작물의 개화 및 결실

재배식물은 최종 목표 수확물이 종자인 경우가 많으며, 그렇지 않은 식물이라 하더라도 유성번식을 위해서는 종자생산이 필요하다. 종자 형 선고 발육은 꽃눈분화를 유도하는 환경조건(일장 및 온도)에서 꽃눈이 분화되고, 이어지는 환경조건에 의해 개화 시기가 결정되며, 그 후 수분 및 수정 과정에서 일어나는 수많은 생리적, 생화학적 형태적 변화의 결과이다.
1920년대 Garner와 Allard가 중심이 된 연구에서 일장이 개화반응을 유도하는 가장 중요한 환경 신호임이 밝혀졌다. 또한, 밤/낮의 상대적 중요성에서 낮의 길이보다는 밤의 길이(nyctoperiod)가 개화반응에 더 중요하다는 것이 입증되었다. Borthwick와 Hendrick(1952)에 의하여 광신호를 받아들이는 수용체인 파이 토크 롬(phytochrome)의 존재가 확인되었고, 적색광이 단일식물의 개화를 억제하는 데 가장 효과적이며, 이 효과는 원적색광에 의해 소멸한다는 것이 밝혀졌다. 

또한, 잎에서 합성되어 꽃눈분화 조직으로 이동하는 개화호르몬에 대한 연구도 여러 측면에서 수행되었다. 개화에 미치는 일장과 온도의 영향은 작물의 종류와 품종에 따라 다양한데 이러한 환경조건에 대한 명확한 이해는 재배의 성패를 결정하는 중요한 요인이 된다. 가령. 일장에 민감한 품종은 위도상으로 제한된 범위에서만 재배가 가능하지만, 일장에 민감하지 않은 작물(예/ 토마토)은 온도 조건이 허용되는 한 넓은 지역에서 재배가 가능하다. 이처럼 작물의 개화반응은 작물의 재
배 작형과 방식을 고려하는 데 크게 적용된다.

작물의 영양생장이 생식생장으로 전환되는 요인들에 관한 이해는 작물 재배에 있어서 중요한 부분이다. 화곡류나 과채류 등과 같이 종자 또는 과실을 목적으로 하는 작물에서는 생식생장 과정이 완료되어야 수확이 가능하므로 생육상의 전환이 필수적인 요소이다. 반면, 엽채류나 뿌리채소류 등의 수학량은 영양 생장량에 의하여 지배된다. 괴경/괴근 등이 수확물일 경우 개화를 억제해 영양기관의 생장을 증가시키는 방향으로 재배하는 것이 좋다. 목초류는 생체량과 더불어 영양 가치도 고려해야 한다.

 

꽃이 핀다는 것은 고등식물의 생장 과정 중에서 가장 명확한 발육상의 변화이다. 그러나 꽃의 각 기관이 분화되기 전에 식물은 영양 생장 단계로부터 생식 생장 단계로 전환되기 위한 내적 변화가 일어나야 하는데, 이를 화성 유도라고 한다. 개화는 화성이 유도되는 생리/생화학적 내적 변화와 더불어 화기 조직의 형성과 같은 형태학적인 변화를 수반하는 일련의 정교하고도 복잡한 과정을 거친 후에 환송된다. 

대부분의 식물은 알맞은 일장 조건에서만 화성이 유도되는데, 이를 위해서는 일정 수준의 영양생장 단계에 도달해야 한다. 예를 들면, 대부분의 옥수수 품종들은 16~17마디까지 생장하지 않으면 개화하지 않는데, 이는 두 가지 측면에서 설명이 가능하다. 하나는 정단 분열 조직을 꽃눈 분열조직으로 바꾸는 데 충분한 영양물질과 개화유도 물질을 생산하기 위해서는 최소한 16~17마디는 자라야 꽃이 필 수 있음을 보여주고 있다. 

이는 옥수수의 정단분열조직이 어느 정도 성숙해야 개화유도 신호를 만들어 생식생장으로 넘어갈 수 있음을 의미한다고 볼 수 있다. 

식물의 화성이 유도되기 위해서는 어느 기간까지의 영양생장 단계가 꼭 필요한데 이때까지의 생장 기간을 유년기 또는 유연성 기간이라 하고, 식물이 이러한 상태에 있는 것을 유연성이라고 한다. 벼에서의 기본 영양 생장 기간이나 맥류에서의 최소 열 수 확보 기간 등은 화성이 유도되는 데 필요한 유연성 기간과 간 의미로 볼 수 있다. 유년기의 길이는 작물의 종류에 따라 다르다.

유연성 기간이 지나 화성이 유도되면서 생식생장을 할 수 있는 성년 성으로 넘어가는 것을 생리적인 성전환이라고 한다. 식물의 성전환은 생리적 변화는 물론 외부 형태의 변화를 수반하는 경우가 많은데, 담쟁이덩굴(Hedera helix)에서 뚜렷하게 볼 수 있다.

성년 성에 이르면 개화유도 반응 이외에, 생식 작용과는 관련 없어 보이는 중력에 대한 반응, 부정근 형성, 엽형, 잎차례(엽서) 등에서도 변화가 일어난다.

광주기성이란 일장에 대한 식물의 반응을 말하는데, 이 반응에는 생장과 분화는 물론 대사 작용도 포함된다. 일정에 따라 체내 반응이 달라지는 것은 식물이 밤낮을 구별하고 시간을 감지할 수 있는 능력을 지니고 있기 때문이다. 따라서 광주기성은 생태적인 측면에서 식물이 계절의 변화를 예측하여 생육을 조절한다는 것을 보여주는 아주 좋은 예이며, 많은 식물에 있어서 생식생장으로 넘어가는 신호로 활용되고 있다. 일장에 대한 식물의 반응은 저장 기관의 형성, 휴면의 시작, 무성번식 기관의 형성 등 수많은 발육과정에서 나타난다. 

 

일장이 식물의 개화를 조절하는 결정적인 요인이라는 것이 보고된 것은 20세기 초의 일이지만, 광주기성은 Garner와 Allard(1920)에 의해 처음으로 사용되었다. 그들은 미국 워싱턴 D.C.에서 담배 품종을 여름(장일)에 재배하면 영양생장만 하지만, 겨울(단일) 때에 온실에서 재배하면 개화한다는 사실과 Biloxi라는 콩 품종은 파종시키는 달리하여 5~7월 사이에 파종하더라도 꽃이 피는 시기는 거의 같다는 사실을 발견하였다. 이와 같은 개화반응의 원인은 일장이 크게 관여함을 밝혔다. 

관련 문헌: 변종용ㆍ윤성중ㆍ이인중ㆍ김도순, 삼고 작물 생리학(서울: 향 문사, 2014), 371-374p