옥신이 식물의 굴광성에 어떤 역할을 하며, 세포 신장과 어떻게 연관되어 있나요?

Question

안녕하세요. 식물이 한쪽 방향으로 휘어지는 성질을 불광성이라고 합니다. 하는데요 이때 식물이 가지고 있는 대표적인 호르몬인 옥신이 식물의 굴광성(phototropism)에 어떤 역할을 하며, 세포 신장과 어떻게 연관되어 있나요?

Answer 1

식물의 굴광성은 옥신의 불균등한 분포와 이에 따른 세포 신장의 차이로 인해 발생하는 것입니다.

줄기가 한쪽에서 오는 빛(주로 청색광)에 노출되면, 옥신은 빛을 피해 빛의 반대쪽에 많이 분포하게 됩니다. 이로 인해 그늘진 쪽 세포들은 빛을 받는 쪽 세포들보다 훨씬 높은 농도의 옥신을 가지게 됩니다.

옥신은 줄기 세포의 신장(길이 생장)을 강력하게 촉진하는 호르몬인데, 세포막의 양성자 펌프를 활성화하여 세포벽 주변을 산성으로 만들고, 산성 환경은 세포벽을 유연하게 만드는 효소(익스팬신 등)의 활성을 높여 세포벽을 이완시킵니다.

결국 옥신 농도가 높은 그늘진 쪽 세포가 더 빨리, 더 길게 신장하면서, 줄기는 빛을 향해 휘어지게 되는 양성 굴광성이 나타나게 되는 것입니다.

Answer 2

옥신은 식물의 굴광성 과정에서 빛의 반대 방향으로 이동하여 축적되는 역할을 합니다. 빛이 식물의 한쪽 면을 비추면 옥신은 그늘진 쪽으로 이동하게 되는데, 옥신 농도가 높아진 그늘진 쪽의 세포 신장이 촉진됩니다. 옥신은 세포벽의 산성화를 유도하여 세포벽을 느슨하게 만드는 효소를 활성화하고, 이로 인해 세포가 물을 흡수하여 팽창하면서 더 길어지게 됩니다. 결과적으로 빛을 받는 쪽보다 그늘진 쪽의 세포가 더 많이 신장하여 식물 줄기가 빛을 향해 구부러지는 굴광성 현상이 나타납니다.

Answer 3

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 식물의 '굴광성'은 빛을 향해 줄기나 잎이 휘어지는 현상은 대표적인 호르몬 조절 반응인데, 이 과정에서 핵심 역할을 하는 것이 바로 옥신이라는 호르몬입니다.

식물의 줄기 끝에 위치한 정단분열조직에서 빛을 감지하면, 옥신이 빛을 받은 쪽에서 반대쪽으로 이동하는데요 그 결과, 빛을 받지 않은 측에 옥신이 더 많이 축적됩니다. 옥신은 세포벽에 작용하여 세포 신장을 유도하는데요, 세포막에 있는 H⁺-펌프를 활성화시키고 H⁺가 세포벽으로 많이 방출되어 세포벽이 산성화되며, 낮아진 pH가 익스팬신 같은 단백질을 활성화시켜, 셀룰로오스 섬유 사이의 결합을 느슨하게 하여, 세포 내부의 삼투압에 의해 물이 유입되면서, 세포가 늘어나고 길이가 커지는 것입니다. 결국 빛 반대쪽의 세포들이 더 많이 신장하기 때문에, 줄기는 한쪽으로 휘어져 결국 빛을 향하게 되며 옥신의 불균등 분포 → 세포 신장의 불균등 → 줄기의 굴곡 → 빛 쪽으로 향함 이라는 과정을 거쳐서 굴광성이 나타납니다. 감사합니다.