[Update] 【생물학】 24강. 식물학 | 쌍떡잎식물 – Pickpeup

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24강. 식물학

 

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1. 식물계

⑴ 식물계의 특징

① 광독립 영양 : 엽록소 a, b, 카로티노이드

② 세포와 조직이 분화되어 있는 다세포성 진핵세포

③ 세포벽의 주성분은 셀룰로오스

④ 운동성 無

⑤ 육상생활에 적응

○ 육상은 건조함 : 표면에 방수능력이 높은 큐티클층이 발달

○ 뿌리와 줄기, 잎으로부터 분화되어 발달, 물관과 체관과 같은 관다발 조직이 발달 (예외 : 선태식물)

⑵ 조류와 식물의 비교

① 서식지 : 조류는 수중, 식물은 육상

② 뿌리 : 조류는 헛뿌리, 식물은 뿌리

③ 줄기 : 조류는 물의 부력으로 몸체 지지, 식물은 줄기로 식물체 지지

④ 잎 : 조류는 몸 전체에서 광합성, 식물은 잎에서만 광합성

⑶ 식물계의 분류

 

 

뿌리

,

줄기

,

잎 분화

관다발 유무

번식 방법

꽃 유무

중복수정

속씨식물

뚜렷

(

뿌리

)

물관

종자

현화식물

있음

겉씨식물

뚜렷

(

뿌리

)

헛물관

종자

현화식물

없음

양치식물

뚜렷

(

뿌리

)

헛물관

포자

민꽃식물

없음

선태식물

뚜렷하지 않음

(

헛뿌리

)

없음

포자

민꽃식물

없음

Table. 1. 식물계의 분류

 

① 뿌리 기능을 하는 기관

○ 헛뿌리 : 단순히 바닥에 부착하는 기능, 물 흡수능력은 거의 없음

○ 뿌리 : 토양에 깊이 들어가서 식물체 고정, 물과 양분도 흡수

② 관다발 기능을 하는 기관

○ 헛물관 : 물이 이동하는 통로, 죽어있는 세포로 구성, 물관보다 진화가 덜 됨

○ 물관 : 물이 이동하는 통로, 죽어있는 세포로 구성, 헛물관보다 진화가 더 됨

○ 체관 : 잎에서 합성된 유기물이 이동하는 통로, 살아있는 세포로 구성

③ 번식방법

○ 포자 : 체세포분열을 통해 개체 형성, 핵상(n), 영양분 미포함

○ 종자 : 포자와 같이 체세포분열을 통해 개체 형성, 핵상(2n), 영양분 포함

④ 씨방유무와 중복수정 : 씨방은 밑씨(난세포)를 싸서 보호

○ 겉씨식물 : 씨방 ×, 중복수정 ×

○ 속씨식물 : 씨방 O, 중복수정 O

○ 겉씨식물 : 밑씨가 겉으로 드러나 있음

○ 속씨식물 : 밑씨가 씨방에 둘러싸여 있음

분류 1. 선태식물

① 수중에서 육상으로 옮겨가는 중간단계의 식물

② 주로 습한 곳에서 서식

③ 종류 : 이끼류(솔이끼, 우산이끼)

분류 2. 양치식물

① 양치식물 생활사 중 일부는 뿌리를, 일부는 헛뿌리를 가짐

② 종류 : 고사리

분류 3. 종자식물 : 겉씨식물과 속씨식물을 통틀어 지칭

 

 

겉씨식물

속씨식물

씨방유무

씨방 없음

(

밑씨가 노출됨

)

씨방 있음

관다발

헛물관

+

체관

물관

+

체관

형성층 유무

있음

(

부피생장 가능

)

아래 참고

종류

소나무

,

은행나무

아래 참고

Table. 2. 겉씨식물과 속씨식물의 비교

 

분류 3-1. 속씨식물은 다시 외떡잎식물과 쌍떡잎식물로 구분됨

 

 

외떡잎식물

쌍떡잎식물

형성층

없음 (길이생장)

있음 (부피생장)

떡잎 수

1

2

잎맥

나란히맥

그물맥

관다발

관다발 산재

환상 관다발

뿌리

수염뿌리

주근계

(

원뿌리

+

곁뿌리

)

꽃가루의 구멍

1

3

꽃잎수

3의 배수

4 또는 5의 배수

종류

보리, 벼, 밀, 옥수수

무궁화, 장미, 국화, 해바라기

Table. 3. 외떡잎식물과 쌍떡잎식물의 비교

 

 

2. 식물의 구조 공통

⑴ 식물의 체계화수준

 

세포 → 조직 → 조직계 → 기관 → 개체

 

⑵ 셀룰로오스 합성

① 세포막 안쪽에 붙은 미세소관의 방향이 세포막 바깥에 있는 셀룰로오스 섬유의 방향으로 결정

② 셀룰로오스 미세원섬유(microfibril)는 세포가 팽창하는 방향(장축)에 직각으로 배열

⑶ 생장 단계

① 1기 생장 : 식물체의 어린 부위에서 잎이 많아지고 줄기와 뿌리의 길이가 늘어나는 것

○ 1차 세포벽 : 어린 식물세포는 얇고 구부러지기 쉬운 1차 세포벽만 가짐

② 2기 생장 : 오래된 부위에서 줄기와 뿌리가 두껍게 되는 것

○ 2차 세포벽 : 후벽세포와 물관부의 물 운반세포, 체관부는 해당 없음

○ 리그닌(lignin) : 2차 세포벽에 침적되어 세포벽을 단단하게 만듦

③ 나무의 2기 생장

○ 심재 : 2기 물관부층의 내부층, 더이상 물관 기능을 수행하지 않으며 이 부분이 없어도 나무는 살아 있을 수 있음, 진한 색깔을 띠는 수지나 다른 화합물들로 곰팡이나 곤충의 침입을 방지

