농업직, 농학과, 화학, 방통대 등 농업생물화학 핵심 요점 정리 14. 작물의 생산

제 14장 작물의 생산

⦁기본조직계(ground tissue system) : 식물체의 주 기능인 광합성, 물질저장, 분비 등과 몸체를 지지하는 역할을 담당하는 조직 ⦁유관속조직계(vascular tissue system) : 물질을 운반하는 통로를 구성하는 조직 ⦁표피조직계(dermal tissue system) : 식물체 표피를 구성하는 조직 ⦁압류설(pressure flow mechanism) : 물질이 농도 차이에 의해 세포막을 통과하고 운송통로를 따라 이동한다는 이론 ⦁탄소동화(carbon assimilation) : 공기 중의 이산화탄소가 유기물탄소, 즉 탄수화물탄소로 고정되는 대사 ⦁질소동화(nitrogen fixation) : 공기 중의 질소가 유기물질소, 즉 아미노산질소로 고정되는 대사 ⦁황동화(sulfur assimilation) : 무기황이 함황아미노산의 황으로 동화하는 대사

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14.1. 작물 몸체의 구성

1) 구성체계

세포 → 유조직, 후각조직, 후벽조직 → 기본조직계

세포 → 물관부조직, 체관부조직 → 유관속조직계 ⇒ 잎, 뿌리, 줄기

세포 → 표피조직, 주피조직 → 표피조직계

2) 작물의 조직계

(1) 기본조직계

① 주 기능 : 광합성, 물질저장, 분비

② 구성조직

㉮ 유조직, 후각조직, 후벽조직으로 구성되어 있다.

㉯ 유조직은 광합성, 물질저장, 분비 기능을 가지며, 후각조직와 후벽조직은 기관을 지지한다.

(2) 유관속조직계

① 주 기능 : 물질 운송

② 구성조직

㉮ 물관부조직, 체관부조직으로 구성되어 있다.

㉯ 물관부조직은 수분과 무기물을 뿌리로부터 줄기·잎으로 운송하고, 체관부는 광합성 결과 생산된 당류와 같은 생산물을

조직·세포로 운송한다.

(3) 표피조직계

① 주 기능 : 작물체 표피를 덮어 보호한다.

② 구성조직

㉮ 표피조직과 주피조직으로 구성되어 있다.

㉯ 표피조직은 작물체 표면에 존재하면서 보호하며, 주피조직은 표피조직 안쪽에 존재하면서 보호기능과 물질의 저장

기능을 가지고 있다.



14.2. 물질의 수송

1) 물·무기염류

㉮ 물과 무기염류의 수송경로는 ‘토양 → 뿌리 → 뿌리 물관부 → 줄기 물관부 → 잎 물관부 → 잎 엽육세포’이다.

㉯ ‘토양 → 뿌리’, ‘잎 물관부 → 잎 엽육세포’의 수송을 위해서는 세포막을 통과해야 하는데 이는 통과하는 물질마다 특별한

운반체와 에너지가 필요한 능동수송에 의한다.

㉰ 뿌리로부터 줄기를 통한 수송은 삼투압, 잎의 수분 증산, 물분자 응집력, 세포벽과 물분자의 흡착력 등이 원인이지만 주 요

인은 잎의 증산작용이다.

2) 당

㉮ 광합성 결과 생산된 당류는 sucrose의 형태로 유관속조직계의 체관부를 통하여 필요한 조직으로 수송된다.

㉯ 당의 수송은 수분과 당류 농도 차이에 의한 압력이 원인이다. 이러한 이론을 압류설이라 한다.



14.3. 작물의 영양

㉮ 작물의 생육에 필요한 물질은 C, H, O, N, S, P, Ca, K, Mg, Fe, Cl, Cu, Mn, Zn, Mb, B, Ni들이며, 이들은 이산화탄소, 물, 비료, 토양무기물로부터 공급된다.

㉯ 잎으로부터 이산화탄소를 흡수하며, 수분과 무기물은 뿌리로 흡수한다. 작물은 뿌리에서 유기물을 흡수하지 못하기 때문에 유기물을 원료로 사용할 수 없다.

㉰ 이산화탄소와 물을 원료로 하여 광합성에 의해 탄수화물을 합성하고, 탄수화물을 원료로 하여 지질을 합성한다.

㉱ 탄수화물로부터 생산된 탄소골격에 질소동화 및 황동화에 의해 질소와 황을 고정하여 아미노산을 합성하고, 아미노산을 원료로 하여 함질소 생리물질을 합성한다.



14.4. 식물호르몬

1) 식물호르몬의 특성

㉮ 영양소, 환경과는 달리 적은 양으로 특정 부위의 생육과 특정 생리를 조절한다.

