CO2는 기공 메커니즘에 어떤 영향을 주는가? 햇빛에 의해 유도된 기공 열림에서 독립적인 CO2의 효과를 분리해서 본다는 것은 어려운 일이기 때문에, CO2에 의한 기공 열림 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않은 실정이다. 기공은 또한 CO2 농도에 따라 다르게 반응 할 수 있다. 기공 열림과 닫힘의 식물의 생체적인 리듬도 관여하므로, CO2의 반응에 대한 해석은 많은 요소들을 고려해야 한다. 세포간극 내강 (Ci)의 감소된 CO2에서는 기공을 열린다는 것이 일반적으로 정해진 사실이다. 기공 열림의 정도를 결정하는 것은 삼투 물질이고, CO2가 삼투 물질의 수송에 영향을 준다고 가정하는 것이 CO2가 기공 메커니즘에 영향을 주는 유일한 방법이다. 그러나 CO2가 어떻게 공변세포 내의 삼투물질 농도에 영향을 주는지 그 메커니즘은 불분명하다. 지금까지, CO2는 공변세포의 삼투퍼텐셜을 증가시키는 이온과 유기물이 어떻게 공변세포 막을 통한 수송 메커니즘이 이루어지는지는 알려진 것이 없다. 따라서 이 연구에서는 CO2에 의한 삼투물질들의 공변세포 막 투과성에 대해 초점을 두었다. 잎을 일정한 농도의 CO2에 노출할 때 CO2–관련 된 반응들이 나타난다. 빛에 의한 기공 열림의 가설은 K+, Cl-, 슈크로스 그리고 말산2-를 포함하는 공변세포 내 삼투물질 농도의 증가에 있다. CO2가 H+를 세포 밖으로 방출하는 것을 나타내는 막의 과분극 (hyperpolarization)을 유도했다는 보고가 있다. 이는 CO2가 막 투과성에 관련된 첫 번째 증거이다. 온전한 잎에서 CO2는 빛에 의해 유도된 막의 과분극 보다 3∼4 배까지 공변세포의 막 과분극을 유도했다. 이러한 결과들은 CO2가 막 투과성에 영향을 주는 인지질 이중층과 수송단백질의 물리적인 특성에 변화를 초래한다는 것을 의미한다.

How does CO2 affect on the stomatal mechanism? The mechanism of stomatal opening by CO2 is not clear as it is difficult to see CO2 effect on light-induced stomatal opening. Furthermore, stomata may react differently according to the concentration of CO2. The significance of the possible endogenous rhythms must consider to understand on CO2-related response. It is clear that CO2 has an effect on the accumulation of osmotic materials which determines the degree of stomatal apertures because it is known that stomata open in the condition of the reduced CO2 concentration. However, it is not fully understood how CO2 leads to the stomatal opening. It has been thought that CO2 can not affect on the ion fluxes which determines the increase of osmotic potential in guard cells. However, in this study, the changes of guard cell membrane permeability by CO2 have been focused on. There are many reports that CO2 related reactions are dominant when the leaf is exposed to certain a mount of CO2. The hypothesis of the stomatal opening by light is based on the increase of osmotic materials in guard cells including K+, Cl-, sucrose and malate2-. It was reported that CO2 induced a big hyperpolarization indicating that H+ was extruded to the cell outside. It was also found that CO2 caused guard cell membrane hyperpolarization in the intact leaf up to 3 or 4 times higher than that of light induced membrane hyperpolarization. These results represent that CO2 can affect on the change of physical characteristics which affects on the change of the membrane permeability.

• 이준상(충북대학교 생물교육학과) | Joon Sang Lee 교신저자