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감자는 전 세계적으로 재배되는 주요 식량작물 중 하나로, 특히 저장기관인 덩이줄기를 통해 고탄수화물 식량을 제공하는 중요한 작물이다. 감자의 생장은 적절한 온도, 수분, 광도 등의 환경 요건이 충족될 때 원활하게 이루어진다. 하지만 최근 지구 평균 기온 상승, 강수량 불균형, 일조량 불안정 등 기후 변화의 양상이 심화하면서 감자는 다양한 형태의 기후 스트레스에 직면하고 있다. 이러한 환경 변화는 감자의 광합성 대사에 직접적인 영향을 미치며, 그 중심에는 광합성 효소 군의 기능 변화가 존재한다. 감자의 광합성은 C3 광합성 경로를 따르며, 광계에서 얻은 에너지를 바탕으로 엽록체 스트로마에서 이산화탄소를 고정하고 탄수화물을 생성한다. 이 과정에는 다양한 효소들이 관여하며, 그중 루비스코(Rubisco), 루..

전 세계적으로 기후 변화가 심화함에 따라 농작물 재배 환경은 점차 불안정해지고 있으며, 작물의 생장과 생산성에 직접적인 영향을 미치는 환경 스트레스 요인들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 중에서도 수분 스트레스(water stress)는 온실, 노지 등 재배 방식에 상관없이 광범위하게 작용하는 대표적 환경 스트레스이며, 특히 작물의 생리 생화학적 대사 경로를 변화시킨다는 점에서 주목된다. 토마토(Solanum lycopersicum)는 고온·건조 기후에 어느 정도 적응된 작물이지만, 일정 수준 이상의 수분 결핍은 작물의 수분 균형을 무너뜨리고, 광합성 저해, 기공 기능 장애, 대사 흐름 붕괴 등 다양한 생리적 변화를 유도하게 된다. 이때, 식물은 생장을 일시적으로 정지하거나 방어 대사를 유도하는..

최근 수십 년간 전 지구적인 평균 기온 상승은 농업 전반에 중대한 영향을 미치고 있으며, 특히 고온 스트레스(high temperature stress)는 작물 생장과 품질을 결정짓는 핵심 인자로 작용하고 있다. 고추(Capsicum spp.)는 일반적으로 따뜻한 기후에서 잘 자라지만, 일정 한계를 초과하는 고온은 생육 저해, 꽃과 열매의 낙과, 이차 대사산물의 불균형 등 다양한 생리적 장애를 일으킨다. 고추의 매운맛을 결정하는 대표적인 이차대사산물인 캡사이신(capsaicin)은 고추의 품질을 좌우하는 주요 성분이며, 동시에 스트레스 반응과 밀접한 생합성 조절 경로를 가진 특이한 화합물이다. 캡사이신의 생성량은 온도, 광, 수분, 영양소 등 다양한 환경 요인에 영향을 받으며, 특히 고온 스트레스 시기와..

기후 변화는 농업 생산성 전반에 중대한 영향을 미치고 있으며, 그중에서도 대표적인 곡물 작물인 옥수수(Zea mays)는 점점 더 심화하는 기후 스트레스에 직면하고 있다. 옥수수는 C₄ 경로를 이용한 고효율 광합성 작물로, 고온과 강광 조건에서도 일정 수준의 생산성을 유지할 수 있는 장점이 있다. 그러나 최근 전 세계적으로 반복되는 고온 현상, 가뭄, 이산화탄소 농도 증가, 급격한 일교차 확대 등 복합적인 기후 스트레스가 빈번해지면서, 옥수수의 광합성 효율이 다양한 방식으로 저해되고 있는 것으로 보고되고 있다. 광합성은 식물의 에너지 생산 과정이자 생장과 수량을 결정짓는 핵심 생리 작용이다. 옥수수의 경우, C₄ 경로를 통해 상대적으로 높은 광합성 효율을 유지하나, 기후 스트레스가 작용하면 광계 단백질 ..

