알레로파시(타감작용)

 알레로파시
식물이 자신의 먹이와 영영을 위해서
해로운 화학물질을 분비하여 경쟁자를 억제한다.
=== 식물이 해로운 화학물질을 분비하여 다른 실물의 활동을 억제하는 현장, 알레로파시
밭에 심은 채소들이 띄엄띄엄 나 있으면 바랭이나 비름 따위의 잡초가 쳐들어오지만, 재게 난 열무나 들깨 밭에는 엄두도 못 낸다. 그리고 촘촘하게 심어놓은 열무를 마냥 그대로 두면 튼실한 놈이 부실한 것들을 서슴없이 짓눌러버리고 몇 놈만 득세하여 성세를 누린다. 먹이와 공간을 더 차지하려고 약육강식, 생존경쟁이 불길 같다. 동물들도 하나같이 넓은 공간을 차지하여 많은 먹이를 얻어서, 여러 짝과 짝짓기를 하여 많은 자손과 더 좋은 씨받기를 꾀하고자 그렇게 죽기 살기로 으르렁댄다. 풀이나 나무라고 동물과 다를 바 없다.
이렇게 식물들이 뿌리나 잎줄기에서 나름대로 해로운 화학물질을 분비하여, 이웃하는 다른 식물(같은 종이나 다른 종 모두)의 생장이나 발생(발아), 번식을 억제하는 생물현상을 ‘알레로파시’라 하며, 우리말로는 ‘타감작용’이라 한다. 그리스어로 ‘allo'는 서로/상호(mutual)', 'pathy'는 ’해로운(harm)'을 의미한다. 이같은 보통 고등식물 말고도 조류,세균,곰팡이들이 내놓는 화학물질을 타감물질이라 하며, 그것의 본바탕은 에틸렌,알칼로이드,불포화락톤,페놀 및 그 유도체인 것으로 알려졌다. 식물들이 타감물질과 관계없이 단순히 양분이나 물,햇빛을 놓고 달툴 땐 타감현상이라 하지 않고 ‘자원경쟁’정도로 구분하여 설명한다. 푸른 곰팡이들이 분비하는 화학물질인 페니실린이 다른 세균들을 죽이는 것도 타감작용의 한 예이다.
=== 푸른 곰팡이로부터 잔디밭의 클로버까지, 타감물질을 분비하지 않는 식물은 없다.
구체적으로 알려진 몇 가지 알레로파시를 보자. 소나무 뿌리가 갈로탄닌이라는 타감물질을 분비하여 거목 아래에 제 새끼 애솔은 물론이고 다른 식물이 거의 못산다. 미국 캘리포니아에 나는 관목(떨기나무)의 일종인 살비아는 휘발성 터펜스를 , 북미의 검은 호두나무는 주글론을, 유칼립투스는 유카립톨을 식물체나 낙엽, 뿌리에서 뿜어내어 토양 미생물이나 다른 식물의 성장을 억제한다는 것이 알려졌다. 한 마디로 식물치고 타감물질을 분비하지 않는 것이 없다고 보면 도니다. 잔디밭 한구석의 토끼풀이 잔디와 끈질기게 싸우면서 삶터를 넓혀가는 것도 클로버가 분비한 타감물질은 화약 탓이다.
그리고 흔히 많이들 키우는 ‘허브(푸른 풀이란 뜻)’나 제라늄 같은 풀을 그냥 가만히 두면 아무런 냄새가 나지 않지만 센 바람이 불거나 슬쩍 건드리기만 해도 별안간 역한 냄새를 풍긴다. 잽싸게 침입자를 쫓을 요령이다.
사람들은 그 냄새가 좋다고 하지만 실은 스컹크가 내뿜는 악취 나는 화학물질과 다르지 않다. 감자 싹에 들어있는 솔라닌의 독성이나 마늘의 항균성 물질인 알리신도 말할 것 없이 모두 제 몸을 보호하는 물질이다. 어느 실물치고 자기방어 물질을 내지 않는 것이 없다.

