14. 작물 생식의 과정

- 작물 생식의 과정

 

- 작물의 생식은 다음과 같다(2).

 

- 배우자 형성

1. 체세포분열과 감수분열

유성생식(암수의 두 배우자가 합일한 접합체에서 새로운 생명체가 발생하는 생식법. 대개의 다세포 생물에서 볼 수 있다)을 하는 작물은 체세포분열(유사분열, 생식 세포가 행하는 감수 분열에 대하여, 체세포가 행하는 세포 분열을 이르는 말)을 통해 개체로 성장하고, 생식세포의 감수분열(염색체의 수가 반으로 줄어드는 세포 분열. 생식 세포, 즉 난자나 정자가 형성될 때 일어나며, 감수 제일 분열과 감수 제이 분열의 과정을 거친다)로 ‘배우자(성숙한 반수체 생식 세포. 다른 세포와 접합하여 새로운 개체를 형성하는 세포로, 정자 또는 난자를 이른다)’를 만들어 생식한다. 생식모세포의 감수분열에 의하여 ‘딸세포’가 생기고 ‘배우자’로 되는 과정을 ‘배우자형성’이라고 한다.

 

ㄱ. 체세포분열

‘체세포분열’은 하나의 체세포가 2개의 딸세포로 되며, 체세포분열은 일정한 ‘세포주기’를 가지고 반복적으로 일어난다.

세포주기는 G1기 -> S기 -> G2기 -> M기의 순서로 진행된다. G1기는 딸세포가 성장하는 시기이고, S기는 DNA 합성으로 염색체가 복제되어 자매염색분체를 만든다. G2기는 체세포분열을 준비하는 성장기이고, M기는 체세포분열에 의하여 딸세포를 형성한다. G1기의 딸세포 중 일부가 세포분화를 하여 조직으로 발달한다.

 

체세포분열은 전기, 중기, 후기, 말기로 구분할 수 있다. 전기에는 염색사(진핵 세포의 핵 속에 있는, 염기성 색소에 잘 염색되는 실 모양의 구조물. 세포 분열이 시작되면 꼬이고 응축하여 염색체가 되며, 분열이 끝난 뒤에는 다시 실 모양이 된다)가 압축, 포장되어 염색체 구조로 되며, 인과 핵막이 소실된다. 중기에는 방추사(세포가 유사 분열할 때, 세포의 양극과 염색체 또는 염색체와 염색체를 잇는 실 모양의 미세 소관으로 이루어진 구조물)가 염색체의 동원체(세포의 유사 분열 때에 방추사가 달라붙는, 염색체의 잘록한 부분)에 부착하고, 각 염색체는 적도판(세포 양극의 한가운데에 있는 면. 유사 분열 중기(中期)에 각 염색체가 방추체의 중앙에 가로로 평면을 이루고 있는 부분을 이른다)으로 이동한다. 말기에는 핵막과 인이 다시 형성되고 세포질분열이 일어나 2개의 딸세포가 생긴다.

 

이와 같은 체세포분열은 체세포의 유전물질(DNA)을 복제하여 딸세포들에 균등하게 분배하기 위한 것이다. 그리고 체세포분열은 마모된 세포를 새것으로 교체하여 정상적인 기능을 수행하도록 하고, 손상된 세포를 교체하여 상처를 치유하는 역할도 한다.

 

ㄴ. 감수분열

‘감수분열’은 생식기관의 생식모세포에서만 이루어지며 연속적인 두 번의 분열을 거쳐 완성된다. 제 1 감수분열은 생식모세포(2n)의 상동염색체( 어버이로부터 각각 한 개씩 물려받은, 모양도 같고 크기도 같은 한 쌍의 염색체. 유전자가 같은 순서로 배열되어 있으며, 감수 제일 분열의 전기에 둘씩 붙어서 이가 염색체를 만든다)가 분리하여 반수체 딸세포(n)가 형성되는 감수분열이고, 제 2 감수분열은 반수체 딸세포(n)의 자매염색분체(염색체의 복제로 하나의 염색체에서 생긴 두 개의 동일한 염색 분체)가 분리하여 똑같은 반수체 딸세포(n)를 만드는 동형분열이다. 감수분열의 과정은 전기, 중기, 후기, 말기로 이루어진다.

