Chelate(킬레이트)

 

'식물영양 목록'

'광합성 당(탄수화물) 생성': 다량(N, P, K, Mg), 미량(Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl)

신승하이켐 Chelates(킬레이트) 제품, 킬레이트제 20181206'

 

 

요점 D5315
'Chelate(킬레이트)' '집게'를 의미하는 그리스어 'chele'에서 유래. 하나의 금속 이온이 두 개 이상의 결합 부위를 가진 유기 분자(리간드)와 결합하여 고리 모양의 구조를 형성한 화합물을 의미. 금속 이온은 물에 잘 녹지 않는 경우가 많지만, 킬레이트 형태로 존재하면 용해도가 증가하여 식물이나 미생물이 쉽게 흡수할 수 있게 된다. 토양 속의 철분은 킬레이트 형태로 존재해야 식물이 이용하기 쉽다. 금속 이온을 다른 물질과의 불필요한 반응으로부터 보호하고 안정화시키는 역할을 한다. 이는 금속 이온이 생체 내에서 특정 기능을 수행하는 데 중요하다. 독성을 감소시키거나 불활성화시킬 수 있다. 생체 내에서 산소 운반과 광합성에 중요한 역할을 한다. 유기물 등 자연적 킬레이트제 역할이 부족할 경우 엽면 살포가 필요하다.

 

 

킬레이트란 하나의 금속 이온이 두 개 이상의 결합 부위를 가진 유기 분자(리간드)와 결합하여 고리 모양의 구조를 형성한 화합물을 의미한다. 이때 금속 이온은 마치 게의 집게발처럼 리간드에 여러 군데에서 붙잡혀 있는 형태를 띠게 되는데, 이러한 모습에서 '집게'를 의미하는 그리스어 'chele'에서 유래된 용어다.

금속 이온: 칼슘(Ca²⁺), 철(Fe³⁺), 마그네슘(Mg²⁺), 구리(Cu²⁺), 아연(Zn²⁺) 등과 같은 양전하를 띤 금속 원자를 말한다.
리간드 (킬레이트제): 금속 이온과 결합할 수 있는 비공유 전자쌍을 가진 유기 분자를 의미한다. 유기물에서 흔히 킬레이트제로 작용하는 물질로는 다음과 같은 것들이 있다.
- 아미노산: 단백질의 구성 성분으로, 아미노기와 카르복실기를 통해 금속 이온과 결합할 수 있다.
- 폴리페놀: 식물에 많이 존재하는 화합물로, 여러 개의 하이드록실기를 통해 금속 이온과 결합한다.
- 유기산: 시트르산, 말산, 타르타르산 등과 같이 카르복실기를 가진 유기 화합물이다.
- 휴믹 물질 (부식산, 풀빅산): 토양이나 퇴비 등에 존재하는 복잡한 구조의 유기 화합물로, 다양한 작용기를 통해 금속 이온과 결합한다.
- 포르피린: 헴이나 클로로필과 같은 생체 분자의 기본 구조로, 금속 이온과 강력하게 결합한다.
킬레이트 고리: 금속 이온과 리간드가 형성하는 고리 모양의 구조를 말한다. 일반적으로 5각형 또는 6각형 고리가 안정적인 형태를 가진다.

유기물에서 킬레이트의 중요성:
금속 이온의 용해도 증가: 금속 이온은 물에 잘 녹지 않는 경우가 많지만, 킬레이트 형태로 존재하면 용해도가 증가하여 식물이나 미생물이 쉽게 흡수할 수 있게 된다. 예를 들어, 토양 속의 철분은 킬레이트 형태로 존재해야 식물이 이용하기 쉽다.
금속 이온의 안정화: 킬레이트 형성은 금속 이온을 다른 물질과의 불필요한 반응으로부터 보호하고 안정화시키는 역할을 한다. 이는 금속 이온이 생체 내에서 특정 기능을 수행하는 데 중요하다.
독성 금속 이온의 불활성화: 일부 중금속 이온은 독성을 나타내지만, 킬레이트 형성을 통해 독성을 감소시키거나 불활성화시킬 수 있다.
생체 내 역할: 헴은 철 이온과 포르피린이 킬레이트된 형태이며, 산소 운반에 필수적이다. 클로로필은 마그네슘 이온과 포르피린 유사 구조가 킬레이트된 형태로, 광합성에 중요한 역할을 한다.

