정답
X는 단일식물이며, ⓒ에서 적색광(R)을 비추면 피토크롬이 Pr에서 Pfr로 전환된다. ⓓ~ⓖ 중 개화하는 경우는 ⓔ와 ⓕ이다.
출제 의도
이 문제는 광주기성에 따른 식물의 분류 기준을 이해하고, 밤의 길이와 빛 처리(특히 적색광과 원적색광)에 따른 피토크롬의 형태 변화가 개화 조절에 어떻게 작용하는지를 종합적으로 이해하는지를 평가한다.
풀이 과정
자료에서 X는 15시간 낮과 9시간 밤 조건 ⓐ에서는 개화하지만, 16시간 낮과 8시간 밤 조건 ⓑ에서는 개화하지 않는다. 이는 낮의 길이가 아니라 밤의 길이에 의해 개화 여부가 결정됨을 의미한다.
밤의 길이가 충분히 길 때만 개화하므로 X는 장일식물이나 중일식물이 아니라, 일정 길이 이상의 밤이 필요하다는 점에서 단일식물에 해당한다.
조건 ⓒ는 ⓐ의 밤 조건에서 6시간이 지난 뒤 적색광(R)을 조사한 것이다. 적색광은 피토크롬을 Pr형에서 활성형인 Pfr형으로 전환시키며, 이는 밤을 중단시키는 효과(야간 단절 효과)를 가진다.
$$ \text{Pr} \xrightarrow{\text{적색광(R)}} \text{Pfr} $$
단일식물에서는 밤 동안 Pfr의 양이 충분히 감소해야 개화가 유도되는데, ⓒ에서는 적색광 처리로 Pfr이 다시 증가하여 밤이 연속되지 못하므로 개화하지 않는다.
이제 ⓓ~ⓖ의 경우를 보면, 이들은 모두 ⓒ에서 1차로 적색광(R)을 처리한 뒤, 2차와 3차 섬광 처리를 한 것이다. 피토크롬 반응은 마지막에 조사된 빛의 종류에 의해 결정된다.
ⓓ는 R–R–R로 마지막이 적색광이므로 Pfr이 유지되어 개화하지 않는다. ⓔ는 R–FR–FR로 마지막이 원적색광이어서 Pfr이 Pr로 전환되어 밤 조건이 회복되므로 개화한다.
ⓕ는 R–R–FR로 마지막이 원적색광이므로 역시 Pfr이 감소하여 개화한다. 반면 ⓖ는 R–FR–R로 마지막이 적색광이므로 Pfr이 많아져 개화하지 않는다.
따라서 ⓓ~ⓖ 중 개화하는 경우는 ⓔ와 ⓕ의 두 가지이다.