양에서의 미생물에미생물에미생물에미생물에 의한의한의한의한 황의황의황의황의 순환순환순환순환

황화수소가 축적되면 벼 뿌리는 장해를 받는다. 그래서 가능한한 장해를 적게 받도록 유수

형성기에 광합성 세균의 생체균을 첨가하는 실험을 하여 벼를 증수할 수 있다는 것을

알았다.

제 2 차 세계대전 후에 화학 질소 비료의 주류를 이루었던 유안[(NH₄)₂SO₄]이 대량으로

논에 시용되어 추락 현상으로 어려움을 겪었다. 영양 생장기에는 과번무할 정도로 잘되던

경엽도 유수형성기에 다다르면 황산 환원균에 의한 급격한 황화수소의 발생으로 벼는

활력을 잃고 현저하게 감수되었다.

현재는 황산 환원균이 발생하는 논 토양에는 염화 암모니아와 요소계 비료를 시용하기도

하고 또 암거 배수 등 기반 정비를 해서 추락에 의한 피해는 거의 없어졌다. 그러나

최근에는 연뿌리 재배지에서 황화수소 등 혐기 상태에 의한 피해가 나타나기 시작하여 그

방지 대책에 골몰하고 있다. 이런 토양에 광합성 세균체를 시용하여 뿌리 썩음을 방지한

보고가 있다.

광합성광합성광합성광합성 세균체세균체세균체세균체 사용이사용이사용이사용이 벼의벼의벼의벼의 생육과생육과생육과생육과 수량에수량에수량에수량에 미치는미치는미치는미치는 효과효과효과효과 (생식 생장기에 추비용

비료로 시용한 경우)

8 월 16 일 9 월 19 일 처리구

초장 초장 이삭수 이삭당

이삭

무게

대조구

(염화암모니아)

클로렐라

광합성세균

64cm

65

63.6

25.6

28.0

26.3

103.0cm

101.0

102.0

28.0

27.0

23.3

28

23

23

66.8

71.6

87.9

1.54g

1.75

2.04

③③③③ 벼의벼의벼의벼의 증수증수증수증수 효과효과효과효과

그림 10 은 광합성 세균의 일종인 크로마티움이 황화수소를 없애주는 것을 나타내는 배양

실험 결과를 보여주고 있다.

광이 있는 조건 쪽이 황화수소의 제거 효율은 높다. 그러나 암혹 조건에서도 황화수소를

제거할 수 있다. 또 광합성 세균은 운동성이 있고 표층에서 깊이 15cm 정도까지 다수

생육하고 있다. 그렇게 벼 근권을 자유롭게 돌아다니기 때문에 실제의 논에는 대략 광조사

조건과 암흑 조건의 중간 정도의 제거율을 나타낸다고 생각된다. 그 외 광합성 세균은

생분(生糞)과 어박 등이 분해될 때 생기는 유독한 아민 퓨트레신(Putrescine(tetra

methylene diamine))을 제거하는 능력을 가지고 있다(그림 11). 표 17 은 광합성 세균을

출수 3 주 전, 논 토양에 시용했을 때 그것이 벼 수량에 미치는 효과를 본 것이다.

광합성 세균을 시용했을 때 이삭당 입수가 증가했다. 연구 결과 광합성 세균이 분비하는

우라실, 프로린이 식물의 화아 형성, 착과, 과일 비대에 현저한 상승 효과를 발휘한다는

것이 밝혀졌다(이에 관한 실험은 생화학적, 분자생물학적으로 상세하게 검토 되었는데

여기서는 생략한다).

식물의 생식 생장기에 있어 광합성 세균 및 유기 물질의 시용효과의 일례를 표 18, 19 에

나타내었다. 생식 생장기에 그것을 추비하면(사경(砂耕)포트 재배에 질소, 인산, 칼리, 그 외

미네랄 양은 일정하게 조정한다) 입수 증가와 착과, 과일 비대에 효과가 있엇다, 그

가운데서도 우라실, 프로린의 상승효과는 무기 비료 성분만 준 경우에 비해 현저한 차이를

나타내었다.

