(개인과제) 식물호르몬의 종류와 현장활용법 142341 김재현

[김재현]

<식물호르몬의 종류와 역할 그리고 현장활용법>

생장 호르몬

●옥신(Auxin = 인돌아세트산 indoleacetic acid = IAA)

●식물의 생장을 촉진하는 물질로 3-인돌 아세트산 및 그와같은 기능을 하는 천연물질을 통털어 옥신이라 한다.

*대표적인 것으로 인돌아세트산(IAA)이 있다.

<옥신의 역할>

1. 옥신은 세포벽의 신장을 용이하게 해서 세포 하나하나를 크게 생장시켜 성장을 촉진한다.

2. 세포막의 투과성을 높이고 세포분열, 부정근 형성, 화아 형성을 촉진한다.

3. 옥신은 신초의 끝에서 생성되고, 줄기 끝, 뿌리 끝의 생장점에 분포하여 길이생장을 촉진시킨다.그러나 농도가 높으면 에틸렌의 합성을 촉진하여 성장이 억제된다.

4. 조직의 종류에 따라 유효농도가 달라, 줄기 끝의 생장을 촉진하는 농도는 뿌리의 생장을 반대로 억제한다.

5. 옥신은 새잎에서 만들어지고 뿌리(중력방향)로 내려가 뿌리 발육을 촉진한다.(굴지성)

또한 실내 식물이 창문의 빛을 향해 굽어지는 현상(굴광성)도 옥신의 영향이다.

즉, 잎이 빛을 감지하면 줄기의 빛이 닿지 않는 한쪽면으로 옥신이 몰려 한쪽면의 세포를 신장시키므로 줄기가 굽어진다.

식물의 굴지성이나 굴광성은 옥신의 영향이다.

6. 식물 생장촉진, 발근촉진, 낙과억제 작용을 한다. 옥신이 부족하면 에틸렌의 작용으로 낙엽된다.

-절단줄기(삽목)의 뿌리 활착에 효과가 있다.

-옥신이 없으면 뿌리는 자라지 않는데 옥신이 연하면 뿌리가 잘 자라고 옥신이 진하면 뿌리 성장은 억제된다.

20일 정도 옥신의 영향으로 뿌리가 발달하면 그후 지베렐린과 사이토키닌을 생성하여 위로 보낸다.

이 과정을 연간 3회 정도 반복한다.

-나무가지를 전정한 후 상처가 아무는 것은 옥신과 사이토키닌의 작용이다.

-옥신은 잎에서 뿌리쪽으로 내려오고 (굴지성)

-사이토키닌은 뿌리에서가지 위쪽으로 올라가는데 (음성 굴지성)

전정한 상처부위에서 서로 만나 상처를 아물게 한다.

-옥신은 이 밖에도 과실의 성숙을 촉진하고, 정아우세 현상을 유지하며 측아성장을 억제한다.

정아 끝을 잘라주면 측아 성장이 빨라진다.

-옥신은 낙엽과 낙과도 방지하므로 여름에 옥신이 활발하게 합성되고 있을 동안은 낙엽이나 낙과가 일어나지 않으나,

-가을이 되어 옥신 합성량이 줄어들면 에틸렌의 작용으로 낙엽과 낙과가 일어난다.

-다양한 종류의 옥신의 화학구조가 밝혀져 있어 이 구조를 이용하여 각종 제초제도 인공합성되고 있다.

<옥신의 현장 활용법> : 식물 생장 발생을 조절하는 전사억제인자 Aux/IAA17의 3차원 구조 및 결합방식 규명>> 국내 연구진이 식물생장 호르몬 옥신으로 조절되는 유전자 발현 스위치 단백질의 3차원 구조와 결합방식을 규명하였다. 식물 생장 조절호르몬의 생리활성에 대한 이해를 돕는 한편 작물 생장개선에 기여 및 활용될것으로 본다.

