속씨 식물의 생식기관에 대하여

거의 대다수의 속씨식물의 꽃은 암술과 수술이 모두 있는 '양성화'이지만, 어떤 종류의 꽃은 암술과 수술의 어느 한쪽만 가지고 있는 경우도 있는데, 이러한 꽃을 '단성화'라고 한다. 이처럼, 단성화를 갖는 식물은 다시 수꽃만을 갖는 수그루와 암꽃만을 갖는 암그루로 갈라지는 것과, 한 그루에 수꽃과 암꽃이 모두 있는 것이 있는데, 이때 앞의 경우를 '암수 딴그루', 뒤의 경우를 '암수 한그루'라고 한다. 양성화의 경우도 암수 한그루라고 할 수 있으나, 이것과는 의미가 다르다는 것을 유의해야만 한다.

양성화에서 1개의 꽃 속에 수술과 암술이 생기는 기작은 아직 잘 알려지지 않았다. 그러나 단성화에 대하여는 몇 가지 실험이 행해졌는데 그것을 살펴보면 다음과 같다. 예를 들어, 암수 한그루로서 단성화를 갖는 오이에서 원래 수꽃이 될 예정인 꽃봉오리를 어린 시기에 잘라서 식물 호르몬인 지베렐린을 함유하는 배지(培地)에 키우게 되면 꽃봉오리는 예정대로 수꽃이 된다. 그러나 지베렐린 대신에 인돌아세트산이 들어 있는 배지에서 키우면 수꽃이 될 꽃봉오리는 일찍부터 생장을 중지하고, 대신에 암꽃이 생기게 된다. 이러한 실험은 지베렐린이 수꽃의 형성을 유도한다는 것을 알려준다. 즉, 꽃 속의 구성 요소를 수꽃이나 암꽃으로 발생시키는 열쇠는 지베렐린 또는 인돌아세트산 등 식물 호르몬 사이의 균형인 것으로 생각된다.

양성화는 1개의 꽃 속에 수술과 암술이 있기 때문에 흔히 수분하여 열매를 맺는 데 편리하다고 생각될 수 있다. 그러나 실제로는 그 반대이다. 그 원인은 식물계에 자가 수분(제꽃가루받이)을 방해하는 장치가 발달하여 있기 때문이다. 이것은 다른 그루 사이의 유전자 교류를 촉진하기 위한 것으로 종자식물 진화의 커다란 원동력이 되었던 것으로 생각된다. 이와 같은 방해 장치의 하나로써, 양성화의 수술과 암술의 성숙기가 어긋나고 있으면 단성화와 별다른 차이가 없게 되는 것이 있다. 수술이 먼저 성숙하는 것으로는 바위취·봉선화·국화 등이 있고, 암술이 먼저 성숙하는 것으로는 질경이·사프란·평지 등이 있다.

이 밖으로는 암술·수술의 위치로 인하여 자가 수분을 할 수 없게 되는 경우도 있는데, 붓꽃과·난초과의 식물에서 그 예를 볼 수 있다. 그러나 대부분의 속씨식물에서 자가 수분을 방해하는 가장 중요한 장치는 '자아 불화합 현상'이다. 이것은 수분하여도 수정이 일어나지 않는 현상으로, 유전적이라고 생각된다. 그 장치는 복잡하며 몇 가지 형이 있으나, 기본적으로 불화합성에 관계하는 대립 유전자로는 S1, S2, S3, … 등 여러 가지가 있다. 그리하여 수분한 후 암술이 가진 유전자형과 꽃가루가 가진 유전자형 사이에 공통의 유전자가 있으면 암술대 안으로 뻗는 꽃가루관의 신장이 중도에서 정지되어 수정이 이루어지지 않게 된다.

