소개

식물과 빛에 대해 이야기할 때 광합성이 중심이 되는 경우가 많지만, 그 이야기에는 더 많은 것이 있습니다. 이 글에서는 ‘사진’은 빛을, ‘형태 형성’은 변화와 성장을 의미하는, 잘 알려지지 않은 이야기의 절반인 ‘ 포토모포제네시스 ‘에 대해 살펴봅니다.

이전 글(여기)에서 식물이 빛 에너지를 활용하여 성장과 같은 후속 신진대사에 필요한 당분을 생성하는 방법에 대해 논의하면서 광합성의 기초에 대해 자세히 살펴봤습니다.

그렇다면 이러한 성장의 원동력은 무엇일까요? 해답은 빛이 미치는 또 다른 측면에 있습니다: 바로 광형성입니다. 무엇을, 어디서, 어떻게, 왜 포토모포제네시스가 발생하는지 이해할 수 있도록 조감도를 자세히 보여드립니다.

식물이 성장하고 변화해야 하는 이유

식물의 성장이나 형태적 변화는 생존을 위해 필수적입니다. 이러한 요구는 크게 두 가지 이유에서 비롯됩니다:

• 생존: 식물은 광합성에 필요한 빛을 포착하여 생존에 필요한 당분을 생산하기 위해 성장하고 도달 범위를 넓혀야 합니다.
• 번식: 개화와 열매 맺기는 식물 종의 생존을 보장하며, 이 과정은 빛의 가용성과 밀접하게 연관되어 있습니다.

이 두 가지 기본 요구 사항 모두 중요한 요소인 빛의 역할에 달려 있습니다.

광수용체 – 성장을 위한 빛의 수용

식물 세포에는 광수용체라는 독특한 분자가 있는데, 이 분자는 빛 에너지를 받아 성장과 형태적 변화를 일으키는 역할을 합니다. 세 가지 주요 유형의 광수용체에 대해 알아봅시다:

• 피토크롬: 이 광수용체는 계절에 따른 식물 전환을 촉발하여 종자의 발아, 성장, 개화, 결실에 영향을 미칩니다.
• 크립토크롬: 성장 조절을 담당하는 이 광수용체는 식물이 과도하게 확장하지 않고 생존을 위해 효율적인 형태를 유지하도록 합니다.
• 포토트로핀: 이 광수용체는 식물의 줄기 성장을 이용 가능한 광원으로 유도합니다.

식물이 계절 변화를 감지하는 방법 – 피토크롬의 역할

계절이 바뀌면서, 특히 겨울에서 봄으로 넘어가는 시기에는 생동감이 넘쳐나는 것을 느낄 수 있습니다. 씨앗이 발아하고, 새싹이 나오고, 줄기가 뻗어 나가고, 잎이 펼쳐지고, 성숙한 식물은 꽃을 피우고 열매를 맺습니다. 그렇다면 식물은 어떻게 계절에 따라 행동을 동기화할까요? 그 해답은 바로 피토크롬에 있습니다.

피토크롬 분자

피토크롬은 3D 분자 구조로 조립된 원자 그룹인 단순한 분자입니다. 두 가지 상태로 존재합니다: Pr과 Pfr. 적색광(620-750nm)에 노출되면 피토크롬은 Pr 상태에서 Pfr 상태로 전환됩니다. Pfr 상태의 피토크롬이 원적색광(700-800nm)을 흡수하면 Pr 상태로 되돌아갑니다.

피토크롬이 계절을 감지하는 방법.

낮 시간대에는 적색광이 더 많이 존재하여 Pr이 Pfr로 전환됩니다. 밤이 되면 Pfr 피토크롬은 자연적으로 다시 Pr로 분해됩니다. 따라서 Pr-Pfr 비율은 하루 24시간 동안 변동하다가 해가 지면 다시 평형을 찾습니다.

그러나 봄과 여름에는 낮 시간이 길어지면서 Pr-Pfr 비율이 낮아지고, 이는 여러 날에 걸쳐 지속되어 광모방생성을 유발하는 임계값에 도달합니다.

낮이 짧아지는 겨울철에는 적색광이 줄어들고 Pr-Pfr 비율이 증가하여 광모양 형성을 억제합니다.

이 비율은 일반적으로 백분율로 표시되지만(그림 6), 여기서는 이를 Pr-Pfr 비율이라고 부릅니다.

여기에서 PSS(피토크롬 광정지 상태)에 대한 다른 문서를 참조하세요.

줄기 성장은 세포 분열입니다

줄기 신장, 잎의 확장, 개화 및 과일 발달은 세포 분열에 의해 나타나며, 이는 궁극적으로 식물 세포의 핵에 있는 유전적 DNA 물질에 의해 제어됩니다.

핵은 일상적으로 환경 신호와 신호 이벤트(예: 피토크롬 활성)를 수신하여 세포 분열과 같은 작용이 필요한지 여부를 결정합니다. 세포 분열을 위한 조건이 무르익었다는 것을 감지하면 핵은 세포 분열 과정인‘세포 주기‘를 시작합니다.

피토크롬 상태 외에도 세포 분열이 일어나기 전에 다른 환경 조건을 확인해야 합니다:

• 온도
• 습도
• 영양소 및 물 가용성
• 호르몬 활동 (예, 식물에도 호르몬이 있습니다)
• 효소 활동(호르몬 활동 관련)
• 다른 광수용체와의 상호 작용

즉, 피토크롬 활동이 세포 분열에 유리하더라도 극도로 낮은 온도에서는 광모방생성을 유발하지 않을 수 있습니다. 이는 고도로 조율되고 엄격하게 통제되는 프로세스입니다.

요약

빛에서 세포질의 피토크롬 활성화, 핵의 세포 분열, 마지막으로 식물의 성장과 변화에 이르는 광형성 과정의 기본을 살펴봤는데, 이것이 바로 광형성 과정입니다.

그러나 실제 빛 신호 경로, 화학 반응, 호르몬 및 효소 활동, 유전자 발현은 여전히 매우 복잡하게 얽혀 있고 복잡하다는 점에 유의하세요.

또한 식물 종은 다양하며 진화적 특성이 있다는 점에 유의하세요.

하지만 저희는 농부들이 식물 생체 역학의 흥미로운 진화적 측면을 한 눈에 볼 수 있도록 돕고, 제품의 품질과 적시성을 개선할 수 있는 새로운 재배 전략을 장려하고자 했습니다.