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과학기술
최종 수정 · 해설 김은광
식물의 생장 원문과 구조 분석
원문 · 구조 분석
적용 학습 · 과학·기술 · 과학기술 06
식물의 생장 · 과학·기술 — 생명과학(식물학) | 설명형
지문
갈래: 과학·기술(생명과학/식물학) | 주제: 식물 생장과 관련된 분열 조직의 종류 및 유전자·호르몬 조절 원리 | 유형: 설명형
1
식물은 동물과 달리 생애 동안 지속적으로 성장하는 개체이다. 식물의 지속적인 생장은 특정 부위에 존재하는 분열 조직에 의해 이루어진다. 식물의 생장과 관련된 주요 분열 조직에는 측생 분열 조직과 정단 분열 조직이 있다. 측생 분열 조직은 줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장을 유도하고, 정단 분열 조직은 줄기와 뿌리의 끝, 즉 정단에 위치하여 길이 생장을 담당한다. 이 두 조직은 식물이 다양한 구조를 갖추고 기능적으로 발달해 나가는 데 중요한 기반이 된다.
2
측생 분열 조직은 식물이 성숙한 이후에도 지속적으로 활동하여 줄기와 뿌리가 굵어지게 한다. 대표적인 측생 분열 조직으로는 관다발 형성층과 코르크 형성층이 있다. 관다발 형성층은 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만드는데, 관다발 형성층의 세포는 방추형 세포와 방사형 세포로 구분된다. 이들은 각각 세로 방향과 가로 방향의 조직으로 분화한다. 코르크 형성층은 표피 바로 아래에 있는데 보호 조직을 만들어 수분 손실을 Ⓐ막는 기능을 한다. 관다발 형성층과 코르크 형성층의 활동은 나무의 나이테를 만들고 줄기와 뿌리를 굵고 단단하게 유지하는 데 중요한 역할을 한다.
3
정단 분열 조직에는 뿌리 정단 분열 조직과 슈트 정단 분열 조직이 있다. 뿌리 정단 분열 조직은 뿌리의 끝을 보호하는 역할을 하는 뿌리골무의 바로 안쪽에서 뿌리의 길이 생장을 담당하는 핵심 조직이다. 뿌리 끝은 뿌리골무, 분열대, 신장대, 성숙대로 나뉘는데, 분열대는 세포 분열이 가장 활발히 일어나는 구역으로 뿌리 정단 분열 조직은 이 구역에 위치한다. 정단 분열 조직에서 시원 세포는 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 끊임없이 공급한다. 신장대에서는 분열된 세포가 길게 늘어나 뿌리의 길이가 빠르게 자라고, 성숙대에서는 세포의 분열과 신장이 일어나지 않고 세포가 형태와 기능을 갖추어 표피·피층·관다발 등의 조직으로 분화한다. 한편 뿌리 정단 분열 조직의 중심부에는 세포 분열이 거의 없는 안정된 세포군이 존재하는데 이 부분은 시원 세포의 활동을 조절하고 손상된 조직을 복구하는 역할을 한다.
4
슈트 정단 분열 조직은 슈트의 맨 끝에 위치한다. 슈트란 식물의 위쪽 부분으로, 줄기와 그로부터 자라나는 가지, 잎, 꽃 등을 포함한다. 슈트는 광합성을 통해 에너지를 생산하고 영양분과 물을 수송하는 등 여러 생리적 기능을 수행하기 때문에 식물의 활동을 유지하는 데 아주 중요하다. 특히 슈트의 맨 끝에 위치한 슈트 정단 분열 조직은 뿌리 정단 분열 조직처럼, 여러 개의 작은 시원 세포가 지속적으로 분열하여 슈트의 새로운 기관을 형성한다.
5
슈트 정단 분열 조직에 관한 연구는 18세기 후반부터 여러 학설을 통해 발전해 왔다. 1858년 네겔리는 양치식물과 같은 무종자 식물의 슈트 정단 분열 조직을 관찰하고 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원이라는 정단 세포설을 주장하였다. 그러나 종자식물에서는 슈트 정단 분열 조직이 여러 층의 세포로 이루어져 각 층이 다른 분열 양상과 분화 과정을 보인다는 사실이 드러났다. 1868년 한스타인은 슈트 정단 분열 조직이 세 층으로 나뉘어 각각 표피·피층·관다발 조직으로 분화한다고 보는 조직원설을 제시했다. 그러나 이 세 층이 무종자 식물에서는 확인되지만 많은 종자식물에서는 나타나지 않았다. ㏎네겔리의 학설과 한스타인의 학설에 한계가 드러난 이후, 1924년 슈미트는 세포 분열 면의 차이를 근거로 슈트 정단 분열 조직을 초층과 내체로 구분하는 초층-내체설을 제안하였다. 이어 1938년 포스터는 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부로 나누어 설명하는 세포 조직학적 구역화설을 발표하였다. 이렇게 여러 학설이 축적되면서 오늘날에는 슈트 정단 분열 조직이 형태적으로 초층과 내체의 층 구조로 이루어져 있는 것이 밝혀졌다. 또한 기능적으로는 이 정단 분열 조직 안에 시원 세포가 존재하며 미분화 상태를 유지하는 중심대, 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 주변대로 구분된다고 알려졌다.
