식물, 종자 발아의 이해

 

전문적인 텃밭 관리를 위해서 식물의 형태적, 생리적 이해에 대한 자세한 내용을 알아보자.

 

- 발아란 무엇인가

씨 속에 있는 배의 생장이 시작되는 첫 단계를 발아라고 한다. 발아는 보통 물을 흡수하면서 시작된다. 성숙한 씨는 5~10% 정도의 물만을 함유하고 있다. 즉, 아주 건조한 상태로 존재하는 것이다. 이렇게 건조한 씨를 구성하는 세포들은 단백질, 지질, 탄수화물 등의 저장 물질로 꽉 채워져 있다.

 

씨가 물을 흡수하면 씨앗 안의 효소들이 활성화된다. 이어서 효소들은 저장된 영양물질을 분해하여 저분자로 만든다. 이 물질들은 생장 이 일어날 곳으로 수송되어 에너지로 전환된다. 결국, 물을 흡수 한 배의 세포들은 에너지를 이용하여 활발한 대사 작용을 시작하게 되는 것이다.

 

발아가 시작될 때 알아볼 수 있는 첫 번째 변화로써. 주공 쪽에서 부푼 유근이 종피를 터트리고 나온다. 일부 식물에서는 일종의 씨의 뚜껑이라고 할 수 있는 종개를 들어 올리고 난 다음, 유근이 종피를 터트리고 나온다. 이런 종개는 약 45개 과의 식물에서 생기며 단자엽식물에 더 흔하다.

 

피자식물의 어린 유식물은 유근, 유아(슈트의 정단부), 상배 축, 하배축, 1개 또는 2개의 자엽 등으로 구성된다. 단자엽식물의 유식물은 1개의 자엽을 갖고 있다. 또한 쌍자엽식물 중에서 산형과와 미나리아재빗과 등 많은 과(자)의 유식물들도 1개의 자연을 갖고 있다.

이것은 계통적으로 단자엽이 조상형인 쌍자엽으로부터 기원되었음을 암시한다.

-발아 과정 알아보기

종피를 뚫고 나온 유근은 흙 속으로 자라고, 슈트의 정단부가 땅 표면을 뚫고 나와야 한다. 덩굴강낭콩, 완두, 피마자, 양파 등 이 발아할 때, 갈고리 모양의 구조(hooks)가 만들어져서 땅 표면 위로 올라온다. 이 갈고리 부분은 경우에 따라 다르게 형성된다.

 

즉 덩굴강낭콩에서는 하배축 부분이 신장하여 갈고리 모양을 형성한다. 반면에, 완두에서는 자엽의 위에 있는 상배축 부분이 신장하여 갈고리 모양을 형성한다. 이 두 경우 모두, 배축이 더 자라서 갈고리 부분을 땅 위로 밀어 올리게 된다. 이때, 구부러져 있는 갈고리 구조는 슈트의 정단부에 있는 아주 연약한 어린싹이 흙과의 마찰로 인하여 다치지 않도록 보호하는 중요한 일을 한다.

 

덩굴강낭콩과 완두의 경우, 자엽과 슈트 정단부는 처음에 땅속에 남아 있다가. 하배축 및 상배축이 더 길어지고 갈고리 구조가 곧게 펴지면서 땅 위로 올라와 빛을 받게 된다. 이때 덩굴강낭 콩의 경우, 갈고리가 곧게 펴짐으로써 자엽과 슈트 정단부 모두가 땅 위로 올라와 빛을 받을 수 있다. 이렇게 자엽이 땅 위로 올라와 노출되는 발아 방식을 자엽 지상 발아라고 한다.

 

반면에, 완두에서는 상배축이 길어져 형성된 갈고리 부분이 곧게 펴짐으로써, 슈트 정단부만 땅 위로 올라오고 자엽은 땅속에 그대로 남아 있다. 이런 발아 방식을 자엽 지하 발아라고 한다.

 

 

피마자는 자엽 지상발아 방식을 취하지만, 강낭콩과는 다르다. 즉 피마자의 자엽은 처음에 흡수 기관으로 작용하여, 배유에 저장되어있는 영양물질을 유식물의 나머지 부분으로 운반하는 일을 한다. 배유에 있는 저장물질이 모두 사용되고 나면 배에 있던 자엽은 종피에서 빠져나온다. 슈트가 빛을 받으면 상배축이 펴지고 첫 번째 잎이 발달하여 녹색을 띠고 광합성 작용을 한다. 결국, 자엽은 시들고 죽어서 유식물에서 떨어진다.

 

양파에서 1개의 관 모양으로 된 자엽이 씨에서 나와 매우 심하게 굽은 갈고리를 형성한다.

이런 모양의 자엽이 곧게 펴질 때, 종피와 배유를 함께 위로 끌고 올라간다. 배는 긴 자엽을 통해서 배유로부터 많은 영양물질을 공급받는다.

 

더욱이 양파의 자엽은 녹색이어서 광합성을 할 수 있다. 이 능력은 발달하는 유식물의 영양 공급에 중요한 역할을 한다. 곧. 슈트 정단부는 초와 비슷한 자엽의 아랫부분에 둘러싸여서 보호된다. 슈트와 첫 번째 잎은 자엽 아래쪽의 작은 틈을 통해서 자라 나온다.