그림 10. 황화 수소 함유 배지에서의 크로미티움의 생육과 황화 수소의 추이

그림그림그림그림 11. 11. 11. 11. 퓨트레신퓨트레신퓨트레신퓨트레신 배지에서배지에서배지에서배지에서 R.capsulataoddbrrhk R.capsulataoddbrrhk R.capsulataoddbrrhk R.capsulataoddbrrhk 퓨트레신의퓨트레신의퓨트레신의퓨트레신의 추이추이추이추이

프로린과프로린과프로린과프로린과 우라실의우라실의우라실의우라실의 추비용추비용추비용추비용 비료로서의비료로서의비료로서의비료로서의 효과효과효과효과 (토마토, 가지, 피망)

항목 과 일 수 과 일 무 게

처리 토마토 가지 피망 토마토 가지 피망

대조구(유안

프로린

우라실

우라실+프로린

4 개

5

10

15

9 개

9

11

9

11 개

17

16

20

46.29g

64.74

60.90

256.98

252g

279

279

340.5

129.9g

117.9

166.8

198.0

< < < 18> 18> 18>벼의벼의벼의벼의 생식생식생식생식 생장기에생장기에생장기에생장기에

처리

NO.

N 공급량/

포트(g) N

처리후

분얼수 개화기

평균이삭수/

포트

평균성숙

이삭수/포트

대조구

Ⅰ 0.0 25 9 월 4 일 16 14

Ⅱ 0.25 유안 100% 25 9 월 5 일 20 17

Ⅲ " 유안 50%+프로린 50% 29 9 월 4 일 21 19

Ⅳ " 유안 50%+우라실 50% 24 9 월 2 일 20 20

Ⅴ " 유안 50%+프로린 25%+우라

실 25% 25 9 월 4 일 24 24

Ⅵ " 유안 93%+볓짚분해액 7%**** 24 9 월 4 일 20 20

Ⅶ " PSB**세포에서 추출한

아미노산 50% 24 8 월 31 일 20 18

Ⅷ " 유안 50%+PSB 세포에서

추출한 핵산 50% 26 9 월 5 일 22 21

Ⅸ "

유안 50%+PSB 세포에서

추출한

아미노산 25%+PSB 세포에서

추출한핵산 25%

24 9 월 6 일 21 19

*N 비료 첨가량

**PSB : 광합성 세균

대한대한대한대한 유기물질의유기물질의유기물질의유기물질의 영향영향영향영향

평균

잎수/

포트

평균

입수/

1 이삭

입총량/

포트(g)

이삭천개무게

(g) 짚/미

***

성숙

이삭

짚 N 함량

(%)

미 N 함량

(%)

대조구

비교증수비(g)

유안시용구

비교증수비

(%)

532 38 13.46 25.13 2.40 91 0.56 0.95 0 -

866 51 22.32 25.69 1.85 79 0.53 1.15 65 0

1.001 52 23.12 23.88 1.77 88 0.53 1.15 71 3

1.026 51 24.93 24.20 1.55 89 0.42 1.06 85 11

1.679 70 32.59 23.61 1.30 92 0.40 1.05 142 46

1.470 73 28.00 24.71 1.46 89 0.39 1.09 105 25

936 52 24.77 26.46 1.67 94 0.46 1.07 81 10

1.027 48 25.35 24.68 1.57 86 0.36 1.07 88 13

1.088 57 26.12 23.72 1.47 79 0.48 1.14 94 17

***성숙이삭은 SPGr 1.06

****볏짚을 분해시켜 광합성 세균이 생육하고 있는 용액

(3)광합성 세균체의 시용 효과

①밭 토양의 시용 효과

광합성 세균은 논 토양에 다수 생존하여 지금까지 말한 여러 가지 작용을 벼에게 주고 있다.

그러나 광합성 세균은 논 토양에서 만 생존하는 것은 아니고 지구상에 물이 있고 좀 더러운

곳이면 어디에나 존재한다.

그림 12 에 광합성 세균을 둘러싼 여러 관계들을 나타냈다. 광합성 세균은 담수 조건과

습지에서는 유기물 함량이 많을수록 잘 번식한다. 그곳에서 오염 물질을 정화하는 능력이

매우 높다.

그러한 조건에서 증식한 균체는 동물성 플랑크톤과 어패류의먹이로 직접 이용된다. 또

광합성 세균에서 분비된 물질이 조류(藻類)의 증식을 촉진한다는 것이 알려졌다.

한편 건조한 밭 토양에서는 광합성 세균이 활발하게 증식하지 못한다. 만약 광합성

세균체를 건조한 논 토양에 사용하면 그것이 그곳에 있는 방선균의 먹이가 되어 방선균이

잘 증식하고 광합성 세균은 사멸하게 된다. 방선균은 사상균에 대항하여 그 증식을

억제하는 유익한 활동을 한다는 것은 주지의 사실이다. 또 광합성 세균체의 유효물질의

효과도 기대된다.

광합성 세균의 오염수를 정화할 수 있다는 것이 알려져 광합성 세균을 이용한 하수 설비가

실용화되어 국내외에 널리 이용되게 되었다.

