빛이 식물의 성장과 발달에 미치는 영향

빛은 식물에게 광합성에 필요한 에너지를 제공하여 유기물을 생산할 수 있게 해줍니다.성장과 발달 과정에서 에너지를 변환합니다.빛은 식물에 필수적인 에너지를 제공하며 세포 분열과 분화, 엽록소 합성, 조직 성장 및 기공 운동의 기초가 됩니다. 빛의 강도, 광주기 및 질은 이러한 과정에 중요한 역할을 합니다. 식물의 당 대사는 다양한 조절 메커니즘을 포함합니다. 빛은 이러한 조절 인자 중 하나로서 세포벽 구성, 녹말 과립, 자당 합성 및 관다발 형성에 영향을 미칩니다. 마찬가지로, 빛에 의해 조절되는 당 대사와 관련하여 당의 종류와 관련 유전자 또한 영향을 받습니다. 기존 데이터베이스를 조사한 결과 관련 리뷰가 많지 않다는 것을 확인했습니다. 따라서 본 논문은 빛이 식물의 생장 및 발달과 당 대사에 미치는 영향을 요약하고, 빛이 식물에 미치는 영향의 메커니즘을 보다 자세히 논의하여 다양한 광 조건에서 식물 생장의 조절 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

빛은 식물의 광합성에 필요한 에너지를 제공하고, 식물 생리의 여러 측면을 조절하는 환경 신호 역할을 합니다. 식물은 피토크롬과 포토트로핀과 같은 다양한 광수용체를 통해 외부 광 조건의 변화를 감지하고, 적절한 신호 전달 경로를 구축하여 생장과 발달을 조절합니다. 빛이 부족한 환경에서는 식물의 총 건조물 함량뿐만 아니라 광합성 속도, 증산 속도, 기공 전도도, 줄기 직경도 감소합니다. 또한, 빛의 강도는 식물 발아, 잎의 증식 및 확장, 기공 발달, 광합성, 세포 분열과 같은 과정을 조절하는 중요한 변수입니다. 광수용체를 통해 전달되는 빛의 질은 식물의 전체 생활주기를 조절하며, 빛의 질이 다르면 식물의 형태, 광합성, 생장 및 기관 발달에 각기 다른 영향을 미칩니다. 식물은 광주기에 반응하여 생장과 발달을 조절할 수 있으며, 이는 종자 발아, 개화, 열매 숙성과 같은 과정을 촉진합니다. 또한 이는 식물이 불리한 요인에 반응하고 다양한 계절 변화에 적응하는 데에도 관여합니다(Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
식물 생장과 발달에 필수적인 물질인 당은 다양한 요인의 영향을 받고 조절되는 복잡한 수송 및 축적 과정을 거칩니다. 식물의 당 대사는 자당 수송, 신호 전달, 녹말 및 셀룰로오스 합성 등을 포함하여 식물 내 당의 합성, 분해, 이용 및 변환을 포괄합니다(Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). 당 대사는 당을 효율적으로 이용하고 조절하며, 환경 변화에 대한 식물의 적응에 관여하고, 식물의 생장과 발달에 필요한 에너지를 제공합니다. 빛은 광합성, 당 신호 전달, 광주기 조절 등을 통해 식물의 당 대사에 영향을 미치며, 빛 조건의 변화는 식물 대사산물의 변화를 초래합니다(Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). 본 리뷰에서는 빛이 식물의 광합성 성능, 생장 및 발달, 그리고 당 대사에 미치는 영향에 대해 중점적으로 다룹니다. 이 논문은 또한 빛이 식물의 생리적 특성에 미치는 영향에 대한 연구 진행 상황을 논의하며, 빛을 이용하여 식물 생장을 조절하고 수확량과 품질을 향상시키는 이론적 기반을 제공하는 것을 목표로 합니다. 빛과 식물 생장 간의 관계는 아직 명확히 밝혀지지 않았으며, 이는 향후 연구 방향을 제시합니다.
