[기본서] 수목의 구조
수목의 구조
1. 구조와 기능의 연관성
잎의 구조와 형태가 다양하다. 환경의 변화에 따라 다양한 기능을 나타내고 있다.
- 기온이 높고 강우량이 많은 열대지방 : 잎의 세포 간격이 넓고 왁스층이 얇다.
- 건조한 지방 : 증산작용을 억제하기 위해 세포 간격이 좁고 왁스층이 두꺼운 경엽을 가진다.
- 추운 지방 : (예 : 가문비나무) 짤막하고 표피층이 두꺼운 바늘 형태의 잎을 가진다.
2. 수목의 기본 구조 : 세포, 조직, 기관
모든 생물은 세포로 구성되어 있고, 세포는 생물의 가장 작은 구성단위로 생물의 구조적/기능적/생물학적 기본 단위에 해당한다.
1) 유세포
- 원형질을 가지고 있는 살아 있는 어린 세포로 광합성, 호흡, 물질 운반과 분비 등 중요한 생리적 기능을 수행하는 대사의 핵심적 역할을 담당함.
- 세포의 신장, 분열, 분화 과정을 통해서 다른 종류의 세포로 발전할 수 있는 기본적인 세포이다.
- 목본식물은 죽은 조직이 많아 초본식물과 비교했을 때 유세포의 비율이 매우 낮다. (살아 있는 세포의 비율이 낮다는 것은 몸체가 큰 수목에서 물질 분배를 효율적으로 수행하며 호흡을 적게 한다는 뜻)
2) 조직
- 세포가 모여서 이루어 진 것
- 독특한 기능을 수행하는 유사한 세포들의 모임.
<목본식물 기본 조직의 형태별 분류>
| 형태별 조직 분류 | 영어명 | 기능 | 관련 조직 또는 세포 |
| 표피조직 | epidermis | 어린 식물의 표면보호, 수분 증발 억제 | 표피층, 털, 기공, 각피층, 뿌리털 |
| 코르크조직(주피) | periderm | 표피조직을 대신하여 표면 보호, 수분 증발 억제, 내화 | 코르크층, 코르크형성층, 코르크피층, 수피, 피목 |
| 유조직 | parenchyma | 원형질O, 살아있는 조직, 신장, 세포분열, 광합성, 호흡, 양분 저장, 저수, 통기, 상처 치유, 부정아와 부정근 생성 등 가장 왕성한 대사작용 담당 | 생장점, 분열조직, 형성층, 수선조직, 엽육조직, 동화조직, 저장조직, 저수조직, 통기조직 등의 유세포 |
| 후각조직 | collenchyma | 어린 목본식물의 표면 가까이에서 지탱 역할을 하는 특수한 형태의 살아 있는 유세포 | 엽병, 엽맥, 줄기 |
| 후벽조직 | sclerenchyma | 목본식물의 지탱 역할 담당, 세포벽이 두껍고 원형질이 없는 죽은 세포 | 섬유세포, 참나무류 종피, 호두껍질 |
| 목부조직 | xylem | 수분 통도 및 지탱 | 도관, 가도관, 수선, 목부섬유, 춘재, 추재 |
| 사부조직 | phloem | 탄수화물 이동, 지탱, 코르크형성층의 기원, 사부섬유를 제외하고 살아 있는 세포로 구성 | 사관세포, 사세포, 반세포, 알부민세포, 사부섬유 |
| 분비조직 | secretory tissue | 점액, 유액, 고무질, 수지 등 분비 | 수지도, 선모, 밀선 |
<목본식물 기본 조직의 기능별 분류>
| 기능별 조직 분류 |
기능 | 세포의 예 | 조직의 예 |
| 분열조직 | 세포분열을 통해서 세포의 수를 증가시킴 | 유세포 | 배, 눈, 생장점, 뿌리정단분열조직, 형성층, 수선, 유조직 |
| 보호조직 | 건조, 물리적 상처, 병해충의 침입을 방지 | 유세포, 후각세포, 후벽세포 | 표피, 하피, 각피, 종피, 수피, 코르크 조직, 근관 |
| 지지조직 | 딱딱한 세포벽을 가져 몸을 지탱 | 섬유세포, 후각세포, 후벽세포 | 2차목부, 피층, 엽맥, 엽병, 후각조직, 후벽조직, 수피 |
| 통도조직 | 수분, 무기양분, 탄수화물의 장거리 이동 | 도관, 가도관, 사관세포, 사세포 | 1차목부, 1차사부, 유관속, 유관속초, 2차목부, 2차사부 |
