관속식물

식물의 구조 및 생장

박 재 인

충북대학교 농업생명환경대학

산림학과

선 인 장 옥 수

수

벼

나자 식물

피자 식물

관속식물1

콩

관속식물 2

lichens

Hornwort

hepatics or liverworts

양치 식물

관속(管束)식물

• 관속식물(vascular plant) – 목부 와 사부 를 갖는 식물

- 나자식물(침엽수) 피자식물(현화식물) 석송 속새 양치식물을 포함

• 비관속식물(non- vascular plant)

- 이끼 태류 붕어마름

상록성 반상록성 낙엽성

상록성 반상록

성 낙엽성 비고

교목 소나무 잣나무 전나

무 주목 개잎갈나무 왕대 가시나무류 편 백 측백나무

참나무류 벚나 무류 백합나무 버즘나무류 아 까시나무

아교목 노간주나무 팥배나무 단풍

나무

관목 사철나무 회양목 둥

근향 월귤 (철쭉) 개나리 진달래

철쭉 산앵두나 무

초본 목본

초 본 목 본

상록성 식물 매화노루발 노루발 한

란 솔잎란 석송과 부처 손과 속새

사철나무 개잎갈나 무

덩굴식물 하수오 적하수오 박주

가리 환삼덩굴 뚜껑덩 굴

인동 줄사철 칡 으 름 다래류 미역줄나 무 등칡 오미자

기생식물 갯실새삼 실새삼 새삼 겨우살이

착생식물 보춘화 석곡 나도풍난

부생식물 대흥란

상록다년초가 나무가 아니고 풀이라는데 주목할 일

종자식물의 발달과정

• 꽃에서 생긴 생식세포의 결합 (암+수)

• 단세포인 수정난에서 시작 극성화가 일어남

• 배형성 (종자 안에 위치)

• 발아뿌리, 잎 줄기 발달

• 성체로성장(포자체라 함(sporophyte)

• 개화 생식세포 형성

*극성화뿌리와 줄기의 발달 방향 결정

양치식물 Ferns

• A fern is a member of a group of roughly 12,000 species ^[3] of vascular plants that

reproduce via spores and have neither

seeds nor flowers. They differ from mosses by being vascular (i.e. having water-

conducting vessels). They have stems and leaves, like other vascular plants. Most ferns have what are called fiddleheads that

expand into fronds, which are each

delicately divided. ^[4]

• Ferns first appear in the fossil record 360 million years ago in the late Devonian period ^[5] but many of the current

families and species did not appear until roughly 145 million years ago in the early Cretaceous, after flowering plants came to dominate many environments. The fern Osmunda claytoniana is a paramount example of

evolutionary stasis. Paleontological evidence indicates it has remained unchanged, even at the level of fossilized nuclei and chromosomes, for at least 180 million years. ^[6]

• Ferns are not of major economic importance, but some are grown or gathered for food, as ornamental plants, for

remediating contaminated soils, and have been the subject of research for their ability to remove some chemical

pollutants from the air. Some are significant weeds. They

also play a role in mythology, medicine, and art.

Raunkiær plant life-form

Raunkiær's life forms (the plant structures that survive the unfavourable season are shown in black):

1. Phanerophyte.2-3. Chamaephytes.4. Hemicryptophyte.5-9. Cryptophytes[disambiguation needed]. * 5-6. Geophytes. * 7.

Helophyte. * 8-9. Hydrophytes. Therophyte, aerophyte and epiphyte not shown

월동하는 눈(아,芽)의 높이에 따른 식물 분류

Phanerophytes

Projecting into the air on stems – normally woody perennials - with resting buds more than 25 cms above soil level, e.g. trees and shrubs, but also epiphytes, which Raunkiær separated out as a special group in later versions of the system.

Further subgrouping

May be further subdivided according to plant height in megaphanerophytes, mesophanerophytes and nanophanerophytes and other characters, such as duration of leaves (evergreen or deciduous), presence of covering bracts on buds, succulence and epiphytism.

Chamaephytes

Buds on persistent shoots near the ground – woody plants with perennating buds borne close to the ground, no more than 25 cm above the soil surface, (e.g. bilberry and periwinkle).

