가뭄과 홍수에 대한 반응

물은 식물의 생활사에 중요한 역할을 합니다. 하지만, 불충분하거나 과도한 물은 식물에 심각한 위협이 될 수 있습니다.

정상적인 조건에선 식물이 흡수하는 물은 증산(transpiration)이라고 불리는 과정을 통해 잎과 다른 부분에서 증발합니다. 가뭄 스트레스를 받을 땐 증산에 의해 증발하는 물이 토양에서 흡수된 물을 훨씬 초과하여 식물이 시들게 합니다. 가뭄 스트레스에 대해 식물은 일반적으로 기공(stomata)을 폐쇄적으로 유지하고 증발을 감소시키는 아브시스산(abscisic acid) 호르몬을 합성합니다. 또한, 식물은 잎을 떨어뜨림으로써 극심한 물 부족에 반응할 수 있습니다. 그러나 이 방법은 광합성을 감소시키고 결과적으로 식물의 성장을 방해합니다.

미생물을 통한 식물의 가뭄 스트레스 완화

가뭄 스트레스는 건조하고 반건조 지역의 식물 성장과 생산성을 제한합니다. 하지만, 식물 주변에 존재하는 특정한 미생물들은 가뭄 조건 하에서 물리적, 화학적 신호를 방출해 식물을 방어하는 변화를 유도할 수 있습니다. 예를 들어, 토양 박테리아 Paenibacillus polymyx는 애기장대(Arabidopsis)가 가뭄을 견딜 수 있도록 유도한다고 보고되었습니다. 이 박테리아의 가장 큰 영향은 물 스트레스를 받는 협과(legume)의 성장에서 관찰되었습니다. 건강한 식물은 질소 고정을 위해 토양 근류균(rhizobium)에 의존하는데, 근류균은 가뭄 스트레스에 매우 민감하여 가뭄 시 질소 고정률이 매우 낮아집니다. 한편 가뭄 조건에서 토양에 P. polymyx가 혼합되었을 땐 근류균에 의한 질소 고정이 증가하고 협과의 성장이 향상됐습니다.

식물에 있어서 물 과잉은 물 부족만큼이나 재앙입니다. 너무 많은 물은 토양의 공기 공간을 줄여 식물을 질식시킬 수 있고, 따라서 세포 호흡에 필요한 산소를 제한할 수 있습니다. 특정한 나무 식물 종은 홍수에 반응해 줄기 밑동에 부풀어 오르는 비대적발육(hypertrophic growth)을 형성합니다. 이러한 비대적발육은 무산소 물질대사로부터 형성된 독성 화합물(이산화탄소, 메탄, 에탄올)의 배출뿐만 아니라 산소의 하향 확산에도 도움이 될 수 있습니다. 홍수 스트레스에 대한 다른 적응적인 반응들은 막뿌리(adventitious root)의 형성, 통기세포(aerenchyma cell)라고 불리는 특수 세포를 통한 뿌리 다공성의 증가, 그리고 산소 손실을 막기 위한 코르크화한 외피(suberized exodermis)입니다.