6
슈트 정단 분열 조직의 시원 세포도 뿌리 정단 분열 조직의 시원 세포와 마찬가지로 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 계속 만들어 낸다. 이렇게 만들어진 세포는 표피·피층·관다발 등 다양한 조직으로 발달하고 줄기에서는 잎, 꽃, 곁눈이 된다. 이는 단순히 위치만으로 결정되는 것이 아니라 유전자와 호르몬의 정교한 조절을 통해 이루어진다. 슈트 정단 분열 조직의 중심대에서는 WUS 유전자가 발현되어 시원 세포가 미분화 상태를 유지하도록 하고 CLV3 유전자를 활성화한다. 중심대에서 발현된 WUS 유전자는 주변 세포에도 영향을 미쳐, 주변대의 세포가 새로운 기관으로 분화하도록 유도한다. WUS 유전자의 발현이 증가하면 시원 세포가 미분화 상태를 더 오래 유지하게 되어 중심대의 세포 수가 늘어나고 그 결과 중심대가 길어지게 된다. 그리고 CLV3 유전자는 중심대의 시원 세포 수가 많아질 때 증가하는데, CLV3 유전자는 WUS 유전자를 억제해 시원 세포의 수가 지나치게 늘어나지 않도록 한다. 두 유전자는 서로를 조절해 시원 세포 수의 균형을 유지하는 것이다. 한편 호르몬인 사이토키닌은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕고, 옥신은 슈트 주변에 모여 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 데 관여한다. 이때 PIN 단백질이 옥신의 이동을 조절한다. 호르몬이 유전자 발현과 상호 작용하며 슈트 정단 분열 조직의 생장과 기관 형성에 영향을 주는 것이다.
배경지식
해제: 이 글의 핵심 내용
이 글은 식물이 생애 동안 지속적으로 성장할 수 있게 하는 분열 조직에 대해 설명하고 있다. 측생 분열 조직을 통한 부피 생장과 정단 분열 조직을 통한 길이 생장을 설명하고, 뿌리 정단 분열 조직과 슈트 정단 분열 조직에서의 길이 생장 원리를 밝히고 있다. 이후 슈트 정단 분열 조직에 관한 주요 학설이 어떻게 전개되었는지 제시하고, 현대 식물학의 연구 성과를 반영하여 WUS 유전자, CLV3 유전자 조절과 사이토키닌, 옥신 등 호르몬의 작용을 설명하고 있다.
식물의 1차 생장과 2차 생장
1차 생장(primary growth)은 정단 분열 조직에 의한 길이 생장으로, 모든 식물에서 일어난다. 2차 생장(secondary growth)은 측생 분열 조직에 의한 부피 생장으로, 주로 목본(나무) 식물에서 일어나며 줄기와 뿌리를 굵게 만든다. 나무의 나이테는 2차 생장의 결과물이다.
시원 세포와 줄기세포의 유사성
식물의 시원 세포(initial cell)는 동물의 줄기세포(stem cell)와 유사한 기능을 한다. 둘 다 자기 복제 능력을 가지며 다양한 세포로 분화할 수 있다. 다만 식물의 시원 세포는 분열 조직에 평생 존재하여 식물이 지속적으로 생장할 수 있게 하는 반면, 동물의 줄기세포는 특정 시기나 부위에 한정된 차이가 있다.
핵심 개념: WUS-CLV3 음성 피드백
WUS 유전자와 CLV3 유전자의 관계는 대표적인 음성 피드백(negative feedback) 구조이다. WUS가 증가하면 CLV3가 증가하여 WUS를 억제하고, WUS가 감소하면 CLV3도 감소하여 WUS 억제가 줄어드는 방식으로 균형을 유지한다. 이는 생명과학 유전자 발현 조절과 직결되는 핵심 개념이다.
구조 분석
지문 유형
유형
설명형 — 식물의 분열 조직과 생장 원리를 체계적으로 소개하고, 슈트 정단 분열 조직에 관한 학설의 전개와 유전자·호르몬의 조절 메커니즘을 설명한다.
문단별 요지
1문단
식물은 생애 동안 지속적으로 성장하며, 이를 가능하게 하는 주요 분열 조직으로 측생 분열 조직(부피 생장)과 정단 분열 조직(길이 생장)이 있다.
2문단
측생 분열 조직의 대표인 관다발 형성층(물관·체관 사이, 방추형·방사형 세포)과 코르크 형성층(표피 아래, 수분 손실 방지)이 나이테를 만들고 부피 생장을 담당한다.
3문단
뿌리 정단 분열 조직은 분열대에 위치하며, 뿌리 끝은 뿌리골무→분열대→신장대→성숙대로 나뉜다. 시원 세포가 자기 복제하며 새 세포를 공급하고, 중심부 안정 세포군이 조직 복구를 담당한다.