Hemicryptophytes

Buds at or near the soil surface, e.g. daisy, dandelion.

Protohemicryptophytes only stem leavesPartial rosette plants both stem and basal rosette leavesRosette plants only basal rosette leavesCryptophytes

Cryptophyte geophyte

Below ground or under water - with resting buds lying either beneath the surface of the ground as a rhizome, bulb, corm, etc., or a resting bud submerged under water. Cryptophytes are divided into 3 groups:

Geophytes Resting in dry ground, e.g. crocus, tulip. May be further subdivided into rhizome, stem-tuber, root-tuber, bulb and root geophytes.Helophytes Resting in marshy ground, e.g. reedmace, marsh-marigold.Hydrophytes Resting by being submerged under water, e.g. water-lily, frogbit.Therophytes

Annual plants which complete their life-cycle rapidly under favorable conditions and survive the unfavorable cold or dry season in the form of seed. Many desert plants are by necessity therophytes.

Aerophytes

New addition to the Raunkiaer lifeform classification. Plant that obtains moisture (though not through haustoria) and nutrients from the air and rain; usually grows on other plants but not parasitic on them.^[9] This includes some Tillandsia species, as well as staghorn ferns.

Epiphytes

Originally placed in Phanerophytes (above) but then separated because of irrelevance of soil position.

일년생식물

• An annual plant is a plant that completes its life cycle, from germination to the

production of seed, within one year, and then dies.

- Summer annuals sprout, flower, produce seed, and die, during the warmer months of the year. (보통 식물 모두)

- Winter annuals germinate in autumn or

winter, live through the winter, then bloom in

winter or spring.(밀 보리)

Molecular genetics (분자유전학) ^{에 의해}

일년생이 다년생으로

• In 2008, it was discovered that the

inactivation of only two genes in one species of annual plant leads to the conversion into a perennial plant. ^[3]

Researchers deactivated the SOC1 and FUL genes in Arabidopsis thaliana , which control flowering time. This switch

established phenotypes common in

perennial plants, such as wood formation.

2년생식물

• A biennial plant is a flowering plant that takes two years to complete its biological lifecycle.

^{[1] [2]}

In the first year the plant grows leaves, stems, and roots (vegetative structures), then it enters a period of dormancy over the colder months. Usually the stem remains very short and the leaves are low to the ground, forming a rosette. Many biennials require a cold treatment, or vernalization, before they will flower. During the next spring or summer, the stem of the biennial plant elongates greatly, or "bolts".

This typically makes biennial vegetables such as spinach, fennel and lettuce unusable as food.

^[3]

The plant then flowers, producing fruits and

seeds before it finally dies. There are far fewer biennials than either

perennial plants or annual plants.

• Examples of biennial plants are members of the onion family including

leek

,

^[3]

some members of the cabbage family,

^[3]

common mullein, parsley, fennel,

^[3] Lunaria

, silverbeet, Black-eyed Susan, Sweet William, colic weed,

carrot, ^[3]

and some hollyhocks. Plant breeders have produced annual

cultivars of several biennials that will flower the first year from seed, e.g.

foxglove and stock

.

다년생식물 Perennials

•

Perennial fruits

•

Apple Apricot Avocado Banana Blackcurrant Blueberry Currant Feijoa Grape Kiwi Fruit Japanese Wineberry Pear Persimmon Pineapple Plum Raspberries Strawberry

•

Strawberry Tree Tomato

•

Perennial herbs

• The following perennial plants are used as herbs:

•

Agastache Alfalfa Althaea officinalis

(marshmallow) Basil, many varieties:

African Blue, East Indian Chives Fennel Ferula Garlic

•

Ginger Hops – Humulus Hyssop Horseradish Lavender Lemon Balm Mint

•

Onions, many varieties: Potato onions, Shallots, Egyptian onions, Japanese bunching onions, Welsh onions, Chinese leeks

•

Oregano Piper nigrum

(black pepper) Rosemary Sage

•

Thyme Valerian White Horehound - Marrubium vulgare

•

Yarrow - Achillea millefolium

나무와 풀

나무-목본식물

• 온대 한대지방- 겨울에도 줄기 가 살아 있다

• 열대지방- 형성층에 의해 2차 생장을 한다.