 

옥수수와 다른 벼과 식물의 단자엽식물은 발아할 때, 다른 방법으로 흙을 헤치고 나온다. 옥수수의 배는 고도로 분화되어 있다가 씨가 땅속에서 발아하는 동안에, 어린 슈트와 어린 뿌리가 각각 자엽초 및 유근 초로 싸여 있어서 보호된다.

 

처음에 유근초는 옥수수 낟알의 과피 (성숙한 씨방벽)를 뚫고 자라 나온다. 옥수수에서 주피는 씨와 열매가 발달하는 동안 퇴화된다. 따라서 과피가 종피와 같은 역할을 한다. 이어서 유근(1차근)은 과피를 뚫고 나온 유근초 를 밀어젖히고 나온다. 1차근이 나온 다음에, 배의 첫 번째 마디 사이(중배축)가 신장됨에 따라 자엽을 둘러싸고 있는 자엽초가 위로 밀고 올라온다. 자엽초의 아랫부분이 땅의 표면에 닿을 무렵에, 자엽초의 끝부분이 펼쳐진다. 이어서 슈트 정단부가 원통 모양의 자엽초 속에서 곧게 자라 올라온다. 그러고는 그 슈트에서 첫 번째 잎이 나온다.

 

1차근이 나온 다음에, 자엽이 붙어 있던 자엽절에서 2개 또는 그 이상의 부정근이 생긴다. 씨에서 슈트가 나오면, 슈트의 정단분열조직이 활성화되어 잎, 마디, 마디 사이 등이 만들어진다.

 

정단분열조직은 잎과 줄기의 사이, 즉 엽액에서도 발달하여 또 다른 슈트로 발달한다. 발아에서부터 유식물이 되기까지의 시기는 식물의 생활사에서 가장 중요한 때이다. 이 기간 동안 식물은 여러 가지 곤충이나 곰팡이 등에 의해 가장 쉽게 상처를 입을 수 있으며, 물의 스트레스는 결정적인 치명상을 줄 수 있다.

 

이와 같은 슈트계와 뿌리계의 생장을 영양생장이라고 한다. 이어서 슈트에 있는 영양 기관을 형성하는 정단 분열 조직 중의 일부가 생식기관인 꽃을 형성하는 정단 분열 조직으로 변화되어, 꽃으로 발달하여 유성 생식 준비를 마친다.

-씨의 발아와 휴면의 이해하기

씨는 상당히 오랫동안 생명력을 유지할 수 있다. 한 연구에서 여러 종의 씨를 담아 놓은 병을 묻어 놓고 5년 및 10년 간격으로 그 병을 열어서 씨들의 발아 능력을 시험해보았다. 대다수의 종들은 최소한 10년 정도는 살아남았으며, 그중에 현삼과의 한 종은 90년 이상이 지난 후에도 발아하였다고 한다. 그러나 이런 기록은 씨의 수명을 의미하는 것은 아니다. 1,000년 이상 된 지층에서 살아 있는 연꽃의 씨를 발견한 일도 있다.

 

살아 있는 많은 씨는 물과 산소와 적당한 온도 등을 유지해 주더라도 발아하지 않는 경우가 있다. 그 이유는 씨가 휴면상태에 있기 때문이다. 씨가 성숙하면서, 수분이 소실되고 아주 딱딱하게 된 다음 휴면기로 들어간다. 이 시기에는 대사율이 극히 낮고 생장과 발달이 멈춘 상태에 있다. 씨가 일정한 휴면기를 거침으로써, 가장 좋은 시간과 장소에서 발아하여 새싹으로 자랄 기회를 높인다.

 

씨는 적당한 환경 조건이 갖추어지면 휴면 상태에서 깨어나 발아한다. 예를 들어서, 사막에 사는 식물의 씨는 많은 비가 내린 후에만 발아한다. 만일 그 씨가 이슬비와 같이 약간의 비가 내린 다음에 발아하게 되면, 흙이 너무 건조하기 때문에 유식물은 제대로 자랄 수 없다. 많은 씨들은 휴면 상태를 깨기 위해서 일정 온도 이상의 열이 필요하다.

 

불은 자연적으로 일어날 수 있으며, 이때 씨는 발아에 필요한 열을 받을 수 있다. 예를 들면, 일부 소나무속 식물의 씨는 불에 의해 높은 열을 받지 않으면 발아하지 않는다. 유식 물은 불이 난 다음에 가장 많이 나타난다. 그 이유는 불이 나서 그들의 경쟁 식물이 완전히 사라졌기 때문이다. 까치밥나무속 식물과 같은 한대 지방에 사는 일부 식물들은 얼음이 얼 정도의 차가운 온도를 거치지 않으면 발아하지 않는다.

 

발아를 위해 필요한 휴면 기간은 종이나 환경 조건에 따라 다르다. 대부분의 씨는 발아하기 좋을 때까지 1년 또는 2년 동안 계속 휴면 상태로 있을 수 있다. 그래서 그런 땅에는 많은 씨들이 수년 동안 발아하지 않고 남아 있다. 따라서 불, 가뭄, 홍수, 다른 환경 교란 등이 일어난 다음에는 식생이 매우 빠르게 다시 나타난다.

 

 

 

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