기후 변화로 인한 대기 건조, 토양 수분 고갈, 강우 변동성 증가는 전 세계 주요 밀 재배지에 지속적인 수분 스트레스를 유발하고 있다. 밀(Triticum aestivum)은 생육기 동안 안정적인 수분 공급을 필요로 하는 대표적인 작물이며, 수분 스트레스는 단순한 생육 정지만이 아니라, 세포 내 대사, 기관 구조, 유전자 발현 등 전방위적인 생리·세포적 변화를 유도한다.특히 생장점 조직이나 엽록체, 뿌리 세포 등 생장과 수량 형성에 핵심적인 조직에서 일어나는 세포 수준의 반응은 매우 복합적이다. 밀은 수분 스트레스에 대하여 삼투조절, 산화 스트레스 억제, 광합성 조절, 수분 재분배 등 다양한 방어기전을 가지고 있으며, 이들 반응은 주로 세포 내에서 유도된다. 본 글에서는 밀의 생육기 수분 스트레스 조건에..

지속적인 기후 변화로 인해 고온 발생 빈도와 강도가 점점 증가하고 있으며, 이에 따라 벼(Oryza sativa)와 같은 주요 곡물의 생육 환경이 심각하게 위협받고 있다. 벼는 전 세계 인구의 식량 안보를 담당하는 전략 작물로, 생식 생장기 특히 개화기와 출수기 전후의 고온 스트레스(heat stress)는 벼의 수량 구성 요소에 직접적인 영향을 끼친다.고온은 단순한 기상 이상이 아니라, 식물 내부에서 복합적인 생화학 반응의 연쇄적 붕괴를 유도하는 주요 원인이다. 고온 에서는 탄소 동화 대사, 호르몬 조절, 수분 및 에너지 수송, 산화 방지 시스템 등 다양한 생리대사 경로가 동시에 교란된다. 이러한 반응은 세포 수준에서 시작되어 조직, 기관, 전체 식물체 차원으로 확산하며, 수량 저하를 유발한다. 본 글..

기후 변화가 가속화되면서 작물 재배 환경은 극단적인 온도 변화에 자주 노출되고 있으며, 특히 고온 스트레스는 작물 생리에 심각한 영향을 끼친다. 고온은 단백질 구조 손상, 세포막 유동성 이상, 대사 억제, ROS 축적 등 다양한 생리학적 교란을 유발한다. 이러한 조건에서 작물은 생존을 위해 열충격 단백질(Heat Shock Proteins, HSPs)을 발현시키는 내재적 방어 작용을 활성화한다. HSP는 세포 내 단백질을 보호하고, 변성된 단백질을 복원하거나 제거하여 생리적 항상성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 한다. 본 글에서는 HSP의 분자적 특성과 발현 조절 기작, 작물별 반응 차이, HSP에 의한 내성 강화 메커니즘을 심층적으로 고찰한다. 열충격 단백질(HSP)의 분류와 생리학적 역할열충격 단..

전 지구적 기후 상승에 따라 농작물은 점차 고온 환경에 더 자주, 더 강하게 노출되고 있다. 특히 고온 스트레스는 단순히 작물의 생장 속도를 늦추는 차원을 넘어, 세포 내 에너지 대사 전반을 재편성(reprogramming)하는 심층적인 생리적 변화를 유도한다. 광합성, 호흡, 탄소 동화, ATP 생산, ROS 조절 등 에너지 대사와 관련된 모든 과정이 고온 조건에서 조절력을 잃거나 새로운 방식으로 적응하게 되며, 이는 작물의 생존과 수확량에 치명적인 영향을 끼친다. 본 글에서는 고온 스트레스가 농작물의 에너지 대사 시스템에 어떤 방식으로 영향을 주는지를 생리학적, 분자생물학적 관점에서 분석하고, 작물이 이를 어떻게 보상 및 재구성하는지를 구체적으로 설명하고자 한다. 고온 스트레스가 광합성 에너지 대사..