4문단
슈트(줄기, 가지, 잎, 꽃 등 포함)의 맨 끝에 슈트 정단 분열 조직이 위치하며, 슈트는 광합성·영양분·물 수송 등 생리적 기능을 수행한다. 슈트 정단 분열 조직도 시원 세포가 지속 분열하여 새 기관을 형성한다.
5문단
슈트 정단 분열 조직에 관한 학설의 전개: 네겔리 정단 세포설(1858)→한스타인 조직원설(1868)→슈미트 초층-내체설(1924)→포스터 세포 조직학적 구역화설(1938). 오늘날에는 형태적으로 초층·내체 구조, 기능적으로 중심대·주변대로 구분된다고 알려졌다.
6문단
슈트 정단 분열 조직의 유전자 조절: WUS 유전자(시원 세포 미분화 유지, CLV3 활성화)와 CLV3 유전자(WUS 억제, 시원 세포 수 균형 유지)의 음성 피드백. 사이토키닌(WUS 촉진, 중심대 생장)과 옥신(기관 위치 결정)이 협력한다.
논리 흐름도
① 분열 조직 분류→측생(부피 생장) + 정단(길이 생장)
↓
② 측생 분열 조직→관다발 형성층(방추형·방사형) + 코르크 형성층
↓
③ 뿌리 정단 분열→뿌리골무→분열대→신장대→성숙대
↓
④ 슈트의 기능→광합성, 영양분·물 수송 / 슈트 정단 분열 조직
↓
⑤ 학설 4단계→네겔리(1858)→한스타인(1868)→슈미트(1924)→포스터(1938)
↓
⑥ 유전자+호르몬→WUS↔CLV3 음성 피드백 / 사이토키닌+옥신
핵심 포인트
Point 1. 분열 조직의 분류
측생 분열 조직(줄기·뿌리 측면, 부피 생장)과 정단 분열 조직(줄기·뿌리 끝, 길이 생장). 관다발 형성층(물관·체관 사이)과 코르크 형성층(표피 바로 아래)의 위치 차이가 핵심 구별 포인트.
Point 2. 뿌리 끝 구역별 기능
분열대(세포 분열 가장 활발, 뿌리 정단 분열 조직 위치) → 신장대(세포 신장, 뿌리 길이 급성장) → 성숙대(분열·신장 없음, 표피·피층·관다발로 분화). 신장대와 분열대를 혼동하지 말 것.
Point 3. 학설 전개의 논리 구조
네겔리·한스타인 학설의 공통 한계 = 식물 전체에 보편 적용 불가(무종자 식물에는 맞지만 많은 종자식물에는 적용 불가). 슈미트(형태 기준)→포스터(기능 기준)의 세분화.
Point 4. WUS-CLV3 음성 피드백
WUS ↑ → CLV3 활성화 → CLV3 ↑ → WUS 억제 → 시원 세포 수 균형. WUS 발현이 증가하면 CLV3도 함께 증가(억제가 아님). 사이토키닌은 WUS 촉진, 옥신은 기관 위치 결정.
Point 5. 슈트 정단 분열 조직의 구조
형태적 구분: 초층(바깥층, 면 분열) + 내체(안쪽, 다방향 분열). 기능적 구분: 중심대(시원 세포, 미분화 유지, WUS 발현) + 주변대(세포 분열 활발, 새 기관으로 분화).
핵심개념사전
분열 조직 (meristem)
세포 분열이 활발하게 일어나는 미분화 식물 조직. 위치에 따라 정단 분열 조직(1차 생장=길이)과 측생 분열 조직(2차 생장=부피)으로 나뉜다. 식물이 동물과 달리 평생 성장할 수 있는 이유가 된다.
정단 분열 조직 (apical meristem)
줄기와 뿌리의 끝(정단)에 위치하여 길이 생장을 담당하는 분열 조직. 뿌리 정단 분열 조직(RAM)과 슈트 정단 분열 조직(SAM)으로 나뉜다. 시원 세포가 자기 복제하며 새로운 세포를 지속 공급한다.
측생 분열 조직 (lateral meristem)
줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장(2차 생장)을 유도하는 분열 조직. 관다발 형성층(물관·체관 사이)과 코르크 형성층(표피 바로 아래)이 대표적. 나이테 형성에 관여한다.
시원 세포 (initial cell)
스스로를 복제하면서 새로운 세포를 끊임없이 공급하는 식물의 분열 조직 내 세포. 동물의 줄기세포와 유사한 기능을 하며, 분열 조직에 평생 존재한다.
뿌리 끝 구역 (root zones)
뿌리 끝은 뿌리골무(보호) → 분열대(세포 분열 활발, RAM 위치) → 신장대(세포 신장, 빠른 길이 성장) → 성숙대(분열·신장 없음, 조직 분화)의 네 구역으로 나뉜다.
슈트 정단 분열 조직 학설 계보
정단 세포설(네겔리, 1858) → 조직원설(한스타인, 1868) → 초층-내체설(슈미트, 1924) → 세포 조직학적 구역화설(포스터, 1938). 각 학설은 이전 학설의 한계를 보완하며 발전하였다.
