식물의 구조와 기능

1. 식물의 기관

식물의 기관은 개체의 생명을 유지하는 영양 기관과 번식에 관여하는 생식 기관으로 구분할 수 있다. 영양 기관에는 뿌리, 줄기, 잎이 있고 생식 기관에는 꽃이 있다.

2. 뿌리

식물의 뿌리는 땅속으로 뻗어 흙 속의 물과 무기 양분을 흡수하고 식물을 지지하는 등의 기능을 한다. 또 당근, 무, 고구마와 같은 식물은 뿌리에 양분을 저장한다. 뿌리를 세로로 잘라 보면 뿌리 끝에 있는 뿌리골무와 생장점, 뿌리털 등을 볼 수 있다. 생장점에서는 세포 분열이 활발하게 일어나 뿌리를 길게 자라게 하며 뿌리골무는 생장점을 싸서 보호하는 역할을 한다. 뿌리털은 1개의 표피 세포가 길게 변형된 것으로 물과 무기 양분을 흡수한다.

3. 줄기

일반적으로 식물의 줄기는 땅 위에 있으며 잎, 꽃, 열매 등을 부착해 식물을 지지한다. 줄기 속에는 물질이 이동하는 통로인 물관과 체관이 모여 다발을 이루고 있는데 이를 관다발이라고 한다. 관다발은 뿌리에서 잎까지 연결되어 있으며 물관은 뿌리에서 흡수한 물과 무기 양분이 이동하는 통로이고 체관은 잎에서 만들어진 양분이 이동하는 통로이다. 나무줄기의 경우 피목이라는 작은 구멍을 통해 산소를 흡수하고 이산화 탄소를 내보내는 호흡 작용을 하며 감자와 같은 식물은 줄기에 양분을 저장한다.

4. 잎

1) 잎의 겉모양
식물의 잎은 보통 잎몸과 잎자루로 이루어지며 턱잎이 달리기도 한다. 잎몸에는 잎의 관다발인 잎맥이 퍼져 있으며, 엽록체가 있어 광합성이 일어난다. 잎자루는 잎과 줄기를 연결한다. 턱잎은 잎자루 밑에 붙은 작은 잎으로 주로 쌍떡잎식물에서 볼 수 있다. 턱잎은 어린눈이나 어린잎을 보호하며, 잎몸이 자라면 떨어진다.

2) 잎의 속 구조
잎의 단면을 보면 큐티클층, 표피(앞면), 울타리 조직, 해면 조직, 표피(뒷면)의 순서로 배열되어 있으며, 속에 잎맥이 들어 있다. 표피는 잎의 앞면과 뒷면을 싸고 있는 한 겹의 세포층으로 엽록체가 없다. 울타리 조직은 앞면 표피 아래에 엽록체를 가진 긴 세포들이 빽빽하게 배열되어 있어 광합성이 가장 활발하게 일어난다. 해면 조직은 엽록체를 가진 비교적 둥근 모양의 세포들이 엉성하게 배열되어 있다. 잎맥은 물관과 체관으로 구성되는데 위쪽에 물관, 아래쪽에 체관이 있다. 뒷면 표피에는 두 개의 공변세포가 마주 붙어서 이루어진 기공이 많이 있으며, 기공을 통해 산소와 이산화 탄소가 드나들고 증산 작용이 일어난다. 

 

5. 꽃

꽃은 식물의 생식 기관으로 씨를 만들어 번식하는 역할을 한다. 속씨식물의 꽃은 암술, 수술, 꽃잎, 꽃받침으로 구성되며 식물에 따라 이 중 일부가 없는 꽃도 있다. 암술은 암술머리, 암술대, 씨방으로 이루어져 있으며 씨방 속에 밑씨가 들어 있다. 수술은 꽃밥과 수술대로 이루어져 있으며 꽃밥에서 꽃가루가 만들어진다. 꽃잎은 암술과 수술을 싸서 보호하며 꽃받침은 꽃잎을 받치고 보호한다.

6. 광학 현미경

빛의 굴절을 이용해 생물의 세포나 미세한 세균 등을 확대해 관찰하는 장치이다. 물체를 통과한 빛이 두 개의 렌즈(대물렌즈, 접안렌즈)를 지나면서 굴절되어 물체의 모습이 확대되어 보인다. 현미경의 배율은 접안렌즈의 배율과 대물렌즈의 배율을 곱한 값이다.

