6.2 식물 호르몬 – 옥신, 지베렐린, 시토키닌

6.2 식물 호르몬 – 옥신, 지베렐린, 시토키닌

 나무의 성장을 조율하는 ‘보이지 않는 신호들’

우리는 나무가 자라는 것을 외형으로만 느끼지만, 그 내부에서는 수백 개의 생화학적 신호가 끊임없이 전달되고 있습니다.
이중에서도 생장을 직접 조절하는 핵심 요소는 바로 식물 호르몬입니다.

그중에서도 특히 중요한 세 가지가 있습니다:

옥신(Auxin)
지베렐린(Gibberellin)
시토키닌(Cytokinin)

이들 생장 호르몬은 마치 건축 설계도와 시공 감독자처럼, 어디에 얼마나 자라야 할지를 정밀하게 조절합니다.

1. 옥신 (Auxin) – 생장의 시작을 알리는 신호

옥신의 발견과 종류  (식물 생장의 열쇠를 연 실험)

옥신(Auxin)은 식물 생장에서 가장 먼저 발견된 호르몬으로, 그 시작은 1926년, 독일의 식물생리학자 F. W. 웬트(Fritz Went)의 고전 실험에서 비롯되었습니다.

그는 귀리의 자엽초(coleoptile)가 빛을 향해 굽는 ‘굴광성’ 현상을 연구하던 중, 자엽초 선단에서 어떤 생장 촉진 물질이 아래쪽으로 이동하며 비대칭 생장을 유도한다는 사실을 발견했습니다.
이 물질이 바로 옥신의 존재를 처음 증명한 계기가 되었고, 이후 그 물질은 IAA(Indole-3-acetic acid, 인돌초산)로 밝혀졌습니다.

 

주요 천연 옥신

식물 내에 자연적으로 존재하며 생리 활성을 가진 주요 천연 옥신은 다음과 같습니다:

물질명	특징
IAA (Indole-3-acetic acid)	대표적 옥신, 대부분 식물의 기본 생장 신호
IBA (Indole-3-butyric acid)	IAA와 유사, 발근 촉진 능력이 높음
PAA (Phenylacetic acid)	옥신 활성은 낮지만 보조 역할
4-Cl-IAA (4-Chloroindole-3-acetic acid)	일부 식물에서만 발견, 생장 조절 보조

 

 합성 옥신: 식물생장조절제로 활용

IAA와 유사한 생리적 작용을 하도록 인위적으로 합성된 옥신류 화합물을 합성 옥신(Synthetic Auxins)’이라고 합니다.
이들은 식물 내에 천연적으로 존재하지 않기 때문에 호르몬이라 부르지는 않으며, ‘식물생장조절제’라는 표현이 더 정확합니다.

대표적인 합성 옥신은 다음과 같습니다:

화합물명	용도 및 특징
IAN (Indole-3-acetonitrile)	IAA 전구체 또는 간접 생합성 경로로 작용
NAA (1-Naphthaleneacetic acid)	낙과 방지제, 발근 촉진, 꽃의 탈리 조절
2,4-D (2,4-Dichlorophenoxyacetic acid)	잡초 제거용 제초제, 옥신 작용 과도 유도
2,4,5-T	과거 제초제로 사용, 현재는 사용 제한
MCPA	광엽잡초 선택적 제초제

2,4-D와 MCPA는 옥신 과다 작용을 유도하여 잡초가 기형 생장 후 고사하도록 만드는 원리입니다.

 

생리적 효과

• 세포의 크기를 늘리는 세포 신장 촉진
• 세포분열, 유관속조직 분화 
• 뿌리 생장 및 저농도에서 발근 유도
• 생장 방향 조절 (굴광성, 굴지성)
• 정아우세 유지, 측지 생장 억제
• 잎에서 생산된 옥신은 낙엽을 지연시키며, 봄에 형성층 분열의 시작을 유도합니다. 

생성 위치

• 정단 생장점 (새순, 어린 잎)
• 어린 과일, 종자

작용 원리:

• 옥신 이동은 목부나 사부를 통해 이루어지지 않고 유관속 조직에 인접해 있는 유세포를 통해 운반됩니다. 
• 옥신은 수분을 유도하고 세포벽을 느슨하게 풀어주는 효소를 활성화시켜  세포가 팽압으로 신장할 수 있도록 도와줍니다.
• 빛이 있는 방향으로 옥신이 덜 이동하면서 굴광성이 유도됨

활용:

• 삽목 시 뿌리 유도제
• 낮은 농도는 세포 신장 촉진, 높은 농도에서는 제초제 역할
• 가지 절단 후 생장 유도
• 과수에서 방향 조절형 전정 시 고려

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2. 지베렐린 (Gibberellin) – 성장 폭발의 조절자

발견의 시작: 'bakanae 병(바카네병)'

1920년대 일본에서는 벼에 이상한 현상이 자주 발생했습니다.
정상 벼보다 유난히 길게 자라고 키가 크지만, 결국은 쓰러져버리는 현상이 있었고, 이를 바카네병(馬鹿苗病, bakanae disease)’이라 불렀습니다.('바보 벼 병'이라는 뜻)

일본 식물병리학자 구로사와 쇼쿠이치(Kurosawa Shōkichi)는 이 병이 곰팡이(Fusarium fujikuroi) 감염에 의해 발생한다는 것을 밝혔고, 이 곰팡이가 분비하는 어떤 물질이 비정상적인 생장 촉진을 유도한다고 판단했습니다.

