식물의 특수화된 조직생명과학과

2004422021 양창민생명과학실험 III

The reproductive adaptations of angiosperms include flowers and fruits ( 속씨식물의 생식적 적응에는 꽃과 열매가 포함 )

일반적으로 flowering plants ( 현화식물 ) 로 알려진 angiosperms ( 속씨식물 ) 은 flowers ( 꽃 )과 fruits ( 열매 ) 라는 reproductive structures ( 생식구조 ) 를 생성하는 seed plants (종자식물 ) 임 . The name angiosperm (from the Greek angion, container) ( 속씨식물이라는 이름 ; 그리스어 angion; container) 은 종자가 mature ovaries ( 성숙한 씨방 ) 인 fruits ( 열매 ) 안에 들어있다는 의미에서 유래 . 오늘날 속씨식물은 식물계 중 가장 다양하고 널리 분포하며 , 25 만 종 이상이 있음 ( 전체 식물 종의 약 90%).

Characteristics of Angiosperms (속씨식물의 특징 ) 모든 angiosperms ( 속씨식물들 ) 은 Anthophyta (from the Greek anthos, flower) (현화식물문 ; 그리스어 anthos; flower) 이라는 single phylum ( 단일 문 ) 으로 분류됨 . Flower ( 꽃 ) 은 속씨식물의 sexual reproduction ( 유성생식 ) 을 위하여 특수화된 구조임 . A flower ( 꽃 ) 은 sepals ( 꽃받침 ), petals ( 꽃잎 ), stamens ( 수술 ), carpels ( 암술 ) 이라 불리는 4 개의 floral organs ( 꽃 기관 ) 으로 변형된 잎을 갖는 특수한 shoot 부분임 (Figure 30.7). A fruit ( 열매 ) 는 전형적으로 mature ovary ( 성숙한 씨방 ) 으로 구성되지만 other flower parts ( 다른 꽃 기관 ) 을 포함하기도 함 . Fertilization ( 수정 ) 후 종자는 ovules ( 밑씨 ) 로부터 발달하며 the wall of the ovary ( 씨방 벽 ) 은 두꺼워짐 . 열매의 발달은 pollination ( 수분 ) 된 후 호르몬 변화에 따라 ovary ( 씨방 ) 이 자라면서 시작됨 . The wall of the ovary ( 씨방 벽 ) 이 두꺼워져 pericarp ( 과피 ) 가 됨 . ovary ( 씨방 ) 이 성숙하면서 꽃의 다른 부분들은 시들어짐 . 수분이 되지 않으면 열매가 발달되지 않으며 , 꽃 전체가 시들어 떨어짐 . Mature fruits ( 성숙한 열매 ) 는 fleshy ( 육질 ) 인 것과 dry ( 마른 ) 것이 있음 (Figure 30.8). 여러 가지 열매의 적응이 종자의 확산을 도움 (Figure 30.9) 전형적인 속씨식물의 생활사를 Figure 30.10 에 제시 .Embryo sac ( 배낭 ); cross-pollination ( 타가수분 ); micropyle ( 주공 ); double fertilization ( 중복수정 ); cotyledon ( 떡잎 ; 자엽 ); endosperm ( 배젖 )

Figure 30.7   The structure of an idealized flower.  ( 전형적인 꽃의 구조 )

( 수술 ) ( 꽃밥 )

( 수술대 )

( 암술머리 )

( 암술대 )

( 씨방 )

( 암술 )

( 꽃잎 )

( 꽃받침 )

( 밑씨 )

( 화탁 )

Figure 30.8   Some variations in fruit structure.  ( 열매 구조의 변이 )

( 토마토 , 부드러운 외과피와

내과피를 갖는 육질과 )

( 복숭아 , 부드러운 외과피와

딱딱한 내과피를 갖는 육질과 )

( 귤 , 가죽질의 외과피와 부드러운 내과피를 갖는 육질과 )

( 호두 , 성숙시 딱딱한 껍데기로 밀폐된 건과 )

( 박주가리 , 성숙시 벌어지는

건과 )

Figure 30.9   Fruit adaptations that enhance seed dispersal. ( 종자의 분산을 촉진하는 열매의 적응 )

( 날개는 단풍나무 열매를 바람에 의해 쉽게 이동하게 함 )

( 딸기류와 다른 먹을 수 있는 과일의 종자들은 동물의 배설물로 전파 )

( 도꼬마리 열매의 가시는 동물에 붙어서 종자가 이동할 수 있게 함 )

Figure 30.10   The life cycle of an angiosperm. ( 속씨식물의 생활사 )

( 수술 )( 포자체 식물에 달린 성숙한 꽃 )

( 소포자낭 )

( 소포자 모세포 )

( 소포자 ) ( 생식세포 )( 관세포 )

( 꽃가루 )( 꽃가루 안의 수배우체 )

( 대포자낭을 갖는 밑씨 )