빛은 다양한 특성을 지니지만, 그중에서도 빛의 강도와 질이 식물에 가장 큰 영향을 미칩니다. 빛의 강도는 일반적으로 광원의 밝기 또는 빛의 세기를 측정하는 데 사용됩니다. 빛은 파장에 따라 자외선, 가시광선, 적외선으로 나눌 수 있습니다. 가시광선은 다시 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색으로 세분화됩니다. 식물은 광합성을 위한 주요 에너지원으로 주로 붉은색과 파란색 빛을 흡수합니다(Liang et al., 2021).
그러나 현장에서의 다양한 광질 적용, 광주기 조절, 광도 변화가 식물에 미치는 영향 등은 해결해야 할 복잡한 문제들입니다. 따라서 합리적인 광 조건 활용은 식물 모델링 생태계의 발전과 자원 및 에너지의 계단식 이용을 효과적으로 촉진하여 식물 생장 효율과 환경적 이점을 향상시킬 수 있다고 생각합니다. 생태 최적화 이론을 활용하여 식물 광합성의 중장기 광 적응성을 지구 시스템 모델에 통합함으로써 광합성 모델링의 불확실성을 줄이고 모델의 정확도를 향상시킬 수 있습니다(Luo and Keenan, 2020). 식물은 중장기 광에 적응하는 경향이 있으며, 중장기적으로 광합성 능력과 광에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있으므로, 현장 재배의 생태 모델링을 더욱 효과적으로 구현할 수 있습니다. 또한, 현장 재배 시 식물의 종류와 생장 특성에 따라 광도를 조절하여 건강한 식물 생장을 촉진할 수 있습니다. 동시에, 광질 비율을 조절하고 자연의 광주기를 모방함으로써 식물의 개화 및 결실 시기를 앞당기거나 늦출 수 있어, 보다 정밀한 현장 모델링의 생태적 조절이 가능하다.
식물에서 빛에 의해 조절되는 당 대사는 식물의 생장 및 발달, 환경 스트레스 요인에 대한 적응력과 저항성 향상에 기여합니다. 당은 신호 분자로서 다른 신호 분자(예: 식물 호르몬)와 상호작용하여 식물의 생장 및 발달을 조절하고, 결과적으로 식물의 생리적 과정에 영향을 미칩니다(Mukarram et al., 2023). 빛 환경과 식물 생장 및 당 대사를 연결하는 조절 메커니즘을 연구하는 것은 육종 및 생산 방식을 개선하는 효과적인 경제 전략이 될 것으로 기대됩니다. 기술 발전과 함께 인공 조명 기술 및 LED 사용과 같은 광원 선택에 대한 연구는 조명 효율과 식물 수확량을 향상시켜 식물 생장 및 발달 연구에 더 많은 조절 도구를 제공할 수 있을 것입니다(Ngcobo and Bertling, 2024). 그러나 현재 식물에 대한 빛의 질적 영향 연구에서는 적색광과 청색광 파장이 가장 널리 사용되고 있습니다. 따라서 주황색, 노란색, 녹색과 같은 다양한 광질이 식물의 생장 및 발달에 미치는 영향을 연구함으로써, 여러 광원이 식물에 작용하는 메커니즘을 규명하고, 이를 통해 실제 응용 분야에서 다양한 광질을 더욱 효과적으로 활용할 수 있을 것입니다. 이는 추가적인 연구와 개선이 필요한 부분입니다. 식물의 생장 및 발달 과정 대부분은 피토크롬과 식물 호르몬에 의해 조절됩니다. 따라서 스펙트럼 에너지와 내생 물질의 상호작용이 식물 생장에 미치는 영향은 향후 연구의 핵심 방향이 될 것입니다. 더 나아가, 다양한 광 조건이 식물의 생장 및 발달, 당 대사에 미치는 분자적 메커니즘과 여러 환경 요인이 식물에 미치는 시너지 효과에 대한 심층적인 연구는 다양한 식물의 잠재력을 더욱 발전시키고 활용하는 데 기여할 것이며, 이는 농업 및 생물 의학 분야에서의 응용 가능성을 높일 것입니다.