식물은 뿌리에서 어떻게 필요한 영양소만 골라서 흡수하나요?

Question

토양 속에는 다양한 물질이 섞여 있는데, 식물 뿌리가 질소나 인 같은 필요한 영양소만 선택적으로 흡수한다고 들었어요. 뿌리세포가 어떤 원리로 이런 선택적 흡수를 하는지 궁금합니다.

Answer 1

식물의 뿌리는 물리적 장벽과 세포 단위의 화학적 수송체를 이용해 필요한 영양소만을 흡수하는 것입니다.

질소나 인, 칼륨 등 식물이 필요로 하는 영양소는 전하를 띤 이온 상태로 토양에 존재하는데, 이온은 지질 세포막을 그냥 통과할 수 없어 전용 단백질을 통해서만 이동이 가능합니다.

그래서 식물은 칼륨과 인산 등 영양소마다 모양과 전하가 맞춤 설계된 전용 수송 단백질로 선택해 이동시키는 것입니다.

우선 뿌리 세포는 ATP 에너지를 써서 수소 이온을 세포 밖으로 밀어내고, 세포 내부가 음전하가 되면서 칼륨 같은 양이온이 세포 안으로 끌려들어 옵니다.

이 때 질산 같은 음이온은 밖으로 나갔던 수소 이온이 다시 들어오는 힘을 타고 함께 들어오는 것이죠.

또 세포 사이 틈으로 무작위로 유입된 토양수는 방수 장벽인 카스파리안 선에 막힙니다.

즉, 모든 물과 물질은 반드시 내피세포 내부를 통과하게 되는데, 내피 세포막에서 한 번 더 필요한 영양소만 가려내 물관으로 보내는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

식물뿌리는 아무물질이나 흡수하는 것이 아니라 뿌리세포의 세포막에 있는 운반 단백질을 이용해 필요한 이온만 선택적으로 받아들입니다 .질소, 인 칼륨 같은 무기양분은 특정 통로와 수송체를 통해 흡수되며, 부족한 영양소가 있으면 식물은 관련 수송체의 활동을 증가시켜 흡수 효율을 높입니다 .또한 뿌리털과 미생물의 도움으로 필요한 양분을 더 잘 확보합니다.

Answer 3

식물 뿌리는 표피세포 막에 위치한 수송 단백질의 정밀한 구조적 결합과 카스파리선이라는 생체 장벽을 이용해 필요한 이온만 세포 내부로 전달하는 능동 수송 방식으로 영양소를 선택 흡수합니다. 뿌리 세포막에 존재하는 이온 채널과 운반체 단백질은 마치 열쇠와 열쇠구멍처럼 특정 영양소 이온만을 식별하여 결합하도록 설계되어 있으며, 세포 안쪽과 바깥쪽의 전기 화학적 농도 차이를 형성하는 수소 이온 펌프 작용을 통해 에너지를 소모하면서 유용한 물질을 세포 안으로 끌어당깁니다. 비선택적으로 세포 사이를 통해 들어온 토양 수분과 유해 물질은 내피세포에 위치한 왁스 재질의 카스파리선이라는 방수막에 막혀 더 이상 진입하지 못하므로, 모든 물질은 반드시 세포막의 수송 단백질이라는 검문소를 거쳐야만 관다발계로 들어갈 수 있어 식물에 필요한 무기염류만 효율적으로 선별 흡수됩니다.