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30장 식물의 구조, 생장, 발생
식물은 가소성을 지녀 환경에 따라 그 자신을 변화시킬 수 있는데, 이것이 식물의 운동성 부 족 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 흡 수하고 식물을 지탱하는 역할을 한다.
▶ 지상계는 빛을 이용하고 이산화탄소와 산소, 수분을 교환 한다. 잎이 달려 있는 줄기와 생식기관이 포함된다.
▶ 관다발식물은 이 두 구조를 모두 갖고 있다: 뿌리계는 지 상계로부터 각각 물과 무기물, 광합성 산물을 공급한다,
식물은 기관, 조직, 세포의 계층적인 구조로 구 성된다.
▶ 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 뿌 리계이다. 배로부터 발달한 1개의 중심이 되는 뿌리를 말 하며, 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 교대 로 이어지는 기관이다.
▶ 곁눈은 잎이 줄기와 만나는 겨드랑이 부위에 위치해 곁가 지로 발달할 수 있다.
▶ 끝눈은 줄기의 끝부분에 위치하며 분열조직을 포함한다.
▶ 정단 우성은 끝눈의 성장이 곁눈의 성장을 방해하는 현상 이다.
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, 기본조직계 로 구성된다.
30.2 식물의 조직계는 세 종류의 조직으로
이루어져 있다
▶ 표피계는 식물체의 바깥표면을 덮는 보호조직이다. 물리 적인 손상과 병원성 미생물의 침입을 막는 역할을 한다.
- 표피는 표면을 구성하며 매우 치밀하게 연결된 1개의 세포층으로 구성된다.
- 주피는 목본식물의 오래된 줄기와 뿌리에서 표피가 대 체된 보호조직이다.
- 큐티클은 표피의 왁스층으로 수분 유실을 막아 육상 생 활의 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 운반 한다. 체관 요소로 구성되고 동반세포의 도움을 받는다.
- 중심주는 뿌리와 줄기에서 물관부와 체관부를 합쳐 부 르는 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 지 지기능을 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 때 문에 식물이 무한생장을 할 수 있게 해준다.
▶ 분열조직에는 뿌리 끝과 지상부 구조의 끝에 위치하는 정단분열조직과 측생분열조직이 있다.
▶ 1기생장은 식물이 모양을 갖추게 하는 생장으로 기본적 으로 상하로 자라는 길이생장이다. 이 생장은 정단분열조 직에 의해 일어난다.
▶ 2기생장은 목본처럼 줄기와 뿌리의 1기생장이 이미 멈춘 부위에서 일어나는 두께 생장이다.
▶ 2기생장을 일으키는 측생분열조직에는 관다발형성층과 코르크형성층이 있어 물관과 체관 그리고 표피를 더 두껍 고 단단하게 한다.
1기생장, 즉 정단분열조직에 의해 만들어진 지 상계와 뿌리계를 1기식물체라 한다.
30.4 1기생장을 통해 줄기와 뿌리의
길이가 증가한다
뿌리의 1기생장
▶ 뿌리골무는 뿌리 끝을 둘러싸 뿌리가 길이 생장을 하면
서 토양과 물리적 접촉을 할 때 정단분열조직을 보호한다.
▶ 내피는 식물 피층의 가장 안쪽 세포층으로 물질이동에 선택적 장벽으로 작용한다.
▶ 내초는 관다발기둥의 가장 바깥쪽인데 이곳에서 곁뿌리 가 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 동반한 다.
▶ 잎은 정단분열조직의 가장자리에서 손가락 모양으로 뻗 어 나오는 부분인 잎원기에서 유래한다.
▶ 줄기는 표피, 체관부, 물관부 등 관다발, 기본조직, 수 등 으로 구성된다.
▶ 잎의 조직구조는 다음과 같다.
- 공변세포로 개폐가 조절되는 구멍인 기공은 공기 교환 이 일어나는 곳이다.
- 표피 사이는 엽육으로 채워져 있고 쌍떡잎식물은 책상 조직과 해면조직으로 구성된다.
- 잎맥은 줄기의 관다발조직으로부터 잎의 관다발조직으 로 연결되는 엽적과 잎맥을 둘러싸서 보호하는 관다발 초 세포층을 포함한다.
관다발형성층은 2기 관다발조직을 형성한다.
▶ 방추형시원세포들은 헛물관과 물관요소, 물관섬유, 체관 요소, 동반세포, 유세포와 체관부섬유 등 긴 세포들을 만 들어낸다.
▶ 방사조직시원세포들은 유조직으로 이루어진 관다발방사 조직을 생성한다.
▶ 주로 2기생장을 통해 두꺼워지는 물관부는 안쪽의 심재 와 바깥쪽에 있으면서 물관 기능을 유지하는 변재로 구성 된다.
30.5 2기생장을 통해 목본식물은 두께가
증가한다
코르크형성층은 주피를 형성한다.
▶ 어린 표피를 대체하여 코르크피층과 코르크조직을 형성 한다.
▶ 코르크세포의 슈베린은 물과 공기를 투과시키지 않고 물 리적 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 조직화 가 이루어지는 것을 말한다.
생장은 세포분열과 세포팽창을 통해 일어난다.
▶ 식물은 세포의 팽창을 통해서 생장할 수 있다.
▶ 세포의 팽창 방향은 세포 내 미세소관의 배열에 따라 방 향이 결정되는 세포벽의 미세섬유소원의 배열에 의해 결 정된다.
30.6 식물은 생장, 형태형성, 분화를 통해
발생한다
▶ 세포분열 때 분열 면의 위치에 따라 식물의 형태가 결정 된다.
- 비대칭 세포분열이 일어나 공변세포와 같은 구조를 형 성할 수 있다.
- 세포분열 면은 세포질의 미세소관이 다발구조로 집중 되는 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 계 속 알리는 신호이다.
▶ 위치정보의 한 가지 유형으로서 극성은 생물체의 한 쪽 이 반대쪽과는 다른 구조적 차이를 갖게 한다.
각 세포는 동일한 유전자 종류를 지니고 있지만 발현하는 유전자의 종류가 다르다.
세포의 운명은 발생 중인 기관에서 세포의 마지 막 위치에 의해 결정된다.
식물은 유년기, 영양 단계, 생식 단계 등을 거친
다. 이를 단계변화라 하고 정단분열조직에서 이
루어지는 형태 변화를 동반한다.
개화가 조절되는 과정은 유전자 차원에서 잘 밝 혀져 있다.
▶ 생식생장의 일부인 개화는 꽃의 분열조직 인식유전자가 작동함으로써 이루어진다.
▶ 꽃의 돌연변이 연구를 통해 꽃의 형성에 관한 ABC 모형 이 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.
