식물의 계층적 구조

 

식물의 구조

식물의 기본적인 구조

뿌리

뿌리는 관다발식물을 토양 등에 고착시키는 다세포성 기관으로서 물과 무기질을 흡수하고 때때로 탄수화물을 저장한다. 대부분의 쌍떡잎식물과 겉씨식물은 원뿌리계를 갖는데, 원뿌리란 배로부터 발달한 1개의 중심이 되는 뿌리를 말하며, 이로부터 곁뿌리가 나온다. 속씨식물은 뿌리에 양분을 저장하였다가 꽃이 필 때와 과실을 형성할 때 이를 사용한다. 이 때문에 뿌리 작물인 당근, 순무, 사탕무 등은 꽃이 피기 전에 수확한다. 원뿌리계의 뿌리는 지하수가 있는 깊은 땅속으로 뻗는 것에 잘 적응한다.

양치식물과 대부분의 외떡잎식물은 배에서 나온 뿌리가 죽기 때문에 원뿌리가 생기지 않는다. 그 대신 줄기로부터 많은 작은 뿌리들이 자라나고 이들로부터 각각의 곁뿌리들이 나오게 된다. 잎이나 줄기로부터 나온 뿌리처럼 일반적이지 않은 위치에서 자란 뿌리를 부정근이라 한다. 부정이란 용어는 식물의 어떤 부분이 비정상적인 위치에서 자라는 것을 의미한다. 모든 작은 뿌리는 자신들의 곁뿌리를 냄으로써 수염뿌리계를 형성한다. 가느다란 수염뿌리계는 토양표면 밑에 얕게 뻗기 때문에 중심뿌리의 기능은 갖지 않는다. 수염뿌리계는 보통 땅속 깊이 뻗지 않기 때문에 표토가 얇은 지역이나 비가 많이 오지 않아 땅속에 습기가 없는 지역에서 잘 적응한다. 대부분의 풀뿌리는 특히 얕게 뻗어 있어서 토양 밑 수 cm 내에 밀집해 있다. 그렇게 표토를 붙잡아서 토양의 유실을 막는 피복의 역할을 훌륭히 한다.

뿌리계 전체가 식물체를 지탱하지만 대부분의 식물에서 물과 무기질을 흡수하는 것은 뿌리 끝 부근이다. 뿌리 끝부분에는 미세한 뿌리털이 무수히 많이 있어서 뿌리의 표면적을 크게 증가시킨다. 뿌리털은 식물표면을 보호하는 세포인 표피세포 하나하나가 확장된 것으로서 다세포성 기관인 곁뿌리와 혼동해서는 안 된다. 뿌리털은 곁뿌리와 달리 큰 표면적을 갖는데도 불구하고 지지역할은 하지 못한다. 뿌리털의 주 기능은 흡수이다. 

많은 식물은 변형된 뿌리를 갖는데, 이들 중 일부는 뿌리로부터 유래되기도 하지만 줄기나 잎으로부터 발생되기도 한다. 일부 형된 뿌리는 지지 기능을 강화하기도 하고 물이나 양분을 저장하거나 대기로부터 산소를 흡수하기도 한다.

줄기

줄기는 잎의 부착 부위인 마디와 이들의 사이 부분인 마디사이가 교대로 이어지는 기관이다. 각 잎이 줄기와 만나는 겨드랑이 부위인 엽액에는 곁눈이 있는데, 이것은 흔히 가지라고 부르는 곁가지로 발달할 수 있다. 어린 가지의 곁눈은 대부분 휴면상태에 머물러서 자라지 않는다. 어린 가지의 신장은 주로 줄기 끝부분에서 집중적으로 이루어지는데 이 부분에는 발생 중인 잎을 가지고 마디와 마디 사이가 압축되어 있는 끝눈이 있다. 

끝눈 가까운 곁눈은 휴면 상태에 있는데, 끝눈에 의한 곁눈의 생장억제를 정아우성이라 한다. 이것은 식물이 신장하는 줄기 끝으로 물질을 집중시켜 빛을 더 많이 받고자 하는 적응현상이다. 그러나 만약 어떤 동물이 줄기의 끝부분을 먹어버린다면 어떻게 될까? 또는 어떤 장애물에 의해 줄기 끝부분 대신 식물의 측면부위에 더 많은 빛이 닿게 된다면 어떻게 될까? 만 이런 조건이라면 곁눈은 휴면 상태를 벗어나서 생장하기 시작할 것이다. 곁눈은 자라서 곁가지가 되고 여기에 새로운 끝눈과 잎 그리고 곁눈을 형성한다. 끝눈을 제거하면 보통 곁눈의 생장이 자극되기 때문에 많은 곁가지가 형성된다. 이런 이유 때문에 가지치기를 한 나무나 자주 다듬어주는 정원수들은 관목화가 이루어진다.

일부 식물은 양분저장과 무성생식과 같은 부가적인 기능 갖는다. 이러한 것으로는 기는줄기, 덩이줄기, 비늘줄기 등이 있는데, 이들은 종종 뿌리로 오해를 받기도 한다. 

