나무의사 수목생리학 요약 _ 13 종자생리

1. 종자의 구조

1) 배

자엽(cotyledon), 유아(plumule), 하배축(hypocotyl), 유근(radicle) 으로 구성됨.

A. 배유종자 B. 무배유종자 [출처 : https://www.fao.org/}

2) 저장물질

저장물질은 자엽내포함(무배유종자)되거나 배의 주변 조직(배유종자)에 있음.

피자식물은 배유(중복수정 3n)에 저장.

나자식물은 자성배우체(1n)에 저장물질이 포함.

소나무류는 지방 함량이 높고, 밤나무,참나무류는 탄수화물이 가장 많은 비율을 차지 함. 그 밖에 아미노산, 무기염, 인산 화합물(인지질, 핵단백질), 핵산, 유기산, 식물호르몬 등이 포함 됨.

3) 종피

보호벽 역할을 하는데, 보통 두꺼운 외종피와 막 형태의 내종피로 되어 있고 예외적인 것도 있음.

2. 종자휴면

1) 휴면의 원인

배휴면 : 미숙배 상태로 후숙으로 극복 가능함. 물푸레나무속, 덜꿩나무속, 은행나무.

종피휴면 : 가스교환 및 수분흡수 억제하는 경우 or 물리적 견고함으로 배가 발아할 수 없는 경우

생리적 휴면 : 생장억제제(abscisic acid)를 분비하여 발아 억제 or 생장촉진제(gibberellin)가 부족

유럽물푸레나무는 배휴면, 종피휴면, 생리적 휴면을 모두 가지고 있음. 일반적으로 종자 채취후 2년이 지나야 발아함. 종자채취시보다 배가 두배가량 더 자라야 발아할 수 있으며, 종피는 산소 통과를 방해하므로 썩어야 하고, 저온처리(chilling)가 이루어져야 생장억제제가 제거됨.

2) 휴면타파

a. 후숙

배휴면이나 종피휴면 정도가 가벼울 경우 종자를 건조한 상태에서 보관하면 휴면상태 제거가 가능함.

후숙처리는 미성숙 배가 더 성숙하도록 유도하거나 종피의 장력을 바꾸거나 가스에 대한 투과성을 증가시킴.

b. 저온처리 (chilling)

종자가 가진 배휴면, 종피휴면, 생리적 휴면을 동시에 제거. 사탕단풍나무의 경우 층적을 통하여 cytokinins의 함량이 증가.

노천매장 : 습기있는 모래, 톱밥, 이탄을 종자와 섞어 땅속에 묻어둔 상태로 월동시키는 재래적인 방법

층적 : 서양에서 습사와 종자를 한층씩 교대로 쌓아 묻어두는 방법.

미숙배를 가진 경우 실온층적(미숙배가 더 자람) 후 저온층적을 하는 것이 효과적임.

c. 열탕처리

뜨거운 물에 콩과식물의 씨앗같은 것을 잠깐 담그는 처리.

d. 약품처리

gibberellin처리로 실험실에서 휴면 타파한 경우가 있으나 실제 응용은 어려움.

e. 상처유도법

진한황산처리(15~60분), 기계적 상처(줄칼, 사포, 전기침, 콘크리트 믹서 등)

f. 추파법

가을에 파종하는 방법. 종자유실을 막으려면 토양 표면 멀칭 혹은 기피제를 표면에 도포해야 함.

 

3. 종자의 발아

1) 발아방식

지상자엽형 발아 : 하배축이 길게 자라면서 자엽을 지상밖으로 밀어냄.

지하자엽형 발아 : 자엽은 지하에 남아있고, 상배축이 지상으로 자라 올라와서 본엽을 형성함.

2) 발아생리

수분흡수 >> 식물호르몬 생산 >> 효소생산 >> 저장물질의 분해와 이동 >> 세포분열과 확장 >> 기관분화

a. 수분흡수

종자발아의 첫 단계이며, 건조한 종자 내 원형질에 수화작용이 리어나며 여러 대사가 시작됨.

b. 호흡

종자가 수분을 흡수하면 산소호흡량이 증가함.

호흡을 통해 에너지 저장물질을 분해하여 ATP를 생산하고, ATP는 세포 구성물질을 합성하는데 필요한 효소를 생산함.

c. 효소와 핵산

종자가 수분을 흡수하면 gibberellin이 생산되어 효소생산을 촉진함.