본서에서는 그 방면에 대해서는 생략하지만 하수처리 후 부산물로 대량의 균체를 채취할 수

있으므로 그 균체의 유기비료로서의 효과에 대해서 이야기하도록 한다.

②과일의 착색 촉진

무기비료와 광합성 세균을 모델로 한 유기 비료 사용 효과를 비교하기 위해 감나무와

밀감을 시험 식물로 택하였다.

큰 화분(콘크리트제, 직경 약 67 ㎝의 원형, 깊이 약 55 ㎝)에 재배되고 있는 10 년생의

감나무(富有)와 6 년생의 보통 온주 밀감을 사용하였다.

富有 감의 과중과 성분

果數 果重 1 과

평균중

과색*

HCC 수분

당도

Brix 도 酸量

환원

당량

비환원

당량

전

당량

대 조 구

(무기비료)

처 리 구

(유기비료)

32

43

7.1

㎏

8.2

222

g

191

12

13

84.7

%

83.3

14.7

16.4

0%

**

0

10.82

%

12.56

2.34

%

2.57

13.16

%

15.13

*과색 12 : 오랜지 **新鮮重당

13 : Saturnred(朱橙色)

富有 감 껍질의 가로티노이드량(㎖/100g 신선중)

β-carotenes lycopene cryptoxanthin zeaxanthin 계

대 조 구

(무기비료)

처 리 구

(유리비료)

3.108

2.929

2.773

4.237

13.018

15.667

7.682

8.970

26.581

31.803

그림그림그림그림 13. 13. 13. 13. 광합성세균에광합성세균에광합성세균에광합성세균에 함유된함유된함유된함유된 카로티노이드계카로티노이드계카로티노이드계카로티노이드계 색소의색소의색소의색소의 구조구조구조구조 예예예예

감나무는 양토(壤土)에, 밀감은 사토에 재배하였다. 둘다 3 포트를 사용하고 조사 결과는

그 평균치를 나타낸다.

감나무 대조구에는 무기액비(질소 12%, 인산 5%, 칼리 7%)fmf 8 월 초 포트당 20 ㎖를

500 배로 희석하여 사용하고, 유기질 비료 처리구에는 8 월초에 광합성 세균체를 포트당

10g 시용하였다. 비료 성분이 고르지 못한 것과 같은 양이 되도록 무기 성분을 시용하여

보정하였다.

시험을 시작하기 전에는 우선 품질로서의 당 함량이 증가하기를 기대했는데 과연 결과는

광합성 세균체를 사용했던 곳이 무기비료 성분만 준 대조구에 비해 착색이 좋아 한눈에

색소 성분이 증가했다는 것을 알 수 있었다.(표 20). 그리고 그 카로틴계 색소를 추출,

14141414C C C C 표지광합성표지광합성표지광합성표지광합성 세균체를세균체를세균체를세균체를 유기유기유기유기 비료로서비료로서비료로서비료로서 감에감에감에감에 사용한사용한사용한사용한 경우의경우의경우의경우의

14141414CCCC 의의의의 과일과일과일과일 색소색소색소색소

중으로의중으로의중으로의중으로의 흡수흡수흡수흡수

측정항목측정항목측정항목측정항목 측정치측정치측정치측정치(cpm)(cpm)(cpm)(cpm) 흡수율흡수율흡수율흡수율

사용사용사용사용 14141414C C C C 총활성총활성총활성총활성

과일에과일에과일에과일에 흡수되는흡수되는흡수되는흡수되는 14141414CCCC 활성활성활성활성

과일과일과일과일 색소에색소에색소에색소에 흡수된흡수된흡수된흡수된 14141414CCCC 의의의의 활성활성활성활성

1.2x101.2x101.2x101.2x108888

3.0x103.0x103.0x103.0x104444

3.4x103.4x103.4x103.4x103333

[100][100][100][100]****

[0.025][0.025][0.025][0.025]****(100)(100)(100)(100)

********

(11.3) (11.3) (11.3) (11.3)********

*[*[*[*[ ] ] ] ]은은은은 사용사용사용사용 14141414CCCC 의의의의 과일에과일에과일에과일에 흡수된흡수된흡수된흡수된 비율을비율을비율을비율을 표시표시표시표시

**(**(**(**( ) ) ) )은은은은 과일과일과일과일 중에중에중에중에 흡수된흡수된흡수된흡수된 14141414CCCC 활성과활성과활성과활성과 생소로생소로생소로생소로 흡수된흡수된흡수된흡수된

14141414C C C C 활성의활성의활성의활성의 비율비율비율비율

: 감의감의감의감의 색소색소색소색소 함량은함량은함량은함량은 24 24 24 24 ㎎㎎㎎㎎/100g /100g /100g /100g 신선중이고신선중이고신선중이고신선중이고, , , , 과일의과일의과일의과일의 색소색소색소색소 함유량은함유량은함유량은함유량은 0.024% 0.024% 0.024% 0.024%이었다이었다이었다이었다....