○ 변재 : 2기 물관부층의 바깥층에 있는 가장 새롭게 형성된 물관층, 물관 기능을 수행

 

 

3. 식물의 구조 : 잎

⑴ 3대 조직 : 표피조직, 기본조직, 관다발조직

⑵ 표피조직 : 동물의 상피조직과 대응됨

① 큐티클 층 : 왁스층(밀랍), 수분 증발 방지, 미생물 침입 방지

② 표피세포

○ 공변세포도 표피세포의 일종

○ 공변세포를 제외한 표피세포는 엽록체 無

③ 공변세포 : 기공과 관련

○ 공변세포 내 K+, Cl- 함량이 높을수록, 공변세포의 팽압이 클수록 기공의 크기가 커짐

○ 엽록체의 표피세포 중 유일하게 기공에 엽록체가 있음

⑶ 기본조직 : 엽육조직(mesophyll)을 지칭, 광합성 수행

① 엽육조직 : 광합성을 위한 특수한 유세포가 모여 있는 조직, 책상엽육조직과 해면엽육조직으로 나뉨

② 책상엽육조직 : 엽육세포가 치밀하게 모여 있는 조직

③ 해면엽육조직 : 엽육세포가 엉성하게 모여 있는 조직

○ 예. 유관속 초 세포 : 물관부를 둘러쌈

④ 음지식물이 더 발달

⑷ 관다발조직 : 잎맥은 잎의 관다발을 지칭

① 관다발초(bundle sheath) 세포로 둘러싸임

② 위쪽이 물관부이고 아래쪽이 체관부

③ 쌍떡잎식물은 그물맥, 외떡잎식물은 나란히맥

⑸ C3 식물과 C4 식물의 잎의 구조

 

Figure. 1. C3식물과 C4 식물의 잎의 구조

 

① C3 식물은 책상엽육조직과 해면엽육조직의 구분이 뚜렷

② C4 식물은 책상엽육조직과 해면엽육조직의 구분이 없음

 

 

4. 식물의 구조 : 줄기

⑴ 3대 조직 : 표피조직, 기본조직, 관다발조직

⑵ 표피조직 : 표피

⑶ 기본조직

① 피층

② 수(pith) : 주로 유세포로 구성

⑷ 관다발조직

① 물관부

○ 죽은 세포로 구성

○ 수(pith)와 맞닿아 있음

○ 벽공(pit) : 2차 세포벽을 가지는 세포에서 1차 세포벽만 있는 부분

② 체관부 : 피층과 맞닿아 있음

○ 속씨식물의 체관부 : 체관요소, 동반세포, 체판 및 체판공

○ 체관요소 : 살아있는 세포이지만 핵, 리보솜, 액포와 같은 세포소기관을 갖지 않음

○ 체관액의 이동이 수월하게 됨

○ 동반세포 : 원형질연락사를 통해 체관요소에 연결, 체관요소의 핵과 대부분의 세포소기관 기능 담당

○ 체판은 체관요소의 끝에 있음

③ 쌍떡잎식물은 환상관다발을 갖고, 외떡잎식물은 관다발이 산재

④ 각 관다발에서 체관부가 물관부보다 더 외측에 위치

⑸ 분열조직

① 정단분열조직

② 곁눈분열조직

③ 측생분열조직 : 관다발형성층 + 코르크형성층

⑹ 줄기의 횡단면

① 수피 : 관다발 형성층 바깥쪽 모든 조직, 2기 체관부 + 피층 + 주피

② 주피 : 코르크 + 코르크 형성층

③ 쌍떡잎식물 : 수 – 물관부 – 체관부 – 후벽조직(섬유세포) – 피층 – 표피

⑺ 나무줄기의 횡단면

① 2기 물관부 : 심재, 변재, 관다발을 형성하며 춘재와 추재 형성으로 나이테가 나타남

② 관다발 형성층

③ 수피 : 2기 체관부 + 피층 + 주피

④ 주피 : 코르크피층, 코르크형성층, 코르크조직

 

 

5. 식물의 구조 : 뿌리

⑴ 3대 조직 : 표피조직, 기본조직, 관다발조직

⑵ 표피조직

① 뿌리털 : 물과 무기질 흡수, 양이온 교환 (위 참고)

⑶ 기본조직 : 피층

① 뿌리혹

○ 콩과식물에서 관찰

○ 리조비움 : 호기성 세균, 질소고정효소가 산소에 취약

○ 상리공생 : 식물은 리조비움에게 영양분을 제공하고, 리조비움은 식물에게 질소염을 제공

○ 1st. 리조비움이 분비한 물질이 뿌리털 굽힘 유도

○ 2nd. 리조비움이 효소를 분비하여 세포벽 분해

○ 3rd. 리조비움이 뿌리털 내로 침투

○ 4th. 리조비움을 갖는 소낭이 피층과 내피세포로 이동 후 박테로이드 발달

○ 5th. 침투된 피층과 내피세포가 계속 성장하여 뿌리혹 형성

○ 6th. 산소 농도 저하 발생

○ 6th – 1st. 리그닌이 풍부한 후벽세포층이 형성되어 산소 이동 제한

○ 6th – 2nd. 레그헤모글로빈(철 함유)이 산소를 리간드로 하여 산소 농도 저하

○ 7th. 뿌리혹에서 박테로이드는 질소고정효소를 이용해 질소고정

○ 8th. 질소고정 : N2 → NH3 → NH4+, 16 ATP 사용

② 내초 : 곁뿌리(측근)가 생겨나는 조직

○ 측생분열조직을 생성하여 뿌리를 두껍게 함

○ 영양소나 이온을 물관부 세포로 수송

③ 내피 : 피층의 가장 안쪽에 있는 세포층

○ 다른 피층 세포와 달리 세포벽에 슈베린이 있어 물의 이동 제한

⑷ 관다발조직

① 중심주 : 내초, 물관부, 체관부로 구성

② 물관부

○ 쌍떡잎식물 : 물관부는 십자모양이고 체관부는 물관부 사이에 위치

○ 외떡잎식물 : 물관부는 여러 개의 원통이 수를 둘러싼 구조, 체관부는 물관부 사이에 위치

○ 벽공이 관찰

⑸ 뿌리의 횡단면

① 수

② 물관부

③ 체관부

④ 내초

⑤ 내피 : 카스파리안선이 있음

⑥ 피층

⑦ 표피

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⑹ 뿌리의 종단면

① 표피

② 분화대(성숙대) : 뿌리털 관찰

③ 신장대

④ 분열대 : 생장점(정단분열조직)

