식물호르몬_ 지베렐린

  1930년대, 일본에서 벼의 키다리병을 일으키는 곰팡이인 Gibberella fujikuroi 에서 처음 추출된 지베렐린은 식물 생장과 발아, 잎 크기 증가, 화분성숙, 개화, 열매 발달에서 중요한 역할을 한다.

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1. 지베렐린의 다양한 형태

  지베렐린은 'gibbane' 구조를 가진 화합물의 총칭이며 현재 135종 이상의 다양한 형태가 알려져 있으며, 이 숫자는 계속해서 늘어나고 있다. 이 화합물은 주로 디테르펜(diterpene) 계열로 분류되지만, 포도당과 결합한 형태로도 나타난다. 지베렐린의 기본 구조는 탄소 20개로 이루어져 있지만, 이 중 19개 탄소를 가진 지베렐린이 전체의 약 70%를 차지한다. 모든 지베렐린은 산성 화합물로 지베렐린산(gibberellic acid, GA)이라 불리지만 주로 GA3을 지칭한다. 지베렐린은 고등식물뿐만 아니라 이끼류, 녹조류, 곰팡이, 박테리아에서도 추출된다. 그러나 이러한 다양한 지베렐린 중 대부분은 활성을 나타내지 않고, 일부만이 수용체와 상호 작용하여 활성을 보인다.

 

2. 지베렐린의 생합성과 이동

  GA는 주로 종자, 열매, 어린 잎, 그리고 뿌리 끝에서 생산된다. 특히 미성숙한 종자에서 높은 농도로 발견되며, 종자에서 주로 생산된다. 다른 식물 부위에서도 GA가 생산되지만, 농도가 낮아 종자에서처럼 정확하게 확인하기 어렵다. GA가 생산되며, 목부와 사부를 통해 양방향으로 이동한다. 뿌리 끝에서도 GA가 생산되지만, 외부에서 공급된 GA는 뿌리의 성장에 큰 영향을 미치지 않는다. GA는 뿌리와 줄기의 수액에서 검출되며, 뿌리에서 합성된 GA가 목부 조직을 통해 줄기로 이동한다.

 

3. 생리적 효과

  지베렐린은 다양한 생리적 과정에 영향을 미친다. 이러한 과정에는 막의 인지질 합성, RNA와 단백질 합성, 세포벽 합성 및 이완, 저장물질 분해, 세포 신장, 분열, 분화, 굴지성, 줄기 신장, 잎 크기 확대, 화아 원기 형성, 종자 발아 등이 포함된다.

(1) 줄기의 신장 촉진

  가장 주목할 만한 GA의 생리적 효과 중 하나는 줄기식물의 신장 촉진이다. 이 현상은 대부분의 쌍자엽식물과 일부 단자엽식물에서 나타나며, 특히 쌍자엽식물 중 왜성 식물에서 큰 효과를 나타냅니다. 옥신은 주로 베어낸 자엽초나 줄기의 신장을 촉진시키지만, GA는 식물체 그대로의 상태에서 세포 신장과 분열을 촉진하는 점에서 차이가 있습니다. 옥신과 GA를 함께 사용하면 두 호르몬의 상승효과가 나타날 수 있다.

(2) 개화와 열매 결실

  일부 장일성 초본류 식물은 GA 처리로 개화가 촉진되며, 2년생 초본류 식물은 일정 기간의 저온 처리 후에 개화하는데 GA 처리로 개화를 유도할 수 있다. 그러나 대부분의 단일성식물은 GA 처리로 개화를 촉진시키지 않는다. 일반적으로 GA 처리는 목본 쌍자엽식물의 개화에는 효과가 없다.

  GA는 일부 과수에서 단위결과를 유도하는데 특히 복숭아와 사과에 옥신은 효과가 없지만 GA는 효과를 보인다. GA는 또한 종자의 휴면타파에서 광선의 요구를 대신하는 경우도 있다.

(3) 휴면과 종자

  GA는 봄에 목본식물의 어린 잎에서 생산되어 휴면 상태의 형성층이 세포 분열을 시작하도록 유도한다.

  GA는 종자의 휴면 해소에도 관여한다. 종자가 수분을 흡수하면 GA가 생산되어 효소 생산을 촉진하고 아밀라아제(amylase)와 같은 효소가 저장된 전분을 분해하여 발아를 유도한다. 그러나 종자의 휴면이 GA 처리로 해소되는 경우가 초본류(특히 곡류)에서 알려져 있지만, 목본식물에서 실제로 적용되는 경우가 제한적이다.

(4) 상업적 이용

  최근에는 과수에서 GA의 다양한 상업적 응용이 알려져 있다. 예를 들어, 감귤과 월귤에서는 GA 처리로 열매의 착과를 촉진하고, 포도나무와 사과나무에서는 과실의 크기와 품질을 향상시키며, 바나나와 귤에서는 노화와 과실 성숙을 지연시키는 데 사용된다. 또한 상업적으로 개발된 생장억제제 중에서 줄기의 생장을 억제하는 물질은 GA의 생합성을 방해하여 작용하며 이러한 물질은 항지베렐린제(antigibberellins)로 알려져 있다.

 

 

출처 : 수목생리학(서울대학교출판문화원)