WUS 유전자 (WUSCHEL gene)
슈트 정단 분열 조직의 중심대에서 발현되어 시원 세포가 미분화 상태를 유지하도록 하는 유전자. 주변대의 세포 분화도 유도하며, CLV3 유전자를 활성화한다. 사이토키닌에 의해 발현이 촉진된다.
CLV3 유전자 (CLAVATA3 gene)
중심대의 시원 세포 수가 많아질 때 증가하여 WUS 유전자를 억제하는 유전자. WUS와 음성 피드백(negative feedback) 루프를 형성하여 시원 세포 수의 균형을 유지한다.
사이토키닌 (cytokinin)
식물 호르몬의 일종. WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는다. 세포 분열을 촉진하는 효과도 있다. 실험에서 사이토키닌을 다량 주입하면 중심대가 길어진다.
옥신 (auxin)
식물 호르몬의 일종. 슈트 주변에 모여 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 데 관여한다. PIN 단백질이 옥신의 세포 간 이동 방향을 조절한다. WUS 유전자 발현 촉진과는 관련 없다(사이토키닌의 역할).
중심대와 주변대
슈트 정단 분열 조직의 기능적 구분. 중심대는 시원 세포가 미분화 상태를 유지하는 구역(WUS 발현)이고, 주변대는 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 구역이다.
초층과 내체 (tunica and corpus)
슈트 정단 분열 조직의 형태적 구분(슈미트 초층-내체설). 초층은 바깥층으로 세포가 면 분열(수직 분열)만 하고, 내체는 안쪽 부분으로 세포가 다양한 방향으로 분열한다.
슈트 정단 분열 조직 학설 비교
| 학설 | 학자(연도) | 핵심 주장 | 한계 |
|---|---|---|---|
| 정단 세포설 | 네겔리(1858) | 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원 | 종자식물에 적용 불가 |
| 조직원설 | 한스타인(1868) | 세 층이 각각 표피·피층·관다발로 분화 | 많은 종자식물에서 확인 안 됨 |
| 초층-내체설 | 슈미트(1924) | 세포 분열 면 차이로 초층과 내체 구분 | — |
| 구역화설 | 포스터(1938) | 기능에 따라 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부 | — |
Tip
네겔리와 한스타인 학설의 공통 한계: '식물 전체에 보편적으로 적용할 수 없었다'. 각 학설은 특정 식물군에서만 성립하는 제한성이 있었다.
보충 Tip
Tip 1. 관다발 형성층 vs 코르크 형성층
물관과 체관 '사이' = 관다발 형성층. 표피 '바로 아래' = 코르크 형성층. 위치 키워드로 구분하라.
Tip 2. 신장대 vs 분열대
세포 분열이 가장 활발한 곳 = 분열대(RAM 위치). 세포가 길게 늘어나는 곳 = 신장대. '분열'과 '신장'을 혼동하지 말 것.
Tip 3. 사이토키닌 vs 옥신
WUS 유전자 발현 촉진 → 중심대 생장 = 사이토키닌. 잎·곁눈 위치 결정 = 옥신. 두 호르몬의 역할을 바꿔 출제하는 경우가 많다.
연계 포인트
수능 출제 핵심 포인트
Point 1. 분열 조직의 분류와 기능
측생 분열 조직(부피 생장)과 정단 분열 조직(길이 생장)의 구분, 관다발 형성층(물관·체관 사이)과 코르크 형성층(표피 바로 아래)의 위치와 역할 차이를 정확히 기억해야 한다. 특히 ‘물관과 체관 사이 = 관다발 형성층’, ‘표피 바로 아래 = 코르크 형성층’이라는 위치 정보가 출제 빈출.
Point 2. 뿌리 구역별 기능 구분
분열대(세포 분열), 신장대(세포 신장), 성숙대(세포 분화)의 기능을 혼동하지 않아야 한다. 특히 ‘세포 분열이 가장 활발한 곳 = 분열대’이며, 신장대는 세포가 길게 늘어나는 곳이라는 차이를 구분해야 한다.
Point 3. WUS-CLV3 피드백과 호르몬
WUS → 시원 세포 미분화 유지 + CLV3 활성화, CLV3 → WUS 억제라는 음성 피드백을 정확히 이해해야 한다. 사이토키닌(WUS 촉진, 중심대 생장)과 옥신(기관 위치 결정)의 역할을 혼동하지 않도록 주의.
Point 4. 학설 전개의 논리적 관계
네겔리→한스타인→슈미트→포스터 순서와 각 학설의 한계를 정리해 두어야 한다. 두 학설의 공통 한계(식물 전체에 보편 적용 불가)가 핵심 출제 포인트.
Point 5. 슈트 정단 분열 조직의 이중 구분
형태적 구분(초층-내체)과 기능적 구분(중심대-주변대)이 동시에 성립한다. 중심대(미분화 유지)와 주변대(분화·분열 활발)의 역할이 반전 출제되는 경우를 주의할 것.
주요 연계 주제
생명과학 교과 연계 — 식물의 구조와 기능
생명과학I의 식물 호르몬(옥신, 사이토키닌), 생명과학II의 세포 분열과 유전자 발현 조절 단원과 직결되는 통합교과 소재.