분리하여 조사해 보니 그림 13 에 나타난 구조 외에 리코핀(광합성 세균의 일종인

로도슈도모나스 캡슐라타(Rhodopseudomonas capsulata)는 이 리코핀 함량이 매우 많다.

β-카로틴은 함유하고 있지 않다)이 매우 많았다.(표 21). EH 반대로 β-카로틴은 대조구

쪽이 많았다(표 21)

이 결과를 잘 살펴보면 우선 광합성 세균체 중에 카로틴계 색소가 토양 미생물에 의해

분해되어 수용성의 저분자량으로 변해서(CO2 까지 완전히 무기화되지 않은 물질) QN 리의

표피 조직을 통과할 수 있게 되면 도관으로 흡수되어 과일로 이행된다. 그것은 상황이

좋은 전구(前驅)물질인데 과일의 색소 성분이 되는 것이 아닌가 추측된다. 그래서 그것을

확인하기 위해 14

C-표지 광합성 세균체를 이용하여 실험을 하였다.

표 22 를 보면 이 사실을 분명히 확인할 수 있다. 균체 중의 14

C-표지 화합물이 토양

미생물의 작용에 의해 분해 되어 흡수되는 과정이 현재로서는 명확하게 밝혀지지는

않았지만 어쨌든 과일 전체는 물론 색소 성분도 된다는 것이 확실해졌다. 이 경우 광합성

세균체가 다른 토양 미생물에 의해 분해를 받아 발생한 14

CO2 의 동화 작용만으로라면

과일 중 색소 함유율은 0.024%이기 때문에 과일에 흡수된 14

C 활성(3.0x104rpm)의

0.024%의 활성이 색소로 나타났다고 해야 할 것이다. 따라서 11.3%나 나타난 것은 CO2

동화작용 이외에 직접 토양에서 흡수된 색소 전구체라고 생각되는 물질이 그 색소

합성에 관여했다고 추측하지 않을 수 없다.

이 결과는 고등식물의 뿌리는 무기 비료 성분 뿐만 아니라 특히 색소 성분의 전구

물질같은 유기 물질까지도 흡수할 수 있다는 것을 의미한다. 또 과일의 착색 촉진도

적당한 유기 비료 성분만으로 가능하다고 볼 수 있다. 그래서 다음과 같은 실험을

해보았다.

보통보통보통보통 온주밀감의온주밀감의온주밀감의온주밀감의 과중과과중과과중과과중과 성분성분성분성분

果數果數果數果數 果重果重果重果重 1111 과평과평과평과평

균증균증균증균증

과색과색과색과색****

HCCHCCHCCHCC

당도당도당도당도

BrixBrixBrixBrix 酸量酸量酸量酸量

감미감미감미감미

비율비율비율비율

********환원환원환원환원

당량당량당량당량

비환원비환원비환원비환원

당량당량당량당량********

********전전전전

당량당량당량당량

대조구대조구대조구대조구

((((무기비료무기비료무기비료무기비료)))) 44444444

4.24.24.24.2

㎏㎏㎏㎏

96969696

gggg 8888 10.210.210.210.2

1111.56.56.56.56

%%%% 6.56.56.56.5

3.223.223.223.22

%%%%

5.165.165.165.16

%%%%

8.388.388.388.38

%%%%

유유유유

기기기기

비비비비

료료료료

5,6,75,6,75,6,75,6,7 월월월월 처리구처리구처리구처리구

6,76,76,76,7 월월월월 처리구처리구처리구처리구

8888 월월월월 처리구처리구처리구처리구

9999 월월월월 처리구처리구처리구처리구

45454545

42424242

48484848

43434343

4.74.74.74.7

5.25.25.25.2

5.45.45.45.4

4.64.64.64.6

104104104104

123123123123

112112112112

106106106106

8888

8888

9999

9999

11.111.111.111.1

10.910.910.910.9

10.610.610.610.6

10.510.510.510.5

1.441.441.441.44

1.291.291.291.29

1.351.351.351.35

1.571.571.571.57

7.77.77.77.7

8.58.58.58.5

7.97.97.97.9

6.76.76.76.7

3.353.353.353.35

3.423.423.423.42

3.303.303.303.30

3.343.343.343.34

5.605.605.605.60

5.485.485.485.48

5.275.275.275.27

5.255.255.255.25

8.958.958.958.95

8.908.908.908.90

8.578.578.578.57

8.598.598.598.59

* * * *과색과색과색과색----8 : C8 : C8 : C8 : Cadmium orange(admium orange(admium orange(admium orange(담등황색담등황색담등황색담등황색)))) ** ** ** **新鮮重新鮮重新鮮重新鮮重당당당당 % % % %