●지베렐린(Gibberellin)

<지베렐린의 역할>

1. 지벨레린은 뿌리에서 생성되고, 줄기 생장을 촉진한다. 사탕수수, 셀러리, 대나무의 줄기 신장을 촉진한다. 키 작은 완두에 처리하면 줄기생장을 촉진할 수 있다.

2. 지벨레린은 꽃눈 형성, 씨앗 내의 축적된 영양분의 유통, 휴면씨앗의 발아증진, 착과증대, 과일크기 증대, 좌엽식물의 개화기의 유도, 단위결실, 효소 활동의 유도작용을 한다.

즉, 술을 만드는 맥아제조시에 녹말분해를 증가시키고, 포도송이를 성기게 한다.

3. 알파 아밀라제(효소)와 다른 가수분해 효소들의 합성을 촉진하는 역할을 통해 식물의 생장을 촉진한다.

<지베릴린의 현장활용법>:1년생 식물에서 꽃 형성을 촉진한다고 생각했던 식물 호르몬이 꽃이만들어지는 것을 억제하는 역할도 한다는 새로운 연구결과가 펜실베니아대학교에서 연구자들에의해 얻어졌다. 지베렐린의 이런 이중적 역할은 생산성이 더 높은 작물만드는데 활용됨.

분화 호르몬

●사이토키닌(Cytokinin)

사이토키닌은 뿌리에서 생성되고 식물체의 세포분열을 촉진하는 호르몬으로 200여종이 있다.

사이토키닌은 새싹 출현, 신선도 유지, 세포분열과 팽창에 관여하며 옥신과 서로 작용한다.

<시토키닌의 역할>

1. 옥신과 협력하여 세포분열을 촉진하고 조직의 분화를 촉진한다.

2.식물의 조직을 배양할 때 생장점을 떼어내어 배양하면 미분화된 세포덩어리인 캘러스(callus)를 만드는데 이때 사이토키닌을 처리하면 뿌리, 줄기, 잎으로 분화가 이루어진다.

조직배양시 옥신만 넣어주면 세포분열이 안 일어나므로 함께 사용해야 한다.

지베렐린과 사이토키닌은 50대 50의 비율이 되어야 가장 이상적인데 80대 20, 즉, 지베렐린이 많으면 꽃이 피지 않고 30대 70 , 즉, 사이토키닌이 많으면 꽃만 많이 피게 된다.

3. 노화를 지연시키며, 저온, 바이러스 감염 등에 저항성을 증대시킨다.

4. 제거된 잎을 사이토키닌으로 처리하면 노쇠가 지연되므로 신선도 유지에 이용된다.

5. 엽록소가 파괴되지 않고 녹색을 유지하며 단백질합성이 계속되고 탄수화물이 분해되지 않는다.

6. 사이토키닌은 중력의 반대방향 즉, 하늘로 향하는 음성 굴지성을 갖고 있다.

<시토키닌의 현장활용법>: 최근에는 실험실에서 시토키닌 그리고 또다른 식물호르몬제를 혼합활용하여 다양한 신품종을 생산해 내는 기술이 급속도로 발전하고 있다고 한다. 예를들어 미국에서는 시토키닌 함유된 액상 제품이 수입되어 최근에 ㈜유일에서 생산하여 [유일비에이]라는 상표로 판매되고 있으며 3.0% 6-Benzylaminopurine 으로 제조된 식물호르몬제로 감귤 개화 촉진제로 소개 활용되고 있다.

●플로리겐(Florigen)

플로리겐은 꽃눈형성호르몬이라고도 하며 잎에서 만들어져 체관을 통해 이동하여

꽃눈형성을 자극하므로 개화에 관련된 호르몬이다.

성장억제 호르몬

●에틸렌(Ethylene)

에틸렌은 가스나 석유가 연소할 때 생기는 에틸렌가스와 같은 물질로 잘 익은 과일에서 풍기는 냄새이다. 에틸렌은 강력한 살균, 소독효과가 있다.