• 유관속: 목부는 안쪽에 사부는 형성층 바깥쪽에 발달

• 나이테가 일년에[ 하나씩 생김

• (예외: 대나무와 야자나무는 흩 어져 있지만 나무모양으로 자 람: 나무로 취급)

풀-초본식물

• 온대 한대지방- 겨울에는 줄기가 죽는다.

• 안한다.

• 흩어져 분포

초본식물과 목본식물

잎

활엽수- 피자식물

• 잎이 넓다

• 예외: 위성류

침엽수- 나자식물

• 잎이 바늘 같이 뾰족하다.

• 깃털모양: 낙우송, 메타세 쿼이어

• 예외:은행나무

어린잎과 성숙잎

어린잎 성숙잎

향나무 바늘형(침엽) 비늘잎(인엽) 담쟁이덩굴 삼출엽 단엽

가이즈카향나무 : 대부분 인엽이나 침

엽도 생김

기공(氣孔, stomata) wiki

수종 기공길이

(um) 분포밀 /mm2) 도(개

은단풍 17.3 419

아까시나무 17.6 282

사탕단풍나무 19.3 463 미국물푸레나

무 24.8 257

미국느릅나무 26.3 440 루브라참나무 26.7 532

벚나무속 30.5 306

흑자작나무 39.4 281

은행나무 56.3 103

An open stoma (a)

and a closed stoma (b) 1 Epidermal cell

2 Guard cell 3 Stoma 4 K+ ions 5 Water 6 Vacuole

눈

• 정아(가운데눈, terminal bud)

• 측아(곁눈, lateral bud)

• 동아(겨울눈, winter bud)

• 잠아(dormant bud)

• 맹아(sprout)

• 액아(axillary bud)

• 부정아(adventitious bud)

• 화아(flower bud)

• 엽아(leaf bud)

• 혼아(mixed bud)

줄기(stem)

• 마디(절, node)

• 절간생장(internodal growth)

• 피목(皮目, lenticel)

• 수간(樹幹, trunk)

The dark

horizontal lines on Silver birch bark are the lenticels

목부(xylem)

• 형성층 안쪽의 조직

• 목재로 이용됨

• 2차목부-초본에는 없다

• (약 3억 8천년전 진화)

• 심재(心材, heart wood) 죽은 조직

• 변재(邊材, sap wood)-

살아 있는 조직

A section of a Yew branch showing 27 annual growth rings, pale sapwood and dark heartwood, and pith (center dark spot). The dark radial lines are small knots.

줄기표면

형성층(形成層, cambium) wiki

• There are several distinct kinds of cambium found in plant stems and roots:

• Cork cambium, a tissue found in many vascular plants as part of the periderm.

• Unifacial cambium,

which produces cells to the interior of its cylinder.

• Vascular cambium, a lateral meristem in the vascular tissue of plants.

http://www.appleman.ca/korchard/grfting3.htm

뿌리(root)

• 직근(tap root)

• 측근(lateral root)

• 수평근(horizontal root)

• 개척근(pioneer root)

• 장근(long root)

• 단근(short root)

• 세근(가는뿌리,fine root)- 양분과 수분 대부분 흡수- 겨울 난 후 죽고 다시 만 듬-형성층 없음

• 굵은 뿌리- 수십년 살아 나무지탱-목부와 사부 있 음

Ficus Tree with buttress roots

Prop roots (지주근)of Maize plant

Cross section of a mango tree

식물의 구조와 기능

• 구조와 기능

• 밀접하게 관련: 몸매(날기),피하지방(내한 성)

• 식물의 기본 구조

• 영양기관:잎, 줄기, 뿌리

• 생식기관: 꽃, 종자, 열매

The Four Basic Parts of Plants

• Leaves

• Stems

• Roots

• Flowers

(Seeds)

(Fruits)

조직(Tissue)

• 조직:기관을 형성

• 표피조직(표피층, 털, 기공, 각피층,뿌리털),

• 코르크조직(코르크층, 코르크형성층,수피,피 목)

• 유조직(생장점, 형성층 등)

