1-28. 종자형성 과정

1. 화분과 배낭의 발달

① 배우자 형성

• 생물은 체세포의 유사분열에 의해 생장과 발육을 하며
• 생식세포의 감수분열을 통해 배우자(암술♀과 수술♂)를 만들어 생식함
• 감수분열 낭세포(딸세포)가 성숙한 배우자가 되는 일련의 과정

② 화분 형성(소포자)

• 수술의 약(꽃밥) 속에서 화분모세포(2n) 1개가 감수분열을 하면 4개의 반수체 화분세포 즉, 화분 4분자(소포자, n)가 형성됨
• 화분세포는 두 번의 체세포분열이 일어나 화분(꽃가루)으로 성숙하며, 각 화분에는 1개의 화분관세포와 2개의 정세포로 형성됨
• 화분관세포는 화분관으로 신장하여 정세포를 배낭까지 운반해줌

③ 배낭 형성(대포자)

• 암술의 자방(씨방) 속 배주(밑씨) 안에서 배낭모세포(2n) 1개가 감수분열하여 4개의 반수체 배낭세포를 형성함
• 그 중 3개는 퇴화하고 1개(대포자)만 살아남아 3번의 체세포분열을 하여 배낭으로 발달하게 됨
• 주공은 배낭 아래쪽을 향해 있고, 화분관이 배낭으로 침투해 들어가는 통로가 됨
• 배낭 안에는 주공 쪽에 난세포 1개와 조세포 2개가, 반대쪽에 반족세포 3개, 중앙에 극핵 2개가 위치함
• 조세포와 반족세포는 나중에 퇴화됨(배낭은 8핵, 7세포로 구성)

2. 수분, 수정, 종자형성

1) 수분(pollination)

• 성숙한 화분이 꽃밥에서 터져 나와 암술머리(주두)로 옮겨가는 과정
• 수분할 때 암술머리에는 여러 유전자형의 화분이 모임
• 수분이 성공하는 화분의 유전자형에 의해 접합자의 유전자형이 달라짐

① 자식성 작물의 수분 방법

• 벼, 보리, 밀, 콩, 완두, 담배, 가지, 토마토, 참깨, 복숭아
• 자가수분을 하며, 타식률은 보통 4% 이하
• 자웅동숙 : 암술과 수술의 성숙기가 같음
• 양성화 : 꽃 속에 암술과 수술이 같이 있음
• 자가불화합성을 나타내지 않아 자가수분에 유리함
• 자식성 작물은 꽃이 필 때 화기가 잘 열리지 않고, 화기가 열리기 전에 화분이 터지며, 암술머리의 위치가 자가수분에 적합

② 타식성 작물의 수분 방법

• 옥수수, 호밀, 메밀, 율무, 딸기, 양파, 마늘, 시금치, 호프, 아스파라거스
• 타가수분을 하며, 자식률이 5% 이하
• 자웅이주 : 암술과 수수이 서로 다른 개체에서 위치함(시금치, 호프, 아스파라거스, 삼)
• 웅예선숙 : 수술이 먼저 성숙함(옥수수, 양파, 마늘, 딸기)
• 자가불화합성 : 자식으로 종자를 형성할 수 없어 타가수분이 이루어짐(배추, 무, 호밀, 메밀)
• 타식성 작물은 유전자형이 서로 다른 개체들 사이에 수분이 이루어지기 때문에 자식성 작물보다 유전변이가 더 크게 나타남

2) 수정(fertilization)

① 과정

• 암술머리에 수분된 화분이 발아하면 화분관이 신장하고, 화분관을 따라 2개의 정세포가 주공을 통해 배낭 안으로 삽입되어 수정을 완성함
• 속씨식물(피자식물)의 경우, 2개의 정세포 중 1개는 난세포와 융합하여 접합자(2n)를 만들고, 다른 1개는 극핵과 융합하여 배유핵(n)을 형성하는 과정 → 중복수정
• 접합자는 배(2n)로 되고, 배유핵은 배유(3n)로 발달하여 배가 발생하는 동안 영양을 공급함

② 속씨식물과 겉씨식물

•  

  속씨식물(피자식물)	단자엽 식물(예, 화본과 식물)	배 : 2n	배유 : 3n
  	쌍자엽 식물(예, 두과 식물)	배 : 2n(두과자엽 2n)	배유 : 퇴화
  겉씨식물(나자식물)	예) 소나무, 소철나무, 은행나무	배 : 2n	배유 : n

• 침엽수와 같은 겉씨식물(나자식물, 배유가 n)은 중복수정이 없으며, 난세포 이외의 배낭조직이 나중에 배의 영양분을 제공함

3) 종자 형성

① 의미

• 수정이 끝나면 배발생과 함께 밑씨(배주)가 성숙하여 종자로 되고, 씨방(자방)이 발달하여 열매를 형성함
• 수정에 의해 생긴 종자의 배(모친과 유전적 조성이 다름)는 한 세대가 진전한 것(F1)으로 봄
• 종피와 열매껍질(과피)은 모체(♀)의 조직과 동일함(종자에서 배와 종피는 유전적 조성이 다름)

② 크세니아(xenia, 화분직감 현상)

• 모체의 일부분인 배유에 아비의 영향이 직접 당대에 나타나는 현상
• 종자의 배유(3n)에 우성유전자의 표현형이 나타나는 것
• 찰벼(wx, ♀)와 메벼(Wx, ♂)를 교배하여 얻은 종자의 배유(Wxwxwx)는 메벼로써, 이는 부친 메벼 유전자 Wx의 영향을 받은 것임
• 백색 옥수수(y, ♀)와 황생옥수수(Y, ♂)를 교배하여 얻은 종자의 배유(Yyy)는 황색이며, 백색배유(yyy)보다 비타민 A 함량이 더 많음

③ 메타 크세니아(metaxenia)

• 메타(meta~) : ~ 넘어서
• 과실은 크세니아의 경우와는 다르게 정핵이 직접 관여하지 않는 모체의 일부인데, 정핵이 직접 관여하지 않는 모체의 일부분에 화분의 영향이 직접 나타나는 현상
• 사과, 감, 야자 등은 크세니아를 일으키는 유전자가 과일의 크기, 빛깔, 산도 등에도 영향을 끼치는 것 

④ 단위결과

의미	정핵과 난핵이 수정하여 종자가 생성되고 열매를 맺는 것이 일반적이지만, 중국감 · 감귤류 · 포도 · 바나나 등은 종자의 생성없이 열매를 맺는 현상
원인	염색체 조성이 복잡하여 정상적인 배우자를 형성할 수 없기 때문
	자연적으로 일어나기도 함 (예) 감, 감귤, 포도, 바나나
인위유발	다른 화분의 자극(예] 배추×양배추, 무×배추, 토마토×가지, 오이×호박
	지베렐린(포도), 옥신(토마토)과 같은 식물호르몬 처리
	배수성을 이용하여 인위적으로 유발(예, 건포도용 포도, 씨 없는 수박)