식물이 생성한 단백질 속에는 메치오닌이라는 아미노산이 있는데 메치오닌은 가르본산으로 변하고 다시 에칠렌으로 변한다. 에틸렌은 식물체가 상처를 받거나 병원체의 공격을 받았을 때, 또는 가뭄, 산소부족, 냉해 등 스트레스를 받을 경우, 더욱 활발하게 만들어지므로 스트레스호르몬(Stress hormone)이라고도 불린다.

<에틸렌의 역할>

1. 에틸렌은 과실이 익거나, 색깔을 선명하게 하는데 관여하며 과다한 발생은 역으로 식물의 노화를 촉진하는 효과가 있다.

2.에틸렌은 또한 옥신과 상호 작용하여 옥신의 농도가 높아지면 에틸렌의 합성을 촉진하여 식물의 성장이 억제된다.

3. 에틸렌은 식물이 위로 자라는 것을 억제하는 작용을 하여 콩나물재배시 에틸렌가스를 분무하면 웃자람이 억제되어 굵어진다.

4. 어떤 꽃에서는 지벨레린을 처리하면 숫꽃이 발달하고 에틸렌을 처리하면 암꽃이 발달한다고 한다.

<에틸렌의 현장활용법> : 에틸렌 가스는 작물의 성숙과 착색을 촉진시키는 등의 생리적 작용도 일으키므로 수확한 작물의 품질을 향상시키기도 한다. 에틸렌의 생리적 효과를 활용하여 수확전후의 작물 품질을 향상시킬수 있다. 특히 과실의 경우 성숙은 되었으나 숙성되지 않아 식미가치가 낮은 경우(예; 녹숙기의 바나나. 토마토,떫은감,밀감,오렌지)출하전 에틸렌 처리로 상품가치를 높이는데 이용할수 있다. 즉 에틸렌은 엽록소 분해, 착색증진, 떫은감의 연화등을 촉진시켜 상품가치를 향상시키는데 활용될수 있다.

●압시스산(abscisic acid, ABA)

낙엽산이라고 하며, 늙은 잎과 뿌리 끝에서 합성된다. 휴면 중의 종자, 나무의 겨울눈, 알뿌리 등에 많이 들어 있으며 보통 발아되면서 함량이 감소한다고 한다. 식물이 여러 종류의 스트레스를 받을 때 식물체 내에서 ABA의 함량이 증가되어, 스트레스에 대한 식물의 반응을 조절한다.

<ABA.아브시스산의 역할>

1. 낙엽을 촉진하고, 휴면아의 생성을 촉진하여 겨울 휴면을 유도한다.

2. 압시스산은 mRNA 생산을 억제하여 옥신과 지벨렐린의 생성도 억제된다.

3. 대부분의 식물 체내에서 분리(낙화, 낙엽, 낙과) 혹은 소화(당의 소실)하는데 작용한다.

4. 잎의 기공을 닫히게 하는 작용을 한다. 식물의 수분이 결핍되면 압시스산이 많이 합성되므로 기공이 닫혀 식물의 수분을 보호한다.

<ABA의 현장활용법>: ABA(abscisic acid, 아브시스산)는 식물이 생산하는 물질로, 가뭄 조건에서 식물의 생존을 돕는 주요 호르몬으로 30년 전에 알려졌다. 가뭄과 같은 스트레스 조건 하에서 식물은 ABA의 수준을 높임으로써 충분히 알려지지 않은 과정을 통해 가뭄을 극복하고 있다. 이 물질은 식물의 생존에 매우 중요하기 때문에, 이 ABA 경로를 활용하여 새로운 가뭄 저항성 작물을 개발하여 왔고 물이 부족한 상황에서 식물의 생존을 크게 향상시킬 수 있는 매우 효과적인 화학전략을 구사할 수 있게 됨으로써 전세계 가뭄에 취약한 지역의 농부들에게 큰 도움이 될 전망이다.