( 씨방 )

( 대포자낭 )

( 살아남은 대포자 )

( 암술머리 )( 화분관 )

( 정자 )( 화분

관 )

( 암술대 )

( 발아하는 종자 )

( 배 )

( 배젖 )

( 종피 )

( 종자 )

( 발달 중인 배젖의 핵 )

( 접합자 )

( 암배우체 )(배낭 )

( 반족세포 ) ( 극

핵 )( 조세포 )( 난세

포 )( 난세포 핵 )

( 방출된 정핵 )

( 화분관 )

( 정자 )

Angiosperm Evolution ( 속씨식물의 진화 ) Charles Darwin 이 “ abominable mystery” ( 지독한 미스터리 ) 라고 말한 바 있는 origin and diversification of angiosperms ( 속씨식물의 기원과 다양화 ) 를 밝히는 일은 evolutionary biologists ( 진화생물학자들 ) 의 매혹적인 도전임 . Angiosperms ( 속씨식물 ) 은 최소한 1 억 4천만 년 전에 기원하였고 , end of the Mesozoic ( 중생대 후기 ) 에는 주요 분기군들이 common ancestor ( 공통조상 ) 으로부터 갈라져 나왔음 . flowers and fruits ( 꽃과 열매 ) 를 갖는 angiosperms ( 속씨식물들 ) 은 living or fossil gymnosperms ( 현생 혹은 화석 겉씨식물들 ) 과는 근본적으로 달랐기에 기원에 대한 혼란이 있음 .1990 년대 후반에 중국 과학자들에 의해 1 억 2 천 5 백만 년 전의 속씨식물 화석들이 발견되었음 . Archaefructus liaoningensis 와 A. sinensis 라고 명명되었는데 , 현생 속씨식물과 가장 가깝다는 결론에 도달하였음 (Figure 30.11). Botanist Michael Frohlich of the Natural History Museum in London ( 영국 자연사박물관의 식물학자 Frohlich) 는 “ evo–devo” approach ( 진화생물학과 발생생물학의 통합 접근법 ) 을 이용하여 어떻게 꽃가루 생성구조와 밑씨 생성구조가 융합되어 하나의 꽃으로 발달했는가에 관한 가설을 세웠음 . 그는 속씨식물의 조상은 독립적인 꽃가루 생성구조와 밑씨 생성구조를 갖고 있었으나 돌연변이의 결과로 ovules ( 밑씨 ) 가 어떤 microsporophylls (소포자엽 ) 에서 발달하여 carpels ( 암술 ) 로 진화하였다고 설명하였음 , 이는 꽃이 겉씨식물 조상의 pollen–producing (“male”) ( 꽃가루 생성 ; 수컷 ) 생식구조로부터 진화했다는 것이므로 이를 “ mostly male” hypothesis (“ 수컷위주” 가설 ) 이라 함 .

Figure 30.11   A primitive flowering plant? ( 원시 현화식물 ?)

(Arcahefructus sinensis, 1 억 2 천 5백만 년 전 화석 )

( 암술 )

( 수술 )

( 재현된 Arcahefruc-tus sinensis 그림

Angiosperm Diversity ( 속씨식물의 다양성 ) The Mesozoic ( 중생대 ) 에는 보잘 것 없었던 속씨식물은 현재 약 25 만 종 이상으로 분화하여 terrestrial ecosystems ( 육상 생태계 ) 를 우점하고 있음 . 1990 년대 후반까지 대부분의 sys-tematists ( 계통분류학자들 ) 은 flowering plants ( 현화식물들 ) 을 cotyledon ( 떡잎 ) 의 숫자에 따라 2 개의 군으로 나누었음 : monocot ( 외떡잎 ; 단자엽 ) [예 , orchids ( 난류 ), palms (야자류 ) 그리고 maize (옥수수 ), wheat ( 밀 ), rice (쌀 ) 과 같은 곡류 ]; dicot (쌍떡잎 ; 쌍자엽 ) [roses ( 장미류 ), peas (콩류 ), sunflowers ( 해바라기류 ), maples ( 단풍나무류 )] 최근의 DNA 연구 결과 , monocots ( 외떡잎 식물 ) 은 하나의 clade ( 계통군 ) 을 형성하지만 나머지 속씨식물군은 monophyletic ( 단일 계통군 ) 이 아니라고 밝혀짐 . 이전에 쌍떡잎 식물로 불리던 대다수의 종들은 하나의 계통군을 형성하며 , 이를 이제는 eudicots (“true” dicots) (진정쌍떡잎 식물 ) 이라 하고 , 다른 종들은 여러 개의 계열로 나뉨 [basal angiosperms (기저속씨식물류 ); magnoliids (목련류 )]. Figure 30.12 에서 속씨식물의 다양성을 볼 수 있음

( 기저속씨식물 )

( 현화식물의 가설적 계통수 )