 

배낭
배낭은 암술의 씨방 안에 있는 밑씨 안에서 만들어진다. 즉, 밑씨 속에는 1개의 배낭 모세포(2n)가 들어 있는데, 이것은 감수 분열을 하여 4개의 딸세포(n)를 형성한다, 그중 3대는 소실되고 1개만이 배낭 세포(n)가 된다. 개화한 꽃의 암술에서 씨방을 따 그 속의 밑씨를 잘라보면 중앙에 크고 가느다란 긴 세포를 볼 수 있는데, 바로 이것이 배낭이다. 배낭은 그 중앙에 2개의 핵과 양 끝에 3개씩의 세포를 가지고 있으며, 구조상으로는 꽃가루와 비슷하다. 꽃가루가 수배우체이면 배낭은 암배우체로서, 밑씨 속 배낭 모세포의 감수 분열에 의해 생기는 대포자(큰 홀씨)에 해당한다.


꽃가루

꽃가루(화분)는 수술의 꽃밥 속에서 만들어진다. 수술의 꽃밥 속에는 많은 꽃가루 모세포(2n)가 있는데, 이것들이 각각 감수 분열을 하여 4개의 꽃가루(n)를 만든다. 이처럼 감수 분열에서 생긴 4개의 세포, 즉 소포자는 점차 종류에 따라 고유한 모양으로 변해가는데, 동시에 재래의 셀룰로스성(性) 세포벽 위에 종류마다 특유한 모양의 튼튼한 벽을 형성해간다. 이때 안쪽의 벽을 내벽, 바깥쪽 벽을 외벽(외막)이라고 한다. 이 중 특히 외벽에는 스포로폴레닌이라고 하는 물질이 있는데, 이것은 양치식물의 포자 세포벽에서도 볼 수 있는 극히 안정된 물질로, 현재까지 이것을 분해하는 효소의 존재는 밝혀지지 않고 있다. 오늘날까지도 오랜 옛날의 식물 꽃가루가 화석으로 잘 보존되어 과거의 식물을 추측할 수 있는 것은, 이 물질로 인해 꽃가루의 세포벽이 안정된 상태를 이루었기 때문이다.

 꽃가루는 얼마 지나면 이 두꺼운 벽을 덮어쓴 채로 세포 분열한다. 보통 발생 때의 세포 분열에서는 서로 비슷한 세포가 만들어지는데, 여기에서 행해지는 분열은 서로 닮지 않은 세포를 만든다는 점에서 매우 특이하다. 즉, 큰 세포와 작은 세포가 생기는데, 이때 작은 세포는 큰 세포 속에 떠 있는 상태가 된다. 이와 같은 큰 세포와 작은 세포 사이에는 크고 작다는 것 외에도 여러 가지 다른 점이 있다. 예를 들면, 작은 세포는 그 세포질이 거의 없이 핵만으로 이루어져 있다. 또한, 핵을 물들이는 카민이라는 색소를 사용하면 큰 세포의 핵은 보통 둥근 모양으로 연하게 염색되는 데 비해, 작은 세포의 핵은 다소 가늘고 긴 모양으로 진하게 물든다.

 패스트 그린 FCF와 에오신이라는 색소는 핵 속에 있는 특별한 단백질을 물들일 때 쓰이는데, 이것을 사용하면 큰 세포의 핵은 녹색으로, 작은 세포의 핵은 붉게 물들어 2개 세포의 핵성질이 다르다는 것을 알 수 있다. 이처럼 감수 분열로 생긴 세포는 전체의 영양을 담당하는 큰 세포와 생식에 관계하는 작은 세포로 분화되고 있다는 것을 알 수 있다. 이윽고 꽃밥이 성숙하면 성숙한 꽃가루는 꽃밥에서 떨어져 나와 흔히 우리 눈에 띄게 된다. 이 꽃가루 속에는 큰 세포인 꽃가루관핵(영양 세포)과 그 속에 떠 있는 작은 세포, 즉 생식핵(생식세포)이 자리 잡고 있다.

꽃가루가 방출될 때는, 대부분 이러한 꽃가루관핵과 생식핵을 가진 2핵성 꽃가루인 것이 많으나, 식물에 따라서는 생식핵이 다시 한번 더 분열하여 2개의 정핵이 되어 3핵성 꽃가루로 되어 있는 것도 있다. 속씨식물 중에도 벼과나 국화과처럼 고등한 종류에서는 3핵성 꽃가루가 발달하여 있다.