[컨셉 작물생리학] Part 1 작물생리기초_3.수분생리

1. 물의 특성

⋅물은 비점, 비열, 용해성, 부착력, 응집력이 매우 크다.

⋅얼음이 물에 뜨는 이유 : 물은 액체일 때 분자간 간격이 더 멀어져 밀도가 낮아져서 얼음이 물 위에 뜬다.

 

2. 수분퍼텐셜

(1) 수분이동 원리

⋅수분이동에는 집단류, 확산, 삼투와 같은 수동적인 이동과, 에너지 소비에 의존하는 능동적인 이동이 있다.

⋅수동적인 이동은 자유에너지 or 수분퍼텐셜 구배에 따라 일어난다.

⋅수분 이동원리의 비교

집단류	확산	삼투(확산의 일종)
압력 구배	화학퍼텐셜 구배	화학퍼텐셜 구배
일정한 방향	무방향	반투막을 통해 확산
집단 이동	한 분자씩 이동	용매가 이동

(2) 수분퍼텐셜

⋅수분퍼텐셜은 용질의 농도가 높아질 때, 감소.

⋅수분퍼텐셜은 압력이 증가, 온도가 증가할 때, 증가.

 

⋅팽만 상태 : 삼투퍼텐셜 = 압력퍼텐셜, 수분퍼텐셜=0

⋅원형질분리: 삼투퍼텐셜 = 수분퍼텐셜, 압력퍼텐셜=0

⋅팽압 :세포 안에 큰 정수압이 생기는 것. 세포의 팽압은 밤에 더 높다.

 

⋅건조지대의 식물이나 종자는 매트릭퍼텐셜이 0.01 MPa로 매우 낮다.

  매트릭퍼텐셜(흡착친화력) 은 액포가 없는 세포(어린세포)를 가진 조직에서 상당히 높다.

  성숙한 액포를 갖고 있는 조직은 매트릭퍼텐셜이 0에 가깝다

 

⋅작물 부위별, 작물상태별 수분퍼텐셜

     건조 종자 : -6 ~ -10 MPa

      사막 관목 잎: -6 MPa

      위조 잎 : -2 ~ -3 MPa

      생육 정지 잎: -1.5 MPa

      뿌리 : -0.5 MPa

      간척지 식물 : -0.5 MPa 이하

      통기 좋은 잎: -0.2 ~ -0.8MPa

 

3. 수분흡수

(1) 뿌리의 수분흡수 경로

아포플라스트	카스파리대의 방해를 받는다
	세포벽과 세포간극으로 이동한다 (증산할 때)
	내피를 우회하여 원형질막을 통과 → 세포질로 이동
	피층조직이 아포플라스트를 이용한다
심플라스트	원형질 연락사, 근모가 심플라스트를 이용한다

⋅근모 → 외피 → 피층 → 내피 → 내초 → 물관 이동

⋅아쿠아포린 : 비선택적 빠른 확산. 원령질막의 지질2중층을 통과

 

(2) 뿌리의 흡수 매커니즘

⋅수동흡수: 후형질을 통한 집단류에 의해 뿌리 내부로 물 흡수. 증산

- 증산 : 각피증산은 전체 증산의 10%. 증산을 위한 기공은 청색광에 열리고, 적생광에 닫힌다

      엽육세포의 세포벽을 통해 세포간극에 배출되는 수증기는 기공을 통해 방출.

      기공 바로 아래의 세포간극의 CO2 농도가 낮으면 기공이 열린다.

      증산이 왕성할 때 수동 흡수가 10~100배 더 많다.

      증산이 많을 때 물관내 물은 장력(부압)이 생긴다

      증산에 의해 엽육세포가 건조해지면 잎 세포 내의 수분퍼텐셜은 감소

- 기공열림 조건 : ① K+양이온 증가, ② CO2농도 감소, ③ 말산 음이온⋅H+양이온 증가

- 기공닫힘 조건 : 공변세포로의 ABA 유입 (K+양이온흡수 저해)

 

⋅능동흡수: 원형질 세포 능력에 좌우. 근압에 의한 수분흡수. 증산 낮을 때의 수분흡수방법

                  원형질막과 세포벽의 H+-ATPase는 능동수송의 핵심이다.

          일액현상 - 외떡잎=잎 선단에서 수분방출, 쌍떡잎=잎 가장자리에서 수분방출

                         - 토양온도 습도 높고, 공기온도 낮을 때 「수공」을 통해 수분배출 발생

                         - 뿌리 용질농도를 높여 수분흡수.

         일비현상 - 봄철 발아 전 최대, 발아 이후 급격히 감소

 

(3) 뿌리의 수분흡수와 토양수분과의 관계

⋅최초의 위조 징후는 초기위조점 : pF 4.0

⋅위조계수 = 영구위조점 : pF 4.2, -15 bar,

= 한계잔수량 = 영구위조점에서의 토양함수량을 건토중량의 %로 표시한 수치

⋅중력수 pF 0 ~2.7, 모관수 pF2.7 , 흡습수 pF 4.5 ~ 7

 

4. 작물체내 수분이동

(1) 수분의 상승

⋅수분상승의 기구 : ① 증산응집력설(Dixon): 수동적흡수. 응집력은 수분퍼텐셜저하로 받는 장력보다 크다.

② 근압: 능동적흡수

③ 보조적 수분상승 : 모세관 현상, 수화현상(부착력), 삼투

⋅수분의 횡적이동 : 사출수 세포. (살아있는 세포임) 세포와 세포 사이세 수분퍼텐셜 구배에 따라 인접 세포와 연결되고 수분의 횡적 이동을 돕는 세포. 한 쪽 뿌리가 절단되어도 같은 방향의 잎이 시들지 않는 이유.

 

(2) 작물의 수분경제

⋅작물 체내 함수량 : 수분 출납률(q) = 흡수량(A) / 증산량(T)

q < 1 = 수분흡수 과잉

q > 1 = 수분배출 과잉, 함수량 감퇴

 

⋅작물함수량 저하와 생리작용

- 어린 잎은 늙은 잎보다 삼투퍼텐셜 낮음

- 선단에 가까운 잎은 삼투퍼텐셜이 낮음

- 잎은 어린열매보다 삼투퍼텐셜이 낮음

- 지상부는 뿌리보다 삼투퍼텐셜이 낮음

 

⋅작물의 요수량 = 증발산량 / 건물생산량

                         = 건물 1kg 생산에 사용된 수분량.

 

⋅증산계수 = 생육기간중 흡수량은 증산량과 거의 같다고 간주하고 흡수량 대신 증산량을 사용

     흰명아주 > 호박 > 오이 > 앨팰퍼,클로버,완두,아마,목화,콩 > 감자 > 맥류 > 사탕무 > 옥수수,기장

 

⋅증산비 = 증산량 / 건물중

 

⋅토양수분 측정 방법 : 중량법, 전기저항법, 중성자산란법, 장력계법, 사이크로미터법

 

⋅식물 수분퍼텐셜 측정 방법 : 조직부피측정법, 차르다코프법(메틸렌블루), 가압상법, 빙점강하법(=증기압법), 노점식법(=사이크로미터법. 펠티어효과 이용)