| 동화조직 | 탄소동화작용(광합성) | 유세포 | 책상조직, 해면조직, 엽육조직, 피층, 코르크피층 |
| 저장조직 | 전분, 지방, 단백질 등 저장 | 유세포 | 유조직, 피층, 수선조직, 배유 |
| 통기조직 | 외부와의 가스교환 | 유세포, 공변세포, 부세포 | 기공, 피목 |
| 분비조직 | 수지, 검, 수액, 유액 등을 분비함 | 표피세포, 상피세포, 섬모 | 수지도, 표피, 밀선, 배수조직, 유액분비조직 |
<수목의 기본 구조 : 6개 기관과 관련된 조직 명칭>
| 수목 (종자식물) |
기본구조 | 기관명 | 고유조직 | 특수조직 | 공통조직 |
| 영양구조 (생장을 위한 구조) |
잎 | 표피, 기공, 엽육조직, 책상조직, 해면조직, 엽맥, 엽병, 탁엽 | 후각조직 | 표피조직 유관속(초) (1차)목부 (1차)사부 분비조직 |
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| 줄기 | 눈, 피목, 가시 | 형성층, 코르크조직, 코르크형성층, 수피, 2차목부, 2차사부 | |||
| 뿌리 | 근관, 내피, 내초 | ||||
| 생식구조 (번식을 위한 구조) |
꽃 | 암술, 수술, 씨방, 꽃잎, 꽃받침, 화분, 배주, 씨방 | 후각조직 후벽조직 |
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| 종자 | 종피, 배, 배유, 유근, 유아, 유경, 주공, 배병 | ||||
| 열매 | 과피, 과육, 실편, 제 |
3. 잎
- 잎은 주로 유세포로 구성
- 광합성 작용을 통해 탄수화물을 제조하는 공장역할.
- 줄기나 열매도 초기에는 엽록체를 가짐.
- 산소와 이산화탄소를 교환하는 장소.
- 증산작용
1) 피자식물의 잎
햇빛을 많이 받을 수 있도록 넓게 발달한 엽신(잎몸, leaf blade)과 엽신을 지탱하는 엽병(잎자루, petiole)으로 구성됨.
- 엽신 : 위쪽의 상표피, 아래쪽의 하표피로 구성 (표피 표면은 각피가 있어서 증산작용을 억제)
- 양쪽 표피세포의 안쪽을 통틀어 엽육조직이라고 함 (엽록체를 많이 함유하고 있음)
(1) 엽육조직
- 책상조직 : 상표피 바로 밑에 세로 방향으로 길게 자라며 촘촘히 규칙적으로 배열됨, 햇빛을 최대한 많이 받을 수 있게 해 줌. (잎의 앞면이 뒷면보다 많은 엽록체가 있어서 짙은 녹색을 띰)
- 해면조직 : 책상조직의 아래쪽에 둥근 모양이며, 세포 간격을 두고 불규칙하게 흩어져 있어 이산화탄소의 확산을 용이하게 함.
- 온대지방의 중생식물은 책상조직이 주로 위족에 존재하고 해면조직이 아래쪽에 존재함, 반면 건조지에서 자라는 수목(예 : 유칼리)은 책상조직이 양쪽에 있어서 앞뒤 구별이 불분명한 등면엽을 가지고 있다.
- 상표피 쪽에 수분을 이동시키는 1차 목부가 있고, 하표피 쪽에 탄수화물을 이동시키는 1차 사부가 있다.
- 잎의 후각조직은 기계적인 지탱역할을 담당함
2) 나자식물의 잎
- 나자식물은 은행목, 주목목, 구과목으로 분류함.
- 활엽수와 같이 넓은 잎을 가지고 있음
- 주목목과 구과목은 바늘 같은 잎을 가진 침엽수이다.
- 구과목(솔방울을 가진 목본식물)은 경제적으로 중요한 수목임
- 나자식물의 잎은 상록성이지만, 은행나무, 잎갈나무, 낙우송, 메타세쿼이아와 같이 낙엽성인 것도 간혹 있음.
(1) 엽육조직
- 책상조직과 해면조직이 분화 : 은행나무, 주목, 전나무, 미송
- 책상조직과 해면조직이 분화되지 않음 : 소나무류 (소나무류의 표피조직은 표피와 하피로 되어 있고, 두꺼운 세포벽을 가지고 있어 효율적으로 증산작용을 억제함)
- 엽육조직 안쪽에는 치밀한 단일 세포층으로 된 내피(endodermis)가 있음.
