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4. 식물의 구조와 기능
4-1. 뿌리 [1] 뿌리는 어떤 모양일까? 1) 뿌리의 구조 [뿌리의 생김새와 속구조] ① 뿌리털 : 한 개의 표피 세포가 변한 것으로 물과 무기 양분을 흡수함 ② 생장점 : 세포분열이 왕성하게 일어나는 곳 ③ 신장대 : 생장점에서 생긴 세포들이 자라는 부분 ④ 뿌리골무 : 생장점을 싸서 보호함 ⑤ 관다발 : 뿌리털에서 흡수한 물이 이동하는 물관과 잎에서 만든 양분이 이동하는 체관이 있음 2) 뿌리의 기능 ① 지지작용 : 식물체가 흙에서 버티고 설 수 있게 함 ② 흡수작용 : 삼투 현상에 의해 뿌리털을 통하여 물과 무기 양분을 흡수함 - 삼투현상 : 저농도에서 고농도 쪽으로 물이 이동하는 현상 ③ 저장작용 : 잎에서 만든 유기 양분을 뿌리에 저장함(예: 무, 고구마, 당근 등) ① 곧은뿌리 : 원뿌리와 곁뿌리로 구분되며, 쌍떡잎식물과 겉씨식물에서 관찰됨 ② 수염뿌리 : 굵기가 서로 비슷한 뿌리로, 외떡잎식물에서 관찰됨 ☞ 쌍떡잎식물과 외떡잎식물, 겉씨식물 구분하기 1) 쌍떡잎식물 : 속씨식물에 포함되며, 떡잎이 두장인 식물 민들레, 복숭아나무, 진달래, 개나리, 장미 등 2) 외떡잎식물 : 속씨식물에 포함되며, 떡잎이 한 장인 식물 옥수수, 보리, 벼, 파, 대나무 등 3) 겉씨식물 : 씨가 겉으로 드러난 식물로 소나무, 은행나무 등 [2] 물과 양분은 어떻게 흡수될까? 1) 물의 흡수원리 ① 흡수 원리 : 뿌리털과 토양과의 농도 차에 의한 삼투 현상 ② 농도 관계 : 표피(뿌리털) < 피층 < 내피 < 물관 ③ 흡수 상태 : 물은 분자 상태, 무기 양분은 물에 녹은 이온 상태로 흡수한다. 2) 흡수된 물의 이동 경로 뿌리털 → 피층 → 내피 → 뿌리의 물관 → 줄기의 물관 → 잎맥 → 잎 [3]식물의 생장에는 어떤 원소가 필요할까? 1) 유기물과 무기물 ① 유기물 : 탄소를 포함하고 있는 물질로 생명력에 의해 만들어진 물질 (탄수화물, 단백질, 지방 등) ② 무기물 : 탄소를 포함하지 않은 물질로 생활 기능이 없는 물질(물, 공기, 광물 등) 2) 물 재배(수경재배) : 식물이 자라는 데 필요한 무기 양분을 증류수에 녹인 배양액에 식물의 뿌리를 잠기게 하여 재배하는 것(크놉액 : 물 재배에 주로 쓰이는 완전 배양액의 한 종류) 3) 식물의 생장에 필요한 10대 원소 : 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe) 4) 결핍증 ① 칼륨 결핍 : 생장이 불량하고 잎에 갈색 반점이 생김 ② 철 결핍 : 엽록소가 형성되지 않아 잎이 누렇게 변하고 생장이 나빠짐 ③ 질소 결핍 : 단백질이 합성되지 않아 생장이 나빠짐 ④ 인 결핍 : 꽃이 피는 시기가 늦어지고, 열매가 잘 맺히지 않음 ※ 리비히의 법칙(최소량의 법칙) : 생물의 생장에 필요한 원소 중 어느 한가지라도 부족하게 되면 나머지 원소가 아무리 충분해도 적게 존재하는 원소에 의해 생장이 영향을 받는 현상 4-2. 