과학사 학설 전개형 지문 — 빈출 패턴
여러 학자의 이론이 시간순으로 발전하는 구조는 수능 과학 지문의 전형적 패턴. 각 학설 간 계승/보완/반박 관계를 묻는 문제에 대비할 것.
음성 피드백 메커니즘 — 타 지문 연결
WUS-CLV3 음성 피드백은 항상성 유지 원리(체온, 혈당 조절 등)와 동일한 논리 구조. 유전자 발현 조절 메커니즘을 묻는 심화 문제에 적용 가능.
함정 유형별 대비
수능 빈출 함정 1: 위치 교체
관다발 형성층↔코르크 형성층의 위치를 바꿔 출제. "물관과 체관 사이" vs "표피 바로 아래"를 암기하라.
수능 빈출 함정 2: 구역 혼동
신장대(세포 신장)를 분열대(세포 분열)로 출제. "가장 활발한 세포 분열 = 분열대"를 반드시 구분하라.
수능 빈출 함정 3: 호르몬 역할 교체
사이토키닌(WUS 촉진)과 옥신(위치 결정)의 역할을 바꿔 출제. 각 호르몬의 역할을 명확히 연결하라.
수능 빈출 함정 4: 피드백 방향 역전
WUS가 CLV3를 활성화하는데, CLV3가 WUS를 활성화한다고 역전 출제하거나 억제/활성화 관계를 바꿔 출제함.
어휘 풀이
- 생애
- 태어나서 죽기까지의 기간 전체
- 지속적
- 끊이지 않고 계속되는 성질
- 분열 조직
- 분열 조직(meristem): 세포 분열이 활발하게 일어나는 미분화 조직. 식물의 생장을 담당한다.
- 측생 분열 조직
- 측생 분열 조직(lateral meristem): 줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장(2차 생장)을 유도하는 분열 조직.
- 정단 분열 조직
- 정단 분열 조직(apical meristem): 줄기와 뿌리의 끝(정단)에 위치하여 길이 생장(1차 생장)을 담당하는 분열 조직.
- 부피 생장
- 부피 생장(2차 생장, secondary growth): 줄기나 뿌리가 굵어지는 성장. 주로 목본 식물(나무)에서 일어난다.
- 길이 생장
- 길이 생장(1차 생장, primary growth): 줄기나 뿌리가 길어지는 성장. 모든 식물에서 일어난다.
- 기반
- 기초가 되는 바탕
- 성숙한
- 충분히 자라거나 발달한 상태가 된
- 관다발 형성층
- 관다발 형성층(vascular cambium): 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만드는 측생 분열 조직. 나이테 형성에 관여한다.
- 코르크 형성층
- 코르크 형성층(cork cambium): 표피 바로 아래에 위치하여 보호 조직을 만들어 수분 손실을 막는 측생 분열 조직.
- 관다발
- 관다발(vascular bundle): 물관(물과 무기물 수송)과 체관(유기물 수송)으로 이루어진 식물의 수송 조직
- 방추형 세포
- 방추형 세포(fusiform initials): 관다발 형성층의 세포 유형으로 세로 방향(축 방향)의 조직으로 분화한다.
- 방사형 세포
- 방사형 세포(ray initials): 관다발 형성층의 세포 유형으로 가로 방향(방사 방향)의 조직으로 분화한다.
- 표피
- 표피(epidermis): 식물의 겉면을 싸고 있는 조직. 외부로부터 내부를 보호한다.
- 나이테
- 나이테(annual ring): 나무 줄기의 단면에 나타나는 동심원 무늬로, 봄·여름에 형성된 춘재와 가을에 형성된 추재의 반복으로 이루어진다.
- 뿌리 정단 분열 조직
- 뿌리 정단 분열 조직(root apical meristem, RAM): 뿌리 끝에 위치하여 뿌리의 길이 생장을 담당하는 핵심 조직.
- 슈트 정단 분열 조직
- 슈트 정단 분열 조직(shoot apical meristem, SAM): 슈트의 맨 끝에 위치하여 줄기, 잎, 꽃 등 새로운 기관을 형성하는 분열 조직.
- 뿌리골무
- 뿌리골무(root cap): 뿌리의 끝을 감싸 물리적 손상과 마찰로부터 보호하는 구조물.
- 분열대
- 분열대(zone of cell division): 세포 분열이 가장 활발히 일어나는 구역. 뿌리 정단 분열 조직이 이 구역에 위치한다.
- 신장대
- 신장대(zone of elongation): 분열된 세포가 길게 늘어나 뿌리의 길이가 빠르게 자라는 구역.
- 성숙대
- 성숙대(zone of maturation): 세포의 분열과 신장이 일어나지 않고, 세포가 형태와 기능을 갖추어 표피·피층·관다발 등의 조직으로 분화하는 구역.
- 시원 세포
- 시원 세포(initial cell): 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 끊임없이 공급하는, 동물의 줄기세포와 유사한 세포.
- 피층
- 피층(cortex): 표피와 관다발 사이에 위치하는 조직층
- 손상된
- 다치거나 상하여 제 기능을 잃은
- 슈트
- 슈트(shoot): 식물의 위쪽 부분. 줄기와 그로부터 자라나는 가지, 잎, 꽃 등을 포함한다.