----9 : Tangernine orange(9 : Tangernine orange(9 : Tangernine orange(9 : Tangernine orange(등황색등황색등황색등황색))))

보통보통보통보통 온주밀감온주밀감온주밀감온주밀감 과피의과피의과피의과피의 카로티노이드카로티노이드카로티노이드카로티노이드 함량함량함량함량

( ( ( (㎎㎎㎎㎎/100g /100g /100g /100g 신선중신선중신선중신선중))))

phytophytophytophyto----

fiuenesfiuenesfiuenesfiuenes

ββββ----

carotenescarotenescarotenescarotenes

δδδδ----

carotenescarotenescarotenescarotenes

crytocrytocrytocryto----

xanthinxanthinxanthinxanthin

violaviolaviolaviola----

xanthinxanthinxanthinxanthin 계계계계

대조구대조구대조구대조구

((((무기비료무기비료무기비료무기비료)))) 0.2550.2550.2550.255 0.0720.0720.0720.072 0.2750.2750.2750.275 1.1.1.1.073073073073 0.2640.2640.2640.264 1.9391.9391.9391.939

유유유유

기기기기

비비비비

료료료료

5,6,75,6,75,6,75,6,7 월월월월 처리구처리구처리구처리구

6,76,76,76,7 월월월월 처리구처리구처리구처리구

8888 월월월월 처리구처리구처리구처리구

9999 월월월월 처리구처리구처리구처리구

0.2480.2480.2480.248

0.2560.2560.2560.256

0.2740.2740.2740.274

0.2710.2710.2710.271

0.0810.0810.0810.081

0.0780.0780.0780.078

0.0830.0830.0830.083

0.0750.0750.0750.075

0.2680.2680.2680.268

0.2590.2590.2590.259

0.2840.2840.2840.284

0.2860.2860.2860.286

1.0681.0681.0681.068

1.0821.0821.0821.082

1.0941.0941.0941.094

1.0891.0891.0891.089

0.2480.2480.2480.248

0.2570.2570.2570.257

0.2830.2830.2830.283

0.2800.2800.2800.280

1.9131.9131.9131.913

1.9321.9321.9321.932

2.0182.0182.0182.018

2.0012.0012.0012.001

온주 밀감은 5 월에 개화하여 착과, 과일 비대기에 들어간다. 과일의 카로틴계 색소

함유량에 대한 광합성 세균체의 추비 시용 시기를 조사해 보니 과일이 아직 적은

7 월 RK 지는 시용해도 효과가 없고 8~9 월경에 시용하면 효과가 나타났다(표 23,24).

또 이런 실험은 토마토, 옥수수에서도 같은 결과를 나타냈다.

유기물은 이와 같이 과일이 품질 향상에 큰 영향을 줄 수 있다. 후술하는 완숙 퇴비

중에는 카로틴계 색소 함유 미생물종이 많다. 그러한 양질의 유기물을 시용하면 수량

뿐만 아니라 수확물의 색과 광택도 좋아지는 이유를 이상의 실험에서 잘 알 수 있었다.

③과일의③과일의③과일의③과일의 저장성저장성저장성저장성 향상향상향상향상

무기의 화학 비료만 시용한 대조구와 광합성 세균체를 유기 비료 모델로 사용하였던

경우의 온주 밀감의 과일 저장성을 조사하였다(12 월 10 일 채취, 이후 실온 저장). 그

결과는 그림 14 와 같이 무기화학 비료만 준 대조구는 약 2 개월 후까지 40%가 부패하고

나머지도 전부 3 월 10 일까지에서 사상균과 그외 다른 균의 침해를 받았다.