• 후각조직(엽병,엽맥,줄기)

• 후막조직(호도껍질,섬유세포)

• 목부(도관,가도관, 수선,춘재, 추재)

• 사부(사관세포, 반세포)

• 분비조직(수지구,선모,밀선)

조직(1/2)

종류 일명 기능 관련조직 또는 세포

표피조직(表皮組織) epidermis 어린 식물의 표면을 보호, 수분증발 억제 표피층, 털, 기공, 각피층, 뿌 리털

코르크조직

(cork組織):주피組織 periderm 표피조직을 대신하여 보호, 수분증발 억제, 내화

코르크층, 코르크 형성층, 수 피, 피목

유조직[柔組織] parenchyma

원형질을 가지고 살아 있으면서 신장, 세포 분열, 탄소동화작용, 호흡, 양분저장, 저수, 통기, 상처치유, 부정아와 부정근 생성 등 가장 왕성한 대사작용을 담당함.

생장점, 분열조직, 형성층, 수 선, 동화조직, 저장조직, 저수 조직, 통도조직 등의 유세포

후각조직 厚角組織 collenchyma 어린 목본 식물의 표면 가까이에서 지탱 역

할을 하는 특수한 형태의 유세포 엽병, 엽맥, 줄기

조직(2/2)

종류 일명 기능 관련조직 또는 세포

후막조직[厚膜組織] sclerenchyma

목본식물의 지탱 역할 을 담당, 세포벽이 두 껍고, 원형질이 없음.

호두껍질, 섬유세포

목부[木部] xylem 수분 통도 및 지탱 도관, 가도관, 수선, 춘 춘재, 추재

사부[篩部] phloem

탄 수 화 물 의 이동 및 지탱, 코르크형성층의 기원

사관세포, 반세포

분비조직[分泌組織] secretory tissue 점액, 유액, 고무질, 수

수지 등을 분비함 수지구, 선모, 밀선

기공길이와 밀도(1/2)

학 명 한 국 명 기공길이(㎛) 분포밀도(개/㎟)

Acer saccharinum 은 단 풍 17.5 419

Robinia pseudoacaia 아까시나무 17.6 282

Acer saccharum 사탕단풍 19.3 463

Rhus typhina 붉나무속 19.4 634

Catalpa bignonioidea 개오동속 23.2 329

Malus sp. 사과나무속 23.8 220

Fraxinus americana 미국 물푸레 24.8 257

Juglans nigra 흑 호 도 25.7 342

Salix fragilis 버드나무속 25.5 215

Ulmus americana 미국느릅나무 26.3 440

기공길이와 밀도(2/2)

학 명 한 국 명 기공길이(㎛) 분포밀도(개/㎟)

Tilia americana 미국피나무 27.2 279

Quercus rubra 루브라참나무 26.7 523

Vitis vinifera 포 도 29.7 121

Prunus serotina 벚나무속 30.5 306

Populus deltoides 미류나무 30.4 163

Gleditsia triacanthos 주엽나무속 36.1 156

Crayaegus sp. 산사시나무속 37.4 221

Betula nigra 흑 자 작 39.4 281

Ginkgo biloba 은행나무 56.3 103

Tissues of the Leaf (Epidermis)

• Stomata

– Openings in the epidermis mainly located on the

underside of leaves

– Exchange of gases

잎

• 잎: 엽록체-광합성작용(CO2), 호흡(산소), 증산작용.

• 피자식물의 잎

• 엽신과 엽병. 상표피와 하표피, 엽육, 책상조직, 해 면조직. 중생지나무의 잎- 양면엽, 건조지나무의 잎-등면엽, 엽맥-목부,사부, 망상맥, 평행맥

• 나자식물의 잎- 침엽수 상록성:대부분,낙엽성-은행, 낙엽송,메타. 해면조직,책상조직분화(은행,주목,전 나무,미송) 또는 미분화(소나무)

• 수지구, 단유관속 복유관속

• 기공: 공변세포 두 개, 반족세포. 가스교환(탄산가

스,산소,수분) 밀도와 크기: 수종에 따라 다름

Tissues of the Leaf

줄기 1

• 줄기: 수간, 목재로 이용 나무지탱, 영양분 수분 이 동. 탄수화물

• 형성층: 비대생장 몇 개의 세포층, 측방분열조직 (줄기와 뿌리 끝 정단분열조직) 안쪽으로 목부, 밖 쪽으로 사부 생산

• 유관속형성층

• 유관속: 관다발 줄기 잎 뿌리를 관통하여 분화한 다발모양의 조직계.

