식물의 특수화된 조직

1. 식물의 특수화된 조직 생명과학과 2004422021 양창민 생명과학실험 III

2. 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) 은종자가 mature ovaries (성숙한 씨방)인 fruits (열매) 안에 들어있다는 의미에서 유래. 오늘날 속씨식물은 식물계 중 가장 다양하고 널리 분포하며, 25만 종 이상이 있음 (전체 식물 종의 약 90%).

3. 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 4개의 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 30.10에 제시. Embryo sac (배낭); cross-pollination (타가수분); micropyle (주공); double fertilization (중복수정); cotyledon (떡잎; 자엽); endosperm (배젖)

4. (암술머리) (암술) (수술) (꽃밥) (암술대) (수술대) (씨방) (꽃잎) (꽃받침) (밑씨) (화탁) Figure 30.7   The structure of an idealized flower. (전형적인 꽃의 구조)

5. (토마토, 부드러운 외과피와 내과피를 갖는 육질과) (귤, 가죽질의 외과피와 부드러운 내과피를 갖는 육질과) (복숭아, 부드러운 외과피와 딱딱한 내과피를 갖는 육질과) (호두, 성숙시 딱딱한 껍데기로 밀폐된 건과) (박주가리, 성숙시 벌어지는 건과) Figure 30.8   Some variations in fruit structure.  (열매 구조의 변이)

6. (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 30.9   Fruit adaptations that enhance seed dispersal. (종자의 분산을 촉진하는 열매의 적응)

7. (소포자낭) (수술) (포자체 식물에 달린 성숙한 꽃) (소포자 모세포) (생식세포) (소포자) (관세포) (대포자낭을 갖는 밑씨) (꽃가루 안의 수배우체) (씨방) (꽃가루) (발아하는 종자) (암술머리) (대포자낭) (화분관) (배) (정자) (배젖) (화분관) (살아남은 대포자) (종자) (종피) (반족세포) (암술대) (극핵) (조세포) (암배우체)(배낭) (화분관) (난세포) (접합자) (발달 중인 배젖의 핵) (정자) (난세포 핵) (방출된 정핵) Figure 30.10   The life cycle of an angiosperm. (속씨식물의 생활사)

8. Angiosperm Evolution (속씨식물의 진화) Charles Darwin이 “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 1억 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. 1990년대 후반에 중국 과학자들에 의해 1억 2천5백만 년 전의 속씨식물 화석들이 발견되었음. Archaefructusliaoningensis와 A. sinensis라고 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.

9. (암술) (수술) (Arcahefructus sinensis, 1억 2천5백만 년 전 화석) (재현된 Arcahefructus sinensis그림 Figure 30.11   A primitive flowering plant?(원시 현화식물?)

10. Angiosperm Diversity (속씨식물의 다양성) The Mesozoic (중생대)에는 보잘 것 없었던 속씨식물은 현재 약 25만 종 이상으로 분화하여 terrestrial ecosystems (육상 생태계)를 우점하고 있음. 1990년대 후반까지 대부분의 systematists (계통분류학자들)은 flowering plants (현화식물들)을 cotyledon (떡잎)의 숫자에 따라 2개의 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 30.12에서 속씨식물의 다양성을 볼 수 있음

11. (현화식물의 가설적 계통수) (기저속씨식물) (암보렐라) (쌍떡잎식물) (외떡잎식물) (붓순나무와 근연종들) (수련류) (목련류) (목련류) (수련) (태산목) (붓순나무)

12. (쌍떡잎식물) (외떡잎식물) (캘리포니아 양귀비) (난의 일종) (떡잎 한 장) (떡잎 두 장) (나란히맥) (피레네 참나무) (난쟁이 야자수) (그물맥) (흩어진 관다발 조직) (고리 모양 관다발) (끝뿌리;원뿌리 있음) (야생장미) (백합) (수련) (수염뿌리;원뿌리 없음) (구멍 3개 꽃가루) (구멍 하나인 꽃가루) (완두콩) (보리) (꽃기관 4-5의 배수) (꽃기관 3의 배수) (호박) (암꽃과 수꽃) (수술) (암술머리) (씨방) (수술대)

13. Evolutionary Links Between Angiosperms and Animals (속씨식물과 동물 사이의 진화적 연결고리) (꿀벌에 의해 수분되는 꽃) (벌새에 의해 수분되는 꽃) (야행성 동물에 의해 수분되는 꽃) Figure 30.13   Flower–pollinator relationships. (꽃가루 매개자와의 관계)

14. Human welfare depends greatly on seed plants (인류복지는 종자식물에 크게 의존됨) 우리 식량의 대부분은 속씨식물로부터 유래함. 밀, 쌀, 옥수수, 감자, 카사바, 고구마 등의 6대 작물이 인간이 소비하는 전체 열량의 80%를 공급. 또한 1 kg의 소고기를 얻기 위해 4.8 kg의 곡류가 필요. 현대의 작물은 비교적 최근에 일어난 집중적인 유전적 변화의 산물이며, 13,000년 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, cocoa와 chocolate은 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. 1800년쯤 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 30.1은 의학적으로 이용되는 몇 가지 종자식물의 2차 화합물 목록. 식물 종 다양성의 보존은 매우 중요함.

15. Table 30.1  A Sampling of Medicines Derived from Seed Plants (종자식물에서 유래된 의약품류의 예) (눈 검사 시 동공 확장제) (벨라도라) (심장치료제) (디기탈리스) (감기약의 성분) (유칼립투스) (진통제) (양귀비) (신코나) (말라리아 치료제) (난소암 치료제) (태평양 주목) (수술시 근육 이완제) (쿠라레) (백혈병 치료제) (빙카) (퀴닌의 원료인 신코나 수피)

16. 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 –