<식물 구조의 개관>
모든 종자식물은 겉보기에는 다양하지만, 그 기본 체제는 동일하다. 영양체는 잎, 줄기 및 뿌리라는 세 기관으로 구성되어 있다. 잎은 광합성이라는 주요한 기능을 수행하고, 줄기는 식물체를 기계적으로 지지하며, 뿌리는 식물체를 땅에 고정하고 물과 무기염류를 흡수하는 역할을 한다. 잎은 마디 부위에서 줄기에 부착되며, 두 마디 사이의 줄기 부위를 절간이라고 한다. 줄기와 그 잎을 아울러서 지상부라고 한다.
종자식물은 나자식물(그리스어의 “벌거벗은 종자”에서 유래)과 피자식물(그리스어의 “껍질을 갖는 종자”에서 유래)의 두 종류로 나눌 수 있다. 나자식물(gymnosperm)은 덜 발달한 유형으로, 약 700종이 알려져 있다. 나자식물을 대표하는 그룹은 공맥류(솔방울을 달고 있는 종류)인데 여기에는 소나무, 전나무, 가문비나무, 미국삼나무 등과 같은 상업적으로 중요한 임목들이 포함된다.
피자식물(angiosperm)은 종자식물 중 더욱 발달한 유형으로 약 1억 년 전의 백악기 동안에 번성하기 시작했다. 오늘날 이들은 식생의 대부분을 차지하고, 나자식물과의 경쟁에서 우위를 점하고 있다. 피자식물은 약 25만 종이 알려져 있으나 아직까지도 밝혀지지 않은 종들이 많다. 피자식물의 독특하게 개발한 기관은 꽃인데, 따라서 이들을 현화식물이라고 부르기도 한다.
1) 식물세포는 견고한 세포벽으로 둘러싸여 있다
식물과 동물 간의 기본적인 차이는 식물 세포가 견고한 세포벽(cell wall)으로 둘러싸여 있다는 점이다. 동물에서는 배아 상태의 세포가 한 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있기 때문에 조직이나 기관은 생물체의 각기 다른 부위에서 유래한 세포들이 섞여서 발달하게 된다.
식물에서는 세포벽으로 둘러싸인 각 세포들은 인접하는 세포들과 중엽(middle lamella)에 의해서 서로 연접되어 있다. 결과적으로 식물의 발달은 동물의 발달과는 달리 세포분열과 세포팽창에만 의존하게 된다.
식물에서는 1차 및 2차 세포벽이라는 두 가지 유형의 세포벽을 가진다.
1차 세포벽(primary cell wall)은 일반적으로 얇고(1mm 이하), 자라는 어린 세포에서 특징적으로 나타난다. 2차 세포벽(secondary cell wall)은 1차 세포벽보다 더 두껍고, 강한데, 이는 세포가 대부분 팽창을 멈출 때 침적되는 질기고 접착제 같은 물질인 리그닌(lignin) 때문이다.
2차 벽에 원형의 구멍이 뚫리면 단순벽공(simple pit)이 만들어지는데 이는 언제나 인접하는 2차벽의 단순벽공의 맞은편에 생긴다. 인접한 단순벽공을 벽공쌍(pit-pairs)이라고 한다.
목질화된 2차 세포벽이 생성되기 때문에 식물들은 토양 위에서 수직적으로 자라며 육상을 점유할 수 있도록 구조적으로 보강된다. 목질화된 세포벽을 같지 않은 선태식물은 지상에서 불과 몇 센티미터 밖에는 자라지 못한다.
2) 새로운 세포들은 분열조직에 의해서 생성된다.
식물의 생장은 분열조직이라고 하는 국한된 세포분열 부위에서 집중적으로 일어난다. 거의 모든 핵분열 및 세포질분열은 이 분열조직 부위에서 일어난다. 어린 식물에서 가장 활발한 분열조직은 줄기와 뿌리의 끝에 자리 잡고 있는 정단분열조직이다. 마디의 곁눈에는 가지를 만들기 위한 정단분열조직이 있다. 측근은 내부 분열조직인 내초에서 시작된다. 그 위쪽의 분열조직과 중복되는 부위는 세포의 길이와 부피가 뚜렷하게 증가하는 세포신장대이다. 세포는 일반적으로 신장한 후에 특수화된 유형으로 분화한다.
새로운 기관과 기본적인 식물체형을요 만드는 식물 발달 단계를 1차 생장이라고 한다. 1차 생장은 정단분열조직의 작용으로 나타나며 이곳에서는 세포분열 후의 점진적인 싶어 팽창이 일어난다. 어떤 부위에서는 신장이 완료된 후에 2차 생장이 일어날 수 있다. 유관속분열조직과 코르크분열조직이라는 두 종류의 측생분열조직이 2차 생장에 참여한다. 유관속분열조직은 2차 물관부와 2차 체관부를 만든다. 코르크분열조직은 주로 코르크 세포로 이루어진 주피를 만든다.
3) 식물들은 세 가지 주요한 조직계로 구성된다
식물의 기관은 표피조직과 기본조직 및 유관속조직으로 구성되어 있다.
<식물세포>
식물은 특정한 기능을 갖는 수백만 개의 세포로 구성된 다세포 생물이다. 성숙하게 되면 이 특정한 세포들의 구조는 각각 달라진다. 하지만 모든 식물세포는 핵, 세포질 그리고 세포소기관을 포함하며 이들의 영역을 한정해 주는 막으로 둘러싸여 있는 기본적으로 동일한 진핵구조를 갖는다. 세포가 성숙하는 동안에 핵을 포함하는 어떤 구조들이 소실될 수 있지만, 모든 식물세포는 처음에 유사한 세포소기관 성분을 갖고 있다.
식물세포의 또 다른 특징은 이들이 셀룰로오스를 성분으로 갖는 세포벽으로 둘러싸여 있다는 것이다. 다음 절들은 식물세포의 막과 소기관에 대하여 개략적으로 소개하고 있다.
1)생물막은 단백질은 포함하고 있는 인지질 이중층이다
모든 세포는 세포질과 외부 환경을 구분하는 외부 경계의 역할을 하는 막으로 둘러싸여 있다. 이 세포막 때문에 세포는 어떤 물질을 흡수하거나 보유할 수 있지만 다른 것은 배제할 수 있다. 세포막에 들어있는 다양한 수송단백질들로 인해 용질은 막을 통해 선택적으로 출입할 수 있다. 수송단백질의 작용을 통해 세포질 내에 이온 및 분자들이 축적하는 데는 대사에너지가 소요된다. 막은 또한 세포의 특정한 내부 소기관의 경계를 만들어 주며 이러한 구획들의 내외로 이온이나 대사산물들이 출입하는 것을 조절한다.