⑤ 뿌리골무

 

 

6. 식물생리학

⑴ 개요

① 물질수송 경로

○ 아포플라스트 경로 : 아포플라스트를 따라 이동하는 경로

○ 아포플라스트 : 원형질막 바깥쪽에 놓여있는 세포벽과 세포외 공간, 헛물관과 물관 같이 죽은 세포의 내부

○ H+ 농도기울기를 이용하여 2차 능동수송으로 내피세포막을 통과해야 하므로 에너지 사용

○ 심플라스트 경로 : 심플라스트를 따라 이동하는 경로

○ 심플라스트 : 식물의 모든 살아 있는 세포의 전체 세포질을 잇는 세포질 통로

○ 물질수송 시 에너지를 사용하지 않음

○ 예 : 체관요소의 내부 공간

○ 세포막 통과 경로

② 수분퍼텐셜 : 증산작용 메커니즘

○ 물은 수분퍼텐셜이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동

○ 수분퍼텐셜 = 용질퍼텐셜 + 압력퍼텐셜

○ 용질퍼텐셜 : -CRT(C : 몰농도), 삼투압과 관련

○ 압력퍼텐셜 : 팽압, 세포벽이 세포를 누르는 압력

○ 토양 > 뿌리 표피 > 뿌리 피층 > 뿌리 중심주 > 줄기 > 잎 > 대기

○ 증산작용 보조 원동력 : 뿌리압

③ 당의 공급부와 수송부

○ 공급부 : 광합성, 녹말 분해를 통해 당의 순생산이 일어나는 기관 (예 : 잎)

○ 공급부에서는 체관부 삼투압이 물관부 삼투압보다 작음

○ 수용부 : 분열조직, 뿌리(당 저장, 당 소모), 열매(당 저장)

○ 당의 저장은 녹말 형태이나 당의 운반은 설탕 형태로 함 ( 설탕만 비환원당이기 때문)

○ 압류설(pressure flow model) : 공급부의 체관부로 물이 유입되어 부피유동을 통해 수용부로 체관액 이동

○ 부피유동 : 압력퍼텐셜에 의해 용액이 이동하는 것

○ 수용부는 삼투농도가 높아 물을 끌어당기기 때문에 수용부로 체관액 이동

○ 공급부는 물을 배출하기 위해 비교적 삼투농도가 낮음

○ 당의 농도는 공급부일수록 높음

○ 체관부 교차 수송을 통해 공급부의 반대쪽 잎으로도 설탕 전달 가능

⑵ 뿌리의 물질수송

① 카스파리안선

○ 슈베린이라는 불투과성의 왁스물질 띠

○ 물이 뿌리의 중심주에 통과하려면 내피의 심플라스트를 통과해야 함

○ 불필요하거나 독성이 있는 물질 차단

○ 물관부에 축적된 용질이 토양으로 새어 나가는 것을 방지

② 양이온 교환 : 뿌리털은 H+를 토양으로 능동수송하여 무기질 양이온을 흡수하는 현상

○ 전기적 기울기로 무기질 양이온이 토양 입자에서 분리되어 토양으로 흡수

○ H+를 능동수송하는 과정에서 H+-ATPase를 사용

○ 무기질 양이온이 뿌리로 흡수될 때 H+ 공수송 운반체를 이용

○ H+는 농도기울기를 따라 다시 들어오기 때문에 세포내 막전위가 높아지며 이를 보상하기 위해 음이온 흡수

③ 질산염 수송체

○ 고친화도 수송체(HAT, high affinity transporter) : 질산염의 농도에 관계 없이 작동

○ 저친화도 수송체(LAT, low affinity transporter) : 질산염의 농도가 높으면 급격한 막전위 상승(= 질산염 흡수) 유발

○ 시클로헥시미드(cycloheximide) : 저친화도 수송체의 억제제

⑶ 줄기의 물질수송

① 체관액의 이동은 부피유동에 의해 이루어짐

② 체관액의 주요 성분 : 설탕

⑷ 잎의 물질수송

① 기공 (stomate, pore)

○ 한 쌍의 특수한 표피세포(공변세포) 사이의 틈

○ 수분, 이산화탄소의 통로

② 기공개폐

○ 셀룰로오스 미세섬유들이 공변세포의 세포벽에서 방사상으로 배열

○ 공변세포의 팽압이 증가하면 공변세포가 섬유방향으로 늘어나게 됨 → 기공 열림

③ 기공 열림 기작

○ 1st. 청색광 신호

○ 1st – 1st. 청색광 → 청색광 수용체(제아크틴산)

