내건성 기작(각피·기공·원형질)

핵심 정리

내건성(drought tolerance)은 식물이 건조하거나 가뭄 조건에서도 바이오매스 생산을 유지하는 능력이다. 이 능력은 한 가지 기작이 아니라 여러 경로가 함께 작동한 결과이며, 기공 전도도 조절, 삼투압 조절 물질의 관여, 활성산소 제거 효소 등이 그 경로에 포함된다. 재배학에서는 이 가운데 원형질, 각피와 기공, 광합성과 호흡의 감퇴 세 축으로 나누어 본다.

원형질 축에서는 세포 안의 물질 상태를 본다. 내건성이 강한 식물은 세포 안의 원형질과 저장양분 비율이 높다. 원형질 비율이 높으면 수분보유력이 강해진다. 탈수 때에는 세포 안의 수분을 유지하고 원형질 손상을 줄이는 기작이 작동한다.

각피와 기공 축은 증산으로 빠져나가는 수분을 줄이는 구조와 관련된다. 내건성이 강한 식물은 각피가 발달해 있고 기공이 작다 는 특징을 함께 보인다. 기공 수가 적거나 기공이 작은 경향도 나타난다.

광합성과 호흡 축에서는 건조할 때 생리 기능이 얼마나 줄어드는지를 본다. 건조할 때 광합성 감퇴 정도가 작은 작물이 내건성이 강하다. 호흡 감퇴와 광합성 감퇴를 따로 떼어 보아야 선지를 가를 수 있다.

생육단계에 따라서도 내건성은 달라진다. 작물의 내건성은 생육단계에 따라 차이가 있으며 생식생장기에 가장 약하다. 내건성은 품종과 생육단계, 재배 조건에 따라 달라지므로 한 작물의 내건성을 다른 작물이나 다른 시기에 그대로 옮겨 쓸 수 없다.

자세히

원형질과 세포 수분 보유

세포 크기도 내건성 판단에 쓰인다. 세포 크기가 작은 작물은 일반적으로 내건성이 강하다. 세포가 작으면 수분이 줄어들어도 원형질 변형이 적다. 두 설명은 세포가 작을수록 수분 감소에 따른 원형질 변형이 줄어든다는 같은 방향을 가리킨다. 다만 세포 크기 자체보다 수분 감소에 따라 원형질이 얼마나 변하는지가 쟁점이다.

원형질 비율이 높은 세포는 수분을 더 강하게 붙잡는다. 이 점은 저장양분 비율과 함께 묶어 익혀야 하는데, 두 비율이 함께 높은 식물이 내건성이 강한 쪽이다. 원형질막의 투과성은 이 쟁점에서 따로 떼어 보아야 한다. 내건성이 강한 작물은 원형질막의 수분·요소·글리세린 등에 대한 투과성이 큰 편이다. 투과성이 크다는 사실은 원형질 보호를 막의 차단 기능으로 설명하는 것과 구분해야 한다.

잎의 형태와 표면적

내건성이 강한 식물은 체적에 대한 표면적 비율이 낮고 전체적으로 왜소하다. 표면적이 작으면 증산이 일어나는 면적도 줄어든다. 기동세포가 발달하면 탈수 때 잎이 말려 표면적이 줄어든다. 이 반응은 내건성이 강한 작물의 형태적 특성으로 나타난다.

잎 조직도 치밀하다. 내건성이 강한 식물은 잎 조직이 치밀하고 엽맥과 울타리 조직이 잘 발달해 있다.

광합성과 호흡의 감퇴

건조할 때 호흡이 낮아지는 정도가 큰 것이 내건성이 강한 작물 쪽이다. 광합성 감퇴는 작고 호흡 감퇴는 큰 쪽이 내건성과 맞는다. 이 두 가지가 함께 나타나는지가 선지를 가르는 기준이다.

기공 개폐와 배열

기공은 증산의 통로이며 공변세포가 기공의 지름을 조절한다. 기공은 빛이 있을 때 광합성으로 공변세포의 당 농도가 높아져 열리고, 빛이 없으면 닫힌다. 수분이 많아 팽압이 커지면 공변세포가 팽창하여 기공이 열린다. 기공의 배열은 식물 종류에 따라 달라서 다음과 같이 구분한다.

기공은 일반적으로 아랫면에 많으며, 감자와 콩도 아랫면의 기공수가 많다.