줄기 [1] 줄기는 어떤 모양일까? 1) 줄기의 종류 ① 곧은 줄기 : 소나무, 은행나무, 등 ② 감는 줄기 : 나팔꽃, 등나무, 오이, 포도의 덩굴손 등 ③ 기어오르는 줄기 : 담쟁이덩굴, 수세미 등 ④ 기는 줄기 : 양딸기, 고구마, 수박 등 ⑤ 저장 줄기 : 감자(덩이줄기), 양파(비늘줄기), 선인장(물저장) 등 ⑥ 가시 : 장미, 석류, 탱자나무 등(☞ 선인장의 가시는 잎이 변형된 것임) 2) 줄기의 구분 ① 풀줄기(초본) : 줄기가 연하여 잘 휘며, 1년생(강아지풀), 2년생(보리), 다년생(잔디, 대나무) 초본으로 나뉜다. ② 나무줄기(목본) : 단단한 나무질의 줄기를 말하며, 다년생에서 볼 수 있다. ⓐ 교목 : 원줄기와 가지의 구별이 뚜렷하고 키가 크며, 소나무, 복숭아 나무 등이 이에 속함 ⓑ 관목 : 원줄기가 없이 모양과 크기가 비슷한 가지가 많이 있고 키가 크게 자라지 않으며, 진달래, 개나리 등이 이에 속함 [2] 줄기의 속 구조는 모두 같을까? 1) 표피 : 줄기의 가장 바깥쪽의 세포층으로 겉을 싸서 보호함 2) 피층 : 표피 안쪽의 여러 겹의 세포층 3) 관다발 ① 물관 : 관다발의 안쪽에 위치하며 뿌리에서 흡수한 물과 무기 양분을 잎으로 전달 죽은 세포로 이루어져 있고 긴 관처럼 되어 있음 ② 체관 : 관다발의 바깥쪽에 위치하며 잎에서 만들어진 양분을 식물의 각 부분으로 전달. 살아있는 세포로 이루어져 있음 ③ 형성층 : 쌍떡잎식물과 겉씨식물에 있음. 물관부와 체관부 사이에 있으며 세포 분열이 일어나 부피 생장을 함 ☞ 나이테란? 열대지방에서도 나이테가 생길까? ① 쌍떡잎식물 : 관다발이 줄기에 규칙적으로 배열되어 있으며, 물관부와 체관부 사이에 형성층이 있음(봉선화, 민들레, 개나리, 무궁화 등) ② 외떡잎식물 : 관다발이 줄기에 불규칙적으로 흩어져 있고 형성층이 없다(보리, 옥수수) [3] 줄기는 어떤 작용을 할까? 1) 지지 작용 : 잎과 뿌리를 연결시키며 식물체를 지탱함 2) 운반 작용 : 뿌리로부터 흡수한 물과 무기 양분을 잎까지 운반하며, 잎에서 만들어진 영양분을 여러 저장 기관으로 운반함 3) 호흡 작용 : 피목(오래된 줄기에 나 있는 구멍)을 통하여 산소와 이산화탄소를 교환함 4) 저장 작용 : 광합성 결과 만들어진 양분을 저장함 4-3. 잎 [1] 잎은 어떤 구조로 되어 있을까? 가. 잎의 겉구조 1) 잎새, 잎자루, 턱잎으로 구성되어 있으며, 완전한 잎과 불완전한 잎으로 나눌 수 있다. 2) 일반적인 편평한 잎뿐 아니라 바늘 모양, 가시, 덩굴손, 포충기 등의 형태로 변한 것도 있다.
나. 잎의 속구조 1) 표피 조직 : 표피세포와 공변세포로 구성됨 ① 표피 세포 : 잎의 위쪽과 아래쪽을 싸고 있는 세포로 엽록체가 없다. ② 공변 세포 : 잎의 뒷면에 많으며 엽록체가 있고, 기공의 여닫이를 조절한다. (증산작용과 호흡작용에 관여함) 2) 책상 조직 : 엽록체가 많은 길쭉한 세포가 규칙적으로 빽빽하게 늘어서 있고, 광합성이 활달하게 이루어지는 부분 3) 해면 조직 : 모양이 다양한 세포들이 엉성하게 배열되어 있고, 공기의 통로가 되는 조직 으로 엽록체가 있어 광합성을 함 4) 잎맥 : 잎새를 지탱하며 물관과 체관이 있어 물과 양분의 이동 통로가 된다.
