작물생리학 핵심 요점 정리 농업직 공무원, 농촌지도사, 농업연구사 9. 작물의 결과생리

9. 작물의 결과생리

 

* 화분관 신장과 수정
① 주두에 부착된 화분의 발아 : 주두의 수분 및 유기화합물 흡수 → 화분관 신장
↳ 화분관의 세포벽 구성 : callose(다당류) / 화분관의 신장시 화분관의 세포질의 부피는 증가하지 않는다.(액포발생)
☞ 개화기 때 비가 오면 갑작스런 수분흡수로 화분세포의 팽압이 증가하여 파열될 수 있다.(우기 수정률 저하 원인)
② 화분관 신장중 핵분열로 2개의 정핵 생성(식물체 70%)
③ 화분관 신장 → 자방 도달시 주공을 통해 배낭으로 들어가고 영양핵은 퇴화 ⇨ 조세포가 이 작용을 돕는다.
※ 수분시 꽃가루 발아 조건
- 수분 : 팽압제공, 물질운반 - 당분 : 호흡에 필요한 양분 공급/삼투압 조절 - 칼슘 : 세포벽 구성
- 붕소 : 화분관 신장에 필요 - 식물호르몬 : 옥신, 지베렐린(꽃가루에 다량 함유)

 

<불임성과 그 원인>
* 자가불화합성 기구
① 수분된 화분이 주두에서 발아하지 못함 ② 화분이 발아해도 화분관이 주두조직 안에서 신장하지 못함
③ 화분관 신장도 정상적이고 수정도 제대로 되지만 그 후의 발육이 저해되어 종자가 형성되지 못하는 경우
* 자가불화합성 생리적 원인
① 화분의 발아 및 화분관 신장을 저해하는 억제물질의 생성 ② 화분관 신장에 필요한 물질의 부족
③ 화분과 주두조직 사이의 삼투압 차이 ④ 화분과 주두조직에 있는 단백질들의 친화성 결여
⑤ 특수한 ribonuclease 유전자 발현
* 교잡불화합성 작물 : 사과, 배, 양앵두, 고구마, 십자화과 작물
* 1대 잡종 종자 생산시 불화합성 이용

웅성 불임성 이용	자가 불화합성 이용	인공교배 이용
양파, 파, 고추, 당근, 옥수수 등	배추, 양배추, 무 등	토마토, 오이, 가지, 수박, 참외 등

<성적 결함에 의한 불임성>
• 자성불임 : 배주나 배낭에 이상 현상이 나타나서 생기는 불임으로 드물다.
• 웅성불임

세포질 유전자 웅성불임 (CGMS)	양파, 당근, 사탕무, 아마 - 핵 내 유전자와 세포질 요인의 상호작용에 의해 발생 * 임성회복친(화분친), 임성유지친, 불임친이 있어야 한다.
세포질 웅성불임 (CMS)	옥수수, 수수, 사료용 유채 - 웅성불임이 세포질 요인에 의해서만 지배 * 멘델법칙을 따르지 않는다. - 유전물질에 의한 것이 자성체의 세포질에 의존 * 세포질웅성불임성은 화분친에 관계없이 불임이 되므로 양파처럼 영양기관을 이용하는 작물에서 1대 잡종을 생산하는데 이용
유전자 웅성불임 (GMS)	고추, 토마토, 보리, 수수, 벼 - 웅성불임이 핵 내 유전자에 의해서만 지배 * 온도, 일장, GA 등에 의해 임성을 회복하는 환경감응형 웅성불임성이 있다.

• 화분불임 : 유전적 원인에 의하여 화분의 발육이 불완전

 

<불수정에 의한 불임성과 불화합성>
• 자웅이숙, 이형예현상
• 타가불화합성(교잡불화합성) : 사과, 배, 양앵두, 고구마, 십자화과 식물에서 볼 수 있다.
• 자가불화합성 : 배우체형 자가불화합성, 포자체형 자가불화합성(동형화주형, 이형화주형)
☞ 자가불화합성을 지배하는 유전자좌를 S-locus라고 하며 동일 유전자좌 내 여러 개의 복대립유전자간 상호작용에 의해 지배
☞ 배우체형 자가불화합성은 자방친의 불화합유전자가 화분의 불화합유전자와 한가지라도 서로 같으면 불화합이 된다.
① 배우체형 자가불화합성 : 화분(n)의 유전자가 화합 ․ 불화합을 결정
② 포자체형 자가불화합성 : 화분을 생산한 식물체(포자체, 2n)의 유전자형에 의하여 화합․불화합이 결정

 

* 자가불화합성 타파

뇌수분	억제물질이 생성되기 전인 개화 2~3일전의 꽃봉오리(화뢰)에 수분하는 것으로 자가수정률이 높으며 십자화과식물의 채종에 많이 이용된다.
노화수분	개화 후 3~4일 후에 수분
자연수분	억제물질의 활성이 약화된 화기 말에 수분
CO2처리	개화기에 3~5% 정도의 탄산가스를 4시간 정도 처리하며 1대 잡종 무의 원종 증식을 위해 종자회사 등에서 가장 많이 이용하는 방법이다.