생리적 효과

• 세포 신장과 분열 동시 촉진
• 줄기 신장 생장(세포분열+신장 동시 → 키 크게 자람 )
• 생식 생장 (꽃눈 발달, 종자 발아 유도)
• 휴면 억제 (종자 발아, 눈의 생장 개시)

생성 위치:

• 어린 조직, 종자, 생장점
• 형성층 주변

작용 원리:

• 세포 내 단백질 합성을 활성화시켜
  생장 속도와 세포 크기를 동시에 증가시킴
• 옥신과 함께 작용해 생육 촉진 시너지

실무 활용:

• 왜성 수종에 길이 생장 유도
• 발아율 향상 처리제
• 온실 재배에서 생장 조절제 사용

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3. 시토키닌 (Cytokinin) – 분열의 스위치를 켜는 호르몬

발견의 시작: 담배의 유상조직 배양 실험

1950년대 미국의 식물학자 F. Skoog(스쿠그)와 동료들은 담배의 유상조직(callus)을 시험관에서 배양하며 세포 분열이 더 활발해지는 조건을 찾고 있었습니다.

그 과정에서 DNA의 염기 성분 중 하나인 퓨린(purine) 계열의 물질이 세포 분열을 촉진한다는 사실을 발견했고, 최초로 인공 합성한 물질이 바로 '키네틴(kinetin)'이었습니다. 이것이 최초로 밝혀진 시토키닌입니다.

핵심 역할:

• 세포 분열 촉진 (특히 분열조직에서 활발)
• 뿌리보다 줄기·잎 쪽 생장 촉진
• 잎의 노화(탈리) 억제 및 조직 생명 유지
• 옥신과 균형을 이루며 생장 방향 결정(옥신과 균형 작용)
• 기관 분화 유도 (조직배양에서 뿌리 or 줄기 선택), 측아의 발달, 잎의 확대 생장, 엽록체 발달

생성 위치:

• 주로 뿌리 근단
• 어린 과일, 수관 조직

작용 원리:

• DNA 복제 및 핵 분열 관련 효소 활성화
• 옥신 비율에 따라 조직의 형태 분화 조절
  (예: 옥신↑ = 뿌리 → 시토키닌↑ = 잎·줄기)

실무 활용:

• 삽목 발근 후 지상부 활착 유도
• 병해 후 조직 재생 촉진
• 조직배양에서 기관분화 조절

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4. 호르몬의 상호작용 – 균형이 핵심

이 세 가지 호르몬은 단독으로 작용하지 않고 항상 균형 속에서 작동합니다.

조합	작용 예시
옥신 + 지베렐린	생장 촉진 (줄기 신장 중심)
옥신 + 시토키닌	조직 분화 결정 (잎 or 뿌리)
지베렐린 + 시토키닌	꽃눈 분화 유도, 휴면 억제

 

담배나 콩의 수조직을 옥신이 첨가된 배지에서 조직배양하면 유세포 덩어리(유상조직 또는 유합조직)가 생기는데 시토키닌을 첨가하면 세포분열이 촉진되는데 시토키닌 양에 비례하여 증가함으로 시토키닌의 생물검정 방법으로 사용할 수 있습니다. 

시토키닌과 옥신의 비율은 시토키닌 함량이 높으면 유상조직이 줄기로 분화하여 눈, 대, 잎을 형성하며, 옥신 함량이 높으면 뿌리를 형성합니다. 

시토키닌:옥신 비율	결과
시토키닌 ≫ 옥신	유상조직이 줄기 조직으로 분화 → 눈, 줄기, 잎 형성
옥신 ≫ 시토키닌	유상조직이 뿌리 조직으로 분화
비슷한 농도	유상조직 상태 유지 or 비특이적 분화

 

따라서 동일한 유상조직을 놓고도, 호르몬 조합에 따라 전혀 다른 기관으로 분화할 수 있습니다.

하나라도 과다하거나 부족하면 기형 생장, 조직 왜곡, 휴면 지연 등이 발생합니다.

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 5. 실무 적용 사례

가지치기와 생장유도

• 가지 제거 후 정단 생장점 손실 → 옥신 생성 저하
  → 측지 발달 (시토키닌 우위)
  → 원하는 방향의 가지 유도 가능

수목 활착 진단

• 새순 미형성 시 → 옥신·지베렐린 결핍 의심
• 잎은 펴지는데 뿌리 없음 → 시토키닌 과다 가능성

병해 후 회복 관리

• 수간 상처 부위 재생 촉진 → 시토키닌 수용액 처리 가능

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수목의 생장은 눈에 보이지 않는 호르몬 신호의 정교한 결과입니다.
옥신, 지베렐린, 시토키닌은 ‘언제’, ‘어디서’, ‘얼마나 자랄지’를 결정하는 나무의 성장설계도이자 내부 커뮤니케이션 체계라 할 수 있습니다.

이 호르몬들의 작용을 이해하면 단순한 전정이나 이식이 아니라, 수목의 의도를 고려한 관리와 치료가 가능해집니다.

식물호르몬	주요기능	실무 활용
옥신	뿌리 형성, 방향 조절	삽목 발근, 가지치기, 낙엽 지연
지베렐린	신장, 개화, 발아	무종자 과실, 꽃 유도, 종자 발아
시토키닌	세포 분열, 노화 억제	조직배양, 절화 유통, 병해 회복