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30장 식물의 구조, 생장, 발생

식물은 가소성을 지녀 환경에 따라 그 자신을 변화시킬 수 있는데, 이것이 식물의 운동성 부족 극복에 도움이 되는 것으로 알려져 있다.

30.1 전형적인 유관속 식물은 지하부와 지상부로 이루어져 있다

식물은 뿌리계와 지상계로 나눌 수 있다. ▶ 뿌리계는 식물이 살아가는 데에 필요한 물과 무기물을 흡수하고 식물을 지탱하는 역할을 한다.

▶ 지상계는 빛을 이용하고 이산화탄소와 산소, 수분을 교환한다. 잎이 달려 있는 줄기와 생식기관이 포함된다.

▶ 관다발식물은 이 두 구조를 모두 갖고 있다: 뿌리계는 지상계로부터 각각 물과 무기물, 광합성 산물을 공급한다,

식물은 기관, 조직, 세포의 계층적인 구조로 구성된다. ▶ 조직은 동일한 기능 또는 구조를 갖는 세포들의 집단을 일컫는다.

▶ 기관은 여러 종류의 조직들이 모여 어떤 특정한 기능을 수행하는 집단을 말한다.

식물의 주요 세 기관은 뿌리, 줄기, 잎이다.

뿌리의 구조와 종류 ▶ 원뿌리계는 대부분의 쌍떡잎식물과 겉씨식물이 갖는 뿌리계이다. 배로부터 발달한 1개의 중심이 되는 뿌리를 말하며, 이로부터 곁뿌리가 나온다.

▶ 대부분의 외떡잎식물이 지닌 수염뿌리는 가느다란 많은 뿌리들이 토양의 표면 아래로 뻗어 있다.

▶ 뿌리털은 뿌리의 표면적을 넓혀 흡수를 최대화한다.

줄기는 잎이 붙어 있는 마디와 마디사이가 교대로 이어지는 기관이다. ▶ 곁눈은 잎이 줄기와 만나는 겨드랑이 부위에 위치해 곁가지로 발달할 수 있다.

▶ 끝눈은 줄기의 끝부분에 위치하며 분열조직을 포함한다.

▶ 정단 우성은 끝눈의 성장이 곁눈의 성장을 방해하는 현상이다.

잎은 중요한 광합성 기관이다. ▶ 일반적으로 잎은 넓어진 엽신과 마디에 잎을 부착시키는 엽병으로 이루어진다.

▶ 잎맥은 대부분의 외떡잎식물에서는 나란한 모양이지만 쌍떡잎식물에서는 그물 모양이다.

식물의 조직계는 표피계, 관다발계, 기본조직계로 구성된다.

30.2 식물의 조직계는 세 종류의 조직으로 이루어져 있다

▶ 표피계는 식물체의 바깥표면을 덮는 보호조직이다. 물리적인 손상과 병원성 미생물의 침입을 막는 역할을 한다.

- 표피는 표면을 구성하며 매우 치밀하게 연결된 1개의 세포층으로 구성된다.

- 주피는 목본식물의 오래된 줄기와 뿌리에서 표피가 대체된 보호조직이다.

- 큐티클은 표피의 왁스층으로 수분 유실을 막아 육상 생활의 적응을 돕는다.

- 기공은 외부환경과의 기체교환이 일어나는 장소이다.

▶ 관다발조직계는 물관부와 체관부로 이루어진다.

- 물관부는 물과 용해된 무기질을 뿌리로부터 지상부로 수송한다. 헛물관과 물관요소로 구성된다.

- 체관부는 잎에서 합성된 당을 뿌리, 열매 등으로 운반한다. 체관 요소로 구성되고 동반세포의 도움을 받는다.

- 중심주는 뿌리와 줄기에서 물관부와 체관부를 합쳐 부르는 말이다.

▶ 기본조직계는 표피계와 관다발조직계를 제외한 식물의 나머지 조직계를 말한다.

- 수는 관다발조직 안쪽의 기본조직을 말한다.

- 피층은 관다발조직 바깥쪽의 기본조직을 말한다.

식물세포는 유세포, 후각세포, 후벽세포로 나눌 수 있다. ▶ 유세포는 대사가 활발하고 세포벽이 얇은 세포이다.

▶ 후각세포는 모여서 원형이나 원통형을 이루며 유세포에 비해 두꺼운 1차벽을 갖고, 생장을 제한하지 않으면서 지지기능을 할 수 있다.

▶ 후벽세포는 리그닌으로 이루어진 두꺼운 2차벽이 있어 식물을 지탱하는 ‘골격’이 된다.

무한생장 vs. 유한생장

꽃을 피우는 식물은 생장 기간에 따라 일년생, 이년생, 다년생 식물로 나눌 수 있다.

30.3 식물의 생장과 발생은 기본적으로 분열조직에 의해 이루어진다

분열조직은 끊임없이 세포분열을 할 수 있기 때문에 식물이 무한생장을 할 수 있게 해준다. ▶ 분열조직에는 뿌리 끝과 지상부 구조의 끝에 위치하는 정단분열조직과 측생분열조직이 있다.

▶ 1기생장은 식물이 모양을 갖추게 하는 생장으로 기본적으로 상하로 자라는 길이생장이다. 이 생장은 정단분열조직에 의해 일어난다.

▶ 2기생장은 목본처럼 줄기와 뿌리의 1기생장이 이미 멈춘 부위에서 일어나는 두께 생장이다.