(목련류 )

( 수련 )

(붓순나무 )

( 태산목 )

( 암보렐라

)

( 수련

류) (

붓순

나무

와

근연

종들

)(목련

류)

( 외떡

잎식물

) (

쌍떡

잎식물

)

( 외떡잎식물 ) (쌍떡잎식물 )

( 난의 일종 )

( 수련 )

( 난쟁이 야자수 )

( 백합 )

( 보리 )

( 수술 )

( 수술대 )( 암술머

리 )( 씨방 )

(캘리포니아 양귀비 )

( 피레네 참나무 )

(야생장미 )

(완두콩 )

( 호박 ) ( 암꽃과 수꽃 )

( 떡잎 한 장 ) ( 떡잎

두 장 )

(나란히맥 )

( 그물맥 )

(흩어진 관다발 조직 )

( 고리 모양 관다발 )

( 수염뿌리 ;원뿌리 없음 )

(끝뿌리 ;원뿌리 있음 )

( 구멍 하나인 꽃가루 )

( 구멍 3개 꽃가루 )

( 꽃기관 3 의 배수 )

( 꽃기관 4-5 의 배수 )

Evolutionary Links Between Angiosperms and Animals ( 속씨식물과 동물 사이의 진화적 연결고리 )

Figure 30.13   Flower–pollinator relationships.  ( 꽃가루 매개자와의 관계 )

(꿀벌에 의해 수분되는 꽃 ) ( 벌새에 의해 수분되는 꽃 ) (야행성 동물에 의해 수분되는 꽃 )

Human welfare depends greatly on seed plants ( 인류복지는 종자식물에 크게 의존됨 )

우리 식량의 대부분은 속씨식물로부터 유래함 . 밀 , 쌀 , 옥수수 , 감자 , 카사바 , 고구마 등의 6 대 작물이 인간이 소비하는 전체 열량의 80% 를 공급 . 또한 1 kg 의 소고기를 얻기 위해 4.8 kg 의 곡류가 필요 . 현대의 작물은 비교적 최근에 일어난 집중적인 유전적 변화의 산물이며 , 13,000 년 전 식물을 재배하기 시작한 이후의 인위선택 (선발 ) 의 결과임 . 현화식물은 부가적 식품들을 제공함 . 세상에서 가장 널리 애용되는 두 가지 음료는 tea leaves (찻잎 ) 과 coffee beans (커피열매 ) 에서 유래하며 , cocoa 와 chocolate 은 tropical cacao tree ( 열대성 카카오나무 ) 에서 생산됨 . Spices (향신료들 ) 은 다양한 식물 부분으로 부터 얻음 : flowers (cloves ( 정향 ), saffron ( 사프란 )), fruits and seeds (vanilla ( 바닐라 ), black pepper ( 후추 ), mustard (겨자 ), cumin (커민 )), leaves (basil ( 나록풀 ), mint ( 박하 ), sage ( 세이지 )), bark ( 나무껍질 ) (cinnamon ( 계피 )). 수백 년 간 , 인간은 의약품의 공급을 종자식물에 의존해 왔음 . 1800 년쯤 버드나무의 의학적 효과가 salicin ( 살리신 ) 이라는 화학물질임이 밝혀졌고 , 합성유도체인 acetylsalicylic acid (아세틸살리신산 ) 은 aspirin ( 아스피린 ) 으로 알려졌음 . 미국에서 처방되는 약의 25% 정도가 식물 ( 주로 속씨식물 ) 에서 직접 추출되거나 여기에서 유도된 하나 이상의 활성물질을 함유하고 있음 . Table 30.1 은 의학적으로 이용되는 몇 가지 종자식물의 2차 화합물 목록 . 식물 종 다양성의 보존은 매우 중요함 .

Table 30.1  A Sampling of Medicines Derived from Seed Plants ( 종자식물에서 유래된 의약품류의 예 )

(벨라도라 ) (디기탈리

스 )( 유칼립투스 )

( 양귀비 )(신코나 )

( 태평양 주목 )

(쿠라레 )

(빙카 )

(퀴닌의 원료인 신코나 수피 )

(눈 검사 시 동공 확장제 )(심장치료제 )

(감기약의 성분 )

( 진통제 )

( 말라리아 치료제 )

( 난소암 치료제 )

( 수술시 근육 이완제 )

( 백혈병 치료제 )

Reference• Google 검색↓↓• me.cau.ac.kr/mari_board/data/cau007/

cau0071_1194226406.ppt• biotech.korea.ac.kr/lab/jsshin/class/Biology/Biology_Chapter

%2030.ppt• www.uyano.com/bbs/?

module=file&act=procFileDownload&file_srl=593&sid=9f19281225b98599588c3b82d29734cc

• www.forjob.kr/?module=file&act=procFileDownload&file_srl=41316&sid=51c2863fb1e9364f0cbe6e2e41b37611 –