식물호르몬 : 옥신과 지베릴린

식물호르몬 : 옥신과 지베릴린

 

 한 학기 동안 재배식물 생리학뿐만 아니라 화훼원예 총론, 식물 번식학 등에서 식물들의 생육과 구조 등을 이론적으로 배웠다. 식물은 동물과는 달리 호르몬에 의해 조절되어 외관적으로 나타나는 특징이 비교적 빠르고 간단명료하게 나타나 기댓값에 크게 벗어나지 않는다는 것에 흥미를 느끼고 있었으며 그 기댓값은 소비자의 기호에 의한 설정인지, 재배자의 편의를 위한 설정인지도 알고 싶었기에 본 과제는 나의 생물학적 지식 습득과 정리에 있어서 매우 중요한 역할을 할 것이라 믿어 의심치 않는다.

 

 

식물호르몬 : 식물체가 생육하기 위해선 외부에서 수분이나 빛에너지 그리고 몇몇 필수적인 비광물성-광물성 원소가 필요하며 더불어 체내에서 특수한 화학물질이 있어야 한다. 이 화학물질은 식물이 생육하면서 필요한 양만큼 자체적으로 생성해내며 극히 적은 양으로도 기대한 만큼의 효과를 이루어 낸다. 이 특수한 화학물질을 식물 호르몬(phytohormone)이라 고도 한다. 호르몬이란 체내 일부 기관에서 생성되어 체내의 특수한 대사 작용을 직간접적으로 주도하고 참여하는 화학물질을 말하며, 생장을 주도하는 호르몬은 생장호르몬(growth hormone)이라고 한다. 

 

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식물생장호르몬 종류

1. 옥신

-  옥신이란 생장 중인 줄기나 뿌리의 선단 또는 어린잎에서 생성되어 줄기나 뿌리의 신장부에 이행하여 그 부분의 생장을 촉진시키는 물질이다. 가장 먼저 발견된 생장 호르몬으로 옥신 연구의 기원은 다윈과 그의 아들이 일련의 실험을 통하여 식물의 굴광성을 밝혀낸 것이며 수십 년 후에 굴광성의 원인이 식물의 생장을 촉진하는 물질이고 그 분포와 농도가 굴광반응 및 굴광정도를 표현된다는 것을 알아내었다. 

 

이후 네덜란드의 쾨글이 이 성질을 가진 물질을 “생장하다”라는 의미의 희랍어인 auxin으로 명명하였다. 그 후 사람의 소변이나 곰팡이 추출물, 미국 옥수수 낟알에서 대표적인 천연 옥신인 인돌아세트산(indoleacetic acid : IAA)이 분리되었다. 옥신의 구조는 아미노산 중에 하나인 트립토판의 구조와 유사하다.(트립토판은 옥신의 선구물질이다)
 
옥신의 역할

  ① 유사분열에 의한 세포증식을 일으키지 않고, 세포신장을 통해 세포를 확장시킨다. 
 
→ 옥신이 있으면 세포로부터 빠져나온 수소이온들이 세포벽으로 스며든다. 
→ 세포벽의 산성화는 효소를 활성화시켜 세포벽 셀룰로스 섬유 사이의 특정 결합을 끊는다.
→ 세포벽이 풀어지면서 억제되고 있던 팽압이 증가하여 세포가 신장하게 된다. 

 ② 잎의 탈리현상(abscission) : 옥신이 감소함에 따라 잎에 있는 많은 양분이 식물체의 다른 부위로 이동 → 에틸렌(호르몬)이 셀룰라아제의 분비를 유도하여 abscission zone(잎자루의 기부에 있는 세포)에 있는 세포들의 벽 분해 → 슈베린의 양이 많은 세포가 abscission zone을 따라 만들어짐으로써 식물체의 관다발 조직을 막힘 → 얇은 벽을 지닌 유조직 세포들이 신장하면서 연결을 약화시키면 마침내 잎은 떨어지게된다.

 ③ 뿌리의 정단 생장에 관여한다.(뿌리 정단도 세포신장에 의해 자람) 

 ④ 뿌리 분화에 관여 → 옥신을 줄기의 끝에 처리하면 부정근이 왕성하게 자란다. 
 

 

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2. 지베렐린

- 지베렐린은 옥신과 유사하게 식물의 생장을 촉진하는 호르몬이며 일본의 식물병리학자인 구로자와가 벼 키다리병과 연계하여 최초로 연구하였고 1938년 야부타와 스미키에 의하여 벼의 발아를 촉진하는 활성성분이 순수분리되어 병원균의 학명을 따 지베렐린으로 명명되었다. 2차대전 종전 후 서방세계에 알려졌으며, 지베렐린의 구조 및 분포에 대해서 널리 알려졌다. 지베렐린은 화학적으로 식물계에 광범위하게 존재하는 terpene계의 diterpene과 밀접한 관련을 가지는데 모든 terpenoid화합물은 5개의 탄소를 가진 "isrrene 단위"로 구성되어 있다. 지베렐린은 많은 유사체가 존재하며, 현재 유리형으로 66종(GA1-66: 이중 식물기원 55종), 결합형으로 글루코실에테르 7종(GA1,3,8,26,27,29,35-G), 글루코실에스테르 7종(GA1,4,5,9,37,38,44-GR), 지베레티온(GA3의 C3 케톤체에 머캅토피루빈산이 첨가)이 있고 이들의 활성은 검정대상과 방법에 따라 다양한 양상을 나타낸다.

지베렐린의 역할

① 엽록소 합성 방지 
  식물은 광을 받지 않으면 엽록소가 합성되지 않아 황백색이 되는데 지베렐린으로 처리하면 일광에서도 황백색이 되며 엽록소가 전혀 없는 어린조직에도 같은 작용을 한다.

② 일년생 장일성 식물의 개화 촉진 
  상추, 무는 가을에서 겨울로 단일상태로 두면 영양생장만 하고 화아분화가 되지 않으나 지베렐린을 처리하면 단일상태에서도 개화하고 결실한다.

③ 2년생 식물 개화유도 
  2년생 식물은 개화를 위해 저온기를 거쳐야 하지만 지베렐린으로 처리하면 저온기를 거치지 않고도 추대하여 개화할 수 있다.

④ 영양생장 상태의 식물 개화유도 
  영양생장 상태의 식물을 지베렐린으로 처리하면 화아가 분화하고 생식생장이 진행되어 개화하여 결실할 수 있다. 

⑤ 종자의 조속한 생산 
  지베렐린을 엽면에 살포하면 단기간 연하고 큰 생산물을 생산할 수 있으며 보리의 경우 맥아를 생산하고 포도의 경우(화방)에 처리하면 착위수를 늘릴 수 있다. 

⑥ promotion of stem elongation(신장 유도) 
 왜생완두, 왜생옥수수 경우 지베렐린을 처리하면 보통식물과 동일한 외관을 보이며 보통 완두나 옥수수는 지베렐린을 작용시켜도 초장 이 변하지 않는다. 왜생이나 초장이 보통인 것은 단일 유전자에 의해 좌우되므로 유전적으로 왜생은 보통크기 까지 크는데 필요한 지베렐린을 생산하는 능력이 없기 때문이라 생각되며 보통 키의 식물은 이런 식물보다 많은 지베렐린을 함유하고 있을 것이다.