※ 잎의 기능 : 증산작용, 광합성작용, 호흡작용 등 [2] 잎까지 운반된 물은 어떻게 될까? ▶ 증산작용 : 뿌리에서 흡수한 물이 잎에서 수증기로 되어 방출되는 현상 1) 공변세포 ① 표피세포가 변형된 것으로 안쪽이 바깥쪽에 비해 두껍다.(반달모양) ② 엽록체가 있어 광합성을 한다. ③ 공변세포 내의 수분의 양에 따라 기공의 여닫이가 조절됨으로써 증산이 조절된다. 2) 기공 : 두개의 공변세포로 둘러싸인 공간 ① 낮에는 열리고 밤에는 닫힘 ② 주로 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출한다 3) 증산작용은 빛이 강할수록, 온도가 높을수록, 습도가 낮을수록, 바람이 셀수록 활발함 4) 증산의 의미 : 수분 상승의 원동력, 무기 양분의 축적, 체온 조절 등 5) 물의 상승 원동력 : 증산작용, 근압(뿌리압), 물의 응집력과 모세관 현상 등 ① 증산작용에 의한 흡수력 : 잎에서 일어나는 증산 작용으로 물은 공기 중으로 나가고 잎 세포에 물이 줄어들게 되면 세포질의 농도가 높아져서 삼투 현상에 의해 물이 흡수되어 상승한다. ② 근압(뿌리압) : 식물의 뿌리가 물을 흡수하여 위로 밀어 올리는 힘, 이른 봄에 최고 ③ 물의 응집력과 모세관 현상 : 물 분자 사이에는 서로 끌어당기는 응집력이 있는데 이 힘에 의하여 식물체 내에 있는 물은 물관과 같은 가느다란 관 속에서 물분자와 물관벽과의 흡착력으로 가는 물기둥을 이루게 된다.
▶ 광합성 작용 : 엽록체에서 이산화탄소와 물과 빛에너지를 이용하여 유기물과 산소를 생성하는 것 1) 광합성 과정 : (빛에너지) 물(6H2O)＋이산화탄소(6CO2) → 포도당(C6H12O6)＋산소(6O2) (엽록체) 2) 광합성에 영향을 미치는 환경 요인 ① 빛의 세기 : 이산화탄소의 농도와 온도가 일정하면 어느 정도까지는(광포화점) 빛의 세기가 강할수록 광합성량이 증가한다. ② 이산화탄소의 농도 : 빛의 세기와 온도가 일정하면 이산화탄소의 농도가 높을수록 어느정도까지는 광합성량이 증가한다. ③ 온도 : 빛의 세기와 이산화탄소의 양이 일정하면 30℃～40℃에서 광합성이 가장 활발 하고 10℃이하나 40℃이상에서는 급격히 감소한다. 3) 광합성 산물의 이동 : 주로 밤에 포도당의 형태로 체관을 통하여 이동한 후 저장 기관에 녹말이나 지방의 형태로 저장된다 ※ BTB(bromothymol-blue)용액 : BTB용액은 원래 염기성으로 청색을 띤다. 실험에서 사용한 녹색 용액은 CO2를 첨가하여 중성으로 만든 것이고, CO2 의 양이 이보다 많으면 산성이 되어 황색을 띠고, CO2 의 양이 이보다 적으면 염기성이 되어 청색으로 변한다. 즉, BTB용액은 어떤 용액 속에 들어 있는 CO2 양의 변화를 알아 내는데 사용한다. ※ 인디코카민 용액 : 어떤 용액 속에 산소가 들어 있는지의 여부를 확인할 수 있다. 연노란색의 인디고카민용액에 산소를 넣으면 용액은 푸른색으로 변한다. [4] 식물도 호흡을 할까? 1) 호흡 : 세포에서 유기 양분을 산화시켜 살아가는데 필요한 에너지를 얻는 과정 2) 광합성과 호흡의 비교