○ 1st – 2nd. 청색광 수용체의 신호 전달

○ 1st – 3rd. 공변세포가 원형질막에 있는 양성자 펌프로 H+를 세포외로 방출

○ 1st – 4th. H+의 농도기울기를 따라 H+와 K+가 공수송으로 세포 내로 유입

○ 1st – 5th. Cl-가 전하균형을 맞추기 위해 세포 내로 유입

○ 1st – 6th. 공변세포 내의 삼투농도 증가

○ 1st – 7th. 공변세포 내로 물 유입 증가

○ 1st – 8th. 공변세포 팽압 증가

○ 1st – 9th. 공변세포가 벌어져 기공 열림

○ 2nd. 적색광 신호

○ 2nd – 1st. 광합성률 증가 → 설탕 증가 → 삼투압 증가 → 1st – 6th

○ 2nd – 2nd. CO2 분압 감소 → K+, Cl- 흡수 → 1st – 4th

○ CO2 한 분자당 물 40 분자가 증산됨

○ 청색광 반응이 적색광 반응보다 더 빠름

④ 기공 닫힘 기작

○ 저녁 : 청색광 감소, 설탕 감소 → 기공 열림 반대기작 → 수분 유출 → 기공 닫힘

○ 수분 스트레스

○ 1st. ABA 증가 : 엽록체를 가진 세포가 생산. 주로 체관이 수송. pH 증가에 따라 같이 증가

○ 2nd. 수분스트레스 없을 시 : ABA-H+ 형태 → 엽육세포 흡수 → 공변세포 도달률↓ → 기공유지

○ 3rd. ABA-가 공변세포에 도달 → 신호전달경로

○ 4th. K+, Cl-, 물이 빠져나감

○ 5th. 기공 닫힘

 

 

7. 식물호르몬

⑴ 개요

① 식물의 발생과정과 반응 주도

② 신호 전달 과정 : 인지, 전달, 반응

○ 반응 : 전사 조절, 단백질 번역 후 변형

③ 식물 호르몬은 농도 특이적이고 조직 특이적이므로 기능이 다양하고 종잡을 수 없음

④ 옥신과 사이토키닌에 의한 세포성장은 오직 쌍떡잎 식물만 적용됨

⑵ 옥신(인돌 아세트산, IAA)

① 트립토판이 변형되어 옥신 형성

② 작용 기작 : 옥신 → ABP 1과 결합 → 유전자 전사 촉진 → 생리활성 증가

③ 작용

○ 줄기신장 : 낮은 농도에서 줄기신장 촉진, 높은 농도에서 줄기신장 억제

○ 부정근 형성 촉진

○ 잎의 탈리 지연

○ 정단 우성 : 곁눈의 생장 억제

○ 합성 옥신 : 외떡잎식물인 곡류나 잔디 사이에 끼어있는 쌍떡잎 잡초의 선택적 제거

○ 과일 발생 조절 : 수분 이후의 열매 성장은 옥신에 의해 지배, 단위결실 유도

④ 극성이동

○ 옥신은 줄기 정단부에서 기저부로만 이동

○ 뿌리 방향으로의 이동이지만 중력과는 관련 없음

⑤ 재분배가설

○ 옥신은 빛(백색광)이 비춰지는 쪽의 반대쪽으로 이동

○ 반대쪽에서 길이 신장이 유도되므로 빛이 비춰지는 쪽으로 굽힘 유도

⑥ 산성생장가설

○ 1st. 옥신이 H+ 펌프를 증가시킴

○ 2nd. 세포벽의 pH를 낮춤

○ 3rd. 낮은 pH에 의해 익스팬신 단백질(expansion) 활성화

○ 4th. 익스팬신은 가교 다당류를 분해하여 세포벽 느슨

○ 5th. 팽압에 의해 세포가 팽창

⑦ 특징

○ 기관에 따라 생장 촉진 농도가 다름 : 뿌리 < 눈 < 줄기

 

Figure. 2. 옥신 농도에 따른 뿌리와 줄기의 길이 증가율

 

○ 극성이동(세포 내로의 이동) : 수동확산이나 2차 능동수송

○ 극성이동(세포 외로의 이동) : 수동단백질이 아래쪽에만 위치 (세포 내에서 이온화되어 수송단백질 요구)

⑶ 사이토키닌 (시토키닌)

① 제아틴과 isopentenyl adenin, 키네틴 등으로 구성

② 뿌리 정단 분열조직에서 합성된 뒤 물관을 따라 줄기 위로 이동

③ 염기인 퓨린 유도체

④ 작용

○ 세포 분열과 분화의 조절

○ 옥신과 사이토키닌이 길항적으로 작용

○ 캘러스에 사이토키닌의 농도가 높을 때 → 줄기

○ 캘러스에 옥신 농도가 높을 때 → 뿌리

○ 곁눈 생장 촉진 : 정단우성

○ 잎의 노쇠 지연(낙엽 방지) : 단백질 분해 억제, RNA와 단백질 합성 촉진

○ 야채작물(주로 잎)과 꽃의 저장기간을 연장

○ 열매가 성장할 때 증가한 뒤 열매가 숙성되면서 감소

⑷ 지베렐린(GA)

① 지베렐라 속의 곰팡이가 분비, 이소프레노이드(isoprenoid) 계열의 비단백질

② 신호전달과정

○ GID1 : 지베렐린 수용체

○ TF : 지베렐린 반응 유전자의 전사를 촉진하는 전사인자

○ DELLA : TF 억제

기능 1. 발아촉진

○ 1st. 적절한 외부 환경 조건이 종자에게 발아신호 생성

○ 2nd. 물질대사, 물 흡수 → ABA 감소 → 배(embryo)에서 지베렐린 합성

○ 3rd. 지베렐린이 배젖을 거쳐 호분층에 도달

○ 4th. 지베렐린의 자극으로 호분층이 α 아밀레이스 합성

○ 5th. α 아밀레이스가 배젖으로 분비되어 배젖의 녹말을 가수분해

기능 2. 줄기의 신장 촉진

기능 3. 씨 없는 포도 → 포도 열매 크게 성장

기능 4. 2년생 식물의 추대를 형성

⑸ 브라시노스테로이드

① 겨자과 식물에서 추출한 트리테르펜류의 화합물

② 소량으로도 기능을 보임

③ 기능

○ 뿌리 생장 억제

○ 잎의 탈리를 지연

○ 물관형성을 촉진

○ 유식물 하배축 실이 생장

⑹ 앱시스산(ABA)