* 수분에 따른 작물 분류

자가수정 작물	벼, 보리, 밀, 귀리, 조, 콩, 담배, 땅콩, 아마, 토마토, 가지, 고추, 상추, 수박 - 화본과, 두류
타가수정 작물	• 자웅이주 : 시금치, 아스파라거스 • 자웅동주 이화 : 옥수수, 오이, 호박, 수박, 참외 • 자웅동주 동화 : 무, 배추, 양배추, 등 십자화과
자가수분이 원칙이나 타가수분도 가능	피망, 갓, 수수, 목화, 유채, 수단그래스

* 화기의 구조적 원인

자가불화합성	무, 배추, 양배추 등 십자화과
자웅이숙	• 웅예선숙 : 양파, 당근                          • 자예선숙 : 십자화과, 목련, 호두
자웅이주	시금치, 아스파라거스, 은행나무
자웅동주	오이, 수박, 호박, 옥수수
이형예	메밀, 프리뮬러 * 자가불화합성과 자웅이숙이 함께 작용하는 경우가 많음
장벽수정	붓꽃 * 꽃밥이 암술대의 움푹한 곳에 위치한 경우 등 암술과 수술의 위치가 자가수정을 할 수 없는 상태

 
<수정 후의 퇴화로 인한 불임성>
• 수정은 정상적으로 되나 접합자가 생긴 후에 퇴화현상이 일어나서 불임이 되는 경우
- 불임성이 가장 빨리 나타나는 것으로 배의 사멸(embryo destruction)을 들 수 있는데
어떤 원인으로 배의 생장이 원만하지 못하여 종자형성이 안되는 것



<종자형성과 발달>
* 외떡잎 식물 종자의 발달과정(발육중인 옥수수 종자의 구성성분 변화)
① 종자의 건물중, DNA, 단백질은 지속증가 ② 종자의 생체중, 아미노산, RNA는 발달 중기 이후 성숙기까지 감소
☞ 단, 배의 경우에는 상기 사항이 지속 증가한다. 배유에서는 종자의 발육단계에 따라 다른 종류의 단백질합성이 일어나고 저장단백질이 현저하게 증가하는 후기에는 현저한 아미노산 감소가 수반

 

* 쌍떡잎 식물 종자의 발달과정(콩)

<과실의 생장>
* 과실의 생장 구분
① 단일 시그모이드 곡선 : 과실의 대부분의 식물 ② 2중 시그모이드 곡선 : 핵과류, 포도
③ 단일 시그모이드 - 꼬투리 / 2중 시그모이드 - 종자 (콩)

<단위결과>
① 자연적 단위결과 작물 : 토마토, 고추, 호박, 오이, 감귤류, 바나나, 파인애플
☞ 바나나, 감귤류(불완전 화분), 파인애플(자가불화합성), 멜론(유전적 불임성인 3배체)
② 환경적 단위결과 : 고온, 일장, 안개, 환상박피, 타화수분, 곤충작용
☞ 고온에서 단위결과 발생 : 배, 토마토
③ 화학적 단위결과 : 옥신처리로 단위결과 유기, GA처리로 과실을 무핵화 및 숙기 단축
☞ 감, 배도 GA7으로 단위결과 유도 할 수 있으나 경제적 가치가 없다.
☞ GA처리로 무핵화 시킨 포도는 개화 후에 다시 한번 처리함으로써 비대생장을 촉진시킬 수 있는데,
생장촉진을 위한 GA효과는 유핵품종에서는 그 효과가 거의 없는 것이 보통이다.

 

<과실의 성숙>
* 과실의 성숙과 일어나는 변화
① 색소의 변화 : 엽록소 감소 / Carotenoid(카로틴, 리코펜, 크산토필), Anthocyanin 의 증가
② 성숙과정에서 과실의 경도 감소 : 세포 간 접착역할을 하는 펙틴질의 분해로 가용성이 되어 세포 간 접착능력 소실
③ 과실 내 성분변화 : 과실에서 가용성 고형물 증가, 유기산 감소, 휘발성 향기성분의 증가