=== 식물도 동물처럼 병원균에 대한 방어 과정을 가지고 있다
또 병원균에 대한 식물의 방어 과정도 사람과 별로 다르지 않다. 병원균이 식물의 세포벽에 납작 달라붙어 유전물질이나 효소를 쑤셔 끼워 넣는 날이면 ‘빛의 속도’로 체관을 통해 비상 신호물질을 온 세포에 흘려 보낸다. 상처부위는 단백질 분해효소 억제물질을 유도하여 세포벽 단백질의 용해를 막으면서 갑자기 세포벽에 딱딱한 리그닌 물질을 층층이 쌓고 파이토알렉신과 같은 항생물질까지 생성한다. 제깐놈의 식물이 뭘 안다고? 믿거나 말거나 식물은 이 지구에 우리보다 훨씬 먼저 온 어엿한 맏형임을 잊지 마라.
식물은 화학물질로 말을 한다. 알다시피 나방이 애벌레인 송충이는 솔잎을, 배추 흰나비 유충인 배추벌레는 배춧잎을 갉아먹으며 빌붙어 산다. 그런데 벌레들이 달려드는 날에는 발칵 뒤집히고 난리가 난다. 나무와 풀은 얼간이처럼 손 놓고 뜯기고만 있지 않다는 것. 서둘러 소나무나 배추의 상처 부이에서 테르펜이나 세키테르펜 같은 휘발성 하학물질을 훅훅 풍긴다. 그러면 흑흑 이게 무슨 향긴가 하고 말절들이 신호물질의 냄새를 맡고 쏜살같이 달려온다. 그 뿐만 아니라 말벌은 유충의 침과 똥에서 나는 카이로본이라는 향내를 맡고 유충을 낚아채기도 한다. 이렇게 자기를 죽이려 드는 천적을 어서 잡아가 달라고 말벌에게 ‘문자’를 보내는 그것들이 신기하지 않는가. 식물계는 정녕 신비 덩어리다.
이야기는 들을수록 접입가경이다. 남미에 자생하는 콩과 식물 일종에는 노상 진딧물이 와서 산다. 그런데 느닷없이 메뚜기 때가 달려들어 부아를 돋우면 개미에게 ‘어서 와’하고 연거푸 메시지를 휙휙 날린다.
개미는 진딧물의 분비물을 먹기 때문에 그 메시지를 보고 식물 쪽으로 달려온다. 억센 개미들이 들끓으면 메뚜기가 도망간다는 것을 콩 식물은 알고 있다! 그 뿐만 아니라 천적이 달려들면 이내 이파리의 맛을 떨어뜨리거나 움츠려 시들어버리는 내숭을 떠는 놈 등등, 그들도 살아남기 위해서 별의별 수단을 다 부린다. 만만찮은 창조물이다!
=== 향신료로 사용하는 고추나 후추의 성분은 원래 해충을 막기 위한 성분이었다
그렇다면 매운 맛을 내는 고추의 캡사이신이나 후추의 피페린 같은 향료란 무엇인가? 원래는 식물들이 이런 대사부산물을 세포의 액포에 묵혀두어서, 다른 해충이나 병균의 침공을 막자고 하는 것이다. 그런데 사람들은 여러 양념을 음식에 섞어서 양분을 얻을뿐더러 음식의 부패를 예방하는 방부제로 쓴다. 그래서 동남아,대만이나 중국의 더운 아랫 지방일수록 요리에 여러 씨앗가루나 풀을 넣기 일쑤라 처음 먹어보는 사람은 체머리를 흔든다. 우리나라만 해도 남쪽 지방 음식은 엎친 데 덮친 격으로 짜고(소금도 일종의 양념으로 세균을 죽인다) 매운데다 냄새 나는 방아풀의 잎이나 산초나무, 초피나무 열매가루를 물김치나 겉절이, 순대에 막 넣는다.
---- 네이버 퀘스트 중에서
---- 글 ; 권오길 (강원대 생물학과 명예교수)

□ 알레로파시(Allelopathy)란?
 ○ 한 식물종의 생장과정 중 생체대사 화학물질(allelochemicals) 방출에 의해 다른 종(잡초)의 발아나 생육을 억제시키는 식물체 상호간의 상호억제작용을 말함