• 병립유관속: 종자식물-목부와 사부가 서로 접하여 성립

• 복병립유관속: 박과,가지과 호박- 목부와 사부 중

어느 한쪽이 다른 쪽을 양쪽에서 끼듯이 위치

External Stem Structure

줄기2

• 1차유관속: 줄기 뿌리의 정단분열조직으로부 터 전형성층에 유래하는 유관속

• 심재와 변재

• 심재-색이 짙고 기름,껌,송진,타닌,페놀등의 물질이 축적, 죽은 조직, 지지역할

• 변재- 살아 있는 부위. 수분 통과. 탄수화물 저장. 버드나무 포플러, 피나무 구별없다.

• 연륜: 춘재와 추재가 나이테형성,

• 환공재. 산공재

Internal Stem Structure

• Bark

– Old, inactive phloem.

• Heartwood

– Old, inactive xylem.

• Sapwood

– New, active xylem.

Internal Stem Structure (Dicots)

• Plant stems have xylem & phloem separated by the cambium.

• Example:

– Trees

Internal Stem Structure (Dicots)

수목의 생장

• 생장

• 세포분열, 세포신장, 세포분화-전문화되고 복잡해짐

• 영양생장, 생식생장

• 3-1 수고생장

• 줄기생장- 수고생장에 중요 줄기- 대와 잎으로 구성 절과 절간

• 눈- 자라지 않은 어린 가지

• 정아, 측아 액아, 잠아 부정아, 근맹아 엽아, 화아, 혼합아

• 잎의 생장 자엽-종자의 배가 자란 것. 밤,참나무류- 자엽에 탄수화물 저장.

• 잎-정단분열조직에서 형성. 아랫부분이 만들어지고 엽신 분화, 중간 에 엽병 형성.

• 소나무류 잎- 1차엽, 2차엽, 엽속, 엽초.

• 줄기생장형 (정아에 의한 조절여부)

나무의 생장

• 유한생장(소나무류,가문비나무류,참나무류)

• 무한생장(자작나무, 서어나무, 버즘, 아까시, 피, 느 릅나무 아흔을 남김.

• 고정생장(전년에 생긴 원기만 자람)-적송, 잣나무, 가문비나무, 솔송, 너도밤나무, 참나무-나이추정 쉽다.

• 자유생장- 원기가 자란 이후에도 자람 이엽지형성.

고정생장보다 빠르다. -대왕송, 테다소나무,- 재발 성개엽. 사과나무, 포플러, 은행나무, 낙엽송, 자작 나무-나이 추정 어렵다.

• 어릴 때만 자유생장- 가문비나무 노령기에 고정생

장-은행나무, 포플러

나무의 생장 2

• 장지와 단지 - 은행나무, 낙엽송, 자작나무, 단풍나 무 두 종류 가짐

• 비정상지- 도장지- 그늘의 잠아가 햇빛 받아 갑자 기 자랄 경우 참나무류(다) 물푸레나무(소) 유목 작 은 나무(다) 피압목(다) 임연부(다)

• 다음해 자랄 눈 당년에 자라는 경우- 참나무, 오리 나무 소나무류- 한여름에 비 많이 올 때-정아가 자 라면 라마지라 함

• 수관형-정아우세, 원추형 정아우세현상 초본식물 에서도 관찰됨-수직방향으로 자라게 하는데 역할.

• 피자식물- 어릴 땐 원추형, 종 크면 구형-

직경생장

• 유관속형성층-수간,줄기,뿌리의 목부와 사부 사이에 위치. 코르크형성층 측방분열조직.

• 형성층(한층의 분열 세포군)의 세포분열- 시 원세포까지 포함. 병층분열-접선방향, 수층분 열-형성층자체의 세포수 증가

• 목부사부생산- 형성층 양쪽으로 사부와 목부 형성-옥신높으면 목부,지베렐린 높으면 사부 생산

• 생장에 불리한 환경이면 목부생산 준다.