4-4. 꽃과 열매 [1] 꽃은 어떤 구조로 되어 있을까? 가. 꽃의 기본구조 및 기능 ▶ 꽃은 식물의 생식 기관으로 종자를 만들어 자손을 퍼뜨리는 중요한 역할을 한다. ▶ 꽃은 암술, 수술, 꽃잎, 꽃받침을 기본구조로 하고 있다. ① 암술머리 : 꽃가루(화분)가 붙는 곳으로 철쭉꽃처럼 둥글고 끈적거리는 것도 있고, 민들레처럼 두 갈래로 나뉘어진 것도 있다. ② 암술대 : 암술머리와 씨방을 연결해 준다. ③ 씨방 : 밑씨가 들어 있는 곳 2) 수술 : 꽃밥과 수술대로 구성된다. ① 꽃밥 : 꽃가루(화분)가 만들어지는 곳 ② 수술대 : 꽃밥을 지탱하는 가늘고 긴 대 3) 꽃잎 : 암술과 수술을 보호하는 역할을 하고, 곤충을 유인하여 수분이 잘 이루어지게 함. 4) 꽃받침 : 꽃의 가장 바깥 부분으로 꽃을 감싸서 보호하고, 꽃을 받쳐준다. 나. 꽃의 분류 1) 꽃의 구조에 의해 갖춘꽃과 안갖춘꽃으로 분류 ① 갖춘꽃 : 암술, 수술, 꽃잎, 꽃받침을 모두 가진 꽃(철쭉꽃, 무궁화꽃, 민들레꽃, 벚꽃 등) ② 안갖춘꽃 : 암술, 수술, 꽃잎, 꽃받침 중 한가지라도 없는 꽃(소나무꽃, 보리꽃, 호박꽃 등) 2) 암술과 수술의 유무에 따라 양성화와 단성화로 분류 ① 양성화 : 한 꽃 속에 암술과 수술이 모두 들어 있는 꽃(목련꽃, 장미꽃, 복숭아꽃 등) ② 단성화 : 한 꽃 속에 암술과 수술 중 한가지만 있는 꽃(소나무꽃, 호박꽃, 오이꽃, 은행나무꽃 등) 3) 꽃잎의 모양에 따라 통꽃과 갈래꽃으로 분류 ① 통꽃 : 꽃잎의 밑부분이 붙어서 통 모양으로 된 꽃(나팔꽃, 진달래꽃, 민들레꽃, 호박꽃 등) ② 갈래꽃 : 꽃잎이 서로 떨러져 있는 꽃(벚꽃, 목련꽃, 복숭아꽃, 장미꽃 등) 4) 꽃의 수에 따라 홑꽃과 겹꽃으로 분류 ① 홑꽃 : 한 개의 꽃자루에 한 개의 꽃이 붙어 있는 꽃(나팔꽃, 복숭아꽃, 호박꽃, 장미꽃, 벚꽃 등) ② 겹꽃 : 한 개의 꽃자루에 여러 개의 꽃이 붙어 있는 꽃(민들레꽃, 보리꽃, 국화꽃 등) 5) 수분(화분이 암술머리에 옮겨지는 과정)에 의해 충매화, 풍매화, 수매화, 조매화로 분류 ① 충매화 : 벌이나 나비 등의 곤충에 의해 화분이 옮겨지는 꽃(복숭아꽃, 호박꽃, 개나리꽃 등) ② 풍매화 : 바람에 의해 화분이 옮겨지는 꽃(소나무꽃, 옥수수꽃, 벼꽃, 보리꽃 등) ③ 수매화 : 물에 의해 화분이 옮겨지는 꽃(수련, 개구리밥 등) ④ 조매화 : 새에 의해 화분이 옮겨지는 꽃(동백꽃, 브러쉬꽃 등) [2] 씨는 어떻게 만들어질까? 가. 수분 : 화분(꽃가루)이 암술머리로 옮겨지는 현상 ☞ 자화수분과 타화수분 : 자화수분은 한 꽃안에서 수분이 이루어지는 것이고, 타화수분은 화분이 다른 꽃의 암술머리에 붙는 것이다. 한 꽃에 암수과 수술이 같이 있으면 자화수분이 일어날 것 같지만 암술과 수술이 성숙하는 시기가 다르기 때문에 타화수분이 많이 일어난다. 이는 식물도 동물처럼 다른 개체끼리 결합하는 경우에 유전적으로 우수한 자손을 가질 수 있기 때문이다. 나. 