㉯ 식물체에서 생산되며, 생산 부위와 작용 부위가 다르다.

2) 식물호르몬의 종류

(1) 옥신

옥신(auxin)은 세포의 삼투압을 증가시키고, 세포막의 압력을 약화하여 수분흡수를 증가시킴으로써 세포의 신장을 촉진한다. 이러한 결과로 인하여 줄기·잎·뿌리의 생장촉진, 발근촉진, 개화 및 성 표현의 조절, 과실비대 등의 기능을 가진다.

(2) 지베렐린

지베렐린(gibberellin)은 옥신의 생산을 증가시키고, 세포의 핵산 합성, 지방 대사, 물질투과성을 촉진하여 세포의 활력과 신장

을 촉진함으로써 휴면타파, 왜화억제, 줄기신장, 개화 및 성 표현 조절 등의 생리적 기능을 가진다.

(3) 시토키닌

시토키닌(cytokinine)은 세포분열을 촉진하는 기능을 가지며 식물의 정상적인 생육에 반드시 필요하다.

(4) ABA

ABA(abscisic acid)는 핵산 합성을 억제하여 효소의 생성을 저하시킴으로써 세포분열과 신장을 둔화시키거나 정지시키고, 이에따라 노화와 낙엽 형성을 촉진하고 휴면을 유기하여 생장발달을 적절한 수준으로 유지할 수 있도록 한다.

(5) 에틸렌

㉮ 에틸렌(ethylene)은 다른 호르몬과는 달리 생성 장소와 작용 장소가 일치한다.

㉯ 작물의 생장, 과실의 숙성을 촉진한다.



14.5. 작물 생산

1) 종자

광합성이 가능하기까지 작물 생장에 필요한 영양소와 효소를 포함하고 있다.배(胚)가 발아할 때에는 종자의 영양소를 사용한다.

2) 물질 합성

㉮ 뿌리가 생장하고 잎이 생기면서 광합성을 시작하고, 필요한 물질을 스스로 합성한다.

㉯ 잎에서 흡수한 이산화탄소, 뿌리에서 흡수한 물을 원료로 하여 잎에서 광합성에 의해 당류를 합성한다.

㉰ 광합성 결과 생산된 당류로부터 각종 탄수화물, 지질 및 아미노산 합성에 필요한 탄소골격을 합성한다.

㉱ 탄소골격을 원료로 하고 질소동화, 황동화에 의해 아미노산을 합성한다.

㉲ 아미노산을 원료로 하여 각종 함질소 생리물질을 합성한다.

㉳ 상당한 정도로 생육하면 자손을 번식하기 위해 배(胚)의 발아에 필요한 물질을 집중적으로 합성하여 종자를 생산한다.

3) 작물의 관리

㉮ 원활한 광합성을 위해 채광, 급수, 온실의 경우 환기에 의한 이산화탄소농도 유지가 필요하다.

㉯ 비료를 통하여 작물이 필요로 하는 각종 무기영양소를 공급한다.

㉰ 대사반응에 적정한 온도를 유지한다.

㉲ 질병관리를 하여 세포와 조직에 손상이 없도록 한다.
<요약>
작물의 생산
- 구성체계
①기본조직계 : 유조직, 후각조직, 후벽조직
광합성, 물질저장, 분비
②유관속조지계 : 물관부조직, 체관부조직
물관부 : 수분과 무기물
증산작용(주로...), 삼투압, 응집력, 흡착력
토양→뿌리, 잎 물관부→잎 엽육세포는
에너지를 소모하는 능동수송
체관부 : 광합성 생산물인 당(수크로스 형태)
반세포 원형질 연락사(좌우이동)
압류설(수분과 당류의 농도차)
③표피조직계 : 표피조직, 주피조직, 식물 보호
- 광합성→탄수화물(탄소골격)→지질, 질소동화, 황동화→아미노산→함질소 생리물질
- 다량원소 : C, H, O, N, S, P, Ca, K, Mg
- 미량원소 : Fe, Cl, Cu, Mn, Zn, Mo, B, Ni
- 옥신 : 삼투압증가→수분흡수 증가→세포 신장→생장촉진, 발근촉진, 개화 및 성 표현의 조절, 과실비대
- 지베렐린 : 옥신의 생산 증가, 세포의 핵산 합성, 지방대사, 물질투과성 촉진→휴면타파, 왜화억제, 줄기신장, 개화 및 성표현 조절
- 시토키닌 : 세포분열 촉진, 정상적 발육에 필수
- ABA : 핵산 합성 억제→세포분열과 신장 억제→노화와 낙엽형성, 유면 유지
- 에틸렌 : 생성 장소와 작용 장소가 일치, 작물의 생장과 과실의 숙성 촉진
- 작물의 관리 : 이산화탄소 농도 유지, 무기영양소 공급, 적절한 온도, 질병관리
<정리1)
1. 기본조직계의 유조직에서 광합성이 일어나며, 유조직을 구성하는 유조직세포에는 엽록체가 존재한다.
2. 물질이 토양으로부터 뿌리로, 줄기로부터 잎으로 흡수될 때 세포막을 통과해야 한다. 세포막을 통한 물질의 이동은 성분마다 특별한
운반체가 필요하고 에너지가 소모되는 능동수송에 의한다. 그러므로 필요한 물질만이 세포막을 통과할 수 있다.
3. 뿌리세포와 토양의 농도 차이에 의한 삼투압, 잎의 수분증산, 물분자의 응집력과 세포벽과 물분자의 흡착력에 기인하는 모세관 현상,
세포막의 선택적 통과 등에 기인한다.
4. 뿌리에서 유기물을 흡수하지 않기 때문이다. 유기물 비료는 토양에서 미생물에 의해 무기물로 분해된 후에 흡수된다.
5. 광합성을 하는 동안에는 명반응에서 생산된 ATP와 광호흡 시 생산된 NADH가 전자전달계에서 생산한 ATP를 사용한다. 광선이 없어 광합성을 하지 않을 때에는 당류 혹은 지방 분해물이 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계에서 생산한 ATP를 사용한다.

