식물 뿌리가 토양 영양분을 찾는 방식은?
식물들의 뿌리들이 스스로 영양분이 많은 쪽으로 자라난다고 합니다. 이것은 어떤 화학 신호라던지 어떻게 이를 감지하고 이와 같은 현상을 보이는 것인지 궁금합니다.
안녕하세요.
네, 말씀해주신 것처럼 식물은 토양 속 영양분의 분포를 감지하고 그 방향으로 성장 방향을 조절합니다. 동물은 이동으로 자원을 찾지만, 식물은 세포 분열과 신장 방향을 조절함으로써 공간을 탐색합니다. 즉, 뿌리가 영양분 쪽으로 움직이는 것처럼 보이는 현상은 실제로는 특정 방향의 세포가 더 빨리 자라도록 조절된 결과이며 이를 화학굴성이라고 표현합니다.
토양에는 질소(NO₃⁻, NH₄⁺), 인산(PO₄³⁻), 칼륨(K⁺) 등이 균일하게 존재하지 않고, 미세한 농도 차이를 형성하는데요, 뿌리 표피와 근모 세포에는 질산염 수송체, 암모늄 수송체, 인산 수송체와 같은 막 단백질 수송체 및 수용체가 존재합니다.
뿌리 끝에 위치한 정단 분열조직 주변에서 한쪽 면의 세포가 다른 쪽보다 더 많은 영양분을 흡수하면 이 정보는 옥신과 시토키닌 같은 식물 호르몬의 비대칭 분포를 유도합니다. 옥신은 세포 신장을 촉진하거나 억제하며 시토키닌 가지 뿌리 형성을 촉진하며 영양분이 많은 쪽에는 측근 생성 증가하고 세포 분열 및 신장 촉진이 일어납니다. 결과적으로 뿌리는 영양분이 많은 쪽으로 더 많이 뻗고 부족한 쪽에서는 성장을 줄이게 됩니다. 감사합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
식물의 뿌리는 토양속의 질산염이나 인산염과같은 영양이온농도차이를 이용해서 세포수용체로 감지하고, 옥신신호등을 재배치해서 해당 방향으로 생장을 유도하며 그쪽으로 뿌리를 뻗어나가거나 줄기를 휘도록 만들기도합니다.
감사합니다.
안녕하세요. 김채원 전문가입니다.
식물뿌리는 토양속 질산염,인산염 등 영양이온의 농도 구배를 세포막 수용체와 호르몬
특히, 옥신을 신호로 감지해서, 해당 방향으로 세포 신장을 조절하는 화학주성, 영양주성 메커니즘으로 자랍니다식물 뿌리가 영양분을 찾아가는 과정은 말씀하신 감지에 정교한 성장 조절로 이루어지게 됩니다.
우선 뿌리 끝의 뿌리골무 세포들은 토양 속 질소나 인산 같은 이온의 농도 차이를 미세하게 감지하는 센서 역할을 합니다. 영양분이 많은 곳을 발견하면 식물 성장 호르몬인 옥신이 뿌리 내에서 재배치됩니다. 이때 옥신 농도가 높은 쪽의 성장은 억제되고 반대편 세포들은 더 빨리 자라면서, 뿌리가 자연스럽게 영양분 방향으로 휘어지게 되죠. 특히 질소가 풍부한 지점에 도달하면 그 부위에서만 곁뿌리를 집중적으로 내보내 흡수 효율을 극대화합니다.
결과적으로 식물은 신경계가 없어도 화학적 신호 전달만으로 가장 효율적인 생존 경로를 설계하며 자라나는 것입니다.
식물 뿌리는 원거리에서 영양분을 탐지하는 것이 아니라 뿌리 끝이 토양 속 영양분과 직접 접촉했을 때 세포막의 수용체를 통해 이를 감지하고 반응합니다. 뿌리 세포막에는 질산염이나 인산염 같은 특정 이온과 결합하는 수용체 단백질이 있어 영양분과 닿으면 세포 내부로 신호를 전달하고 이 신호는 옥신과 같은 식물 호르몬의 흐름을 조절합니다. 이러한 호르몬 변화는 세포 분열과 신장을 촉진하거나 억제하여 영양분이 풍부한 곳에서는 곁뿌리를 활발히 발달시키고 영양분이 부족한 곳은 빠르게 통과하도록 뿌리의 생장 패턴을 변화시킵니다.