□ 알레로파시와 잡초방제
  ○ 경작지의 알레로파시 현상은 BC 300년경 콩(완두)밭에서 주변잡초(남가새-Tribulus terrestris)발생억제현상에 관한 최초보고가 있음
  ○ 그 외 보리, 호밀, 귀리, 헤어리베치, 포도나무, 토끼풀, 엉겅퀴 등 농업생태계에서 알레로파시 현상에 관한 많은 보고가 있음
  ○ 주변 잡초발생을 억제시키는 알레로케미칼(allelochemicals)은 식물생장과정에서 조직(잎, 줄기, 꽃, 과실, 뿌리, 근경과 종자 및 화분 등)에 주로 함유되어 있음

□ 알레로케미칼의 잡초방제 기작
  ○ 알레로케미칼은 독성가스(toxic gases), 유기산(organic acids) 및 알데히드(aldehydes), 방향성산(aromatic acids), 불포화락톤(unsaturated lactones), 코우마린(coumarins), 퀴논(quinones), 플라보노이드(flavonoids), 탄닌(tannins), 알칼로이드(alkaloids), 터페노이드(terpenoids), 스테로이드(steroids) 등으로서 주로 2차 대사물질임
  ○ 알레로케미칼의 생태계 방출경로는
    1) 잎이나 다른 조직이 토양위에 떨어져 자연분해과정 중 방출
    2) 가스형태의 대기 중 방출
    3) 뿌리를 통한 분비
    4) 지상부위 알레로케미칼의 토양 중 용탈(leaching) 등임

  ○ 알레로케미칼의 잡초방제 기작(mechanism)은 주변잡초조직에 흡수되어
    1) 생장발육조직의 세포분열 및 신장억제 
    2) 생체호르몬과의 상호작용으로 인한 교란
    3) 양분흡수 저해
    4) 광합성 및 관련경로 저해
    5) 호흡작용 저해
    6) 단백질합성 저해 등임

□ 알레로파시의 잡초방제 이용성
    1) 멀칭(mulching)
    2) 윤작(rotation)
    3) 간작(intercropping)
    4) 알레로파시 특성 작물유전자원(allelopathic type
       germplasm) 선발․육성
    5) 알레로케미칼의 생합성(biosynthesis) 촉진
    6) 천연제초제(natural herbicide) 개발

□ 알레로파시의 농업적 이용
1. 멀칭(mulching)
1) 호밀
 ○ 호밀 토양 피복 시 잡초방제능력 : 30～75일까지 억제

              <호밀에 의한 allelopathy 효과(우)>
- 대조구(좌)는 많은 잡초발생량이 관찰되나 호밀 시험구는 상당히 적은 양의 잡초발생이 관찰됨

<알레로파시에 의한 종자 발아 억제현상>
 -발아 중 Necrosis 형성
2) 헤어리베치(hairy vetch)
○ 최근 일본에서는 헤어리베치 멀칭재배를 이용 농림성 주관으로 시, 군 시범사업(6개소)을 통하여 친환경 농업에 효과적으로 적용하고 있음
○ 녹비작물로 알려진 헤어리베치를 이용하여 벼농사에 이용한 결과 양분, 살초, 살충효과에 대한 보고를 하여 알렐로파시 녹비작물로서 그 이용가치가 매우 높게 평가되었으며 농가에서도 지난 10년간 지속적인 이용사례도 있는 것으로 알려짐
○ 하지만 친환경 벼농사에 적용할 수 있는 알렐로파시 녹비작물일지라도 이용방법이 현실적으로 실용적이어야 함
 ○ 기존의 녹비작물로 잘 알려지고 있는 자운영(Astragalus sinicus L, chines milk vetch), 헤어리베치 등도 최근 우리나라에서 친환경 쌀 생산 기술로서 녹비작물로 일부 농가에서 적용하고 있지만 작업과정이 번거롭고 힘들어 확대보급이 되지 않고 있는 실정임
○ 따라서 양분, 살초, 살충성분(cyanamide)이 있어 비료, 제초제, 살충제를 대체할 수 있다는 알렐로파시 녹비작물을 이용하는 신기술개발에도 생산비를 절감할 수 있는 현대적 친환경 농업기술 연구가 필요한 실정임
○ 기존의 녹비작물 활용은 주로 경운시 토양에 혼화(soil incorporation) 처리하는 방법을 주로 사용하였지만 이렇게 할 경우 다음과 같은 문제점이 제기되어 기피대상이 되고 있음
첫째는 작업이 번거로움. 즉 가을에 파종한 녹비작물을 이앙 전 적당한 길이로 절단하여 논에 깔거나 녹비작물이 세워져 있는 상태에서 논갈이 및 써레질 작업을 함으로써 작업이 불편하고 힘든 편임
둘째는 이앙작업 시 결주율이 높음. 토양 속에 녹비작물 유기체가 섞여있어 써레질 후 이앙 작업시 이앙한 모가 제대로 심어지지 않아 결주율 발생이 높음