- 광합성
- 광합성(photosynthesis): 식물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 포도당 등 유기물을 합성하는 과정
- 생리적
- 생리적(physiological): 생물체의 기능과 작용에 관한
- 시원 세포
- 시원 세포(initial cell): 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 끊임없이 공급하는 세포
- 학설
- 학설(theory): 학문상의 이론이나 주장. 증거를 바탕으로 제시되나 아직 완전히 검증되지 않은 것을 포함한다.
- 네겔리
- 네겔리(Carl von Nägeli, 1817~1891): 스위스의 식물학자. 무종자 식물 관찰을 바탕으로 정단 세포설을 주장하였다.
- 양치식물
- 양치식물(fern): 포자로 번식하는 관다발 식물. 고사리류가 대표적이며 무종자 식물에 속한다.
- 정단 세포설
- 정단 세포설(apical cell theory): 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원이라는 학설. 네겔리가 1858년 주장. 무종자 식물에 적합하나 종자식물에는 적용 불가.
- 종자식물
- 종자식물(seed plant): 씨앗(종자)으로 번식하는 식물. 겉씨식물과 속씨식물을 포함한다.
- 한스타인
- 한스타인(Johannes von Hanstein, 1822~1880): 독일의 식물학자. 조직원설을 제시하였다.
- 조직원설
- 조직원설(histogen theory): 슈트 정단 분열 조직이 세 층으로 나뉘어 각각 표피, 피층, 관다발 조직으로 분화한다는 학설. 한스타인이 1868년 제시. 많은 종자식물에서는 확인되지 않는 한계가 있다.
- 슈미트
- 슈미트(A. Schmidt): 초층-내체설을 제안한 식물학자. 세포 분열 면의 차이를 근거로 슈트 정단 분열 조직을 구분하였다.
- 초층
- 초층(tunica): 슈트 정단 분열 조직의 바깥층. 세포가 면 분열(수직 분열)만 한다.
- 내체
- 내체(corpus): 슈트 정단 분열 조직의 안쪽 부분. 세포가 다양한 방향으로 분열한다.
- 초층-내체설
- 초층-내체설(tunica-corpus theory): 슈미트가 1924년 제안한 학설. 세포 분열 면의 차이를 근거로 슈트 정단 분열 조직을 초층과 내체로 구분한다.
- 포스터
- 포스터(A.S. Foster): 세포 조직학적 구역화설을 발표한 식물학자. 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 세 구역으로 나누었다.
- 세포 조직학적 구역화설
- 세포 조직학적 구역화설(cytohistological zonation theory): 포스터가 1938년 발표한 학설. 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부로 나누어 설명한다.
- 미분화
- 미분화(undifferentiated): 세포나 조직이 아직 특수한 형태나 기능을 갖추지 않은 상태. 다양한 세포로 분화할 능력을 지닌다.
- 중심대
- 중심대(central zone): 슈트 정단 분열 조직 안에서 시원 세포가 존재하며 미분화 상태를 유지하는 구역. WUS 유전자가 발현된다.
- 주변대
- 주변대(peripheral zone): 슈트 정단 분열 조직 안에서 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 구역.
- 정교한
- 정밀하고 교묘한. 매우 세밀하게 잘 짜인
- WUS 유전자
- WUS 유전자(WUSCHEL gene): 중심대에서 발현되어 시원 세포가 미분화 상태를 유지하도록 하고 CLV3 유전자를 활성화하는 유전자. 발현이 증가하면 중심대가 길어진다.
- CLV3 유전자
- CLV3 유전자(CLAVATA3 gene): 중심대의 시원 세포 수가 많아질 때 증가하여 WUS 유전자를 억제함으로써 시원 세포 수의 균형을 유지하는 유전자.
- 균형
- 균형(balance): 어느 쪽으로도 기울지 않는 고른 상태. 두 요소가 서로를 견제하는 음성 피드백 구조.
- 사이토키닌
- 사이토키닌(cytokinin): 식물 호르몬의 일종. WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는다. 세포 분열 촉진 효과도 있다.
- 옥신
- 옥신(auxin): 식물 호르몬의 일종. 슈트 주변에 모여 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 데 관여한다. PIN 단백질이 옥신의 이동을 조절한다.
- PIN 단백질
- PIN 단백질(PIN-formed protein): 세포막에 위치하여 옥신의 세포 간 이동 방향을 결정하는 수송 단백질.
- 상호
- 상호(相互): 서로 간에. 두 방향으로 영향을 주고받는
식물의 생장 헷갈리기 쉬운 진술(X) 6개와 해설
Q15. 코르크 형성층은 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만들어 나무의 나이테 형성에 관여한다.
정답: X — 정답! [인과 역전] 나이테를 만들고 새로운 관다발 조직을 생성하는 것은 '관다발 형성층'(물관과 체관 사이)이다. 코르크 형성층은 표피 바로 아래에서 보호 조직을 만들어 수분 손실을 막는다.
