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바나나를좋아하는원숭이
환경 변화에 따라 물관과 체관의 기능이 영향을 받을 수 있나요?
안녕하세요. 식물의 물관과 체관은 각각 물과 양분을 이동시키는 역할을 한다고 배우는데, 두 조직의 구조는 어떻게 다르며 물과 양분이 이동하는 방향에도 차이가 있는 이유는 무엇인가요? 또한 환경 변화에 따라 물관과 체관의 기능이 영향을 받을 수 있는지도 궁금합니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 식물의 물관과 체관은 모두 물질을 운반하는 관다발 조직이지만, 구조와 운반하는 물질, 이동 방향이 서로 다른데요, 이러한 차이는 각각 수행해야 하는 역할에 맞게 진화한 결과입니다. 우선 물관은 뿌리에서 흡수한 물과 무기염류를 잎과 줄기, 꽃 등 식물의 위쪽으로 운반하는 조직입니다. 물관은 대부분 세포가 성숙하면서 내용물이 사라져 죽은 세포로 이루어지며, 세포벽은 리그닌이라는 물질로 두껍게 강화되어 있어 물이 이동할 때 쉽게 찌그러지지 않습니다. 물은 잎에서 증산작용이 일어나면서 생기는 당기는 힘과 물 분자 사이의 응집력 덕분에 주로 뿌리에서 잎으로 이동합니다.
반면 체관은 잎에서 광합성으로 만들어진 당과 아미노산 등 유기양분을 식물의 필요한 부위로 운반하는데요, 체관은 살아 있는 세포로 이루어져 있으며, 체관 요소와 이를 도와주는 동반세포가 함께 기능합니다. 체관에서는 양분이 필요한 곳이 어디인지에 따라 이동 방향이 달라질 수 있습니다. 예를 들어 봄에는 저장된 양분이 뿌리에서 새싹으로 이동하고, 여름에는 잎에서 만들어진 양분이 뿌리나 열매로 이동하기 때문에 체관은 위쪽, 아래쪽 어느 방향으로도 이동할 수 있습니다.
이러한 차이가 생기는 이유는 운반 방식이 다르기 때문인데요, 물관은 증산작용이 만드는 흡인력에 의해 물이 위로 끌려 올라가는 반면, 체관은 광합성을 하는 기관에서 양분을 소비하거나 저장하는 기관으로 압력 차이에 의해 이동합니다. 즉, 물관은 주로 물의 물리적 성질을 이용하고, 체관은 살아 있는 세포의 에너지와 삼투압을 이용하여 양분을 운반합니다. 이때 환경 변화는 물관과 체관의 기능에도 큰 영향을 주는데요, 가뭄이 지속되면 뿌리에서 흡수하는 물이 줄어들어 물관의 수분 이동이 감소하고, 심한 경우 물관 안에 공기방울이 생기는 공기색전 현상이 발생하여 물의 이동이 막힐 수 있습니다. 반대로 토양이 과도하게 침수되면 뿌리가 산소 부족 상태가 되어 물 흡수 능력이 떨어집니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요, 원숭이님. 이중철 전문가입니다.
네, 물관과 체관은 구조와 이동 방향이 명확히 다릅니다. 물관은 죽은 세포로 이어진 긴 관이고, 체관은 살아있는 세포로 격벽에 작은 구멍이 많습니다.
1. 구조의 차이
물관은 세포벽이 두껍고 세로로 연결되어 위아래 세포 사이에 막이 없어서 하나의 긴 관을 이루는데요. 성숙하면 원형질을 잃어버려 죽은 세포가 됩니다. 체관은 원기둥으로 된 세포가 세로로 연결되어 있고, 위아래 세포 사이의 격벽에 작은 구멍이 많은 체구멍 또는 체판이 있는데요. 살아있는 세포로 이루어져 있답니다.
2. 이동 방향의 차이
물관을 통해 물과 무기물이 뿌리에서 잎으로만 한 방향으로 이동하는데요. 이는 증산작용으로 잎에서 수분이 증발할 때 생기는 음압과 물관세포 벽면과의 결합력, 물분자 간 인력에 의해 수송된답니다. 그리고 체관을 통해서 양분은 양방향으로 이동하는데요. 잎에서 광합성으로 만들어진 유기 양분은 체관을 따라 뿌리, 줄기, 열매 등 저장기관으로 배송되고 이는 압력 흐름에 의해 이루어진답니다.
3. 환경 변화의 영향
환경 변화에 따라 물관과 체관의 기능이 영향을 받을 수 있어요. 물관은 가뭄 등의 환경적 스트레스에 대한 저항성을 높여주는 역할을 하고 있는데요. 주어진 환경 변화에 따라 물을 수송하는 물관의 수와 활성이 조절된답니다. 물부족 스트레스가 있을 때 식물은 설탕분자 같은 분자를 만들어 수분포텐셜을 낮게 유지하도록 반응하는데요. 가뭄 조건에서 물관 손상은 식물의 물 전도율, 기공 전도율, 광합성, 생장을 감소시킵니다. 체관 손상도 체관 수송을 제한하여 잎과 뿌리의 비구조 탄수화물 농도, 광합성, 생장을 감소시키는데요. 물관 손상이 체관 손상보다 대부분의 생리적 변수에 더 큰 영향을 미치고 있어요. 따라서, 환경 변화는 물관과 체관의 기능에 직접적인 영향을 미치며, 식물 전체의 생존에 중요한 역할을 하는 것이지요.
식물의 물관과 체관은 구조는 물론 기능에서도 뚜렷한 차이를 보여줍니다.
물관은 속이 비어있는 죽은 세포로 이루어진 단단한 파이프 형태로 세포벽이 두꺼워 높은 압력을 견딜 수 있습니다.
그리고 뿌리에서 흡수한 물과 무기 양분을 잎에서 일어나는 증산 작용을 통해 아래에서 위로만 이동시킵니다.
반면 체관은 세포 소기관이 퇴화했지만 동반 세포의 도움을 받아 연명하는 살아있는 세포로, 세포 사이에 구멍이 뚫린 체판이 있습니다.
그리고 잎에서 광합성으로 만든 유기 양분을 압력 차이를 이용해 위아래 양방향으로 에너지가 필요한 곳으로 보내게 됩니다.
환경변화로 본다면 물관은 가뭄에, 체관은 기온의 영향을 많이 받습니다.
만일 가뭄이 심해지면 물관 내부에 공기 방울이 생기는 색전증이 발생해 수분 수송이 차단될 수 있습니다.
반면 기온이 급격히 떨어지면 살아있는 세포인 체관의 대사 활동이 둔화하여 양분 수송 능력이 크게 떨어지게 되죠.