분화된 식물세포의 예

유세포

성숙한 유세포는 일반적으로 셀룰로오스와 펙틴으로 이루어진 비교적 얇고 유연한 1차 세포벽만을 지니며, 분화가 진행된 후에는 2차벽을 형성하지 않는 것이 특징이다. 이러한 1차벽의 구조적 특성은 유세포가 조직 내에서 팽창성장을 지속할 수 있게 하며, 물리적 스트레스에 대해 일정 수준의 탄력성을 부여한다. 또한 성숙 단계에 도달한 유세포는 세포질이 세포 주변부에 얇게 분포하고, 세포 내부의 대부분을 단일한 큰 중앙액포가 차지한다. 이 액포는 물 저장 기능뿐 아니라, 세포 내 삼투압 조절, 노폐물 격리, 그리고 다양한 대사산물의 축적 등 다면적 기능을 수행하며, 이러한 구조적 배치는 유세포가 물질대사 중심세포로 기능한 데 중요한 기반이 된다.

유세포는 흔히 ‘전형적인’ 식물세포의 모델로 제시되는데, 이는 유세포가 다른 조직 세포와 비교해 분화의 정도가 상대적으로 낮아 가장 기본적인 식물세포의 구조적·기능적 특징을 잘 보존하고 있기 때문이다. 유세포는 분화된 세포들보다 세포소기관 구성이 다양하며, 광범위한 물질대사 경로를 유지한다. 그 결과, 광합성, 호흡, 지방산·단백질 합성, 물질 저장 등 식물의 기본적 생명활동을 수행하는 중심적인 역할을 담당한다. 예컨대 잎 조직에서 광합성이 실제로 일어나는 장소는 유세포가 포함한 엽록체이며, 이러한 엽록체는 틸라코이드 막에서 광계 반응을 수행하고 스트로마에서 탄소 고정 반응을 담당함으로써 탄수화물 생성의 핵심 역할을 맡는다.

유세포는 기관에 따라 다양한 종류의 색소체를 보유한다. 줄기 및 뿌리의 일부 유세포는 엽록체 대신 무색의 백색체를 지니며, 이 중 특히 분화된 형태인 전분체는 광합성 산물인 포도당으로부터 합성된 녹말을 저장하는 기능을 한다. 과실의 과육 역시 주로 유세포로 구성되며, 이들 세포 내 색소체는 과실의 성숙 과정에서 다양한 색소를 축적하거나 향미 물질을 합성하는 데 관여한다. 이러한 색소체의 형태적·기능적 다양성은 유세포가 환경·발달 단계에 따라 매우 폭넓은 대사적 조절이 가능함을 보여준다.

특기할 점은, 대부분의 유세포가 특정 조건하에서 높은 가소성을 보유한다는 것이다. 유세포는 일반적으로 분열조직만큼 활발하게 세포분열을 수행하지 않지만, 상처 치유와 조직 재생이 요구되는 상황에서는 탈분화를 통해 다시 분열 능력을 회복할 수 있다. 이 과정에서 유세포는 원형질체 상태로 되돌아가거나, 세포벽 성분을 재배치하여 분열능을 획득하고, 이후 필요에 따라 유관속 조직, 표피조직 등 다양한 유형의 세포로 재분화할 수 있다. 이러한 높은 재생 능력은 식물의 환경 적응에 중요한 생태적 이점을 제공하며, 조직배양 기술의 이론적 기반이 되기도 한다.

이와 같은 유세포의 다능성을 활용하여, 과학자들은 단일 세포 또는 소규모 조직 조각으로부터 완전한 식물체를 재생시키는 기술을 개발해 왔다. 식물 조직배양에서는 배지에 특정 호르몬 농도(옥신과 사이토키닌의 비율)를 조절함으로써 유세포가 캘러스를 형성하고, 이후 뿌리, 줄기, 잎의 구조를 순차적으로 갖추는 과정을 유도한다. 이 기술은 식물 육종, 유전자 도입, 희귀 식물 보존 등에 폭넓게 활용되고 있으며, 유세포의 구조적 단순성과 대사적 유연성이 이러한 재분화 능력을 뒷받침한다. 결과적으로 유세포는 식물학적 관점에서 기본 단위 세포 이상의 의미를 지니며, 식물의 생장·대사·재생을 총괄하는 핵심적이고 범용적인 세포 유형으로 평가된다.