① 스트레스 호르몬으로 작용하여 불리한 환경에 대처

작용 1. 정단분열조직을 겨울눈으로 전환시켜 휴면 유도

작용 2. 종자의 휴면 유도

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작용 3. 기공 닫힘

○ 1st. 가뭄 등으로 인해 증산작용 과다 시 앱시스산 분비↑

○ 2nd. 공변세포의 팽압감소로 기공 닫힘

 

Figure. 3. 앱시스산의 기공개폐 메커니즘

 

⑤ 기타 작용

○ 종자 발아를 억제

○ SA의 생합성을 억제하여 식물의 방어반응 억제

⑺ 에틸렌

① 휘발성 기체, 줄기의 마디, 과일 등에서 합성

작용 1. 기계적 자극(예 : 장애물)에 대한 삼중반응(triple response)

○ 1-1. 줄기 신장 억제

○ 1-2. 줄기의 비후화, 즉 줄기 두께 증가

○ 1-3. 줄기의 휘어짐 정도 증가

 

Figure. 4. 암상태에서 키운 유식물 X와 암상태에서 에틸렌을 처리한 Y

 

작용 2. 과일의 성숙 촉진 : 에틸렌이 엽록소 파괴, 세포벽 분해 촉진

○ 양성피드백 : 에틸렌은 다른 에틸렌을 활성화시킴

○ 에틸렌은 기체이므로 확산을 통해 주변 과일에 한꺼번에 전달 가능

○ 바나나 : 에틸렌에 의해 녹색 → 노란색 → 갈색

○ 티오 황산은염은 에틸렌을 억제하므로 꽃의 저장기간 연장에 사용

○ 호흡급등현상 : 과일이 숙성할 때 CO2(에틸렌 억제) 발생이 급등하는 현상

○ 과일은 성숙하면서 녹말의 양이 줄어듦

작용 3. 정단고리(apical hook)

○ 쌍떡잎 식물에 해당, 토양을 뚫고 나올 때까지 줄기 정단조직 보호

○ 1st. 피토크롬이 광수용체로 작용

○ 2nd. 적생광에서 Pfr이 활성화되어 에틸렌 생성 저해

○ 3rd. 정단고리 열림 유도

○ 3rd – 1st. 적색광이 많이 비춰지는 바깥쪽이 길이 신장

○ 3rd – 2nd. 고리 안쪽은 상대적으로 암조건이 되어 에틸렌이 많고 줄기 신장 억제

○ 3rd – 3rd. 안쪽과 바깥쪽의 생장 차이로 인해 고리가 형성

⑤ 기타 작용

○ 세포예정사 유도

○ 잎의 탈리 유도 (낙엽화)

○ 뿌리와 뿌리털 형성 촉진

⑥ 생합성 경로

○ 1st. 메티오닌 → AdoMet (촉매 : ACC 합성효소)

○ 2nd. AdoMet → ACC (촉매 : ACC 산화효소)

○ 3rd. ACC → 에틸렌 : 최종 단계의 기질인 ACC를 처리하면 자극 없이도 에틸렌 생산

⑦ 신호전달 경로

○ 1st. 에틸렌이 에틸렌 수용체 억제

○ 2nd. 에틸렌 수용체는 인산화효소 촉진

○ 3rd. 인산화효소는 EIN2 억제

○ 4th. EIN2는 전사인자 촉진

○ 5th. 전사인자는 유전자 발현(삼중 반응)

⑧ 활성 조절

○ 티오 황산은염 : 에틸렌 수용체와 결합하여 에틸렌 작용 억제

○ CO2 : 이산화탄소가 순환하여 에틸렌 축적을 방해

○ 인산염 : 고농도의 인산염은 에틸렌 생산을 억제

⑻ 광수용체

① 적색광 수용체 : 피토크롬(푸른색)

○ 구조 : 2개의 동일한 폴리펩타이드에 의해 이루어진 4차 구조, 각 폴리펩타이드는 광수용체 활성부위(색소포 포함)와 인산화 활성부위의 두 도메인을 가짐

○ Pr : 적색광(660 nm)을 최대로 흡수하는 색소

○ Pfr : 근적외광(730 nm)을 최대로 흡수하는 색소

○ Pr과 Pfr의 전환

○ 피토크롬은 유식물의 초기 생장 조절 : 빛에 노출된 적 없는 유식물의 피토크롬은 Pr 형태

○ 적색광을 비추면 피토크롬은 Pfr 형태로 전환

○ 근적외광을 비추면 피토크롬은 Pr 형태로 전환

○ Pfr은 에너지적으로 불안정하기 때문에 Pfr → Pr로 자발적으로 전환

○ Pfr이 주로 생물학적으로 활성을 가짐

○ 1st. Pfr 형태의 피토크롬이 G 단백질 활성화

○ 2nd. GTP가 cGMP로 됨

○ 3rd. Ca2+ 채널 열림

○ 4th. 칼모듈린(calmodulin)과 Ca2+ 결합

○ 5th. 특정 유전자 활성화 유도

○ 예 : 지베릴린 합성 유도(발아 촉진), 개화, 음지회피 반응

○ 밤시계와 개화

○ 임계암기(critical night length)