○ 따라서 비료, 제초제, 살충제 효과가 있다는 알렐로파시 녹비작물의 활용은 이와 같은 기존의 녹비작물 활용방법과 다른방법이 효율적임
○ 일본의 헤어리베치 멀칭시범사업 사례

(1) 벼농사(이앙 후 전면 멀칭)
 - 지역명: Man'nou시, 농장주:Tsune-kane, 면적: 800m2
(2) 벼농사(이앙 후 전면 멀칭)
 - 지역명: Marugame시, 농장주: Hirata, 면적: 1,000m2
(3) 벼농사(이앙 후 전면 멀칭)
 - 지역명: Zentsuji시, 농장주: Kawada, 면적: 900m2
(4) 잔디재배
 - 지역명: Tyu-nan시, 농장주: Morichika, 면적: 600m2
(5) 과수원(감)
- 지역명: Kounan시, 농장주: Oka, 면적: 50,000m2
(6) 과수원(배)-10년
- 지역명: Toyohama시, 농장주: Oohiro, 면적: 80,000m2
    <헤어리베치 멀칭방법에 의한 논잡초방제체계>

      
2. 윤작(rotation)
○ 한 농작물을 계속하여 재배할 경우 지력이 떨어지는데 이는 그 농작물이 토양으로 생장 억제물질을 내놓기 때문임
   예) 밀, 귀리, cowpea 등

3. 간작(intercropping)
○ 일본에서는 헤어리베치의 알레로파시특성을 이용하여 벼와 간작으로 효율적인 잡초방제를 하고 있으며 다음과 같은 특성과 방법을 농가에서 이용하고 있음
○ 이 방법은 알렐로파시 녹비작물이 포장에서 자라고 있는 상태(줄뿌림)에서 이랑사이로 벼 유묘를 이앙(무경운 또는 부분경운 이앙)하는 기술임(그림)

         
   <헤어리베치이용 친환경 벼 재배법>

  
<헤어리베치/벼 간작이용 체계 Ⅰ>

                             <헤어리베치/벼 간작이용 체계 Ⅱ>
○ 본 기술은 작업 효율이 매우 높을 뿐만 아니라 알렐로파시 녹비작물(allelopathy green manure, AG) 이 물에 약하다는 생리, 생태적인 특성을 이용함
○ 즉 우리나라 기후 및 토양환경에서는 3월 하순~4월 상순경 알렐로파시 녹비작물(헤어리베치)을 파종(건답조건)한 후 알렐로파시 녹비작물이 20~30cm 내외 자랐을 때 논에 관개를 한 후 중묘기계이앙을 알렐로파시 녹비작물 줄사이 무경운 또는 부분경운이앙기를 이용하여 이앙하게 되면 알렐로파시 녹비작물은 내습성(물에 약한 특성)이 약하여 엽록소 파괴 등으로 죽게 되며 알렐로파시 녹비작물의 분해과정에서 생성되는 양분, 살초성성분(cyanamide-NH2CN), 살충성성분 등이 비료, 제초제, 살충제 효과가 있음
4. 알레로파시 특성 작물유전자원(allelopathic type
   germplasm) 이용
○ 본 기술은 1988년 미국 USDA-ARS에서 전 세계 벼 유전자원 12,000종을 이용하여 벼 유전자원 자체가 지니고 있는 알레로파시효과를 검정하였음
○ 이 가운데 412종이 알레로파시효과가 있음을 밝혔으며 광엽잡초인 ducksalad에 매우 효과적인 것으로 보고하였으며 이 경우 반경 10cm 내의 잡초발생을 저해하는 것으로 밝혀졌음
○ 또한 국내에서도 여러 연구자들이 본 시험을 수행하였지만 실용적인 효과가 인정되지 않고 있음