각 구 모두 과일(과일 수 20 개)이 건전한 기간을 나타냄

Ⅰ.7 월 시용, Ⅱ.8 월 시용, Ⅲ.9 월 시용, Ⅳ.7,8,9 월 시용,

그림그림그림그림 14. 14. 14. 14. 광합성광합성광합성광합성 세균체를세균체를세균체를세균체를 시용한시용한시용한시용한 경우의경우의경우의경우의 온주밀감온주밀감온주밀감온주밀감 부패방지부패방지부패방지부패방지 효과효과효과효과

한편, 광합성 세균체 시용구는 3 월 까지는 한 개도 부패하지 않았고 7 월에 1 회만

시용했던 구의 경우 20%가 3 월 중순에 푸른곰팡이에게 침범되기 시작했다. 특히

흥미있는 것은 7, 8, 9 월 3 회에 걸쳐 광합성 세균체를 시용한 것은 채취 후 약 6 개월,

즉 다음 해 5 월까지 한 개도 부패하지 않았다는 점이다. 물론 실온에 방치하였기 때문에

과일의 수분이 증발하고 껍질은 서서히 건조하여 딱딱한 다갈색으로 변하고 그 속의

과즙이 농축되어 모양이 작아졌지만 전혀 부패하지 않았다.

광합성 세균체를 시용했을 경우 그 균체를 먹이로 하여 번식하는 여러 가지 토양

미생물의 활동에 의한 좋은 영향과 지금까지 이야기한 아미노산, 저분자량 핵산류,

카로틴계 색소 등의 흡수에 의한 효과 때문에 부패 방지 효과가 증대된다고 할 수 있다.

양질의 유기질 비료를 잘 사용하면 특별한 처리를 하지 않고도 공급 기간 동안 거의

부패되지 않는 온주 밀감을 재배할 수 있다는 것을 이 사실은 의미라고 있다고 할 수

있을 것이다.

④영양가 향상

전술한 유기질 비료 모델로 광합성 세균체를 시용하고 그것이 토마토 과일의 비티만

함유량에 어떤 영향을 주는지 토경과 사경 재배 실험으로 검토하였다.

무기질 비료를 시용하면 광합성 세균체를 첨가한 처리구에 비해 경엽(莖葉)이 번무하게

되지만, 뿌리 생장은 반대로 표 25 와 같이 ｢경엽/근｣의 비가 광합성 세균체 첨가 처리구

쪽이 낮았다. 이 경향은 사경 및 토경에서도 같았다.

이 점에 대해서는 무기 비료 성분은 경엽을 번무 시킨다는 생각과 또 하나, 무기

비료구에서는 뿌리를 신장시키지 않아도 충분한 비료 성분이 뿌리의 아주 가까이에

존재하기 때문에 뿌리가 토양 깊이 신장한 필요가 없다는 것을 식물체 자체가

감지한다는 환경 적응설 등이 있다.

그러나 양질의 유기물을 시용하여 유효한 미생물이 근권에 균형있게 생존할 경우에는

뿌리의 신장과 경엽의 번무 모두가 대조구(무기 비료구)를 훨씬 능가하였고

또｢경엽/근｣의 비가 낮아지는 경향을 보였다, 따라서 양질의 유기물은 식물체 전체적으로

뿌리와 경엽의 균형을 이루어 식물의 형태를 줄기는 굵고 잎은 두껍게 하는 효과가

있다고 생각되었다.

광합성광합성광합성광합성 세균체세균체세균체세균체 시용이시용이시용이시용이 토마토토마토토마토토마토 생육에생육에생육에생육에 미치는미치는미치는미치는 영향영향영향영향

전경엽중전경엽중전경엽중전경엽중

((((건물중건물중건물중건물중 g)g)g)g)

rms rms rms rms 중중중중

((((건물중건물중건물중건물중 g)g)g)g) 경엽경엽경엽경엽////근근근근

사경사경사경사경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

57.757.757.757.7

51.351.351.351.3

15.015.015.015.0

20.520.520.520.5

3.853.853.853.85

2.502.502.502.50

토경토경토경토경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

55558.28.28.28.2

55.155.155.155.1

22.122.122.122.1

30.330.330.330.3

2.632.632.632.63

1.821.821.821.82

< < < 26> 26> 26>광합성광합성광합성광합성 세균체세균체세균체세균체 시용이시용이시용이시용이 토마토토마토토마토토마토 과일과일과일과일 수량에수량에수량에수량에 미치는미치는미치는미치는 영향영향영향영향

전체전체전체전체

과일수과일수과일수과일수

전체과일중전체과일중전체과일중전체과일중

((((신선중신선중신선중신선중 g)g)g)g)

평균과일중평균과일중평균과일중평균과일중

((((신선중신선중신선중신선중 g)g)g)g)

사경사경사경사경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

14141414

16161616

729(100)729(100)729(100)729(100)

805(110)805(110)805(110)805(110)

52.052.052.052.0

50.350.350.350.3

토경토경토경토경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

16161616

22222222

1,049(100)1,049(100)1,049(100)1,049(100)

1,408(100)1,408(100)1,408(100)1,408(100)

65.565.565.565.5

64.064.064.064.0

토마토에 대한 실험에서는 과일 수량은 표 26 에 나타난 바와 같이 광합성 세균체 첨가

처리구 쪽이 무기 비료만 대조구에 비해 전체 과일 수, 전체 과일 중 모두 10~34%

증가하였다. 단 1 과 평균 무게는 광합성 세균체 첨가 처리구 쪽이 적었는데 이것은 포트

재배하는 한정된 좁은 환경에도 불구하고 과일 수가 너무 많았기 때문일 것이다.