반대 선택 시: 오답. 2문단에 따르면 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만드는 것은 관다발 형성층이다. 코르크 형성층은 표피 바로 아래에 있으며 보호 조직을 만들어 수분 손실을 막는다.
Q16. 네겔리와 한스타인의 학설은 어떤 식물에서도 적용되지 않는 오류였기 때문에 이후 학자들에 의해 완전히 폐기되었다.
정답: X — 정답! [범위 변조] 두 학설은 무종자 식물(네겔리) 또는 특정 식물군(한스타인)에서는 성립하였다. '어떤 식물에서도 적용되지 않는 오류'는 지문의 내용과 다르다. 또한 이후 학설은 이전 학설을 '폐기'한 것이 아니라 한계를 보완하며 축적된 것이다.
반대 선택 시: 오답. 5문단에 따르면 네겔리의 학설은 무종자 식물에서 관찰되었고, 한스타인의 세 층은 무종자 식물에서는 확인되었다. 두 학설이 어떤 식물에서도 적용되지 않은 것은 아니며, 이후 학설에 의해 완전히 폐기된 것도 아니다.
Q17. 슈트 정단 분열 조직의 중심대는 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 구역이다.
정답: X — 정답! [비교 혼동] 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 곳은 '주변대'이다. 중심대는 시원 세포가 존재하며 미분화 상태를 유지하는 구역이다.
반대 선택 시: 오답. 5문단에 따르면 중심대는 시원 세포가 존재하며 미분화 상태를 유지하는 구역이다. 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 것은 주변대이다.
Q18. WUS 유전자의 발현이 증가하면 CLV3 유전자의 발현은 감소하고, 시원 세포의 수가 지나치게 증가하는 것을 막지 못하게 된다.
정답: X — 정답! [조건 왜곡] WUS 유전자의 발현이 증가하면 CLV3 유전자도 함께 활성화되어 증가한다. CLV3가 감소하는 것이 아니라 오히려 증가하여 WUS를 억제하는 방식으로 균형을 유지한다.
반대 선택 시: 오답. 6문단에 따르면 WUS 유전자는 CLV3 유전자를 활성화한다. 따라서 WUS 발현이 증가하면 CLV3 발현도 증가한다. CLV3가 감소한다는 것은 지문 내용과 반대이다.
Q19. 옥신은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 슈트 정단 분열 조직의 중심대 생장을 돕는다.
정답: X — 정답! [무관 삽입] WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는 것은 '사이토키닌'이다. 옥신은 슈트 주변에 모여 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 데 관여한다.
반대 선택 시: 오답. 6문단에 따르면 WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는 것은 사이토키닌이다. 옥신의 역할은 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 것이다.
Q20. 뿌리의 신장대에서는 세포 분열이 가장 활발하게 일어나 뿌리의 길이가 빠르게 자란다.
정답: X — 정답! [인과 역전] 세포 분열이 가장 활발하게 일어나는 곳은 '분열대'이다. 신장대에서는 분열된 세포가 길게 늘어나(신장) 뿌리의 길이가 빠르게 자란다.
반대 선택 시: 오답. 3문단에 따르면 세포 분열이 가장 활발히 일어나는 구역은 분열대이다. 신장대에서는 분열된 세포가 길게 늘어나 뿌리의 길이가 빠르게 자란다.
나머지 OX 14문항 · 정답과 해설
Q1. 측생 분열 조직은 줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장을 유도한다.
정답: O — 정답! 1문단에서 측생 분열 조직은 줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장을 유도한다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 측생 분열 조직은 '부피 생장'을 유도한다. 길이 생장을 담당하는 것은 정단 분열 조직이다.
Q2. 코르크 형성층은 표피 바로 아래에 위치하여 줄기와 뿌리를 보호하는 보호 조직을 만든다.
정답: O — 정답! 표피 바로 아래에 위치하여 보호 조직을 만드는 것은 코르크 형성층이다. 관다발 형성층은 물관과 체관 사이에 있다.
반대 선택 시: 오답. 2문단에 따르면 관다발 형성층은 물관과 체관 사이에 위치한다. 표피 바로 아래에 있는 것은 코르크 형성층이다.
Q3. 뿌리 정단 분열 조직은 분열대에 위치한다.
정답: O — 정답! 3문단에서 분열대는 세포 분열이 가장 활발히 일어나는 구역으로 뿌리 정단 분열 조직은 이 구역에 위치한다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 3문단에 따르면 뿌리 정단 분열 조직은 분열대에 위치한다.
Q4. 신장대에서는 분열된 세포가 길게 늘어나 뿌리의 길이가 빠르게 자란다.
정답: O — 정답! 성숙대에서는 세포의 분열과 신장이 일어나지 않고, 세포가 형태와 기능을 갖추어 조직으로 분화한다. 분열과 신장으로 길이가 자라는 것은 신장대이다.
반대 선택 시: 오답. 3문단에 따르면 성숙대에서는 세포의 분열과 신장이 일어나지 않는다. 뿌리가 빠르게 길어지는 것은 신장대에서의 현상이다.
Q5. 슈트는 줄기와 그로부터 자라나는 가지, 잎, 꽃 등을 포함하는 식물의 위쪽 부분이다.