- 내피 안쪽에는 이입조직이 있고, 유관속이 한 개(잣나무류) 또는 두 개(소나무류) 존재한다.
3) 기공
표피조직 중에서 두 개의 특수한 공변세포에 의해 만들어진 구멍. (공변세포의 세포벽은 안쪽과 바깥쪽의 두께가 서로 달라서 구멍이 만들어짐).
- 공변세포를 둘러싸고 있는 부세포는 협력하여 공변세포의 삼투압을 조절함.(기공개폐에 관여)
- 잎이 대기와 직접 가스교환하는 곳.
- 광합성을 위해 이산화탄소를 흡수하는 장소. (수분을 잃어버리는 증산작용을 함께 수행함)
- 대부분의 피자식물의 경우 기공은 잎의 뒷면에 해당하는 하표피에만 분포함.(포플러와 같이 양면에 존재하는 경우도 있으나, 뒷면에 있는 기공의 수가 앞면보다 훨씬 더 많다)
- 기공의 분포밀도가 높은 수종은 기공의 크기가 작고, 밀도가 낮은 수종은 기공의 크기가 크다.
- 소나무류는 표피세포 자체도 두꺼운 세포벽을 가지며, 하피층이 추가로 존재함.
4. 줄기 : 수간
1) 눈
아직 자라지 않은 어린 가지이며 줄기의 한 구성성분이다. 정단분열조직에 해당하며 위치와 함유조직, 활동상태, 형성시기에 따라서 분류한다.
- 정아 : (끝눈, terminal bud) 가지 끝의 한복판에 자리 잡고 있는 눈.
- 측아 : (곁눈, lateral bud) 정아의 측면에 비스듬히 발달, 주로 측지 생성.
- 액아 : (겨드랑이눈, axillary bud) 대와 잎 사이의 겨드랑이에 위치한 비교적 작은 눈, 주로 새로운 잎을 생성.
- 잠아 : (숨은 눈, dormant bud) 눈 중에서 자라지 않고 계속 휴면상태로 남아 있는 눈, 처음에는 대와 잎 사이의 엽액에 만들어졌다가 줄기가 굵어지면 수피 바로 밑까지 따라오다가 죽으면 흔적으로 아흔(bud trace)을 남김.
- 줄기맹아 : (stump sprout) 가지치기 후에 생기는 새가지, 나무를 베어낸 그루터기에 생성
- 근맹아 : 지하부 뿌리와 뿌리 삽목 시 형성되는 부정아의 일종인 눈
- 피자식물의 도장지(epicormic shoot)와 나자식물의 맹아지는 모두 잠아에서 유래함.
- 부정아 : (adventitious bud) 수목의 오래된 부위나 뿌리에서 불규칙하게 형성, 상처를 입은 유상조직이나 상처를 받은 형성층 근처에서 새로 생성됨. 부정아는 즉시 생긴 것이라서 아흔이 없다.
- 엽아 : (잎눈, leaf bud) 잎을 만드는 눈
- 화아 : (꽃눈, floral bud) 꽃을 만드는 눈
- 혼합아 : (섞인 눈) 잎, 꽃, 가지를 함께 만드는 눈
2) 형성층
나무의 줄기와 뿌리의 지름을 굵게 만들어 주는 조직. 몇 개의 세포층으로만 이루어져 있어 그 두께가 아주 얇다.
(1) 형태
* 정단분열조직
- 식물의 가지와 뿌리의 끝부분(선단)에 수직(종축) 방향의 조직
* 측생분열조직
- 형성층과 같이 직경을 증가시키는 분열조직으로 수평방향의 조직
- 형성층은 봄에 일찍 세포분열을 개시하여 자신보다 바깥으로는 2차사부를 만들고, 안쪽으로는 2차목부를 만든다.
- 직경이 굵어지더라도 형성층의 위치는 마지막 생성된 목부와 사부 사이에 남게 됨.
(2) 유관속형성층의 완성
첫 번째, 1차 생장만을 하고 있어 유관속은 서로 떨어져 있으면서 전형성층이 유관속 안에서만 자리 잡고 있음, 후에 유관속내형성층으로 바뀐다.
두 번째, 유관속과 유관속 사이에는 아직 형성층이 없는데, 그 사이에 있는 피층세포가 분열을 시작하여 유관속간형성층을 만든다.
세 번째, 두 유관속을 연결하여 원형의 유관속형성층을 갖춘다.
3) 연륜(나이테)
나이테는 춘재와 추재의 해부학적 구조가 다르기 때문에 나타난다. 1년간 하나의 테를 만들기 때문에 나무의 나이를 알 수 있음.