7. 영구표본과 임시표본

현미경 표본에는 장기간 관찰이 가능한 영구표본과 일정 시간 동안만 관찰이 가능한 임시표본이 있다. 영구표본은 장기간 보관하며 관찰이 가능하지만 특수 처리가 필요하므로 만들기 쉽지 않다. 임시표본은 실험실에서 몇 가지 실험 재료로 만들 수 있지만, 시간이 지나면 수분이 증발하고 변형되는 특징이 있다.

8. 양파 껍질세포 표본 만들기

• 준비물: 코팅 장갑, 양파, 받침 유리, 덮개 유리, 핀셋, 면도칼, 거름종이, 염색액(아세트산 카민 용액), 물, 스포이트
① 양파의 갈색 껍질은 벗겨 내고 양파의 흰 부분을 준비한다.
② 손을 다치지 않도록 주의하며 면도칼로 양파의 안쪽 표면에 길이 5mm 정도 되는 정사각형 모양의 칼집을 낸다.
③ 핀셋으로 칼집의 한쪽 끝을 살짝 잡아 껍질을 얇게 벗겨 낸다.
④ 벗겨 낸 껍질을 받침 유리의 가운데에 놓고 그 위에 물을 한 방을 떨어뜨린다.
⑤ 덮개 유리의 한쪽 끝을 받침 유리에 비스듬히 대고 공기 방울이 생기지 않도록 천천히 덮는다.
⑥ 덮개 유리의 한쪽에 염색액(아세트산 카민 용액)을 떨어뜨린 뒤 반대쪽에서 거름종이로 염색액을 흡수해 양파 껍질 세포를 염색한다. 

 

9. 식물세포와 동물세포의 구조

식물세포와 동물세포에는 핵, 세포막, 세포질, 미토콘드리아 등이 공통으로 있으며, 세포벽과 엽록체는 식물세포에만 있고 액포는 주로 식물세포에서 볼 수 있다.

10. 뿌리의 종류

뿌리는 생김새에 따라 곧은뿌리, 수염뿌리 등으로 구분할 수 있다. 곧은뿌리는 굵은 원뿌리와 가는 곁뿌리가 뚜렷이 구분되며, 민들레와 같은 쌍떡잎식물, 소나무와 같은 겉씨식물에서 볼 수 있다. 수염뿌리는 원뿌리와 곁뿌리가 구분되지 않고 굵기가 비슷한 뿌리가 여러 개 나 있으며, 강아지풀과 같은 외떡잎식물에서 볼 수 있다.

11. 뿌리의 속 구조

식물의 뿌리를 가로로 잘라 보면 표피, 피층, 내피, 관다발 등을 볼 수 있다. 표피는 가장 바깥쪽에 있는 한 겹의 세포층으로 뿌리를 보호하고, 물과 무기 양분을 흡수한다. 표피 세포 중 일부는 뿌리털로 변형되어 있다. 피층은 표피 안쪽에 있는 여러 겹의 세포층이며 피층 안쪽에 한 겹의 세포층으로 된 내피가 있다. 관다발은 물과 무기 양분을 운반하는 물관과 잎에서 만들어진 양분을 운반하는 체관으로 이루어진다. 쌍떡잎식물은 물관과 체관 사이에 뿌리의 부피 생장이 일어나는 형성층이 있다.

12. 뿌리에서 물의 흡수와 이동

식물의 뿌리에서는 삼투 현상에 의해 물이 흡수된다. 삼투는 세포막과 같은 반투과성 막을 경계로 농도가 다른 두 용액이 있을 때 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 용매(물)가 이동하는 현상이다. 식물의 뿌리는 안쪽으로 갈수록 농도가 높아지기 때문에 표피와 뿌리털에서 흡수한 물은 피층과 내피를 지나 물관으로 들어간다. 뿌리의 물관으로 들어간 물이 식물의 맨 꼭대기까지 상승하는 데는 증산 작용, 뿌리압, 모세관 현상, 물 분자의 응집력 등이 작용한다. 잎에서 증산 작용으로 물이 공기 중으로 빠져나가면 잎 세포는 물을 보충하기 위해 잎맥, 줄기, 뿌리로 연결된 물관 속의 물을 끌어 올리며, 뿌리에서 흡수한 물을 물관을 통해 위로 밀어 올리는 뿌리압도 작용한다. 물관은 아주 가는 관으로 되어 있어 모세관 현상이 물의 상승을 도우며, 물관 속에서는 물 분자 사이의 응집력이 강해 물기둥이 끊어지지 않고 상승한다.