식물계에서 가장 흔히 볼 수 있는 많은 현상을 일으키는 호르몬은 옥신 (auxin)으로 성장과 관련된 세포의 분열을 촉진하는 역할을 한다. 일본에서 벼의 키다리병원균을 연구하다 발견한 지베렐린은 식물 생장을 촉진한다.
시토키닌은 생장조절기능을 가지고 있으며 세포분열을 촉진하는 모든 물질을 부르는 명칭이다. 앱시스산(Abscisic acid)은 식물의 휴면에 관여하고 불량 환경에 의한 스트레스를 감소시킬 때도 분비된다. 대체로 식물호르몬이 화학 구조상 간단하게 되어 있지만, 에틸렌은 그 중에서도 가장 간단하면서도 큰영향을 미치는 호르몬으로 앱시스산과 함께 물리적 손상, 병원균 침입, 외부의 불량환경 등의 스트레스에 의해 활발히 생성되는 스트레스 호르몬이다.
넬류보프의 발견 이전에도 사람들은 오랜 경험을 통해 얻은 지식을 이어 내려 오면서 생활 속에서 이용해 왔다. 넬류보프의 발견 이후 학자들은 계속 적인 연구를 통해 에틸렌이 식물호르몬임을 입증해 왔다. 과일의 성숙에 관여 하고 노화를 촉진한다는 것 이외에도 식물에 중요한 몇 가지 사실들이 추가로 발견하였다.
과실의 성숙에 관여하는 성질 때문에 알려진 에틸렌은 농업에서는 꽤 중요 하면서도 성가신 취급을 당하게 되었다. 모든 농산물의 수명은 수확부터 시작 하여 유통단계를 거쳐 판매가 되는 시점까지로 이 기간의 품질유지는 매우 중요하다. 원예 산물의 에틸렌 발생은 종류 및 품종에 따라 매우 다양하며, 작물의 에틸렌 발생량과 저장성에는 밀접한 관계가 있다.
에틸렌은 생성이 시작되면 사실상 인위적으로 생성 및 작용을 억제한다는 것이 불가능하므로 생성억제가 관건이다. 반면 에틸렌 가스의 작물의 성숙과 착색을 촉진시키는 등의 생리적 작용을 농업에 활용하는 방법은 이미 널리 쓰이고 있다. 현재 농산물 저장분야에서는 1-MCP라는 생장조절제를 활용하여 성가신 에틸렌을 효과적으로 제어하고 있다.
수확 후 관리기술을 전략적 육성을 검토해야 한다. 그 동안 집중되어온 생산량 증대전략에 생산수율 확보 전략을 더한 식량안보 확보 및 수출농업 전략이 필요한 시점이다.
■ 호르몬이란?
호르몬이란 비타민이나 효소와 마찬가지로 극히 미량으로써 몸의 특정 부분(표적 기관)의 작용에 큰 영향을 미치는 물질이다. 호르몬(hormone)이란 말은 그리스어로 ‘자극하다’, ‘흥분시키다’, ‘각성시키다’라는 의미를 담고 있다.
모든 생물은 성장과 생식에 호르몬이 관여하고 있으며 종에 따라, 분비기관에 따라, 하는 역할에 따라 부르는 명칭은 다양하다. 종에 따라서는 동물과 식물, 남성과 여성, 분비기관은 갑상선, 뇌하수체 등이 있고, 역할로는 성(性)과 성장호르몬이 대표적이다.
이중에서도 식물호르몬은 특정 부위에서 만들어지고 체내의 다른 부분으로 이동하여 적은 양으로 생리적 작용을 일으키는 물질이다. 매우 낮은 농도만으로도 세포가 조직으로 변화하거나 기능을 하는데 큰 영향을 주며 종류에 따라 생성되는 장소가 다르다.
■ 옥신, 지베렐린 등의 호르몬
식물계에서 가장 흔히 볼 수 있는 많은 현상을 일으키는 호르몬은 옥신이다. 옥신은 성장과 관련된 세포의 분열을 촉진하여 어린줄기, 신초(新梢)가 자라고 동시에 뿌리가 자라나는 것이 가장 큰 역할을 한다. 또 세포벽을 신장시켜 길이 생장 촉진, 곁눈의 생장 억제, 열매의 생장과 발근 촉진, 낙엽과 낙과 방지하는 기능을 한다.
이와함께 지베렐린은 수정 없이도 각종 과일?과채류 착과를 유도하는 효과가 강하여 예전 시설원예에서 널리 이용되고 있고, 사토키닌은 식물세포의 분열을 촉진하고 노화를 지연시키며 잎과 곁눈의 생장을 촉진한다.
앱시스산은 식물의 휴면에 관여하고 불량환경에 의한 스트레스를 감소시킬 때도 분비한다.
식물종자가 발아에 불리한 환경에서 싹이 틔우지 않도록 억제 하는 역할을 하는데 휴면하지 않는 종자에는 영향 받지 않는다.
■ 식물 노화의 원인 에틸렌
대체로 식물호르몬이 화학구조상 간단하게 되어 있지만, 에틸렌은 그 중에서도 가장 간단하면서도 큰 영향을 미치는 호르몬이다. 독특하게 기체 상태로 존재하기 때문에 다른 호르몬과 달리 이동이 쉽고 주로 확산에 의해 기공(氣孔)으로 배출된다.
에틸렌은 앱시스산과 함께 물리적 손상, 병원균 침입, 외부의 불량 환경 등의 스트레스에 의해 활발히 생성되는 스트레스 호르몬이다.
과일을 포장할 때 상처를 입지 않도록 조심하는 이유 중 하나로 단순히 상처만 나는 것이 아니라 에틸렌이 발생하기 때문이다. 에틸렌이 생성되면 식물체의 노화가 진행되는데 특히 과일, 꽃등의 수명에 크게 영향을 받는다.
■ 에틸렌 억제 연구 필요
에틸렌은 과일의 성숙에 관여하고 노화를 촉진한다는 것 이외에도 대표적인 항산화물질 안토시아닌과 카로티노이드 합성에 기여 하며 다른 색소인 엽록소를 분해하는 과정에도 관여한다. 모든 농산물의 수명은 수확부터 시작하여 유통단계를 거쳐 판매가 되는 시점까지로 이 기간의 품질유지는 매우 중요한데 에틸렌은 미숙과를 빠르고 균일하게 숙성시키는데 이용할 수 있으나 의도하지 않은 노출은 대부분의 채소, 과일에 부정적인 역할을 한다.
따라서 에틸렌은 생성이 시작되면 사실상 인위적으로 생성 및 작용을 억제 한다는 것이 불가능하므로 생성억제가 관건이다. 이를 위해서는 적절한 수확시기의 선택과 아울러 효과적인 저장수단을 통하여 생성 및 활성화를 억제하는 것이 효과적이다. 현재 농산물 저장분야에서는 1-MCP라는 생장조절제를 활용하여 에틸렌을 효과적으로 제어하고 있다.
식량안보와 수출농업을 위한 상품 확보를 위해서는 손실률 감소를 통한 수율 증가와 상품가치 향상 전략이 더해질 시기다. 수확 후 관리기술에 대한 투자는 품질도 높이지만 저장성이나 가공 효율을 높여 부가가치를 높이는 1석2조 효과가 기대된다.
대표집필자=임병선 국립원예특작과학원
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