08강. 식물의 유성생식

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간희 사
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1 04-1 강. 식물의유성생식 1. 피자식물의일생 2. 배우자형성 3. 중복수정및종자형성 4. 종자발달 5. 자식성작물과타식성작물

1. 피자식물의일생 흡수 --> embryo 의 GA 활성화 --> 호분층으로 diffuse --> 호분층에있는 α-amylose, protease, lipase 등생성 --> 배유의 β-amylose 도 protease 에의해활성화 --> 저장물질의분해 --> embryo 로이동 --> 세포분열시작 --> embryo 의생장 --> germination

2 1. 피자식물의일생 흡수 --> embryo 의 GA 활성화 --> 호분층으로 diffuse --> 호분층에있는 α-amylose, protease, lipase 등생성 --> 배유의 β-amylose 도 protease 에의해활성화 --> 저장물질의분해 --> embryo 로이동 --> 세포분열시작 --> embryo 의생장 --> germination 개화와 결실 종자 발아 Mitosis 영양생장 체세포분열, 생장, 기관분화 종자 ( 씨앗 ) 화아분화 기본영양생장성감온성감광성 ( 장일 / 단일 ) 발아 생식생장 생식세포분열, 생식세포형성 생장 개화 / 수분 / 수정 / 결실 종자 장일식물 ( 장일에감응 ) : 일장이길때감응개화 봄, 초여름개화식물보리, 밀, 호밀, 유채, 완두, 해바라기등단일식물 ( 단일에감응 ) : 일장이짧을때감응개화 여름, 초가을개화식물벼, 콩, 옥수수, 조, 기장, 담배, 호박, 국화, cosmos 등

3 화기형성 ( 쌍자엽식물, Neptunia pubescence( 두과 )) 생장점 --> 꽃받침 --> 꽃잎 --> 수술 --> 암술 ( 외부시서내부기관의순으로형성

4 벼의이삭형성및분화과정 ( 단자엽식물 ) panicle primordium( 이삭원기 ) 이삭지경원기 영화원기 영화 ( 부호영 호영 영 )

5 꽃의구조 ( 완비화 )

6 옥수수 ovary 콩 stigma Curcurbita Tomato ovary

7 식물생식의종류 가. 꽃의분류 1 꽃의모양에따라 - 완비화 (complete flower) : 꽃받침 + 꽃잎 + 암술 + 수술모두구비 : 목화, 아마, 담배, 감자, 콩, 클로버, alfalfa 등 - 불완비화 (incomplete flower) : 그중일부가결여된것. : 화본과 (Graminae) -- 벼, 밀, 보리, 옥수수, 수수, 귀리등 : 꽃받침과꽃잎결여 2 꽃의기능상 - 완전화 ( 양전화 ; perfect flower) --- hermaphrodite flower : 암술과수술이한꽃에 - 불완전화 (imperfect flower) --- unisexual flower : 둘중하나만한꽃에자웅동주 (monoecious) plant -- 옥수수, 호박, 수박, 율무, 아주까리등자웅이주 (dioecious) plant ( 성분화 )-- 시금치, hop, 대마, asparagus, yam, papaya 등웅성식물 staminate(androecious) plant 자성식물 pistillate(gynoecious) "

8 나. 식물생식의종류 생식 (reproduction) : 자손을만드는것. 종족보존및번식 (propagation) 이목적 유성생식 (sexual reproduction):, 배우자의결합을통한생식 --- 생식세포분열 ( 재조합 ) 을통하여후대에변이발생 후손의적응력증대 무성생식 (asexual reproduction): 무성영양기관 (asexual propagules) 을통한생식 --- 자신과동일한 genotype 을생산 ---> 돌연변이가없으면동일유전질의영속

9 2. 배우자형성, 수분, 수정 ( 유성생식 ) 과결실 가. 생식세포분열 (meiosis) 자기복제 화분모세포 ( 수술 ) pollen mother cell 배낭모세포 ( 배낭 ) embryosac mother cell 감수분열 1 감수분열 2 ( 동형분열 ; 체세포분열 ) 염색체수 : 2n 4 포자 (tetrad) n