 

 

킬레이트 생성 유지

유기물 공급: 유기물은 자연적인 킬레이트제 역할을 하며, 토양의 금속 이온과 결합하여 작물이 흡수하기 쉬운 형태로 만든다. 유기물은 토양 내 미생물의 활동을 촉진하고 토양 구조를 개선한다. 유기물이 풍부한 토양은 킬레이트 화합물의 안정성을 높이고 식물의 흡수율을 향상시킨다. 퇴비, 부엽토 등 유기물을 정기적으로 공급하는 것이 좋다.
토양 pH 조절: 대부분의 킬레이트제는 약산성 또는 중성 pH에서 가장 효과적이다.

엽록소: 마그네슘 이온을 중심으로 포르피린 고리가 킬레이트 구조를 형성하여 광합성 과정에서 빛 에너지를 흡수한다.

킬레이트 비료. 킬레이트화된 미량 영양소(철, 아연, 망간 등)를 함유한 비료, 또는 EDTA, DTPA, EDDHA와 같은 킬레이트제를 사용하여 만든 비료가 일반적으로 사용.
EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid): 다양한 금속 이온과 강력하게 결합하여 안정적인 킬레이트 화합물을 형성한다. 수처리, 식품 산업, 의학 등 다양한 분야에서 사용된다. 식물에게 필요한 미량 영양소의 흡수율을 높여준다.
DTPA (Diethylenetriaminepentaacetic acid): EDTA보다 높은 pH 범위에서 안정적인 킬레이트 화합물을 형성한다. 알칼리성 토양에서 미량 영양소의 가용성을 높이는 데 효과적이다.
EDDHA (Ethylenediamine-N,N'-bis(2-hydroxyphenylacetic acid)): 철분 킬레이트에 특화되어 있으며, 높은 pH에서도 안정적인 화합물을 형성한다. 철분 결핍으로 인한 황화 현상을 예방하는 데 효과적이다.

 

엽면 살포

자연적 유기물 미생물 등으로 인한 킬레이트제 역할이 부족할 경우 대처.

킬레이트화된 미량 영양소를 잎에 직접 살포하여 빠르게 영양분을 공급한다.
이는 토양 조건이 좋지 않거나 작물이 빠르게 영양소 결핍 증상을 보일 때 유용하다.

 

양액 재배

자연적 유기물 미생물 등으로 인한 킬레이트제 역할이 불가능한 양액 재배에서 식물 생육 영향?

킬레이트 공급의 필요성:
미량 요소 흡수 증진: 양액 재배에서는 토양의 완충 능력이 없어 pH 변화에 민감하게 반응하여 미량 요소의 가용성이 쉽게 변한다. 킬레이트 형태의 미량 요소는 pH 변화에 관계없이 안정적으로 유지되어 작물의 흡수율을 높인다.
영양 결핍 예방: 철, 아연, 망간 등 필수 미량 요소의 결핍은 작물의 생육 부진, 잎의 황화 현상 등 다양한 문제를 일으킨다. 킬레이트 공급은 이러한 영양 결핍을 예방하고 작물의 건강한 성장을 촉진한다.
양액의 안정성 유지: 킬레이트제는 양액 내 금속 이온의 침전을 방지하고 영양소의 균형을 유지하여 양액의 안정성을 높인다.
작물 생산성 향상: 필수 미량 요소의 원활한 공급은 작물의 광합성, 효소 활성, 호르몬 생성 등 중요한 생리 작용을 지원하여 생산성을 향상시킨다.

킬레이트 공급 시 고려사항:
킬레이트 종류 선택: EDTA, DTPA, EDDHA 등 다양한 킬레이트제가 있으며, 작물의 종류와 양액의 pH에 따라 적절한 킬레이트제를 선택해야 한다.
적정 농도 유지: 과도한 킬레이트 공급은 오히려 작물에 해를 끼칠 수 있으므로, 양액 조성에 맞는 적정 농도를 유지해야 한다.
pH 관리: 킬레이트의 안정성은 pH에 영향을 받으므로, 양액의 pH를 적절하게 관리해야 한다.