(1) 춘재
- 세포의 지름이 크고 세포벽이 얇다.
(2) 추재
- 여름과 가을에 만들어진 추재는 세포의 지름이 작고 세포벽이 두껍다.
- 열대지방에서 자라는 나무는 연중 생장을 계속하여 연륜이 없다.
- 고무나무와 같이 일정한 주기로 새순이 나올 때는 연륜이 생김.
- (온대지방) 추재는 수간의 밑부분부터 형성되기 시작해 위쪽으로 올라가면서 진행됨.
<피자식물의 목부조직>
도관의 크기와 배열에 따라서 세 가지로 나뉨, 나자식물은 도관이 없고 가도관으로만 되어 있어 이와 같은 분류를 하지 않음.
(1) 환공재
- 춘재도관의 지름 > 추재도관의 지름 : 환공재
- 지름 큰 도관이 춘재에만 집중적으로 환상으로 배열하는 경우
- 낙엽성 참나무류, 물푸레나무, 느티나무, 느릅나무, 팽나무, 회화나무, 아까시나무, 이팝나무, 밤나무 등.
(2) 산공재
- 춘재 도관의 지름 = 추재 도관의 크기 : 산공재
- 단풍나무, 벚나무, 플라타너스, 자작나무, 포플러, 칠엽수, 목련, 상록성 참나무류 등.
(3) 반환공재
- 환공재와 산공재의 중간 형태
- 가래나무, 호두나무, 중국굴피나무 등.
4) 목재의 구조
목재? 형성층에 의해 안쪽으로 만들어진 2차 목부를 의미.(형성층을 제외한 수피 안쪽에 있는 모든 조직을 의미함)
(1) 피자식물의 종축방향 배열하고 있는 세포
- 도관, 가도관, 목부섬유, 종축유세포
- 도관, 가도관, 목부섬유는 2차 벽을 가지고 있는 성숙세포로 원형질을 가지고 있지 않아 죽은 세포임
(2) 나자식물의 종축 방향으로 배열하는 세포
- 90% 이상이 가도관
- 횡단면상의 구조가 비교적 단순함.
- 가도관은 상하 연결부위가 수분 이동에 비효율적
- 연결부위에는 두 세포의 세포벽이 그대로 남아 있고, 세포 측면에 막공이라고 하는 아주 미세한 구멍이 있음
- 수분이동은 이 막공의 얇은 막공격막을 통해서만 가능하므로 수분이동 속도가 아주 느림
* 피자식물이나 나자식물 모두 수간에서 중앙을 향한 수평 방향으로의 물질이동은 수선을 통해 이루어짐(수선은 유세포이며 탄수화물을 저장하기도 하고, 곰팡이의 침투에 대비해 방어벽을 만들기도 하며, 세포분열을 재개할 수 있는 능력이 있음)
5) 수피
수간의 형성층 바깥쪽에 있는 모든 조직을 통틀어 일컬음.
; 내수피(사부 + 코르크 조직)와 외수피(=조피, 맨 바깥쪽 부위의 딱딱한 부위)
- 사부는 탄수화물을 이동시키는 중요한 역할을 담당함.
- 코르크조직과 조피는 수분의 손실을 막고, 외부의 충격이나 병원균의 침입을 막는다.
- 피목이 있어 외부와의 공기유통을 하기도 함.
<2차 사부를 구성하는 세포>
- 피자식물의 경우 : 사관세포, 반세포, 사부유세포, 사부섬유
- 나자식물의 경우 : 사세포, 알부민세포
6) 주피(코르크 조직)
주피는 코르크조직이라고도 불림. 외수피(조피) 바로 안쪽에 위치하며, 2차 사부보다 바깥쪽에 있음.
- 표피조직이 벗겨지기 전(형성층의 지름이 굵어지기 시작하면 표피조직이 벗겨짐)에 피층에서 원통형의 주피가 먼저 만들어짐
(1) 코르크형성층
- 주피에서 제일 먼저 만들어지는 층.
- 세포분열을 시작하여 바깥쪽으로 코르크층을 만들어서 표피를 대신하여 보호 기능을 담당
- 측생분열조직의 하나로서 직경생장에 어느 정도 기여함
(2) 코르크층
- 엽록체를 가지고 있어 녹색을 띠는 경우가 많음.
- 전분을 저장하기도 함.
(3) 코르크피층(목전피층)
- 코르크형성층 안쪽에서 생성.
7) 수간 횡단면상에서 조직의 배열순서
참고서적 : 수목생리학 (이경준 지음)
