04-1강. 식물의 유성생식

1. 피자식물의 일생

2. 배우자 형성

3. 중복수정 및 종자형성

4. 종자 발달

5. 자식성작물과 타식성작물

1. 피자식물의 일생

발아

생장

개화와 결실

종자

(씨앗 )

발아

생장

개화와 결실

종자

(씨앗 )

종자

영양생장

생식생장

종자

발아

체세포분열, 생장, 기관분화

기본영양생장성감온성감광성(장일/단일)

화아분화

생식세포분열, 생식세포형성

개화/수분/수정/결실

장일식물(장일에 감응) : 일장이 길 때 감응 개화 →봄, 초여름 개화 식물

보리, 밀, 호밀, 유채, 완두, 해바라기 등

단일식물(단일에 감응) : 일장이 짧을 때 감응 개화 →여름, 초가을 개화 식물

벼, 콩, 옥수수, 조, 기장, 담배, 호박, 국화, cosmos 등

흡수 --> embryo의 GA활성화 -->호분층으로 diffuse -->호분층에있는 α-amylose, protease, lipase 등생성 --> 배유의 β-amylose도protease에의해활성화 --> 저장물질의분해 --> embryo로이동--> 세포분열시작 --> embryo의 생장 --> germination

Mitosis

생장점 --> 꽃받침 --> 꽃잎 --> 수술 --> 암술 (외부시서 내부기관의 순으로 형성

화기 형성 (쌍자엽식물, Neptunia pubescence(두과))

벼의 이삭 형성 및 분화 과정 (단자엽식물)

panicle primordium(이삭원기) →이삭 지경 원기→영화 원기→영화 (부호영→호영 →영)

꽃의 구조 (완비화)

Curcurbita Tomato ovary

옥수수 ovary

콩

stigma

식물 생식의 종류

가. 꽃의 분류

① 꽃의 모양에 따라

- 완비화 (complete flower) : 꽃받침 + 꽃잎 + 암술 + 수술 모두 구비

: 목화, 아마, 담배, 감자, 콩, 클로버, alfalfa 등

- 불완비화 (incomplete flower) : 그 중 일부가 결여된 것.

: 화본과(Graminae) -- 벼, 밀, 보리, 옥수수, 수수, 귀리 등 : 꽃받침과 꽃잎 결여

② 꽃의 기능상

- 완전화(양전화; perfect flower) --- hermaphrodite flower : 암술과 수술이 한 꽃에

- 불완전화(imperfect flower) --- unisexual flower : 둘 중 하나만 한 꽃에

자웅동주(monoecious) plant -- 옥수수, 호박, 수박, 율무, 아주까리 등

자웅이주(dioecious) plant (성분화)--시금치, hop, 대마, asparagus, yam, papaya 등

웅성식물 staminate(androecious) plant

자성식물 pistillate(gynoecious) "

나. 식물생식의 종류

생식(reproduction) : 자손을 만드는 것. 종족 보존 및 번식(propagation)이 목적

유성생식(sexual reproduction): ♀,♂ 배우자의 결합을 통한 생식

--- 생식세포분열(재조합 기회 제공)을 통하여 후대에 변이 발생

→후손의 적응력 증대

무성생식(asexual reproduction): 무성영양기관 (asexual propagules)을 통한 생식

--- 자신과 동일한 genotype을 생산 ---> 돌연변이가 없으면 동일 유전질의 영속

2. 배우자 형성, 수분, 수정(유성생식)과 결실

자기복제

감수분열1

감수분열2(

동형분열;

체세포분열)

화분모세포(수술)

pollen mother cell

배낭모세포(배낭)

embryosac mother cell

4포자 (tetrad)

염색체수: 2n n

가. 생식세포 분열 (meiosis)

감수분열시 상동염색체 대합(pairing)과 crossover

meiosis

나. 배우자 형성

배낭

영양핵 생식핵

화분

성숙 1차분열 2차분열

2핵성화분 3핵성화분소포자(가지,담배,토마토,백합 등)

(벼,밀,옥수수,무우,배추,유채,국화 등)

4개중1개만발육

1차분열

2차분열

3차분열

대포자

성숙

nn n

n n

nn n 반족세포

극핵

조세포

난세포

vegetative N. generative N.

microspore

megaspore

antipodal cellpolar nucleisynergidegg cell

dinucleipollen

trinucleipollen

발아공germination

pore

다양한 화분의 모양

풍매화분: smooth, dry충매화분: decorated, wet

(Pollen Fig.2.2)

배낭세포의 여러 형태

(Embryol.of angios. Fig.4-1)

수술과 배낭

3. 중복수정 및 종자형성

Germination and growth of pollen tubes in style of white clover

2핵성 화분은 어떻게 중복수정?

중복수정 및 종자형성

중복수정 (double fertilization) --- 피자식물의 수정방식: 배낭내의 난핵과 극핵이 화분내의 2개의 웅핵과 동시에 수정하는 것

중복수정 결과난세포(egg cell) + 웅핵(sperm nuclei) -→ 2 ⓝ ------→배(embryo)

ⓝ ⓝ mitosis(보리-- 수정후 14시간정도 경과 1차분열)

극핵(polar nuclei) + " ---> 3 ⓝ -------------->배유(endosperm)2 ⓝ 3배체 mitosis

(보리-- 수정후 5시간정도 경과 1차분열) Ovary wall(자방벽) →과피 (Pericarp; fruit coat ) : 모체(당대)의 유전적 특성 보유Integument(주피) →종피(seed coat)

* AAbb x aaBB 를 교배한 당대 종자의 부위별 유전특성은?

