탄산칼슘 결정의 역할과 세포벽

  탄산칼슘 결정은 종자식물에서 흔하지 않다. 가장 잘 알려진 탄산칼슘 결정은 종유체로서, 이것은 기본 유조직 및 표피의 종유체세포라고 하는 특수화된 커다란 이형세포에서 형성된다. 이러한 구조는 다층표피를 가지고 있는 인도고무나무 잎의 상표피 및 하표피에서 볼 수 있다. 종유체는 종유체세포의 세포벽과 결합된 원형질막 바깥에서 발달된다. 칼로스, 섬유소, 이산화규소, 펙틴 등도 종유체를 구성하는 성분이다. 종유체는 14개 과의 식물에서 생긴다.

  종자식물 가운데 가장 무겁고 특징적인 이산화규소의 집적은 벼과 또는 화본과 식물에서 생기며, 이 식물들의 슈트에서 이산화규소가 건조량의 5~20% 정도를 차지한다. 또한 이산화규소는 벼과 식물의 뿌리에도 집적된다. 일반적으로 단자엽식물들은 진정 쌍자엽 식물들보다 더 많은 규소를 흡수하여 집적시킨다. 이산화규소는 흔히 세포의 내강 속에 구조물을 형성하는데, 이를 규소체 또는 식물석이라고 한다. 식물체에 규소체가 집적됨으로써, 줄기를 튼튼하게 하고, 병원성 곰팡이와 씹어 먹는 포식성 곤충 및 다른 초식동물 등의 공격에 대한 저항력을 가질 수 있다.

  바랭이, 사탕수수, 이엉풀 등과 같은 벼과식물들의 잎에는 아령 모양의 규소체들이 있다.

  바랭이 등은 잎몸의 가장자리에 규소체가 많이 함유되어 있기 때문에 사람의 피부를 베기에 충분할 정도로 날카롭다. 이러한 잎몸을 가진 식물은 풀을 뜯어 먹는 초식동물의 위협으로부터 보호될 수 있다. 초식동물이 규소체를 함유하는 벼과식물의 잎을 뜯어 먹게 되면, 규소체가 동물의 이빨과 마찰을 일으켜 이빨을 마모시킨다. 그러므로 잎에 규소체를 지닌 식물들은 동물들에게 뜯어 먹히는 일을 방지할 수 있다. 초식동물들은 규소 성분을 많이 함유한 식물을 즐겨 먹지 않지만, 적은 양의 규소를 함유한 식물을 더 즐겨 먹는다.

  초식동물에게 규소가 적은 벼과식물을 먹였을 때보다 규소가 많은 벼과식물을 억지로 먹였을 때, 더 느리게 자란다. 이 결과는 초식동물들이 규소 함유량이 많은 벼과식물을 먹었기 때문이 아니라, 탄수화물 및 질소의 전체 흡수 비율이 낮았기 때문이다. 따라서 규소체는 단지 초식동물이 먹이 식물의 감칠맛 때문이 아니라, 단백질 및 녹말을 함유하는 잎의 엽록조직 세포들이 씹혀서 분쇄되지 않도록 하여 규소 입자들이 기계적으로 직접 벼과식물을 보호한다.

  예로서, 벼과식물을 뜯어 먹는 작은 초식동물인 사막 메뚜기는 규소 함랴야이 적은 호밀풀을 더 잘 씹어 먹으며, 상대적으로 규소 함량이 많은 김의털은 덜 먹는다. 두 식물을 갈아서 엽록조직에서 방출된 엽록소를 분석한 결과, 김의털에 비하여 규소가 많이 함유된 호밀풀의 잎에서 엽록소가 덜 분쇄된다. 또한 메뚜기가 먹은 호밀풀이 장을 거쳐서 나온 배설물에 더 많은 엽록소가 남아 있었다. 따라서 벼과식물의 잎에 함유된 규소 성분이 잎을 기계적으로 분쇄하는 일에 덜 효과적이어서 벼과식물을 직접 방어할 수 있음을 잘 알 수 있다.

  호박속 식물 열매의 껍질에서, '목질화 및 규소체의 형성'은 '딱딱한 껍질'이라는 유전자 자리에 의해 결정되기 때문에, 이 두 가지 일은 유전적으로 연결된 것 같다. 호박열매의 껍질에 있는 규소체는 구형이며 하피 및 중과피 세포들에 의해서 형성된다. 껍질의 목질화와 함께 추가적으로 형성되는 규소체는 열매의 기계적인 방어를 가능하게 한다. 규소체는 화석으로 남을 수도 있기 때문에 고고학 또는 고식물학 분야에서도 연구에 이용되고 있다.

 

  일부 종자식물의 정세포와 난세포를 제외한 거의 모든 식물세포는 세포벽을 갖고 있다. 세포벽은 다만 안쪽에 있는 원형질을 튼튼하게 보호할 뿐 활성을 갖고 있지 않은 것으로 간주하고 있다.

  그러나 오늘날에는 많은 대사작용이 세포벽에서 일어나는 것으로 알려졌다. 세포벽은 여러 가지 효소를 갖고 있으며, 식물에서 물질의 흡수, 수송, 분비 등의 중요한 기능을 수행한다. 어떤 세포벽은 올리고사카린이라고 하는 당류를 갖고 있으며, 이 물질은 식물의 생장과 발달을 조절하는 호르몬으로 작용하기도 한다. 유사분열 시 핵분열에 이어지는 세포질 분열에서 최초로 형성되는 세포벽 부분은 세포판이다. 그 후 세포판에 1차벽 물질이 쌓이며, 특히 지지작용을 하는 조직의 세포들에서는 1차벽 위이ㅔ 다시 2차벽 물질이 쌓인다. 세포벽의 구조적 차이는 식물의 조직들을 구별하는 좋은 기준이 되기 때문에, 세포벽의 구조에 관하여 공부할 필요가 있다.

  유사분열 말기에 세포판이 형성될 때, 소낭 그리고 방추체의 미세관과 평행하며 짧은 미세관으로 된 격벽형성체가 세포의 가운데에 나타난다.

  격벽형성체는 양극으로 이동된 딸핵 사이, 즉 세포의 중앙에 형성된다. 격벽형성체 미세관들은 딕티오솜 또는 소포체에서 유래된 소낭을 세포의 중앙에 오도록 한다. 이런 소낭들이 융합하여 납작한 판상 주머니로 되어 세포판이 형성된다.

  소낭들 속에 들어있는 펙틴질은 세포판의 구성 물질이며, 이것이 곧 두 세포의 벽 사이에 있는 층, 즉 중간층을 구성한다. 'middle lamella'를 흔히 중엽이라고 번역하여 사용하고 있으나, '엽'에 해당하는 'lamella'의 어원은 '작은 판'이라는 뜻이다. 즉, 두 세포가 만나는 곳에서 두 세포벽의 중간에 있는 부분은 전체적으로 얇은 판 모양임을 상상할 수 있다. 따라서 이 판 구조를 '중간층'이라고 하는 것이 합리적일 것이다.

  융합된 소낭의 막은 두 딸세포의 원형질막이 된다. 그러나 때로 세포판으로 융합되는 소낭 사이에 작은 공간이 남아서 원형질연락사를 형성한다. 격벽형성체는 모세포의 벽을 향해서 바깥쪽으로 발달되고, 이때 이미 융합된 주머니의 가장자리에 새로운 딕티오솜 소낭이 첨가된다.