5. 알레로케미칼의 생합성(biosynthesis)
○ 최근 친환경 작물재배에 관한 관심이 높아지면서 생태계에서 자라고 있는 고등식물의 2차 대사산물을 이용한 천연제초제 및 생물활성물질 개발에 많은 연구투자를 하고 있음
○ 하지만 실험실적인 규명과 생물검정수준효과에 관한 보고는 있지만 실용적 이용가치수준의 알레로케미칼의 생합성기술개발은 없는 실정임
○ 따라서 이 분야 연구도 생명산업분야와 더불어 연구가 활성화되어 천연활성물질 생산공장산업의 지속적인 개발이 요구됨

6. 천연제초제(natural herbicide) 개발
○ 자연생태계에서 생합성되고 있는 천연물질은 분해과정에서 생분해과정을 거치기 때문에 환경에 안전하다는 이점을 가지고 있음
○ 하지만 유용한 천연물 탐색이 어렵고 생성량이 극히 제한되어 있어 산업화하기 어려움
○ 따라서 최근에는 천연활성물질을 분리, 동정하여 실험실에서 유기합성법으로 대량생산기술을 개발하고 있음

□ 알레로파시의 농업적 이용 전망
○ 자연생태계에서 일어나고 있는 알레로파시현상을 현대적인 농업기술로 발전시키고자 활발한 연구개발을 하고 있음
○ 특히 멀칭, 간작, 윤작방법은 그동안 실용적으로 활용하여 왔으나 대규모면적, 제한적인 노동력하에서는 이용하기가 어려움
○ 최근 간작(헤어리베치/벼)시스템은 실용적으로 접근할 수 있는  알레로파시를 이용한 현대적인 유기농법으로 정착할 수 있는 기술로 평가를 받고 있음

 
알레로파시

            
식물도 전쟁을 한다. ?
아! 물론이다.
방어하지 못하면 살아남지 못하는 것이다.

굳이 스컹크나 복어의 독에 대하여
이야기 하려는 것은 절대 아니다.

원시시대에 인간이 짐승으로부터
살아남을 수 있었던 것을

학자들은
사람 몸에서 나는 냄새,
(그 냄새란 에스테르 물질과 땀에 섞인
지방산이 분해된 부틸산의 역한 냄새와
황화수소등이 혼합된 방귀를 말한다.)
체취가 매우 역하고 독해서
짐승들이 얼씬도 못했을 것이라고 설명한다.

고추도
그 매운맛(캡사이신이라는 화학물질)으로
자기를 방어하고
조류에 의해 씨를 먹혀 서식지를 퍼트린다.

그리고 소나무는
갈로탄닌이라는 물질을 뿌리가 분비하게 하여
다른식물의 접근을 막는다.
이런 식물들 간의 저항관계를 알레로파시라 한다.

또한 송진의 터펜스같은 물질은
병원균의 침입을 막고
다른 식물의 접근을 막아낸다.
정원의 잔디를 깨끗하게 깎고 나서
풋풋한 잔디 풀 향기를 맡을 수 있는데
이것도 방어물질의 냄새다.

마늘이나 양파의 경우에도
세포속의 알린이란 물질이 알리나제라는
효소의 도움을 받아 알리신으로 바뀌면서
자신을 요리하는 사람의 눈물을 빼앗는다.

박주가리 무리의 흰 액은 카데노 리드라는
독극 물질로 동물의 심장을 마비시키기도 한다.

이렇듯 모든 생물들은
생존하기 위해서 나름대로 교묘하고 강력한
화학적인 방어 체계를 가지고 있다.

그러므로 약초를 대할때
조심해서 다루어야 하는 것이다.