광합성광합성광합성광합성 세균체를세균체를세균체를세균체를 시용한시용한시용한시용한 경우의경우의경우의경우의 토마토토마토토마토토마토 과일과일과일과일 중의중의중의중의 비타민비타민비타민비타민 B B B B1111 및및및및 C C C C 의의의의 함유량함유량함유량함유량

비타민비타민비타민비타민 B B B B1111

(㎎ %)

비타민비타민비타민비타민 C C C C

(㎎ %)

사경사경사경사경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

0.09(100)0.09(100)0.09(100)0.09(100)

0.12(133)0.12(133)0.12(133)0.12(133)

25.6(100)25.6(100)25.6(100)25.6(100)

28.6(111)28.6(111)28.6(111)28.6(111)

토경토경토경토경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

0.16(100)0.16(100)0.16(100)0.16(100)

0.18(100)0.18(100)0.18(100)0.18(100)

30.2(100)30.2(100)30.2(100)30.2(100)

32.6(108)32.6(108)32.6(108)32.6(108)

다음에 과일의 내용 성분을 조사하였다. 토마토 과일은 식물체의 착과 위치에 따라, 또

한 개의 과일에서도 그 부위에 따라 비타민 B1,C 함유량이 달랐다. 그래서 식물체 전체에

미치는 영향을 보기 위하여 수확 과일 전체를 잘게 부순 뒤 균일하게 잘 혼합하여

정량하였다. 그 결과를 표 27 에 나타냈다. 비타민 B1 및 C 의 함유량도 광합성 세균체

첨가 쪽이 무기 비료만 사용한 대조구에 비하여 8~33% 증가하였다.

유기질 비료를 시용하면 착과 수와 수량이 증가하고 품질상 중요한 당도와 색깔도

좋아진다고 했는데 특히 유기질 비료의 시용에 의해 비타민 B1 및 C 의 함유량이 증가된

것은 매우 의미심장 한 것이다.

무기무기무기무기 비료비료비료비료 및및및및 광합성광합성광합성광합성 세균체를세균체를세균체를세균체를 처리한처리한처리한처리한 토마토토마토토마토토마토 재배재배재배재배

3 3 3 3 개월개월개월개월 후의후의후의후의 미생물미생물미생물미생물 수의수의수의수의 비교비교비교비교

세균세균세균세균

((((계측수계측수계측수계측수/g)/g)/g)/g)

방선균방선균방선균방선균

((((계측수계측수계측수계측수/g)/g)/g)/g)

사상균사상균사상균사상균

((((계측수계측수계측수계측수/g)/g)/g)/g)

빙산균빙산균빙산균빙산균

////사상균사상균사상균사상균

사경사경사경사경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

3.8x103.8x103.8x103.8x105555

9.0x109.0x109.0x109.0x105555

1.0x101.0x101.0x101.0x105555

1.2x101.2x101.2x101.2x105555

18.0x1018.0x1018.0x1018.0x104444

4.0x104.0x104.0x104.0x104444

0.560.560.560.56

3.03.03.03.0

토경토경토경토경 대조구대조구대조구대조구

처리구처리구처리구처리구

8.5x108.5x108.5x108.5x106666

16.3x1016.3x1016.3x1016.3x106666

5.2x105.2x105.2x105.2x105555

15.0x1015.0x1015.0x1015.0x105555

5.0x105.0x105.0x105.0x105555

15.0x1015.0x1015.0x1015.0x105555

1.01.01.01.0

1.51.51.51.5

A)연작장해 토양 중에서 잘 검출되는 식물병원성 사상균 푸자리움+옥시스포룸의

광학현미경 사진(x800)

B) 푸자리움의 균사에 모여들어, 용균시키고 있는 방선균(x800)

그림그림그림그림 15. 15. 15. 15. 푸자리움을푸자리움을푸자리움을푸자리움을 용균하는용균하는용균하는용균하는 방선균방선균방선균방선균

⑤미생물상에⑤미생물상에⑤미생물상에⑤미생물상에 미치는미치는미치는미치는 영향영향영향영향

여기에서 특히 흥미있는 것은 표 28 과 같이 광합성 세균체를 첨가하면 사경 및 토경

재배 모두 ｢방선균/사상균｣의 비가 증가 한다는 것이다. 이것은 방선균이 광합성

세균체를 먹이로 하여 번식하고 그 결과 사상균의 생육이 억제되기 때문이다.