○ 단일식물(장야식물) : 밤의 길이가 임계암기보다 길 때 개화, 즉 Pr이 많을 때 개화

○ 장일식물(단야식물) : 밤의 길이가 임계암기보다 짧을 때 개화, 즉 Pfr이 많을 때 개화, 당연히 더 흔함

○ 낮 : 근적외광보다 적색광이 많기 때문에 순반응은 Pr → Pfr

○ 밤 : Pfr → Pr 형태로 자발적으로 전환

○ 암기 중간에 백색 섬광은 Pr을 Pfr로 전환, 백색 섬광 이후의 근적외선 섬광은 백색 섬광의 효과를 없애줌

○ 충분히 긴 암기로 인해 광가역성이 나타나지 않을수도 있음

○ 생체 주기와 일주기성 리듬 : 환경의 자극과 동조화

○ 황백화 현상

○ 발아 후 암조건에서 키우면 급속히 줄기가 신장되고 엽록소가 결여되는 것 (예 : 콩나물)

○ 암조건에서 Pfr/Pr이 낮아지므로 황백화 현상 유도

청색광 수용체 1. 크립토크롬 : 하배축 신장 억제

○ 신호전달 경로가 아직 알려지지 않음

○ 낮의 길이에 반응하여 일주기성 리듬과 개화 조절

○ 빛이 충분하면 줄기가 짧음 → 식물이 일할 시간을 줌

청색광 수용체 2. 포토트로핀 : 굴광성, 기공 열림, 엽록체의 운동

○ 신호전달 : PHOT1은 자가인산화, 신호전달 경로가 아직 알려지지 않음

○ 줄기와 광합성에 필요한 파장의 빛쪽으로 자람

청색광 수용체 3. 제아크틴산 : 기공개폐

⑼ 개화호르몬

① 화성소(플로리겐, florigen)

예 1.() 유전자에 의해 암호화된 FT 단백질 : 전사인자

예 2. SOC1 : 개화유도 전사인자

○ 1st. 적절한 광자극 하에 잎의 동반세포에서 CO 단백질 축적

○ 2nd. 축적된 CO 단백질은 FT 유전자의 발현 촉진

○ 3rd. FT 단백질이 잎에서 생성된 뒤 관다발을 통해 이동

○ 4th. 정단분열조직이나 곁눈분열조직에서 작용하여

○ 5th. Bud 유전자의 발현

○ 6th. ABC 유전자 발현

○ 7th. 꽃분열조직으로 전환 : 무한생장 → 유한생장

② 개화 억제 단백질 : FLC가 대표적으로 FT와 SOC1을 억제

③ 춘화처리(vernalizaiton) : 개화 억제 단백질을 억제해서 개화를 유도, 일반적으로 0-10 ℃에 수십 일간 노출

⑽ 방어 단백질

① 병원체의 비병원성() 유전자와 식물의 저항성() 유전자의 특이적 면역

○ 비병원성 유전자(, avirulence gene)

○ 저항성 유전자(, resistance gene)

○ 특정 병원균의 비병원성 유전자의 저항성 유전자를 가지지 않으면 식물은 병에 걸림

② 과정

 

Figure. 5. SAR 메커니즘

 

○ 1st. 과민성 반응(HR, hypersensitive response) : 1차 오염지역에서 방어물질이 생성되고 국지적으로 세포가 사멸함

○ 방어물질 : 산화질소, 과산화수소, 파이토알렉신, 살리실산 등

○ 파이토알렉신(phytoalexin) : 곰팡이 제거와 살균 기능을 가짐

○ 2nd. 살리실산(SA, salicylic acid)의 농도가 축적됨에 따라 메틸살리실산(MeSA, methylsalicylic acid)으로 전환됨

○ 효소 : AtBSMT1

○ 3rd. 메틸살리실산은 기체 상태로 확산하거나 운반 단백질을 통해 물관을 통해 식물 전체로 이동

○ 4th. 메틸살리실산은 감염부위와 약간 떨어진 2차 장소에서 살리실산으로 전환됨

○ 효소 : MSE

○ WRKY11 : 과민성 반응이 일어날 때 살리실산의 생합성에 필요한 전사인자

○ WRKY11은 핵 내에서 Swe1 단백질과 결합

○ HR 신호가 전달되면 Swe1은 인산화되며 세포질로 이동되어 분해됨

○ 5th. 전환된 살리실산은 병원균 방어 단백질의 생산 유도 (예 : PR단백질)

○ PR 단백질(pathogenesis-related protein) (예 : PR1)

○ 6th. 전신성 획득저항성(SAR, systemic acquired resistance) : 식물 전체가 저항성을 갖춤

⑾ 식물의 자극에 대한 반응

① 중력(굴중성)

○ 양성(뿌리), 음성(줄기)

○ 1st. 중력 방향으로 녹말 덩어리(평형석) 분포

○ 2nd. 전분립 이동이 자극이 되어 활면소포체로부터 Ca2+ 방출

○ 3rd. 칼슘이온은 칼모듈린과 결합하여 신호 전달

○ 4th. 옥신이 중력 방향으로 농도 증가

○ 5th. 생장 조절 (뿌리는 양성, 줄기는 음성)

② 기계적 자극

○ 접촉형태형성

○ 바람이 심한 산 정상에 자라는 나무 : 키가 작고 뚱뚱

○ 덩굴손의 형성

○ 미모사의 겹입의 접힘 : 자극 → 포타슘 방출 → 물 배출 → 팽압 감소

③ 여러 가지 환경자극에 대한 반응

○ 가뭄 : 앱시스산 증가

○ 어린 잎 생장 억제 : 잎이 말려서 표면적 감소

○ 지표면 뿌리 생장 억제, 깊은 곳 뿌리 생장 촉진

○ 침수 : 토양의 산소 감소 → 에틸렌 증가 → 뿌리 피층의 아폽토시스 → 죽은 공간의 기관으로의 작용

○ 염류 : 유기물 용질 합성, 일부 식물은 염류샘 발달

○ 고온 : 기공 닫고 수분 보존, 열충격 단백질 증가 → 샤페론으로 기능

○ 저온 : 불포화지방산의 비율 증가, 새포 내 당과 같은 용질 증가, 항결빙 단백질 합성

 

