7.1 온도 스트레스 – 고온과 저온에서 나무는 어떻게 반응할까?
수목생리학으로 들여다본 ‘기온 충격’의 생리 반응
사람이 더위나 추위에 지치듯, 식물도 온도에 민감하게 반응합니다.
특히 수목은 한 자리에 고정되어 살아가기 때문에 극한 온도에 노출되었을 때 스스로를 지키기 위한 다양한 생리 반응을 진화시켜왔습니다.
수목생리학은 이러한 온도 스트레스 상황에서 나무 내부에서 어떤 변화가 일어나는지, 그리고 어떻게 회복하거나 저항력을 높이는지를 과학적으로 밝혀줍니다.
1. 고온 스트레스(Heat Stress)의 생리 반응
① 광합성 저하
- 고온 상태에서는 광합성에 관여하는 효소의 활성이 급감
- 광합성보다 호흡이 더 활발해져 → 에너지 손실 가속
- 엽록소 파괴, 광계 II 손상 → 빛 수용 능력 감소
고온은 식물이 에너지를 축적하기보다 소모하게 만드는 환경입니다.
② 증산 과다 → 탈수 위험
- 잎의 기공은 열기와 함께 계속 열리지만,
토양의 수분 흡수 속도는 이를 따라가지 못함 - 결과적으로 수분 손실 > 수분 공급 → 세포 수축, 탈수
- 심할 경우 잎 가장자리 괴사, 위조 현상 발생
③ 단백질 변성 및 ROS 증가
- 고온은 단백질의 3차 구조 파괴 → 효소 기능 상실
- 동시에 **ROS(활성산소종)**가 증가하면서
세포막 손상, DNA 손상, 세포 사멸까지 유발
식물은 이에 대응하기 위해 HSPs(열충격단백질)을 합성해 단백질 보호 및 복구 시스템을 가동합니다.
2. 저온 스트레스(Cold Stress)의 생리 반응
① 세포막 유동성 감소 → 물리적 손상
- 저온에서는 세포막의 유동성이 감소하고 막 내 지질이 응고되며 투과성 변화
- 세포 내 수분이 얼음 결정으로 변하며 세포벽 손상 유발
- 이로 인해 수분 공급 차단, 영양분 전달 장애 발생
갑작스러운 한파는 수분이동을 막고 ‘냉해’를 일으킵니다.
② 호흡 억제 및 대사 둔화
- 저온에서는 호흡 효소의 활성 저하 → 에너지 생성 지연
- 형성층, 생장점의 세포 분열 및 분화 정지
- 광합성 효율도 급감, 특히 C3식물은 효소 민감성 큼
③ 생장정지 → 휴면 전환
- 일정 온도 이하로 내려가면 ABA 분비 증가 → 기공 폐쇄 + 형성층 활동 중지 → 생장 정지
- 이 과정은 식물이 겨울을 버티기 위한 생리적 회피 전략
3. 수목의 온도 스트레스 방어 전략
고온 시
| 방어기작 | 작용 내용 |
| 기공 조절 | ABA 분비 → 기공 폐쇄 → 수분 손실 억제 |
| 열충격 단백질(HSPs) | 변성된 단백질 복구, 세포 안정 유지 |
| 광합성 조절 | 광계 손상 억제, 광보호 물질 활성화 |
저온 시
| 방어기작 | 작용 내용 |
| 삼투조절물질 증가 | 당류, 프로린 등 축적 → 세포 내 동결 저항력 강화 |
| 세포막 재구성 | 불포화지방산 비율 증가 → 막 유연성 확보 |
| 휴면 유도 | ABA 증가 → 형성층 활동 정지 + 에너지 절약 |
4. 수목 관리 적용
고온 대응 전략
- 여름철 심는 시기 조절(5~6월 이전)
- 차광망 설치 또는 수관 멀칭 → 일사량 조절
- 저항성 수종 선택 (예: 소나무, 은행나무)
- 고온기에는 잎 전정 금지 → 수분 손실 유발 가능
저온 대응 전략
- 한랭지에서는 내한성 수종 식재 (예: 전나무, 낙엽송)
- 동절기 어린나무 보온재 감싸기
- 휴면기 가지치기 → 생장조직 노출 최소화
- 급격한 온도변화 방지를 위한 지피(낙엽, 볏짚) 활용
5. 수목의 ‘버티는 힘’을 이해하자
| 항목 | 고온 스트레스 | 저온 스트레스 |
| 문제 발생 | 증산 과다, 광합성 저하 | 세포막 손상, 에너지 생산 둔화 |
| 생리 반응 | HSPs 생성, 기공 폐쇄 | ABA 증가, 휴면 전환 |
| 관리 방안 | 차광, 수분관리 | 보온, 내한성 수종 선택 |
나무는 기온이라는 외부 자극에 광합성, 호흡, 수분이동, 호르몬 조절까지 총동원하며 대응합니다.
그 과정은 결코 수동적인 반응이 아닌, 살아남기 위한 정교한 생리적 전략입니다.
수목생리학을 통해 온도 스트레스의 원리와 방어 기작을 이해하면 조경·산림·농업 현장에서의 적절한 수목 선택과 관리 전략을 세울 수 있습니다.