이런 현상은 병원성 사상균의 억제하는 측면에서 크게 흥미있는 일이다. 방선균은 그림

15 와 같이 각종 토양병의 원인인 푸자리움을 용균하는 등의 역할이 있기 때문이다.

더욱이 표 27 과 같이 토경에서는 비타민 B1 및 C 함유량이 사경에 비해서 상당히

높다는 것도 주목할 만하고 또 미생물 수가 사경에 비해 십여배 높다는 것을 볼 때(표

28 참조) 토양 미생물 수와 과일 중의 비타민 함량, 색, 광택, 맛, 당도의 증가는

상관관계가 높다고 생각할 수 있다.

(4)(4)(4)(4)광합성광합성광합성광합성 세균을세균을세균을세균을 살리는살리는살리는살리는 토양토양토양토양 관리관리관리관리

①논 토양

광합성 세균은 담수 상태의 유기물이 많은 곳에서 많이 생존하고 있다, 논 토양과 연뿌리

재배 토양에는 특히 많다. 또 더러운 진흙 밑에서 계절의 변동기 특히 봄, 가을에는 대량

증식하고 축적 유기물과 황화수소가 소모됨에 따라 서서히 감소하는 생태적 변동을

반복하고 있다.

논 토양과 연뿌리 재배 토양의 담수 조건에서 광합성 세균은 황화수소 등의 유해 물질을

제거하고 있다. 이 경우 광합성 세균의 증식이 약하면 광합성 세균의 대량 증식까지

2~3 주간의 시차가 생기고 그 사이에 유해 물질에 의해 뿌리는 호흡 저해, 영양 대사

저해로 장해를 받는다.

그래서 뿌리의 환경을 지키기 위해 광합성 세균 증식이 늦지 않도록 토양을 관리해야

한다,

앞서 말한 바와 같이 광합성 세균은 증식하는데 저급 지방산이 필요하기 때문에 완숙

퇴비 등의 유기물을 10 아르당 1 톤 이상 투여하면 광합성 세균은 잘 증식하게 된다. 즉

모내기 전에 완숙 퇴비를 투여하고 경운기로 경운하여 그 유기물을 토양에 섞어주면

광합성 세균은 벼의 유수 형성기 전후에 크게 증식한다.

가장 쉬운 방법은 황화수소 등 유해 물질이 발생하기 시작할 때에 따로 배양해 둔

광합성 세균을 대량 투여하는 것인데 이것으로 근권의 환경은 정화되고 뿌리는 건전하게

생육할 수 있다.

벼 재배에서는 중간 낙수를 실시한다. 뿌리의 산화력이 저하되는 시기에 물을 빼서

토양에 산소를 공급하고 유해 성분을 제거하는 것이 일반적이지만 광합성 세균이 잘

증식하는 조건이면 심한 중간 낙수는 필요 없게 된다.

완숙 퇴비 없이 생짚을 시용할 경우는 광합성 세균의 증식이 늦어지는 경향이 있고

생짚이 부숙 할 때 나오는 유해 물질에 벼 뿌리가 다칠 가능성이 높다.

②밭 토양

밭 토양에는 광합성 세균이 거의 없다고 생각되지만 지금까지의 광합성 세균의 활동으로

볼 때 밭 토양의 토양 관리에 대해서도 시사하는 바가 크다.

밭 토양에도 조건이 갖춰지면 광합성 세균이 증식한다. 예를 들면 하우스 등에서 담수

제염은 연작 장해 대책으로 나름대로 효과가 있다. 이 경우 유기물이 풍부한 토양이면

담수 기간 중에 광합성 세균이 증식한다. 이 광합성 세균은 그 후 토양이 밭 상태로

바뀌면 방선균의 먹이가 되어 방선균이 증식한 결과 토양 미생물 활동을 활발하게

한다는 의미에서도 매우 합리적인 농법이라고 할 수 있을 것이다.

특히 광합성 세균이 많은 토양을 밭에 시용하는 방법도 생각할 수 있다. 저수지와 작은

내 등의 바닥에 모인 흙은 광합성 세균의 보고(寶庫)이고 중금속 등의 우려만 없다면

아주 좋은 개량 자재라고 할 수 있다. 이것을 퇴비 재료로 이용하면 방선균 등 유익균이

많은 퇴비를 만들 수 있다.

유익균이 많은 퇴비 만들기에 대해서는 뒷장에서 다시 한번 이야기하기로 한다.