 

8. 유성생식 : 속씨식물의 유성생식만 정리돼 있음. 쌍떡잎식물과 외떡잎식물 모두 해당

⑴ 꽃

① 꽃의 구성

○ 꽃받침 : 꽃눈 보호, 광합성

○ 꽃잎

○ 수술 : 수술대 + 꽃밥

○ 암술 : 심피로 구성 (암술머리 + 암술대 + 씨방)

② ABC 가설(ABC hypothesis) : 꽃 기관의 발생 모델, 기관인식유전자(organ identity gene)들이 관여

 

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Figure. 6. ABC 가설

 

○ 호메오 유전자 A, B, C가 단독 또는 상호작용하여 해당하는 꽃 기관들의 위치를 결정

○ A 유전자와 B 유전자가 상호작용하여 Ⅱ 위치에 꽃잎이 형성

○ C 유전자와 B 유전자가 상호작용하여 Ⅲ 위치에 수술이 형성

○ A 유전자는 Ⅰ과 Ⅱ 위치에서 C 유전자의 작용을 억제하고, C 유전자는 Ⅲ과 Ⅳ 위치에서 A 유전자의 작용을 억제

⑵ 배우체 형성

① 수배우체(꽃가루) 형성

○ 1st. 소포자모세포(2n)가 감수분열하여 4개의 소포자(n) 생산

○ 2nd. 각 소포자가 체세포분열하여 한 개의 정핵(n)과 한 개의 관세포(n) 생성

○ 3rd. 수배우체 = 정핵(n) × 1 + 관세포(n) × 1

○ 관세포 : 꽃가루관 생장에 관여

○ 수정 과정에서 정핵은 체세포분열을 하여 2개가 됨

② 암배우체((배낭) 형성

○ 1st. 대포자모세포(2n)가 감수분열하여 4개의 대포자(n) 생산

○ 2nd. 4개의 대포자 중 1개만 생존

○ 3rd. 생존한 대포자는 세포질 분열 없이 3번의 핵분열하여 8개의 핵을 갖는 암배우체가 됨

○ 4th. 암배우체 = 난세포 + 조세포 × 2 + 극핵 × 2 + 반족세포 × 3

⑶ 수분

① 풍매화 : 꽃잎, 꿀 x, 많은 꽃가루와 끈적거리거나 깃털같은 정교한 암술머리

② 충매화 : 꿀벌, 나방 & 나비, 새, 파리, 박쥐에 따라 꽃의 분화가 모두 다름

③ 수매화

⑷ 자가불화합성 : 자신의 꽃에서 나온 꽃가루를 거부하는 현상

① 포자체성 자가불화합성

○ 화분(꽃가루)을 생산한 포자체의 S 대립유전자가 중요

○ (S1, S2)인 포자체로부터 생성된 S1 화분이 (S2, S3) 암술에 붙을 때 S1 꽃가루가 S2 대립유전자를 가진 포자체에서 생성됐단 이유로 화분관이 발아하지 못하는 것

② 배우체성 자가불화합성

○ 화분관의 S 대립유전자가 중요

○ (S1, S2)인 포자체로부터 생성된 S1 화분관을 가진 화분과 S2 화분관을 가진 화분이 (S2, S3) 암술에 붙을 때 S1 화분관을 가진 화분은 화분관이 발아하고, S2 화분관을 가진 화분은 화분관이 발아하지 못하는 것

③ 꽃의 형태를 통한 자가수정 방지

: 핀 형과 보푸라기 형 꽃

④ 같은 종의 꽃가루는 세포벽에 의한 세포-세포 간 신호를 통해 암술머리에 약하게 결합

⑸ 수정

① 과정

○ 1st. 화분은 정핵(n)과 관세포(n)로 구성

○ 2nd. 화분이 암술머리에 내려앉은 후에 습기를 흡수하고 발아

○ 3rd. 화분이 화분관을 만들고 암술대의 세포 사이로 신장하여 씨방까지 뻗어나감

○ 4th. 화분관의 정핵(n)은 체세포분열을 진행하여 2개의 정핵(n)이 됨

○ 5th. 조세포가 분비한 화학물질이 화분관을 유인하여 화분관이 배낭까지 자람

○ 6th. 화분관이 배낭에 도달하면 1개의 조세포가 사멸하며 씨방으로의 길을 제공

○ 7th. 두 개의 정핵이 화분관에서 씨방으로 이동

○ 8th. 한 개의 정핵은 난세포(egg)와 접합자 형성

○ 9th. 다른 한 개의 정핵은 2개의 극핵과 합쳐져 삼배체(3n) 핵 형성

② 중복수정 : 속씨식물

○ 첫 번째 정세포(n) + 난세포(n) → 배(2n)

○ 두 번째 정세포(n) + 극핵(n) × 2 → 배젖(3n)

③ 단일수정 : 겉씨식물

○ 하나의 정세포(n) + 난세포(n) → 배(2n)

○ 원배 젖세포(즉, 암컷의 반수체)(n)가 수정없이 발달 → 배젖(n)

⑹ 종자의 발달

① 쌍떡잎식물

○ 배, 배젖, 떡잎, 종피로 구성

○ 배(embryo) = 하배축(hypocotyl) + 어린뿌리(radicle) + 상배축(epicotyl) + 어린싹(plumule)

○ 주로 밑씨로부터 종자 발달

② 외떡잎식물

○ 배, 배젖, 배반(떡잎), 종피/과피로 구성

○ 배(embryo) = 어린싹(plumule) + 자엽초(coleoptile) + 어린뿌리(radicle) + 근초(coleorhiza)

