옥수수(5) - 생태 및 생육

씨앗의 발달과 구조 

가. 씨앗의 발달 

옥수수 씨앗은 중복수정으로 배유(씨젖, 배젖)와 배(씨눈)가 발달한다. 배유는 수 정 후 3~5시간 사이에 배보다 먼저 발달하기 시작하여 2주 정도가 지나면 전분 함량이 빠른 속도로 증가하면서 씨앗의 윗부분부터 채워진다. 옥수수 씨앗은 수정 후 일반적으로 40~60일 만에 완전히 익으며, 옥수수의 양분을 가장 효율적으로 저 축하는 저장 조직이다. 

씨앗의 크기와 모양은 유전적인 차이와 이삭 내의 착상 위치에 따라 달라질 수 있다. 즉 유전적으로 씨앗의 크기, 무게, 색 등 특성은 양친을 많이 닮는다. 하지만 씨앗의 모양은 위치에 따라 다르다. 이삭의 아랫부분에 있는 씨앗은 크고 둥글며 윗부분에 있는 씨앗은 작고 둥글다. 중간에 있는 씨앗은 일반적으로 자라는 동안 서로의 경쟁과 압력으로 납작해진다. 

씨앗의 무게는 보통 100알을 단위로 하여 나타낸다. 단옥수수는 12~20g, 초당옥수 수는 8~15g, 찰옥수수는 15~30g, 오목씨(마치종)나 굳음씨(경립종)는 25~45g으로 배유의 양에 따라 많이 좌우된다. 오목씨의 경우 씨앗의 두께는 평균 4mm, 폭은 8mm, 길이는 12mm 정도이지만, 재배 환경이나 품종에 따라 다소 차이가 있다. 일반적으로 이삭 내의 씨앗 크기는 납작한 경우가 75%, 둥근 경우가 20%, 나머지 5% 정도는 이삭의 끝부분에 달려 늦게 성숙된 작은 씨앗이다.

씨앗의 색은 백색, 황색, 적색, 자주색, 갈색, 오렌지색, 주황색 등 다양하다. 이런 색의 차이는 파괴, 호분층(糊粉層), 씨눈, 씨젖의 유전적인 차이 때문에 발생한다. 

나. 씨앗의 구조 

씨앗은 세 부분으로 구성되어 있다<그림 2-8>. 유전적 특성으로 보면 과피는 모두 모체(모본, 종자친)에서 오고, 배유는 3분의 2가 모체에서 나머지 3분의 1은 화분에서 온다. 배는 모체와 화분에서 각각 반씩 오기 때문에 세 부분이 서로 유래된 것뿐만 아니라 역할도 다르다. 

(1) 배(씨눈) 

옥수수 배의 무게는 건물중으로 씨앗 전체 무게의 10~15%가량 된다. 이 배는 흡수 층(배반)을 포함하고 있으며 씨눈을 위한 영양 기관이다. 옥수수 씨눈에는 영양분과 호르몬을 저장하고 있다. 발아 초기 단계에 효소에 의해 이들이 작동하며, 배와 흡수층의 모든 세포는 수분을 흡수하여 대사 작용으로 활동한다. 흡수층의 유연한 조직 세포들은 핵, 밀집세포질, 기름 액체를 가지고 있는 깨끗한 물질 등으로 되어 있다. 

일반적으로 큰 씨앗은 큰 배를 가지고 있다. 그러나 초당옥수수와 같이 씨젖 속의 녹말이 극히 적어 씨앗 무게가 가벼운 경우에는 씨앗 무게에 비해서 배의 비율이 더 클 때도 있다. 씨눈의 윗부분은 잎의 원기(原基)가 되는 배내싹(幼芽), 밑부분은 뿌리의 원기가 되는 배내뿌리(幼根)이다. 

배내싹은 생장점과 5~6개의 잎으로 되어 있다. 한가운데 있는 생장점(生長點)에서 는 발아 후 차례로 잎이 전개되고 다음에 줄기 → 수이삭 → 암이삭으로 형성되어 간다. 배내뿌리는 한 개의 종자 뿌리의 원기에서 형성되었으며, 옆에서 나오는 뿌리는 발아 후에 형성된 것이다. 

배 부분 맨 아래의 끝모자부(尖帽部)는 주변에서 수분을 흡수한다. 또한 끝모자부 의 뒤쪽에는 젖선(乳線)이 있는데, 알(粒)이 완숙하면 양분 공급이 끝나면서 흑색 으로 변하므로 이것을 흑색층(黑色層)이라고 부른다. 이 흑색층은 배유에서 발달 하여 퇴화된 배유세포물질로 단백질, 섬유소, 헤미섬유소를 가지고 있다. 흑색으 로 변하면 옥수수 알이 생리적 성숙기에 도달되었음을 의미한다. 