 

후각세포

후각세포는 선형이나 원통형으로 집합하여 지상계의 어린 부분을 지지한다. 후각세포는 유세포에 비해 두꺼운 1차벽을 갖지만 그 두께는 불균일하다. 어린 줄기와 잎자루에는 종종 표피 밑에 후각세포의 다발이 있는데 셀러리 줄기의 섬유가 그 예에 해당된다. 후각세포는 2차벽이 없으며 1차벽에도 세포벽을 단단하게 하는 리그닌을 지니지 않기 때문에 생장을 제한하지 않으면서 유연한 지지기능을 할 수 있다. 후각세포는 기능적으로 성숙한 상태에서 후벽세포와는 달리 여전히 살아있고 유연하며, 이들이 지지하는 줄기 및 잎과 함께 신장할 수 있다.

 

후벽세포

식물지지작용의 한 요소인 후벽세포는 리그닌으로 이루어진 두꺼운 2차벽이 있어서 후각세포보다 더 단단하다. 성숙한 후벽세포는 신장할 수 없기 때문에 길이생장이 정지된 식물부위에서 나타난다. 후벽세포는 지지기능을 위해 매우 특수화되어 기능적으로 성숙한 세포들은 대부분 죽어 있고, 원형질이 없어지기 전에 2차벽이 완성된다. 

후벽세포의 두 유형인 보강세포와 섬유는 완전히 지지 및 강화 기능으로 특수화되어 있다. 보강세포는 섬유보다 세포의 길이가 짧고, 목질화된 2차벽을 지니며 형태가 불규칙하다. 이들은 견과류의 껍데기, 종피, 배의 과육에 있는 석세포 등에서 나타난다. 섬유는 보통 다발 형태로 나타나는데 가늘고 길며 끝이 뾰족하다. 대마의 섬유는 밧줄을, 아마의 섬유는 아마포와 같은 섬유제품을 만드는데 이용된다.

 

물관부의 물 운반세포

물을 운반하는 세포인 헛물관과 물관요소는 관상의 신장된 세포로서 기능적으로 완성된 상태에서는 죽어 있다. 모든 관다발식물의 물관부에는 헛물관이 나타난다. 대부분의 속씨식물과 일부 겉씨식물, 양치식물에는 헛물관뿐만 아니라 물관요소가 있다. 헛물관과 물관요소의 원형질은 점차 없어지지만 두꺼운 세포벽은 그대로 남아서 물이 흐를 수 있는 관이 형성된다. 헛물관과 물관요소의 2차벽 중에는 종종 1차벽으로만 구성된 얇은 부위인 벽공이 있다. 물은 벽공을 통해 이웃세포로 이동할 수 있다.

헛물관은 가늘고 길며 끝이 뾰족하다. 물은 주로 두꺼운 2차벽을 통과할 필요가 없는 벽공을 통해 한 세포에서 다른 세포로 이동한다. 헛물관의 2차벽은 리그닌으로 인해 단단하기 때문에, 물 수송에서 생기는 장력으로 인한 붕괴를 막을 뿐만 아니라 지지하는 역할을 한다.

물관요소는 보통 헛물관에 비해서 폭이 넓고 길이가 짧으며 끝이 뭉뚝하다. 물관요소들은 끝과 끝이 맞닿아서 물관이라고 하는 긴 관을 형성하는데 물관요소 끝부분의 벽에는 구멍이 뚫려 있어서 물이 자유롭게 흐를 수 있다.

 

분화된 식물세포

체관부의 당분 운반세포

물관부의 물 운반세포와 달리 체관부의 당분 운반세포는 기능적으로 완성된 상태에서도 살아 있다. 무종자 관다발식물과 겉씨식물에서는 당분과 그 밖의 유기물질이 체세포라고 하는 가늘고 긴 세포에 의해서 운반되지만 속씨식물에서는 이들 물질이 체관요소로 이루어진 체관에 의해서 운반된다. 체관요소는 비록 살아 있는 세포지만 핵과 리보솜, 액포와 같은 소기관을 갖고 있지 않은데, 이러한 세포성분의 감소는 양분의 세포 통과를 보다 쉽게 한다. 체관요소의 끝에는 체판이 있고 작은 구멍들이 있어 용액이 흐를 수 있다. 각 체관요소 옆에는 동반세포라고 하는, 운반세포가 아닌 세포가 있으며 원형질연락사라고 하는 수많은 통로에 의해 체관요소에 연결되어 있다. 동반세포의 핵과 리보솜은 자신의 세포 기능뿐 아니라 체관요소의 세포기능을 담당한다. 어떤 식물에서는 잎의 동반세포가 당분을 체관요소로 옮겨주어 체관요소를 통해 양분을 다른 부분으로 옮길 수 있게 한다.