공급원

식물의 기관은 크게 공급원(source)과 수용부(sink)로 나뉜다. 식물에서 광합성이 활발하게 하여 만든 광합성 산물은 광합성이 일어나지 않는 기관에 양분을 보내주는데, 이때 광합성 산물을 다른 곳으로 보내주는 기관을 공급원이라 한다. 공급원은 스스로 필요한 양보다 많은 양분을 만들어 다른 기관에 체관부(phloem)를 통해 보낸다.

식물의 어떠한 기관이 공급원인지 수용부인지에 대해서는 세가지 관점으로 구분을 한다. 첫째, 형태학적 관점으로 구분할 수 있다. 식물의 종자, 열매, 뿌리, 줄기는 수용부가 되며 식물의 다자란 잎은 공급원으로 분류된다. 둘째, 수송의 방향으로 결정지을 수 있다. 식물에서 영양분의 흐름은 언제나 공급원에서 수용부로 이동하게 된다. 발아하는 종자의 경우, 초엽의 길이 성장에 필요한 영양분을 종자에서 공급한다. 이 때의 종자를 공급원으로 정의한다. 셋째, 대사 과정에 의해 구분할 수 있다. 공급원은 광합성 산물을 생성하여 스스로 필요한 양분 이상을 다른 생장 기관에 공급할 수 있는 기관을 말한다. 수용부는 받은 광합성 산물을 이용하여 성장이나 저장을 하는 기관을 말한다.

식물의 공급원과 수용부의 관계 모식도. (출처: 한국식물학회)

목차

공급원의 종류는 수송하게 되는 양분의 기원에 따라 두 가지로 나뉜다. 광합성을 통해 생성된 양분을 공급하는 경우와 미리 저장하였던 양분을 공급하는 경우이다. 광합성을 통한 탄소의 고정은 공급원에서 수용부로 퍼져 식물의 전체 바이오 매스에 기여한다. 미리 저장하였던 양분을 공급원으로 사용하여 종자의 발아에 사용하거나 겨울철이 지난 후, 봄에 감자가 싹을 틔우는 것에 이용된다.

자라는 감자의 공급원과 수용부 변화. (출처: 한국식물학회)

식물이 얼마나 많은 양분을 공급할 수 있는지에 따라 식물의 생장이 달라진다. 이때 얼마나 많은 양을 빠르게 공급할 수 있는지를 수치화한 것이 식물의 공급원 능력이다. 식물의 공급원 능력은 공급원의 크기와 공급원의 활성의 곱으로 결정된다. 공급원의 크기는 최대한 공급 가능한 양분의 양을, 공급원의 활성은 식물이 양분을 생성해내는 속도를 뜻한다.¹⁾

공급원에서 생성된 설탕을 체관부를 통해 수용부로 전달하는 과정을 당 수송이라고 한다. 먼저 공급원에서 확산 과정이나 ATP를 사용하여 체관부로 설탕을 수송한다. 체관부 내의 설탕 농도 증가가 수분퍼텐셜 기울기(water potential gradient)를 형성하게 되며 물관부(xylem)에서 수분이 빨려와 체관부로 들어가게 된다. 한편 수용부에서는 설탕이 체관부에서 나와 주변으로 확산이 되고, 주변 세포는 설탕을 사용하게 된다. 이렇게 주변 설탕 농도가 낮아지게 되면 수분퍼텐셜 기울기가 형성되어 수분도 같이 빠져 나간다. 공급원에서는 수분이 더해지고 수용부에서는 수분이 나가게 되면서 공급원의 체관부에서는 강한 정수압이 생기게 된다. 이로 생긴 힘으로 체관부를 통해 공급원에서 수용부로 설탕의 이동이 일어난다.

공급원에서 수용부로 당의 이동 모식도. (출처: 한국식물학회)

1. White AC, Rogers A, Rees M 등 (2016) How can we make plants grow faster? A source-sink perspective on growth rate. Journal of Experimental Botany, 67: 31-45