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생물이 낮이나 밤의 길이에 따라 보이는 생리학적 반응을 광주기성이라고 한다. 가장 잘 알려진 광주기성은 꽃피는 시기(개화시기)를 결정하는 것이다. 그 외에도 줄기나 뿌리의 발달 또한 광주기성을 나타내며, 특정한 시기에 식물이 잎을 떨구는 현상도 밤낮의 길이의 영향을 받는다.
식물의 광주기성
광주기성은 하루 중 낮 또는 밤의 상대적인 길이를 뜻하는 광주기에 대한 식물의 발달 반응으로 정의할 수 있다. 식물에서 가장 많이 연구된 광주기성은 밤낮의 길이에 따라 개화시기가 결정되는 현상이다.1)2)
식물은 영양기에서 개화기로 접어들 때 광주기성이 어떻게 영향을 주느냐에 따라 단일식물, 장일식물, 중일식물, 중성식물의 네 그룹으로 나눌 수 있다. 광주기성 개화와 관련하여 흥미로운 것은 낮의 길이가 아니라 밤의 길이가 개화시기를 결정한다는 사실이다.
광주기성과 개화 (출처: 소문수)
도꼬마리를 이용한 광주기성 개화 실험을 통해 낮의 길이가 아닌 지속적인 밤의 길이가 꽃을 피우는데 더 중요하다는 사실이 규명되었다.
도꼬마리. 암꽃과 수꽃이 한 식물에 따로 핀다(가온데). 열매에 가시가 있어 사람이나 동물에 붙어 이동한다(오른쪽). (출처: 한국식물학회, 안진흥)
1. 단일식물(short-day plant)은 밤의 길이(암기)가 임계 암기보다 같거나 더 길어지면 개화한다. 단일식물의 개화는 낮의 길이가 짧아짐과 동시에 일정기간 동안 지속되는 밤의 길이가 길어져야지만 시작된다. 자연상태에서 달빛이나 번개는 개화를 방해할만한 충분한 밝기가 아니다. 일반적으로 단일식물은 낮이 점점 짧아지고 밤이 점점 길어 질 때 꽃이 핀다. 북반구의 단일식물은 하지 이후 여름이나 가을에 꽃이 핀다. 최소한 요구되는 임계암기는 식물 종에 따라 차이가 나지만, 대부분은 12~14시간 정도이다. 단일식물로는 목화, 국화, 벼, 대두와 코스모스 등이 있다.3)
2. 장일식물(long-day plant)은 밤의 길이가 임계 암기보다 짧거나 같아지면 꽃이 핀다. 장일식물은 북반구에서는 낮이 점점 길어지는 늦은 봄이나 이른 여름에 꽃이 핀다. 장일식물의 예로 시금치, 상추, 카네이션, 밀, 완두 등이 있고, 이들은 봄이나 초여름 밤의 길이가 짧아지는 것을 인식하여 개화한다.3)
3. 중일식물(intermediate-day plant)은 낮과 밤의 길이가 같아질 때 개화한다. 사탕수수와 콜레우스는 중일식물로, 밤의 길이가 너무 길거나 너무 짧아지면 꽃이 피지 않는다.3)
4. 중성식물(day-neutral plant)은 낮이나 밤의 길이에 따른 계절적인 영향과는 상관없이,고 발달 단계, 춘화처리 등의 다른 환경 요인들에 의해 반응하여 개화하는 식물이다. 오이, 장미, 토마토는 중성식물이다. 이 식물들은 대부분 낮의 길이가 일년 동안 거의 변화가 없는 열대 지방에서 자생하던 식물들이다.3)
1920년대에 Garner와 Allard는 장일조건의 온실에서는 꽃을 피우지 못하다가 단일조건의 들판에 내다버린 후에야 꽃을 피우게 된 메릴랜드 맘모스 담배(Maryland Mammoth Tobacco)를 발견하였다. 이후의 연구 결과 개화시기에 영향을 미치는 것은 낮이 아니라 밤의 길이이고, 이 과정에 피토크롬이나 크립토크롬 등의 광수용체가 작용하여 광주기를 감지한다는 사실이 규명되었다. 단일식물은 암기에 몇 분간 빛을 주면 꽃이 피지 않고, 장일식물은 암기에 적색광을 켜주면 꽃이 핀다. 이는 개화가 낮의 길이가 아니라 밤의 길이에 의해 결정된다는 것을 증빙해 주는 결과이다.
제공처
한국식물학회 한국식물학회
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