○ 주로 배젖으로부터 종자 발달

⑹ 종자(seed) : 밑씨로부터 발달한 수정란

① 배 발생

○ 체세포분열을 통해 형성한 2개의 딸세포 중 하나는 배로, 다른 하나는 지지구조인 배자루(suspensor)로 발생

○ 배젖의 발달 : 초기 배젖핵은 핵분열을 계속하여 접합자를 완전히 포위한 뒤 세포벽 형성

○ 배의 발달

○ 1st. 배젖의 충분한 발달

○ 2nd. 접합자가 배로 발달

○ 3rd. 안쪽 세포가 구형의 배 형성

○ 4th. 바깥쪽 세포가 배병 형성

○ 5th. 배병 바닥의 세포는 물을 흡수하여 팽창된 기저세포가 됨

○ 떡잎의 성장(쌍떡잎식물의 경우) : 구형배는 심장형으로 발달 → 심장형의 두 돌기가 떡잎발달 (외떡잎식물에선 단일생장으로 한 떡잎 형성) → 떡잎은 배젖을 흡수하여 어뢰헝기 → 떡잎이 분리된 지점에 슈트 정단분열조직 형성 → 상배축으로 발달

○ 하배축 (예 : 뿌리정단분열조직)

② 세 가지 기본 조직계의 분화 시작

○ 원표피 : 배의 외부 표면 → 표피로 분화

○ 전형성층 : 배축의 중앙부 → 1기 체관부와 물관부

○ 기본분열조직 : 원표피와 전형성층 사이

⑺ 열매(fruid) : 씨방으로부터 발달한 수정란 (예 : 옥수수, 곡류)

① 단과 : 1 ~ 多 개의 합쳐진 암술로부터

② 집합과 : 분리된 암술을 갖는 꽃으로부터

③ 복합과 : 한 무리의 꽃으로부터

④ 부과 : 씨방 이외의 다른 꽃 부위로부터

⑻ 발아와 유식물 생성

① 발아

② 유식물형성

 

 

9. 무성생식

⑴ 영양번식

① 꺾꽂이 : 이삭한 가지로부터

② 부정아

③ 잎 번식

④ 덩굴 줄기 : 감자는 덩이줄기가 발달한 번식기관

⑤ 괴경 (tuber)

⑥ 뿌리줄기 : 고구마는 원뿌리가 저장근이 되어 발달한 기관

⑦ 구근과 구경

② 무수정생식 : 유전자의 100 %가 자손에 전달

○ 대표자모세포가 감수분열을 하지 않고 직접 배(2n) 형성

○ 무수정생식을 하는 종은 유리한 경우 무성경로를 선택하지만 주된 진화적 유성적 방식은 유지

③ 무성생식 응용

○ 접목

○ 조직배양

○ DNA 재조합

○ 세포 융합

 

입력: 2015.07.XX XX:XX

수정: 2020.02.22 23:25

 

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식물은 광합성을 통해 산소와 유기물 만들죠 | 잎의작용송 | 과학송


이렇게 작고 푸른 잎속에서
광합성작용 또 증산작용
그렇게 크고 굵은 나무들을
숨쉬게 하는 호흡도

쉽게보지 마요 주변의 잎사귀들을
작은 잎사귀도 숨쉬며 호흡 을 하죠
잎사귀 뒷면에 기공의 움직임
공기와 수증기 열심히 오가죠
햇빛과 수분 CO2를 통해
엽록체 산소 포도당 만들죠
오직 식물만 광합성 을 통해
산소와 유기물 만들죠
세포들은 산소와 포도당으로
에너지 삼아 생장을 계속하겠죠
세포가 활동해 CO2 생성돼
포도당 분해해 수분이 환원돼
기공통해 다시배출
이렇게 에너지는 순환되죠
이렇게 햇살 바람이 좋은날
습도는 낮고 온도는 높은날
잎사귀 뒤쪽 수분 조절하는
기공의 역할을 알아봐요
기공은 공변 세포가 조절해
기공이 열리면 증산 이 활발해
물관부 통해 수분 끌어올려
기공(을) 통해서 증발되죠~
이것이 바로 식물 증산작용
기공 통해서 수분 증발시켜

증발을 통해 체온은 떨어져
무더운 여름날을 견뎌내죠
식물은 호흡, 광합성 작용과
증산 작용 모두 일어 나죠
많은 작용들 꼭꼭 숨어있는
잎사귀 정말로 신기해요~
(곡: LG사이언스랜드 제작)

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✈️ 난 오늘도 시간의 반대편으로 넘어가 : Sarah Kang \u0026 Anthony Lazaro – Time Traveling 가사 해석


장거리 연애 파이팅..!
오늘은 친구가 움직이는 사진좀 그만 쓰라고 해서 사진을 넣어봤습니둥 😆

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[쉬운과학] 쌍떡잎 외떡잎 침엽수 활엽수


과학 쌍떡잎 외떡잎
우리가 길을 걷다 흔히 보는 나무에 대해서 얼마나 알고 있나요?
진짜 나무와 가짜 나무를 구분 할 수 있을까요?
나무는 얼마나 오래살까요?
침엽수와 활엽수?
쌍떡잎과 외떡잎?
이런 나무의 모든 궁금증을 해결해 드립니다.

[쉬운과학] 쌍떡잎 외떡잎 침엽수 활엽수

🍒 쉬운 사랑을 원한다고 한 적 없어 : Ashley Alisha – No More 가사해석


생각보다 많은 분들이 여기 있는 글을 봐주시더라고요,, 또 짧게 일기를 적어보자면
일단 구독자가 600명이 되었습니다! 와! 500명 감사하다고 한게 엊그제 같은데 참 기분이 좋네요
진짜 요즘은 이래도 되나 싶을 정도로 행복한 것 같아요
여러분도 좋은 일주일 되셨으면 좋겠네요 🥰

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