수정 : 화분의 정핵이 밑씨의 난세포와 결합하는 현상이다. 수정 후 밑씨는 씨가 되고, 씨방은 자라서 열매가 된다. 1) 화분의 발아 : 화분이 발아하여 화분관이 자라고, 화분관에는 한 개의 화분관핵과 두 개의 정핵이 생긴다. 화분관핵은 화분관이 자라는데 관여하고 정핵은 수정에 참여하게 된다. 2) 밑씨의 수정 준비 : 씨방 속의 밑씨는 분열하여 난세포와 극핵을 형성한다. 3) 수정 : 하나의 정핵은 밑씨 속의 난세포와 합쳐 배가 되고, 다른 하나의 정핵은 밑씨 속의 극핵과 합쳐 배젖이 된다.(속씨식물의 중복수정) [3] 열매의 속구조는 어떻게 생겼을까? 가. 열매의 종류 1) 참열매 : 씨방 부분이 자라서 된 열매(감, 복숭아, 귤, 토마토, 호박 등) 2) 헛열매 : 씨방 이외의 꽃받기나 꽃받침 등이 자라서 된 열매 ① 꽃받기로 이루어지는 열매 : 수정후 씨방은 거의 자라지 않고 꽃받기가 비대해져 된 열매 (사과, 배, 딸기 등) ② 꽃받침으로 이루어지는 열매 : 꽃받침과 그 이외의 부분이 함께 자라서 된 열매(석류 등) ③ 꽃대로 이루어지는 열매 : 작은 꽃이 많이 붙어 있는 꽃대가 비대해져서 된 열매 나. 열매의 구조 1) 과피 : 외과피, 중과피, 내과피로 구성된다. ① 외과피 : 열매의 겉껍질 부분을 외과피라고 한다. 사과나 감의 껍질, 귤이나 레몬의 노란 껍질은 모두 외과피이다. ② 중과피 : 우리가 주고 먹는 부분이 중과피이다. 그러나 귤의 경우는 외과피 안쪽의 흰 부분이 중과피에 해당한다. ③ 내과피 : 열매의 속껍질 부분으로 감은 씨를 둘러싸고 있는 연한 것, 사과는 씨방을 싸고 있는 것, ?은 우리가 먹는 부분이 내과피이다. 2) 종자(씨) : 밑씨가 자라서 된 것으로 배, 배젖, 씨껍질로 구성된다.
다. 종자(씨)의 구조 1) 종자(씨)껍질 : 밑씨의 껍질이 변한, 씨를 싸고 있는 단단한 부분으로 배를 보호한다. 2) 배 : 수정 후의 어린 싹으로 자라서 식물체가 될 부분이다. 떡잎, 어린 줄기, 어린 뿌리 등으로 구성되어 있다. 3) 배젖 : 배가 싹이 트고 어느 정도 자랄 때까지 필요한 양분을 저장. 참열매는 배젖에 양분을 저장하고, 헛열매는 떡잎속에 양분을 저장한다. ※ 식물이 종자(씨)를 퍼트리는 방법
1) 바람에 의해 퍼지는 것 : 씨가 가벼우며 털, 공기주머니, 날개 등을 가지고 있다.(민들레, 목화 난초, 단풍나무, 소나무 등) 2) 동물의 몸에 붙어 퍼지는 것 : 짧은 가시, 바늘, 끈끈한 물질 등을 가지고 있다.(도둑놈의 갈고리, 도꼬마리, 도깨비바늘 등) 3) 동물의 먹이로 퍼지는 것 : 열매로 먹혀서 퍼진다.(사과, 포도, 배, 귤, 딸기 등) 4) 물에 의해 퍼지는 것 : 수중이나 해안에 사는 식물의 씨는 물에 뜰 수 있는 구조가 있다. ( 야자, 수련 등) 5) 자기 스스로 터져서 퍼지는 것 : 열매 껍질에 탄력성이 있어 스스로 터져 씨가 튀어나간다. (제비꽃, 봉선화, 콩 등) |
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출처: 우 림 농 원 원문보기 글쓴이: 우림
