식물 생리

식물 생리

일반적으로 식물도 동물과 마찬가지로 생리적 욕구를 충족시켜야 한다. 식물의 영양, 가스교환, 그리고 물질수송 등은 생리적으로 충족시켜야 될 요인들이며, 본 장에서 상세히 다루고자 한다. 다음 장에서는 식물이 비록 운동성이 결여되어 있지만, 유성생식(sexual reproduction)과 종자산포 및 증식을 수행하는 현상을 설명한다.

녹색식물은 대부분이 독립영양(autotrophic)을 하며, 엽록체를 함유하고 있는 세포가 빛(400~700 nm)에 노출되면 광합성(光合成, photosynthesis)을 수행함으로써 유기물질을 합성한다. 그러므로서 식물 뿌리처럼 자체적으로 광합성을 수행할 수 없는 조직을 포함해서 전체 식물체에 필요한 양분(nutrient)을 공급한다.

 

잎

어린 식물의 줄기와 미숙한 열매(풋과실)의 세포 속에서 엽록체(葉綠體, chloroplast)가 발견되기도 하지만 잎이야말로 진정한 식물의 광합성 공장이다. 전형적인 잎의 횡단면을 광학현미경으로 관찰하면 몇 개의 뚜렷한 조직층을 볼 수 있다. 잎의 위쪽 표면은 단일층으로 구성되어 있는 상표피(upper epidermis)세포로 덮여 있다. 이들 상표피세포에는 식물종에 따라 약간의 엽록체가 포함되어 있는 것도 있으나 대부분 식물의 상표피세포에는 엽록체가 존재하지 않는다.

상표피세포는 매우 투명하기 때문에 빛이 투과될 수 있으며, 그 아래층에 구성되어 있는 엽육세포(mesophyll)에서 광합성이 활발히 일어날 수 있도록 한다. 잎의 표면은 잎으로부터의 수분 증발을 최대한 감소시키기 위하여 각피(角皮, cuticle)로 덮여 있다. 상표피 바로 아래는 책상조직(狀組織, palisade layer)층으로 구성되어 있는데, 이 조직세포는 하나 혹은 그 이상의 층으로 구성되어 있다. 원주형의 책상조직세포(울타리조직 세포라고도 함)는 긴 축이 잎의 수직을 이루는 면으로 향해 있으며, 엽록체로 가득 차 있고, 광합성을 수행하는 중요한 조직세포이다.

해면조직(海綿組織, spongy layer)층은 책상조직 바로 밑에 놓여 있다. 세포의 형태는 불규칙하고 드문드문 배열되어 있다. 해면조직세포는 약간의 엽록체를 함유하고는 있으나 이들의 주요 기능은 책상조직의 엽록체에서 합성한 당류와 아미노산 등을 일시적으로 저장하는 데 있는 것으로 보인다. 그 밖에 잎과 대기(주위 환경) 사이의 가스교환에도 관여하고 있는데 낮 동안에는 산소와 수분을 “공극”(air space)으로 방출하고 동시에 이산화탄소(COz)를 “공극”으로부터 흡수하여 고정시킨다. 잎의 공극은 기공(氣孔, stomata)의 개폐작용(作用)에 의해 대기와 연결되어진다. 일반적으로 기공 (1,000/cm²)은 대부분 잎의 이면에 구성되어 있는 하표피(lower epidermis) 세포에 존재한다. 잎의 이면에 존재하는 하표피세포는 표면에 존재하는 상표피세포와 공통점이 많으며, 하나의 기공은 2개 의 소세지형 공변세포(孔邊細胞, guard cell)로 구성되어 있다. 공변세포는 하표피세포와 비교해 볼 때 형태적 차이뿐만 아니라 엽록체 함량에 현저한 차이가 나타난다. 공변세포는 기공의 개폐작용을 조절한다. 따라서 기공은 잎과 대기권 (atmosphere) 사이의 가스교환을 제어하고 있다.