배 : Ab + aB → AaBb * aaBB x AAbb 일 경우에는?배유: AAbb + aB → AAaBbb 배:

과피: AAbb 배유:종피: AAbb 과피:

종피:

4. 종자 발달

(1) 배(embryo)의 발달

9~10 d 11~12 d

8 d

1 d

4 d4.5 d 25 d

수정후 12 d 이상이면 정상 발아력 갖춤

(2) 배유(endosperm)의 발달

3 d

3 d

4~5 d

5~6 d 10 d

(3) 종자(seed)의 발달 (벼)

콩의 수정 및 종자 발달

2 d 3 d

5 d

6 d

8 d

12 d

14 d

수정후 12 d 이상이면 정상 발아력 갖춤

* 쌍떡잎식물 종자 중에서고 유배유 종자 있음.: 아주까리, tomato, clover 등

강낭콩 종자

(쌍떡잎 )

옥수수 종자

(외떡잎 )

어린줄기

어린뿌리

떡잎

(양분저장 )

종자껍질

배유

(양분저장 )

호분층

어린뿌리

종자껍질

강낭콩 종자

(쌍떡잎 )

옥수수 종자

(외떡잎 )

어린줄기plumule

어린뿌리

떡잎

(양분저장 )

종자껍질

어린잎(cotyledon;초엽)(coleoptile; 엽초)

배유 (endosperm)

(양분저장 )

호분층

어린뿌리 (radicle)

종자껍질

Aleurone layer

Seed coat + pericarp

Hypocotyl(root axis)

cotyledon

제(hilum)

근초 (coleorhiza)

5. 자식(自殖)성작물과 타식(他殖)성작물(1) 자가수정 (autogamy; self-fertilization; inbreeding) :

: 완전화(개화수정, 폐화수정), 자웅동숙

a. 자식 보장장치: 화기구조나 화분 비산 시기가 자식을 유도,hermaphrodite

- 화기가 열리지 않고 : 심한 경우 폐화수정(cleistogamy)cf) chasmogamy(개화수정)

‘ 화본과의 경우 엽초(sheath) 내에 이삭이 싸여 수분 수정예) California oatgrass (Danthonia californica),

＂Gamadi＂ rice＇ 화본과의 경우 영화가 열리지 않고 수분 수정

예) annual fescues, rice의 a mutant- 꽃이 열개한 후에도 주두나 약이 꽃잎에 의해 감추어져 있고- 주두는 약이 터지기전에 길어져서 자가수분 쉽게- 화분립은 꽃이 열개하기 전에 (lettuce, soybean 등),

또는 개화와 동시에 비산 (tomato, rice, wheat 등)** 이러한 자식 보장장치는 유전적, 환경적 원인에 의해서 다소 변화.

b. 자가수정을 하는 작물을 자식성 작물 (autogamous or self-pollinated/-fertilizedcrops)

: 편의상 타화수정율이 4% 이하인 작물

(2) 타가수정(allogamy; cross-fertilization; outbreeding)

a. 타식 보장장치 : 자가수분이 어려운 상태- 배우자의 공간적 격리

monoecious crop : 옥수수, 딸기, 호두, 호박, 오이, cassava 등dioecious " : 대마, 시금치, hop, asparagus, yam, papaya 등

- 자웅 배우자의 성숙기간이 다름(dichogamy)protandry(웅예선숙) : 양파, 사탕무우, 도라지, 복숭아, 조롱박, coconut,

carrot, beets, raspberry(나무딸기) 등protogyny(자예선숙) : avocado 등

- 자가불화합성 (self-incompatability): 십자화과, 호밀, 해바라기, 피만,서양유채 등

- 웅성불임성 (male sterility)- 장벽수정(hercogamy): 붓꽃과(Iridaceae)

b. 타가수정을 하는 작물을 타식성작물(allogamous; cross-pollinated/-fertilizedcrops)

: 위 이외에도 ryegrass, orchard grass, meadow fescue, tall fescue, timothy,alfalfa, sweet clover, red clover, white clover 등

(3) 자식과 타식의 중간형 (partly allogamy): 수수, 목화, 해바라기, 피만, 서양유채 등

Characteristics Self-fertilized Cross-fertilized

Natural population

Single plants from

natural population

Individual plants from

natural population

2n genotype

Genotype of haploid gametes

Inbreeding depression

Self-incompatibility

Homogeneous

Homogeneous &

homozygous

Homozygous

Homozygous

All the same

None

None

Heterogeneous

Heterogeneous &

heterozygous

Heterozygous

Heterozygous

All different

Expected

Common

Impact of self- and cross-fertilization on plant characteristics

• General definitionSelf-pollination(autogamy): pollination within the same flower

or between flowers on the same plantCross-pollination(allogamy): pollination between flowers of different plants

• From the genetic point of viewSelf-pollination : interfloral-intraplant pollination

interplant-intraclonal " (과수 등 영양번식 작물)interplant-intravarietal " (자식성작물=homozygous)

Cross-pollination(allogamy) : pollination between unlike genotypes

• From breeder’s viewpoint: ➔ Self-pollination: pollination within the same flower∵ 다른 형태의 자가수정 방식은 여러 유전자형이 존재하는 집단에서는

꽃의 구조, 개화습성 상 타가수정할 수 있는 기회가 제공됨.

자가수정과 타가수정의 정의 비교