< 작물의 생산 – 정리>
⦁기본조직계의 유조직에서 광합성이 일어나며, 유조직을 구성하는 유조직세포에는 엽록체가 존재한다.
⦁물질이 토양으로부터 뿌리로, 줄기로부터 잎으로 흡수될 때 세포막을 통과해야 한다. 세포막을 통한 물질의 이동은 성분마다 특별한 운반체가 필요하고 에너지가 소모되는 능동수송에 의한다. 그러므로 필요한 물질만이 세포막을 통과할 수 있다.
⦁뿌리세포와 토양의 농도 차이에 의한 삼투압, 잎의 수분증산, 물분자의 응집력과 세포벽과 물분자의 흡착력에
기인하는 모세관 현상, 세포막의 선택적 통과 등에 기인한다.
⦁작물이 필요로 하는 영양소에 유기물이 포함되지 않는 이유는 뿌리에서 유기물을 흡수하지 않기 때문이다.
유기물 비료는 토양에서 미생물에 의해 무기물로 분해된 후에 흡수된다.
⦁광합성을 하는 동안에는 명반응에서 생산된 ATP와 광호흡 시 생산된 NADH가 전자전달계에서 생산한 ATP를
사용한다. 광선이 없이 광합성을 하지 않을 때에는 당류 혹은 지방 분해물이 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계에서 생산한 ATP를사용한다.
⦁수분과 무기물이 뿌리로부터 줄기를 통한 수송이 가능한 원인에 삼투압, 잎의 수분 증산, 물분자 응집력, 세포벽과 물분자의 흡착력 등이 모두 해당하지만 가장 큰 요인은 잎의 증산작용이다.
⦁광합성 결과 생산된 당은 체관요소를 통하여 운송되는데 체관요소의 말단은 체 모양의 구멍이 뚫려 있어
체관요소 간에 물질이 퉁과할 수 있게 되어 있다. 체관요소 옆에 반세포(companion cell)가 존재하는데 두 세포
사이에는 원형질 연락사가 뚫려 있어 세포질이 서로 연결되어 합성된 영양소가 좌우로 이동할 수 있다.
⦁작물 생산의 시발이 대는 대사과정은 탄소동화작용에 의해 당류가 생산되고, 당류가 변화하여 지질이 합성되며,
당류가 아미노산 합성에 필요한 탄소골격으로 전환된 후 질소동화, 질소고정, 황동화 등이 일어나 아미노산이
합성된다.
⦁온실작물 재배 관리시 환기의 목적으로는 광합성에서 이산화탄소를 소모하고 산소를 생산하기 때문에 실내의
이산화탄소농도가 낮아 질 수 있다. 그러므로 외부 공기와 교환하여 이산화탄소농도를 적절하게 유지하는 것이
필요하다.
⦁작물이 곡물을 생산하는 근거는 배의 발아를 위한 영양소 축적이다. 곡물의 배를 제외한 성분은 배가 발아하여
새로운 개체를 만드는 데 필요한 물질이다. 그러므로 배가 발아하여 뿌리를 형성하고 떡잎을 만드는 데 필요한
영양소와 효소가 포함되어 있다. 과일의 과육은 종자의 전파 수단이다.