전분을 함유한 종자는 amylase 합성이 일어나고, 지방 함량이 높은 종자는 lipase를 합성함.

저온처리(휴면타파)나 gibberellin 처리는 핵산 합성 촉진.

abscisic acid는 핵산 합성 억제.

d. 저장양분의 이용

종자형성과정에서 축적해 놓은 에너지원을 분해하여 이용함.

배유의 불용성 전분은 amylase와 phosphorylase 효소에 의해 수용성 당류로 전환되어 배로 이동함.

불용성 지질은 lipase 효소에 의해 glycerol과 지방산으로 분해되어 일부는 소기관과 막의 성분이 되는 인지질과 당지질의 합성에 쓰이고, 대부분의 지방산은 당류로 바뀜.

3) 환경요인

a. 광선

파이토크롬색소는천연광이나 적색광(660nm)을 받으면 활성이 있는 Pfr형으로 바뀌어 발아가 촉진됨.

원적색광(730nm)을 받으면 불활성의 Pr로 바뀌어 발아가 억제됨.

b. 산소

전자수용체 역할을 하기 때문에 수 시간 이내로 물에 침적시키면 발아촉진이 되지만, 긴 시간동안 침적할 때에는 산소부족현상이 나타나지 않도록 흐르는 물을 이용하든가 산소를 공급해야 함.

c. 수분

최소 수분요구량은 대게 종자 중량의 2~3배 이내.

d. 온도

임계온도는 식물이 생육할 수 있는 최저온도와 최고온도 사이의 온도범위를 말함.

4) 숲 속에서의 발아 환경

a. 산불

산불이 자나갈 때까지 열리지 않는 솔방울을 폐쇄성 구과라고 함. 방크스소나무, 리기다소나무 등.

b. 물리적 발아촉진

산림내에서 주간과 야간의 온도차는 종피의 물리적 장벽을 순화시키는데 도움이 됨.

이러한 현상을 이용하여 종자를 가을에 파종하는 추파가 가능함.

c. 타감작용

타감물질 : 한 생물이 다른 생물에게 해로운 영향을 끼치는 물질을 생산하여 경쟁이 되는 생물의 생장을 억제하는 것.

곰팡이의 항생제, 식물의 페놀류 화합물과 타닌이 해당함.

d. 임상의 광질효과

숲이 울창한 경우 임상에 도달하는 광선은 주로 원적색광(730nm)이 많고 적색광(660nm)이 적음.

그늘진 곳에서 자라는 음수는 원적색광에 의해 발아가 억제되는 현상이 비교적 적게 일어남.

 

4. 종자의 수명과 저장

일반적으로 종피가 얇고, 저장물질이 적거나 수분함량이 많은 전분질 종자는 수명이 짧음.

종피에 지방질을 함유한 콩과식물의 종자는 수명이 긴 편임.

종자의 수분함량을 3%로 낮추고, -4℃ 에 저장하면 느릅나무 종자는 15년간 활력 높은 종자로 유지할 수 있음.

 

5. 종자시험

1) 발아시험

국제종자시험연합회(ISTA)에서 권장하는 방법은 주간에 30℃에서 8시간, 그리고 야간에 20℃에서 16시간동안 발아시킴. 전체 수목 종수의 약 70%에 적용 가능함.

2) 종자활력시험

a. 테트라졸리움 시험

종자내 산화효소의 생존여부를 시약의 발색반응으로 검사.

물에 종자 침적 18~20시간 >> 종피에 상처유도, 칼로 주공쪽을 약간 잘라냄 >> 1% tetrazolium 용액에 종자 침적 >> 종자가 핑크색으로 염색된 정도를 검사

살아있는 조직은 핑크색으로 염색이 됨.

b. 배추출 시험

상처없이 추출한 배를 유리그릇 속의 젖은 여과지에 놓고 광선하 18~20℃ 에서 10~14일간 배양함.

배는 흰색으로 원형을 유지하거나 자라거나 혹은 녹색으로 변하는 반면, 죽은 배는 어두운색으로 변하거나 곰팡이가 자람.

c. 기타방법

X선 사진법 : 충실종자, 비립종자, 손상종자를 감별해 내는 데 편리함.

 

 

 

나무의사 수목생리학 요약 _ 14 식물호르몬