 

제 1 감수분열 전기는 세사기 -> 대합기 -> 태사기 -> 이중기 -> 이동기의 5단계로 나누어진다. 이 기간에는 염색사가 압축, 포장되어 염색체 구조를 이루며, 상동염색체는 짝을 지어 2가 염색체를 형성하고, 교차가 일어난다. 그리고 2가 염색체(2가 염색체는 두 개의 상동염색체가 접합하여 이루어진, 4개의 염색분체를 가진 염색체를 의미한다)들은 적도판을 향하여 이동한다. 교차란 2가 염색체 사이에 부분적 교환이 이루어지는 것을 말하며, 교차에 의하여 유전자재조합이 일어난다. 교차로 인해 염색체가 꼬인 것과 같이 된 모양을 ‘키아스마’라고 한다.

 

2가 염색체들은 적도판에 무작위로 배열한다(제 1 감수분열 중기). 그리고 2가 염색체의 두 상동염색체가 분리되어 서로 반대극을 향하여 이동하며(제 1 감수분열 후기), 새로운 핵막이 형성되어 반수체(n)인 2개의 딸세포가 생긴다(제 1 감수분열 말기).

 

제 1 감수분열이 끝나면 극히 짧은 간기를 거쳐 곧바로 제 2 감수분열이 시작되며, 간기에는 DNA 합성이 일어나지 않는다. 제 2 감수분열은 반수체인 딸세포의 각 염색체에 있는 자매염색분체가 분리하며 체세포분열과 똑같이 진행된다.

제 1 감수분열, 제 2 감수분열이 끝나면 1개의 생식모세포(2n)에서 4개의 반수체 딸세포(n)가 생기게 되며, 이들은 염색체 구성과 유전자형이 서로 다르다. 이는 제 1 감수분열 과정에서 유전자재조합이 일어나고 염색체들이 재배치되었기 때문이며, 이는 유전변이(유전적 다양성)의 주된 원인이다.

 

감수분열은 유전변이의 원인이 될 뿐만 아니라 감수분열로 생긴 암배우자(n)와 수배우자(n)가 수정에 의하여 접합자(2n)를 형성함으로써 생물종의 염색체수(2n)가 일정하게 유지된다. 또한, 감수분열 과정에서 상동염색체가 분리하기 때문에 ‘멘델의 유전법칙’이 성립하게 된다.

 

2. 화분과 배낭의 발달

식물의 생식기관은 암술과 수술이고, 여기서 생식모세포의 감수분열이 일어나 ‘배우자’를 형성한다. 수배우자(정세포)는 수술의 화분(수 배우체) 안에 있고, 암배우자(난세포)는 암술의 배낭(암 배우체) 안에 있다.

 

ㄱ. 화분

수술의 꽃밥 속에서 화분모세포 1개가 감수분열을 하면 4개의 반수체 화분세포가 형성된다. 화분세포는 두 번의 체세포분열이 일어나 화분으로 성숙하며, 각 화분에는 1개의 화분관세포와 2개의 정세포가 있다. 화분관세포는 화분관으로 신장하여 정세포를 배낭까지 운반한다.

 

ㄴ. 배낭

암술의 씨방(속씨식물의 암술대 밑에 붙은 통통한 주머니 모양의 부분. 그 속에 밑씨가 들어 있다) 속 밑씨 안에서 배낭모세포 1개가 감수분열을 하면 4개의 반수체 배낭세포를 만든다. 그중 3개는 퇴화하고 1개만 살아남아 세 번 체세포분열을 하여 배낭(종자식물의 자성 배우체. 이 안에 있는 난세포가 수정되어 배가 된다)으로 성숙한다.

 

배낭에서 주공 쪽에는 난세포 1개와 조세포 2개가 있고, 주공의 반대쪽에 3개의 반족세포가 있으며, 중앙에 극핵 2개가 있다. 조세포와 반족세포는 나중에 퇴화한다. 주공은 화분관이 배낭으로 침투하는 통로이다.