철(Fe)-Ⅰ

 

(철은 전자(電子)의 수송을 매개하는 수송체를 구성하는 원소로 광합성과 호흡대사작용을 원활하게 한다.)

철은 지각 총중량의 약 5% 정도 존재하고 토양중의 가용성 철 함량은 전체 철 함량에 비해 매우 적은 편이며 그 형태는 Fe²⁺, Fe³⁺, Fe(OH)2⁺, Fe(OH)²⁺등이다. 미량원소 가운데 식물이 가장 많이 이용하는 원소로서 용해도가 높은 Fe²⁺ 이온 형태로 주로 흡수된다. 용해가 어려운 Fe³⁺ 산화물을 흡수하는 능력은 식물의 종류와 품종에 따라 차이가 있으며 벼과 식물은 철 용해력이 강한 mugine산 avenin산을 분비하여 흡수 후 Fe²⁺로 환원하여 이용하는 것으로 보이며 벼과 이외 작물들은 뿌리 세포질에서 생산된 H⁺, 유기산, 페놀산류들을 이용해 Fe³⁺ 화합물을 용해시키거나 환원시켜 흡수를 가능하게 하는 것으로 보고 있다.(그림1) 즉 근권부 pH가 낮은 산성조건일 경우 철의 흡수가 잘 이루어진다고 보면 무난하다.

 

 

 

 

철의 기능

철의 중요한 생리작용은 체내에서 일어나는 각종 산화환원반응계에서 전자(電子)의 수송을 매개하는 수송체를 구성하는 원소가 되며 기본구조에 따라 철을 함유한 복합체중 Heme과 non-heme 구조물로 구분된다. 전자에는 peroxidase, catalase, cytochrome류, leghemoglobin(콩과식물)등이 있고 후자에는 ferredoxin, nitrate reductase(질산 환원효소), nitrogenase, succinate dehydrogenase 등이 있으며 이러한 철 복합체가 엽록소 생성, 엽록체 발달 및 grana(그라나) 형성을 도와 광합성 작용과 호흡대사작용이 잘 이루어지게 한다.

 

철 결핍 증상 및 발생원인

철이 결핍되면 엽록소 형성이 불량해지며 상위 잎, 어린잎부터 먼저 결핍증상이 나타난다. 증상은 보통 식물의 엽맥과 엽맥사이에 황백화 증상이 나타나며 어린잎은 완전히 백화된다. 곡류(외떡잎 식물)에서는 잎의 상하로 잎맥을 따라 노란 줄과 녹색 줄이 번갈아 그어져 있다. 특히 철이 부족하면 엽록체의 그라나 수와 크기가 현저히 감소되어 광합성 작용을 방해한다.

철 결핍증의 발생요인은

첫째, 토양(배지)의 높은 pH(알카리화)에 의한 가용성 철 함량의 저하로 인한 흡수 장해이다. 특히 영양생장기 성장을 위해 질산태질소(NO3⁻) 등을 많이 흡수하면서 근권부 pH가 높아지는데 이로 인해 철과 같은 미량원소의 흡수력이 현저히 낮아지기 때문이다. 특히 흙을 이용하여 조제한 상토가 아닌 미량원소가 부족한 상토(펄라이트+코코피트 등)를 이용하여 고추, 토마토, 가지, 딸기 등을 장기간 육묘할 때 철 결핍증상이 자주 관찰된다. (그림2) 그러므로 상토조제시 산성재료인 피트모스와 미네랄이 들어있는 흙을 첨가하면 효과적이다.

또한 시설재배(온실)토양에 석회를 다량 시비하여 토양 pH가 일시적으로 높아져 정식 후 미량원소(특히 철) 결핍증상을 나타내는 경우도 종종 보게 되는데 이는 노지재배시 관행으로 석회를 시비하던 습관에서 발생한 경우이므로 시비전 토양의 산도를 측정하는 습관을 갖도록 한다. (그림3)

둘째, 양이온(+)인 철이 과잉으로 분포된 양이온과의 길항 작용에 의해 결핍될 수 있다. 금속성 양이온(Al³⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺) 뿐만 아니라 다량원소의 양이온(K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺)과도 역시 경쟁관계이다. (그림3)

셋째, 토양내 인산염이 많으면 인산과 결합하여 불용화되고, 식물체내 P/Fe의 비율이 높으면 인산이 철을 비활성화 시켜 결핍증을 나타낸다.

넷째, 철 결핍은 작물이 석회질 토양과 칼슘이 과잉 공급된 곳에서 자랄 때 자주 나타나는데 이러한 현상을 "석회유발성 황백화 현상(lime induced chlorosis)" 이라 한다. 이처럼 칼슘이 과잉 공급되면 이로 인해 식물은 체내에 Ca²⁺이 많이 흡수되고 결국 생리적으로 역효과를 나타내어 철 결핍증이 나타나게 된다. 이러한 증상은 식물이 석회를 좋아하는 식물인가 아닌가에 따라 품목간 또는 품종간에도 정도의 차이를 나타낸다. (그림3)

다섯째, 철 결핍 증상은 공급수(지하수)에 중탄산(HCO3⁻) 함량이 많아 pH가 높을 경우 철 결핍증상이 자주 나타난다. 이러한 물은 산성수를 만들어 사용한다. (그림2)

여섯째, 토양 중 통기성이 양호하여 산소가 많을 때에는 Fe²⁺이 Fe³⁺로 산화되어 철 흡수율이 낮아지거나 토양수분의 과다한 경우, 극단적인 고온, 높은 수준의 질소, 강한 빛의 강도 등이 철의 흡수를 방해하기도 한다.

그림2. 포트에서 장기간 재배 시 나타난 철 결핍증상

(중탄산 함량이 많은 물로 장기간 육묘 시 나타난 철 결핍증상 - 신초 황변)

 

 

그림3. 수용성 칼슘을 다량 공급하여 발생한 철 결핍증상 - 신초황변.