10 감수분열시상동염색체대합 (pairing) 과 crossover meiosis

11 나. 배우자형성 화분 vegetative N. generative N. 영양핵생식핵 발아공 germination pore 성숙 1 차분열 2 차분열 배낭 소포자 microspore dinuclei pollen 2 핵성화분 3 핵성화분 ( 가지, 담배, 토마토, 백합등 ) trinuclei pollen ( 벼, 밀, 옥수수, 무우, 배추, 유채, 국화등 ) n n n 반족세포 4 개중 1 개만발육 대포자 megaspore 1 차분열 2 차분열 3 차분열 성숙 n n n n antipodal cell polar nuclei synergid egg cell n 극핵 조세포 난세포

12 다양한화분의모양 풍매화분 : smooth, dry 충매화분 : decorated, wet (Pollen Fig.2.2)

13 (Embryol.of angios. Fig.4-1) 배낭세포의여러형태

14 수술과배낭

15 3. 중복수정및종자형성 Germination and growth of pollen tubes in style of white clover

16 2 핵성화분은어떻게중복수정?

18 중복수정및종자형성 중복수정 (double fertilization) --- 피자식물의수정방식 : 배낭내의난핵과극핵이화분내의 2개의웅핵과동시에수정하는것 중복수정결과 난세포 (egg cell) + 웅핵 (sperm nuclei) - 2 n 배 (embryo) n n mitosis ( 보리-- 수정후 14시간정도경과 1차분열 ) 극핵 (polar nuclei) + " ---> 3 n > 배유 (endosperm) 2 n 3배체 mitosis ( 보리-- 수정후 5시간정도경과 1차분열 ) Ovary wall( 자방벽 ) 과피 (Pericarp; fruit coat ) : 모체 ( 당대 ) 의유전적특성보유 Integument( 주피 ) 종피 (seed coat) * AAbb x aabb 를교배한당대종자의부위별유전특성은? 배 : Ab + ab AaBb * aabb x AAbb 일경우에는? 배유 : AAbb + ab AAaBbb 배 : 과피 : AAbb 배유 : 종피 : AAbb 과피 : 종피 :

19 4. 종자발달 (1) 배 (embryo) 의발달

20 (2) 배유 (endosperm) 의발달

21 (3) 종자 (seed) 의발달 ( 벼 )

22 콩의수정및종자발달

24 어린줄기 plumule 어린뿌리 Hypocotyl (root axis) 제 (hilum) 떡잎 ( 양분저장 ) cotyledon 종자껍질 배유 (endosperm) ( 양분저장 ) 어린잎 (cotyledon; 초엽 ) (coleoptile; 엽초 ) 호분층 Aleurone layer 어린뿌리 (radicle) 종자껍질 Seed coat + pericarp 강낭콩 종자 옥수수 종자 근초 (coleorhiza) ( 쌍떡잎 ) ( 외떡잎 ) * 쌍떡잎식물종자중에서고유배유종자있음. : 아주까리, tomato, clover 등

oatgrass (Danthonia californica), "Gamadi" rice ' 화본과의경우영화가열리지않고수분수정예 ) annual fescues, rice 의 a mutant - 꽃이열개한후에도주두나약이꽃잎에의해감추어져있고 -