<정리2>
·작물은 잎, 줄기, 뿌리로 구성되어 있으며 이들은 기능이 기본조직계, 유관속조직계, 표피조직계로 구성되어 있다.
·뿌리에서 흡수한 무기물과 수분은 물관부 조직을 통하여, 잎에서 생산된 유기물(탄수화물, 아미노산)은 체관부조직을 통하여 필요한 장소로 운반된다. 잎에서 광합성에 의해 생산된 탄수화물은 주로 설탕으로 전환되어 수송되며, 일부식물에서는 당알콜(sorbitol) 혹은 raffinose 계열의 소당류(raffinose, stachyose, verbascose)로도 일부 수송된다. 지질은 필요한 세포에서만 합성되기 때문에 지방산과 지질은 멀리 수송되지 않는다. 중성지방은 주로 씨앗과 일부 과일에서 합성되어 저장된다.
·작물은 유전자가 발현이 조절되어 효소가 생산되며, 효소에 의해 각종 호르몬이 생산된다. 호르몬은 유전자발현 및 효소활성에 관여하면서 작물의 생리를 조절한다.
·작물재배 시 실시하는 각종관리는 대사반응이 원활하게 진행되도록 각종 환경을 갖추어 주는 작업에 해당한다.

<교재 연습문제>
1. 수분과 무기물이 뿌리로부터 잎으로 운송되는 것은 주로 어떤 현상에 기인하는가?
① 증산작용 ② 삼투압 ③ 물분자 간 응집력 ④ 물분자의 세포벽 흡착력
정답 ① 뿌리로부터 줄기를 통한 수송이 가능한 원인에 삼투압, 잎의 수분 증산, 물분자 응집력, 세포벽과 물분자의 흡착력 등이 모두 해당하지만 가장 큰 요인은 잎의 증산작용이다.
2. 광합성 결과 생산된 당이 위아래뿐만 아니라 좌우로도 운송될 수 있는 경로는?
① 유조직 ② 반세포 원형질 연락사 ③ 물관요소 ④ 주피조직
정답 ② 당은 체관요소를 통하여 운송되는데 체관요소의 말단은 체 모양의 구멍이 뚫려 있어 체관요소 간에 물질이 통과할 수 있게 되어있다. 체관요소 옆에 반세포(companion cell)가 존재하는데 두 세포 사이에는 원형질 연락사가 뚫려 있어 세포질이 서로 연결되어 합성된 영양소가 좌우로 이동할 수 있다.
3. 작물 생산의 시발이 되는 대사과정은?
① 질소동화 ② 질소고정 ③ 황의 동화 ④ 탄소의 동화
정답 ④ 탄소동화작용에 의해 당류가 생산되고, 당류가 변화하여 지질이 합성되며, 당류가 아미노산 합성에 필요한 탄소골격으로 전환된후 질소동화, 질소고정, 황동화 등이 일어나 아미노산이 합성된다.
4. 온실작물 재배 관리에서 환기의 목적은 무엇인가?
① 산소 공급 ② 이산화탄소 공급 ③ 광에너지 공급 ④ 벌의 유인
정답 ② 광합성은 이산화탄소를 소모하고 산소를 생산하기 때문에 실내의 이산화탄소농도가 낮아질 수 있다. 그러므로 외부 공기와 교환하여 이산화탄소농도를 적절하게 유지하는 것이 필요하다.
5. 작물이 곡물을 생산하는 근거는?
① 작물 몸체 형성 ② 배(胚)의 발아를 위한 영양소 축적 ③ 몸체의 보호 ④ 배(胚)의 전파 수단
정답 ② 곡물의 배(胚)를 제외한 성분은 배가 발아하여 새로운 개체를 만드는 데 필요한 물질이다. 그러므로 배가 발아하여 뿌리를 형성하고 떡잎을 만드는 데 필요한 영양소와 효소가 포함되어 있다. 과일의 과육은 종자의 전파 수단이다.
[인강연습문제]
1.작물 몸체에서 기본조직계와 유관조직계가 가장많이 존재하는 부위는 어디겠는가 ?
※기본조직계 : 잎 ※유관조직계 : 줄기
2.잎에서 생산된 각종 유기물이 줄기와 뿌리로 수송되는 조직은 무엇인가 ? 체관부 조직
3.광합성결과 생산된 탄수화물이 줄기와 뿌리로 수송되는 형태는 무엇인가 ? 설탕
4.핵산합성을 억제하여 효소의 생산을 저하시킴으로서 노화를 촉진하는 호르몬은 무엇인가 ? ※ abscisic acid
5.온실에서 작물을 재배할 때 환기가 필요한 이유는 무엇인가 ?
※공기 중의 이산화탄소 농도 증가에 의한 광합성 유지

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