잎

녹색의 줄기도 광합성을 수행하지만, 잎은 대부분의 관다발식물에서 가장 중요한 광합성기관이다. 잎은 형태가 매우 다양하지만 대부분 넓어진 잎몸과 줄기의 마디에 잎을 부착시키는 잎자루로 구성된다. 속씨식물 중 풀과 대부분의 외떡잎식물은 잎자루가 없고 잎자루의 아랫부분이 줄기를 감싸는 엽초를 이루고 있다. 

외떡잎식물과 쌍떡잎식물은 잎의 유관속조직인 잎맥의 배열이 다르다. 대부분의 외떡잎식물은 잎의 장축과 나란한 잎맥을 갖지만 쌍떡잎식물은 그물 모양의 잎맥을 갖는다. 

식물분류학자들은 주로 꽃의 형태를 이용해 속씨식물종의 동정과 분류하지만, 잎의 형태와 잎의 배열, 잎맥 등을 사용하기도 한다. 대부분의 대형 잎은 겹잎이거나 이중 겹잎이다. 이런 잎의 구조적인 적응현상은, 잎이 바람에 의해 찢어지는 것을 줄이고 병원균의 침입이 있더라도 작은 잎 하나에 그치게 하고 전체 잎으로 퍼지는 것을 막는 효과가 있다.

대부분의 잎은 광합성을 하기 위해 특수화되었지만 어떤 식물종은 지지, 보호, 저장, 생식과 같은 다른 기능을 갖도록 발달된 잎을 갖기도 한다. 

 

표피계, 관다발계와 기본조직계

식물의 중요기관인 뿌리, 줄기, 잎은 모두 표피조직, 관다발조직, 기본조직으로 이루어져 있다. 조직계는 1개 이상의 조직으로 구성되어 있으며, 기관들을 연결하는 식물의 기능적 단위이다. 각각의 조직계는 식물 전체에 연속적으로 연결되어 있는데 조직의 고유한 특성과 상호연관성은 기관에 따라서 다양한 차이를 나타낸다.

표피계는 식물체의 바깥 표면을 덮는 보호조직으로 사람의 피부처럼 물리적인 손상과 병원체의 침입을 막는 1차 방어선이다. 초본식물의 표피조직은 표피라고 하는 매우 치밀하게 연결된 1개의 세포층으로 구성된다. 잎과 대부분의 줄기에서는 표피의 표면에 큐티클이라는 왁스성분이 덮여 있어서 물의 손실을 막는다. 목본식물의 오래된 줄기와 뿌리에서는 표피가 주피라고 하는 보호조직으로 대체된다. 또한 표피는 수분 유실과 질병을 막는 역할 이외에 각 기관에서 매우 특수한 기능을 수행한다. 예를 들면, 뿌리 끝 가까이에 있는 뿌리털은 표피세포가 늘어난 것이다. 털은 표피가 바깥으로 자란 것인데 수분의 손실을 막고 과도한 햇빛을 반사시킨다. 또한 장벽을 형성하거나 끈적끈적한 액체를 분비하고 독성화합물을 분비함으로써 곤충으로부터 방어를 한다. 예를 들면, 방향성 잎의 털에서는 박하유를 분비함으로써 초식동물과 병으로부터 보호한다. 

관다발조직계는 물관부와 체관부로 이루어지는데 이들은 뿌리와 지상계 사이의 원거리에 물질을 운반한다. 물관부는 물과 용해된 물질을 뿌리로부터 지상계까지 수송한다. 체관부는 잎에서 합성된 당과 같은 유기양분을 이를 필요로 하는 각 기관, 즉 뿌리, 열매 등으로 운반한다. 뿌리와 줄기에서는 물관부와 체관부를 합쳐서 중심주라 일컫는데 중심주의 배열은 종과 기관에 따라 다양하게 나타난다. 속씨식물의 뿌리에서는 중심주가 대부분 중앙에 위치하는 단단한 관다발기둥을 이루지만, 줄기와 잎에서는 물관부와 체관부의 섬유로 이루어진 관다발로 분산되어 나타난다. 물관부와 체관부는 다양한 세포들로 이루어지는데, 특히 물질운반을 위해서 고도로 특수화된 세포들을 갖는다. 

표피계와 관다발조직계를 제외한 또 다른 조직계를 기본조직계라 한다. 관다발조직 안쪽의 기본조직을 수라 하며 바깥쪽 기본 조직을 피층이라 한다. 기본조직계는 기관을 채울 뿐만 아니라 특수화된 다양한 종류의 세포들이 있어서 저장, 광합성, 지지작용과 같은 역할을 수행한다.

 

식물세포의 일반적인 유형

식물은 다른 다세포생물처럼 세포분화에 의해 특징지어지는데 이는 세포가 구조와 기능에 있어서 특수화되는 것을 말한다. 다음 글에서는 식물세포의 주요한 유형인 유조직, 후각조직, 후벽조직, 물관부의 수분 운반세포와 체관부의 당분 운반세포에 대해서 설명할 예정이다. 특정한 기능을 가능하게 하는 구조적 적응들을 주목하기 바란다.