정답: O — 정답! 4문단에서 슈트란 식물의 위쪽 부분으로, 줄기와 그로부터 자라나는 가지, 잎, 꽃 등을 포함한다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 4문단에 따르면 슈트는 줄기, 가지, 잎, 꽃 등을 포함하는 식물의 위쪽 부분이다.
Q6. 네겔리는 1858년 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원이라는 정단 세포설을 주장하였다.
정답: O — 정답! 5문단에서 1858년 네겔리는 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원이라는 정단 세포설을 주장하였다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 5문단에 따르면 1858년 네겔리는 정단 세포설을 주장하였다.
Q7. CLV3 유전자는 WUS 유전자를 억제하여 시원 세포의 수가 지나치게 늘어나지 않도록 균형을 유지한다.
정답: O — 정답! CLV3 유전자는 WUS 유전자를 '억제'한다. WUS가 CLV3를 활성화하는 것이며, CLV3는 WUS를 억제하여 시원 세포 수의 균형을 유지한다.
반대 선택 시: 오답. 6문단에 따르면 CLV3 유전자는 WUS 유전자를 '억제'한다. WUS가 CLV3를 활성화하고, CLV3가 WUS를 억제하는 방향이다.
Q8. 관다발 형성층의 방추형 세포와 방사형 세포는 각각 세로 방향과 가로 방향의 조직으로 분화한다.
정답: O — 정답! 2문단에서 관다발 형성층의 세포는 방추형 세포와 방사형 세포로 구분되며, 이들은 각각 세로 방향과 가로 방향의 조직으로 분화한다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 2문단에 따르면 방추형 세포는 세로 방향, 방사형 세포는 가로 방향의 조직으로 분화한다.
Q9. 뿌리 정단 분열 조직의 중심부에 있는 안정된 세포군은 시원 세포의 활동을 조절하고 손상된 조직을 복구하는 역할을 한다.
정답: O — 정답! 3문단에서 뿌리 정단 분열 조직의 중심부에는 세포 분열이 거의 없는 안정된 세포군이 존재하는데, 이 부분은 시원 세포의 활동을 조절하고 손상된 조직을 복구하는 역할을 한다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 3문단에 따르면 뿌리 정단 분열 조직의 중심부 세포군은 시원 세포의 활동을 조절하고 손상된 조직을 복구하는 역할을 한다.
Q10. 한스타인의 조직원설에서 제시한 세 층 구조는 무종자 식물에서는 확인되지만 많은 종자식물에서는 나타나지 않았다.
정답: O — 정답! 5문단에서 한스타인의 세 층은 무종자 식물에서는 확인되지만 많은 종자식물에서는 나타나지 않았다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 5문단에 따르면 한스타인의 조직원설에서 제시한 세 층은 무종자 식물에서는 확인되지만 많은 종자식물에서는 나타나지 않았다.
Q11. WUS 유전자의 발현이 증가하면 중심대의 세포 수가 늘어나고 중심대가 길어진다.
정답: O — 정답! 6문단에서 WUS 유전자의 발현이 증가하면 시원 세포가 미분화 상태를 더 오래 유지하게 되어 중심대의 세포 수가 늘어나고 그 결과 중심대가 길어지게 된다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 6문단에 따르면 WUS 유전자의 발현이 증가하면 중심대의 세포 수가 늘어나고 중심대가 길어진다.
Q12. 포스터(1938년)는 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부로 나누어 세포 조직학적 구역화설을 발표하였다.
정답: O — 1938년 포스터가 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부로 나누어 설명하는 세포 조직학적 구역화설을 발표했다고 하였으므로 맞는 진술입니다.
반대 선택 시: '이어 1938년 포스터는 … 세포 조직학적 구역화설을 발표하였다'를 다시 확인해 보세요. 1924년에 초층-내체설을 제안한 슈미트와 구별해야 합니다.
Q13. 사이토키닌은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는다.
정답: O — 호르몬인 사이토키닌은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는다고 하였으므로 맞는 진술입니다.
반대 선택 시: '한편 호르몬인 사이토키닌은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕고'를 다시 확인해 보세요. 옥신의 이동을 조절하는 PIN 단백질과 구별해야 합니다.
Q14. 슈트 정단 분열 조직의 시원 세포는 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 계속 만들어 내며, 이 세포들은 표피·피층·관다발 등 다양한 조직으로 발달한다.
정답: O — 정답! 6문단에서 슈트 정단 분열 조직의 시원 세포는 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 계속 만들어 내고, 이 세포들은 표피·피층·관다발 등 다양한 조직으로 발달한다고 하였다.
반대 선택 시: 오답. 6문단에 따르면 슈트 정단 분열 조직의 시원 세포는 자기 복제하며 새로운 세포를 만들고, 이 세포들은 표피·피층·관다발 등 다양한 조직으로 발달한다.
김은광 강사
이 해설은 매년 수능을 직접 보면서 정리한 출제 패턴 분석을 바탕으로 만들었습니다. 온라인 라이브 수업에서는 이 작품을 더 깊이 다룹니다.
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