(2) 배유(씨젖) 

오목씨의 배유는 씨앗 무게의 82~84%를 차지하는데 그중 전분이 배유 무게의 약 90%를 차지한다. 씨젖세포는 전분 입자로 채워져 있다. 전분 입자 크기는 5~30㎛ 이고 계속된 단백질 행렬에 싸여 있다. 배유의 대부분은 녹말(澱粉)로 채워져 있는데 단옥수수나 초당옥수수에서는 녹말이 많이 저장되어 있지 않기 때문에, 씨앗이 건조되면 모양이 쭈글쭈글해지고 알 무게도 가벼워진다. 

배유는 물과 온도가 가해지면 분해되는데 그 분해 물질은 배반(胚盤)을 통해 씨눈으로 보내진다. 이 때문에 씨눈은 생장하고 싹과 뿌리가 나오면서 묘가 완성된다. 배유는 발아에서 3~4엽기까지 생장하는 데 필요한 영양분을 보유하고 있다. 배유 가 많다는 것은 영양분이 많다는 뜻이기 때문에, 일반적으로 배유가 많으면 초기 생육에 좋다. 

배유의 외부층인 호분층은 단일층으로 되어 있으며, 배유와 씨눈을 싸고 있다. 굳음 씨 옥수수는 호분층이 2.2%까지 차지하고 있다. 호분층 세포의 내용물은 입자 형태로 단백질 입자를 함유하고 있으나 전분 입자는 가지고 있지 않다. 호분층 세포는 미네랄과 단백질도 풍부하게 가지고 있다. 

(3) 과피(종자껍질) 

옥수수 종자의 껍질은 얇은 각질의 투명한 막으로 되어있는데 이를 과피라고 한 다. 과피에 의해서 옥수수 씨앗이 반투과성 특성을 갖는다. 과피는 호분층의 바깥 표면에 밀접하게 붙어 있다. 과피는 씨앗 건물중의 5~6%까지 차지하며 죽은 세포 로 조성되어 있는 섬유소 관이다. 최내부 관세포층은 호분층에 대하여 견고하게 압력을 가하는 긴 관의 열로 되어 있다. 과피에는 중간세포층(교차세포층)이라고 불리는 매우 느슨한 열린 부위가 있는데, 이는 수많은 세포들 사이에 공간을 가지 고 있으며 두껍고 치밀한 층으로 덮여 있다. 중간세포층은 수분 흡수를 용이하게 해준다. 껍질 부분은 수분 교환을 늦추는 밀랍물질인 큐틴층으로 덮여 있다. 과피 두께는 얇은 것에서 두꺼운 것까지 다양하며 약 30~160㎛ 범위이다. 습식제분 과정에서는 과피를 섬유로 취급하기도 한다. 

과피는 씨앗 끝모자와 연결되면서 씨앗 기부까지 연장되어 있다. 끝모자 내부에는 스펀지 별 모양 세포가 있는데, 분지 끝에만 연결되어 있고 중간세포층과 계속되는 열린 구조를 형성한다. 과피는 발아될 때 병원균의 침투를 막아주고 기계적인 장해나 불리한 조건에서 보호하는 보호막 역할을 한다. 

발육 과정 

가. 씨앗의 발아 

씨앗을 토양에 파종하면 싹이 틀 때 씨뿌리(種子根)가 먼저 나오고 다음으로 막뿌 리(不定根)가 나와 초기의 흡수 작용을 시작한다. 싹이 출현된 후에는 식물체가 일생을 마칠 때까지 양분 흡수와 지탱을 위한 영구뿌리(永久根)가 발생한다. 씨앗에서 뿌리가 나오기 전에 끝모자부에서 수분을 흡수하여 부푸는 것이 발아의 최초 과정이다. 

온도가 10℃ 이상이 되면 배와 배유를 중심으로 씨앗 내부에서는 여러 가지 화학 적 변화가 일어나며 싹이 나올 준비를 한다. 배유는 씨눈이 이용하기 쉬운 양분으로 분해되고 이것이 배반을 통해 씨눈으로 보내진다. 씨눈에서는 이 영양분을 이 용하여 세포의 분열이나 생장을 하며 발아를 시작한다. 

발아는 다음 순서로 이뤄진다. 배내뿌리(幼根)가 나오고 다음에 배내싹(幼芽)이 나온다. 배내뿌리는 나오는 즉시 양분과 수분을 흡수하기 시작하며 그 다음에 배내싹이 땅 위로 나와 발아가 된다. 

배내싹은 제1본엽과 제2본엽을 싸고 있는 흰색의 배내잎(鞘葉)으로 되어 있다. 배 내잎은 칼집(엽초:葉鞘)과 같은 잎으로 다음에 나오는 본잎을 꽉 조여 싸서 흙을 뚫고 나오는 역할을 한다. 땅 위로 올라와서 햇볕에 노출되면 그 맨 끝이 쪼개져 싸여 있던 본잎이 올라와 전개된다. 이것으로서 배내잎의 역할은 끝난다. 이와 같이 배내잎은 아주 짧은 기간 동안에 임무를 다하지만, 이 임무는 옥수수가 최초에 생장해나갈 때 무척 중요한 일이다.

