씨앗은 왜 겨울에는 싹이 안 트고 봄에만 발아하나요?

Question

가을에 떨어진 씨앗이 겨울 내내 가만히 있다가 봄이 되면 싹을 틔우는데, 씨앗이 계절을 어떻게 감지하고 발아 시기를 조절하는 건지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 씨앗은 온도, 수분, 빛, 시간과 같은 환경 신호를 이용해 계절을 판단하는데요, 겨울에 함부로 싹을 틔우면 어린 싹이 얼어 죽기 때문에, 오랜 진화를 통해 봄에 발아하도록 조절하는 장치를 갖게 된 것입니다.

가장 중요한 역할을 하는 것은 휴면인데요, 많은 식물의 씨앗은 익어서 떨어질 때부터 발아가 억제된 상태입니다. 이때는 앱시스산이라는 식물호르몬이 발아를 막고 있는데요, 겨울 동안 낮은 온도가 오랫동안 지속되면 씨앗 내부에서 ABA의 영향이 약해지고, 반대로 발아를 촉진하는 지베렐린의 작용이 강해집니다. 이렇게 호르몬의 균형이 바뀌어야 비로소 발아할 준비가 됩니다.

또한 봄이 되면 눈이나 비가 녹아 토양에 수분이 충분해지고, 기온도 효소가 활발히 작동할 수 있는 수준까지 올라갑니다. 씨앗은 물을 흡수하면서 대사가 다시 시작되고, 저장해 두었던 녹말과 지방을 분해하여 싹과 뿌리를 자라게 할 에너지를 얻고, 일부 식물은 빛의 양이나 빛의 종류를 감지해 자신이 흙 가까이에 있다는 것을 확인한 뒤 발아하기도 합니다. 이때 모든 씨앗이 반드시 겨울을 지나야 하는 것은 아닌데요, 벼, 강낭콩처럼 봄에 뿌리면 바로 싹이 트는 식물도 있고, 반대로 많은 나무나 야생식물은 겨울의 추위를 일정 기간 겪어야만 발아하는 저온 요구성을 가지고 있습니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

씨앗은 단순히 온도만이 아니라 낮은 온도를 일정기간 겪은 뒤 따뜻해지고 수분이 충분해졌을 때 발아를 시작합니다. 겨울을 지나며 발아를 억제하는 호르몬(ABA)은 줄고, 발아를 촉진하는 지벨렐린은 늘어나 봄에 싹이 트도록 조절합니다. 이렇게 해야 추위에 죽지 않고 생존율을 높일 수 있습니다.

Answer 3

결론부터 말씀드리면 씨앗 내부의 화학적 타이머 덕분입니다.

가을이 되면 씨앗은 발아를 억제하는 앱시스산 호르몬을 대량으로 분해 축적하며 스스로 종자 휴면 상태에 들어갑니다.

이 휴면상태는 역설적이게도 겨울철의 추위를 수주에서 수개월 동안 겪어야만 서서히 해제되는데, 이를 '춘화 현상'이라 합니다.

그래서 일정 기간 저온 상태에 노출되면서 억제 호르몬은 사라지고, 발아를 촉진하는 호르몬인 지베렐린이 그 자리를 채우게 되고, 씨앗은 봄의 온도 상승, 봄비로 인한 수분, 그리고 피토크롬 단백질을 통한 빛의 자극을 동시에 감지합니다.

이 조건들이 모두 충족되는 순간 씨앗 내부의 세포 호르몬과 효소들이 활발하게 깨어나며 싹을 틔우게 됩니다.

즉, 씨앗은 온도를 이용해 계절의 흐름을 계산해서 싹이 트기 가장 최적의 시기에 발아를 조절하는 것입니다.