• 사부가 먼저 생장개시 배나무 8주, 방크스 스

트로브스 6주 가량.

뿌리생장

• 배의 유근 발달-직근 형성-측근형성 -세근성루브 라참나무- 5억개 이상의 가는 뿌리 사과유묘-

230m의 뿌리-7번 이상 갈라져 40,000개에 달함.

뿌리털 -표면적확대로 무기염과 수분 흡수수분 부 족할 때- 뿌리털의 발달 더 왕성

• 소나무류 참나무류- 외생균근 형성-뿌리털 미형성.

• 측근의 생성- 내초- 수종에 따라 한층 또는 서너층 의 세포군. 병층분열계속 수층분열-상처- 무기엽 부피유동- 병원균,박테리아 침입-질소고정 박테리 아 서식.

• 계절적 활동- 줄기신장보다 먼저 시작 늦게까지

지속. 고정생장수종- 뿌리는 늦게까지 자람.

뿌리생장

• 뿌리형성층

• 직경이 굵어지면서 2차생장 시작.-줄기와 유사

• 형성층-코르크조직 형성 첫해 혹은 둘째 해 시작

• 내초-코르크형성층 만들어 뿌리보호-피층 소멸

• 뿌리형성층- 지제부에서 시작- 하부로 파급 : 줄기

보다 느림. 귤나무 줄기->뿌리: 2주, 뿌리에서 측근

3개월

뿌리

• 유근이 발아하여 직근을 형성, 측근-지지력향상

• 적송-심근성, 낙엽송-중간형, 밤나무 천근성

• 토성- 점토 뿌리침투 불량 사질토: 통기좋아 근계발달 양호.모래토양-15m까지 뻗어.

• 건조지-S/R율 작음.

• 수평방향 넓게퍼져 수관폭보다 넓게

• 과수-모래토양 수관폭보다 3배 넓게퍼져 양토의 경우 2배까지 점토의 경우 1.5배가량

• 세근 표토에 모여 있다. 이유- 통기성, 영양분함량 수 분이용 용이

• 참나무류와 소나무 표토 12cm내에 세근 90% 집중.

External Parts of Roots

• Root Cap

– Indicates

growth of

new cells.

뿌리의 생장

• 주근은 굴지성을 보임. 측근도 그러하나 정도 의 차이 있다.

• 뿌리의 복토와 심식은 해롭다. 산소공급 방해

• 복토는 뿌리의 생장 억제 이외에도 땅속에 묻 힌 나무 밑둥의 수피에도 영향을 주어 뿌리가 죽는다.

• 뿌리에는 곰팡이균이 균근을 형성하면 공생

을 이루어 서로 도우며 살아가는 것이 보통이

다.

External Parts of Roots

• Root Hairs

– Tiny one celled hair- like extensions of the epidermal cells located near the tips of roots.

– Increase surface area.

– Absorb water &

minerals.

호흡근(낙우송)

대나무의 생장

• 대나무류는 모두 상록성이며 형성층이 없 고 나이테도 없다.

• 왕대(늦죽),솜대 (올죽) 죽순대(맹종죽), 오 죽등은 크기가 크지만 이대, 조릿대, 제주 조릿대 ,사사 등은 키가 작다.

• 대나무는 마디마다 생장점이 있어 일년에

다 크고 그 다음해부터는 단단해 지기만

한다. 꽃은 드물게 피며 그후는 지상부가

죽는다.

인삼 해가림 시설

인용문헌

• 이경준. 2011. 수목생리학(3차수정판). 서 울대학교 출판문화원. Pp.514

• 이경준. 2014. 고급수목생리. pp.185-217.

산림치유지도사 1급 교재. 산림청

• 위키피디어. http://en.wikipedia.com/ 각항

• 이창복. 2003. 원색대한식물도감. 향문사.

상 `

실습 및 과제

• 식물의 생장에 미치는 요인을 조사하여 제 출 할 것

• 종자 파종 실습을 위한 준비물을 조사하여 준비할 것

• 끝