땅 위로 발아하는 것을 전후하여 종자뿌리(種子根)가 발생한 부근에서는 2~3개의 막뿌리(不定根)가 나와 양분과 수분의 흡수 작용을 왕성하게 한다. 그리고 70cm 이내의 영구뿌리가 나오고 생육 도중 지표면에 2~3개의 굵은 곁뿌리(측근:側根)가 발생하여 도복을 방지하고 양분·수분을 흡수하면서 옥수수 생장을 도와준다. 

나. 생장점의 역할 

씨앗의 씨눈에는 이미 5~6매의 잎이 준비 되어 있고 그 속에는 잎이나 줄기(莖)를 만드는 생장점이 있다. 

발아 후 생장점의 활동은 왕성해져서 차례차례로 잎을 전개시키고 마침내는 수이삭과 암이삭을 분화시키는 기본적인 역할을 한다. 그런데 이 생장점은 발아 전에는 씨 앗 속에 있다가 발아 후에는 천천히 밖으로 자라 어린모(유모) 때 <그림 2-9>에서와 같이 지표 가까운 땅속에 자리 잡고 있다. 이것은 옥수수 농사를 짓는 데 매우 중요한 의미를 갖는다. 늦서리로 지상부에서 자라고 있던 잎이 피해를 받아 말라 죽을 경우, 생장점이 땅속에 있기 때문에 다른 살아남은 땅속의 줄기나 뿌리 그리고 씨앗이 협력하여 다음 차례의 잎을 자라게 함으로써 생육을 회복시키는 중추적 역할을 한다. 즉 2~3엽이 출현할 때까지 서리의 피해는 옥수수 생육에 큰 문제가 없다. 그뿐만 아니라 옥수수는 파종하여 발아한 뒤 나온 2~3매의 본잎이 벌레나 다른 피해에 의해 지상부가 전부 잘릴 때도 지하부에 있던 생장점에서 2~3일 뒤에 새로운 잎이 전개되어 옥수수를 재생시킨다. 다만 이 생장점은 옥수수의 어린모가 5엽기경이 되면 땅 위로 올라온다. 

다. 잎과 줄기 

옥수수의 어린모가 잎집(葉鞘)에 둘러싸여 땅 위로 올라올 때 맨 처음에 펴진 잎은 이미 씨눈 속에서 만들어진 5~6개의 잎들 중 첫 번째 잎이다. 이들은 차례로 솟아 올라와 잎을 전개한다. 이와 함께 생장점에서는 그 다음에 나올 7, 8, 9번째의 잎을 만든다. 이렇게 만들어져 한 줄기에 달리는 잎의 수는 옥수수 품종에 따라 8~48개로 폭이 넓다. 우리나라에서 재배되는 품종은 대체로 12~22개의 잎이 달린다. 

먼저 나온 잎은 어느 시기가 지나고 나면, 즉 역할을 다하고 나면 말라 죽는다. 엽 수를 조사할 때 엽령(葉齡)이 진행되면 최초의 잎이 말라 죽어 없어지기 때문에 그 수를 모를 때도 있다. 잎은 잎집과 잎새로 구성되어 있으며, 광합성을 하는 중요한 기관이다. 

줄기는 잎의 수에 따라 그 길이가 달라진다. 또한 품종과 재배 환경에 따라 생육 상태가 달라진다. 일반적으로 0.7~6m 범위에서 자란다고 하나 평균 2~3m이다. 잎 은 각 마디마다 착생하며 크기가 다양하다. 주로 조숙종의 경우 암이삭(雌穗)이 달리는 마디 바로 위의 마디에서 착생되는 잎이 가장 크고, 만숙종에서는 반대로 하나 아래 마디의 잎이 가장 크다. 이들 가장 큰 잎이 태양의 광선을 이용한 유기물 합성에 가장 활발하게 작용한다. 

옥수수 식물체의 줄기와 잎의 명칭은 <그림 2-10>과 같다. 이삭이 달리는 주변 마디에서 나온 잎들이 길이와 폭이 크고, 아래 위로 이동할수록 점점 작아진다. 

1개체당 전체 잎의 총길이는 1,218cm, 폭은 127cm 정도로 길이가 폭의 10배에 달 한다. 따라서 1개체당 전체 잎의 면적은 7,096㎠ 정도이다. 옥수수 줄기는 밑으로 갈수록 굵고 위로 갈수록 가늘게 자라나, 땅에 붙은 부분의 줄기는 다소 가늘다. 줄기의 마디 사이는 모든 잎이 햇빛을 충분히 받을 수 있도록 하기 위해 잎과 잎 사이의 거리를 크게 두려고 한다. 그러나 포기 수를 너무 많게 하거나 파종기가 늦어지는 경우 또는 비료량이 충분 치 못할 경우에는 줄기가 가늘어져서 연약하다.