25 5. 자식 ( 自殖 ) 성작물과타식 ( 他殖 ) 성작물 (1) 자가수정 (autogamy; self-fertilization; inbreeding) : : 완전화 ( 개화수정, 폐화수정 ), 자웅동숙 a. 자식보장장치 : 화기구조나화분비산시기가자식을유도, hermaphrodite - 화기가열리지않고 : 심한경우폐화수정 (cleistogamy) cf) chasmogamy( 개화수정 ) 화본과의경우엽초 (sheath) 내에이삭이싸여수분수정예 ) California oatgrass (Danthonia californica), "Gamadi" rice ' 화본과의경우영화가열리지않고수분수정예 ) annual fescues, rice 의 a mutant - 꽃이열개한후에도주두나약이꽃잎에의해감추어져있고 - 주두는약이터지기전에길어져서자가수분쉽게 - 화분립은꽃이열개하기전에 (lettuce, soybean 등 ), 또는개화와동시에비산 (tomato, rice, wheat 등 ) ** 이러한자식보장장치는유전적, 환경적원인에의해서다소변화. b. 자가수정을하는작물을자식성작물 (autogamous or self-pollinated/-fertilized crops) : 편의상타화수정율이 4% 이하인작물

26 (2) 타가수정 (allogamy; cross-fertilization; outbreeding) a. 타식보장장치 : 자가수분이어려운상태 - 배우자의공간적격리 monoecious crop : 옥수수, 딸기, 호두, 호박, 오이, cassava 등 dioecious " : 대마, 시금치, hop, asparagus, yam, papaya 등 - 자웅배우자의성숙기간이다름 (dichogamy) protandry( 웅예선숙 ) : 양파, 사탕무우, 도라지, 복숭아, 조롱박, coconut, carrot, beets, raspberry( 나무딸기 ) 등 protogyny( 자예선숙 ) : avocado 등 - 자가불화합성 (self-incompatability): 십자화과, 호밀, 해바라기, 피만, 서양유채등 - 웅성불임성 (male sterility) - 장벽수정 (hercogamy): 붓꽃과 (Iridaceae) b. 타가수정을하는작물을타식성작물 (allogamous; cross-pollinated/-fertilized crops) : 위이외에도 ryegrass, orchard grass, meadow fescue, tall fescue, timothy, alfalfa, sweet clover, red clover, white clover 등 (3) 자식과타식의중간형 (partly allogamy) : 수수, 목화, 해바라기, 피만, 서양유채등

27 Impact of self- and cross-fertilization on plant characteristics Characteristics Self-fertilized Cross-fertilized Natural population Single plants from natural population Individual plants from natural population 2n genotype Genotype of haploid gametes Inbreeding depression Self-incompatibility Homogeneous Homogeneous & homozygous Homozygous Homozygous All the same None None Heterogeneous Heterogeneous & heterozygous Heterozygous Heterozygous All different Expected Common

28 자가수정과타가수정의정의비교 General definition Self-pollination(autogamy): pollination within the same flower or between flowers on the same plant Cross-pollination(allogamy): pollination between flowers of different plants From the genetic point of view Self-pollination : interfloral-intraplant pollination interplant-intraclonal " ( 과수등영양번식작물 ) interplant-intravarietal " ( 자식성작물 =homozygous) Cross-pollination(allogamy) : pollination between unlike genotypes From breeder s viewpoint: Self-pollination: pollination within the same flower 다른형태의자가수정방식은여러유전자형이존재하는집단에서는꽃의구조, 개화습성상타가수정할수있는기회가제공됨.

제 11 장. 나자식물 (Gymnosperm) 제 1 절. 나자식물의특징 지구상에현존하는종자식물은나자식물과피자식물로가장진화된식물이며, 종자는자성배우체와그와관련된조직으로부터발달한다. 1개의종자는백만개의포자보다도많은식물체를만들어내기때문에, 종자는포자에비해생식적으로우세하다.

제 11 장. 나자식물 (Gymnosperm) 제 1 절. 나자식물의특징 지구상에현존하는종자식물은나자식물과피자식물로가장진화된식물이며, 종자는자성배우체와그와관련된조직으로부터발달한다. 1개의종자는백만개의포자보다도많은식물체를만들어내기때문에, 종자는포자에비해생식적으로우세하다. 첫째, 식물의포자는단세포로구성되어있는반면에종자는다세포성이고유근, 배축, 자엽을가진잘발달된어린식물을포함한다.