▶ 2기생장을 일으키는 측생분열조직에는 관다발형성층과 코르크형성층이 있어 물관과 체관 그리고 표피를 더 두껍고 단단하게 한다.

1기생장, 즉 정단분열조직에 의해 만들어진 지상계와 뿌리계를 1기식물체라 한다.

30.4 1기생장을 통해 줄기와 뿌리의 길이가 증가한다

뿌리의 1기생장 ▶ 뿌리골무는 뿌리 끝을 둘러싸 뿌리가 길이 생장을 하면서 토양과 물리적 접촉을 할 때 정단분열조직을 보호한다.

▶ 내피는 식물 피층의 가장 안쪽 세포층으로 물질이동에 선택적 장벽으로 작용한다.

▶ 내초는 관다발기둥의 가장 바깥쪽인데 이곳에서 곁뿌리가 발생한다.

▶ 뿌리는 발생 정도에 따라 3가지로 나눌 수 있다.

- 뿌리의 정단분열조직과 그 유도체로 구성된 분열대는 뿌리골무 등 새로운 세포를 만든다.

- 신장대에서는 뿌리세포들이 길어진다.

- 성숙대의 세포들은 분화가 완전히 이루어져 있다.

1기생장은 줄기의 신장과 잎의 발생을 동반한다. ▶ 잎은 정단분열조직의 가장자리에서 손가락 모양으로 뻗어 나오는 부분인 잎원기에서 유래한다.

▶ 줄기는 표피, 체관부, 물관부 등 관다발, 기본조직, 수 등으로 구성된다.

▶ 잎의 조직구조는 다음과 같다.

- 공변세포로 개폐가 조절되는 구멍인 기공은 공기 교환이 일어나는 곳이다.

- 표피 사이는 엽육으로 채워져 있고 쌍떡잎식물은 책상조직과 해면조직으로 구성된다.

- 잎맥은 줄기의 관다발조직으로부터 잎의 관다발조직으로 연결되는 엽적과 잎맥을 둘러싸서 보호하는 관다발초 세포층을 포함한다.

관다발형성층은 2기 관다발조직을 형성한다. ▶ 방추형시원세포들은 헛물관과 물관요소, 물관섬유, 체관요소, 동반세포, 유세포와 체관부섬유 등 긴 세포들을 만들어낸다.

▶ 방사조직시원세포들은 유조직으로 이루어진 관다발방사조직을 생성한다.

▶ 주로 2기생장을 통해 두꺼워지는 물관부는 안쪽의 심재와 바깥쪽에 있으면서 물관 기능을 유지하는 변재로 구성된다.

30.5 2기생장을 통해 목본식물은 두께가 증가한다

코르크형성층은 주피를 형성한다. ▶ 어린 표피를 대체하여 코르크피층과 코르크조직을 형성한다.

▶ 코르크세포의 슈베린은 물과 공기를 투과시키지 않고 물리적 방어 역할을 한다.

▶ 주피 내의 피목 구조를 통해 바깥공기와 기체교환을 할 수 있다.

▶ 수피는 나무껍질이라고도 하는데 관다발세포층 바깥쪽의 모든 조직, 즉 2기체관부, 코르크형성층과 조직, 오래된 주피를 포함하는 조직들로 구성된다.

형태형성이란 식물의 형태가 발달하고 조직화가 이루어지는 것을 말한다.

생장은 세포분열과 세포팽창을 통해 일어난다. ▶ 식물은 세포의 팽창을 통해서 생장할 수 있다.

▶ 세포의 팽창 방향은 세포 내 미세소관의 배열에 따라 방향이 결정되는 세포벽의 미세섬유소원의 배열에 의해 결정된다.

30.6 식물은 생장, 형태형성, 분화를 통해 발생한다

▶ 세포분열 때 분열 면의 위치에 따라 식물의 형태가 결정된다.

- 비대칭 세포분열이 일어나 공변세포와 같은 구조를 형성할 수 있다.

- 세포분열 면은 세포질의 미세소관이 다발구조로 집중되는 부분인 전기전미세소관(preprophase band) 속에 의해 결정된다.

형태형성은 패턴형성 과정에 의해 이루어진다. ▶ 패턴형성을 통해 특정한 부위에 특정한 구조가 형성된다.

▶ 발생 중인 세포 내에서 위치정보는 각 세포의 위치를 계속 알리는 신호이다.

▶ 위치정보의 한 가지 유형으로서 극성은 생물체의 한 쪽이 반대쪽과는 다른 구조적 차이를 갖게 한다.

각 세포는 동일한 유전자 종류를 지니고 있지만 발현하는 유전자의 종류가 다르다.

세포의 운명은 발생 중인 기관에서 세포의 마지막 위치에 의해 결정된다.

식물은 유년기, 영양 단계, 생식 단계 등을 거친다. 이를 단계변화라 하고 정단분열조직에서 이루어지는 형태 변화를 동반한다.

개화가 조절되는 과정은 유전자 차원에서 잘 밝혀져 있다. ▶ 생식생장의 일부인 개화는 꽃의 분열조직 인식유전자가 작동함으로써 이루어진다.

▶ 꽃의 돌연변이 연구를 통해 꽃의 형성에 관한 ABC 모형이 정립되었다.

▶ 꽃받침은 A, 꽃잎은 A와 B, 수술은 B와 C, 심피는 C가 관여하는 것으로 밝혀졌다.

▶ 식물의 발생에는 58개의 아미노산으로 이루어진 부위를 암호화하는 MADS-box 유전자들이 밝혀져 있다.