식물의 생장 원문 · 구조 분석
독서 과학기술 06 | 식물의 생장 적용 학습 · 과학·기술 과학기술 06 식물의 생장 과학·기술 — 생명과학(식물학) | 설명형 지문읽기 구조분석 문제풀기 연계포인트 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 태어나서 죽기까지의 기간 전체 동안 지속적 끊이지 않고 계속되는 성질 으로 성장하는 개체이다. 식물의 지속적인 생장은 특정 부위에 존재하는 분열 조직 분열 조직(meristem): 세포 분열이 활발하게 일어나는 미분화 조직. 식물의 생장을 담당한다. 에 의해 이루어진다. 식물의 생장과 관련된 주요 분열 조직에는 측생 분열 조직 측생 분열 조직(lateral meristem): 줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장(2차 생장)을 유도하는 분열 조직. 과 정단 분열 조직 정단 분열 조직(apical meristem): 줄기와 뿌리의 끝(정단)에 위치하여 길이 생장(1차 생장)을 담당하는 분열 조직. 이 있다. 측생 분열 조직은 줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장 부피 생장(2차 생장, secondary growth): 줄기나 뿌리가 굵어지는 성장. 주로 목본 식물(나무)에서 일어난다. 을 유도하고, 정단 분열 조직은 줄기와 뿌리의 끝, 즉 정단에 위치하여 길이 생장 길이 생장(1차 생장, primary growth): 줄기나 뿌리가 길어지는 성장. 모든 식물에서 일어난다. 을 담당한다. 이 두 조직은 식물이 다양한 구조를 갖추고 기능적으로 발달해 나가는 데 중요한 기반 기초가 되는 바탕 이 된다. 2 측생 분열 조직은 식물이 성숙한 충분히 자라거나 발달한 상태가 된 이후에도 지속적으로 활동하여 줄기와 뿌리가 굵어지게 한다. 대표적인 측생 분열 조직으로는 관다발 형성층 관다발 형성층(vascular cambium): 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만드는 측생 분열 조직. 나이테 형성에 관여한다. 과 코르크 형성층 코르크 형성층(cork cambium): 표피 바로 아래에 위치하여 보호 조직을 만들어 수분 손실을 막는 측생 분열 조직. 이 있다. 관다발 관다발(vascular bundle): 물관(물과 무기물 수송)과 체관(유기물 수송)으로 이루어진 식물의 수송 조직 형성층은 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만드는데, 관다발 형성층의 세포는 방추형 세포 방추형 세포(fusiform initials): 관다발 형성층의 세포 유형으로 세로 방향(축 방향)의 조직으로 분화한다. 와 방사형 세포 방사형 세포(ray initials): 관다발 형성층의 세포 유형으로 가로 방향(방사 방향)의 조직으로 분화한다. 로 구분된다. 이들은 각각 세로 방향과 가로 방향의 조직으로 분화한다. 코르크 형성층은 표피 표피(epidermis): 식물의 겉면을 싸고 있는 조직. 외부로부터 내부를 보호한다. 바로 아래에 있는데 보호 조직을 만들어 수분 손실을 Ⓐ막는 기능을 한다. 관다발 형성층과 코르크 형성층의 활동은 나무의 나이테 나이테(annual ring): 나무 줄기의 단면에 나타나는 동심원 무늬로, 봄·여름에 형성된 춘재와 가을에 형성된 추재의 반복으로 이루어진다. 를 만들고 줄기와 뿌리를 굵고 단단하게 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 3 정단 분열 조직에는 뿌리 정단 분열 조직 뿌리 정단 분열 조직(root apical meristem, RAM): 뿌리 끝에 위치하여 뿌리의 길이 생장을 담당하는 핵심 조직. 과 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. 이 있다. 뿌리 정단 분열 조직은 뿌리의 끝을 보호하는 역할을 하는 뿌리골무 뿌리골무(root cap): 뿌리의 끝을 감싸 물리적 손상과 마찰로부터 보호하는 구조물. 의 바로 안쪽에서 뿌리의 길이 생장을 담당하는 핵심 조직이다. 뿌리 끝은 뿌리골무, 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. 로 나뉘는데, 분열대는 세포 분열이 가장 활발히 일어나는 구역으로 뿌리 정단 분열 조직은 이 구역에 위치한다. 정단 분열 조직에서 시원 세포 시원 세포(initial cell): 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 끊임없이 공급하는, 동물의 줄기세포와 유사한 세포. 는 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 피층(cortex): 표피와 관다발 사이에 위치하는 조직층 ·관다발 등의 조직으로 분화한다. 한편 뿌리 정단 분열 조직의 중심부에는 세포 분열이 거의 없는 안정된 세포군이 존재하는데 이 부분은 시원 세포의 활동을 조절하고 손상된 다치거나 상하여 제 기능을 잃은 조직을 복구하는 역할을 한다. 4 슈트 슈트(shoot): 식물의 위쪽 부분. 줄기와 그로부터 자라나는 가지, 잎, 꽃 등을 포함한다. 정단 분열 조직은 슈트의 맨 끝에 위치한다. 슈트란 식물의 위쪽 부분으로, 줄기와 그로부터 자라나는 가지, 잎, 꽃 등을 포함한다. 슈트는 광합성 광합성(photosynthesis): 식물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 포도당 등 유기물을 합성하는 과정 을 통해 에너지를 생산하고 영양분과 물을 수송하는 등 여러 생리적 생리적(physiological): 생물체의 기능과 작용에 관한 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 세포 시원 세포(initial cell): 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 끊임없이 공급하는 세포 가 지속적으로 분열하여 슈트의 새로운 기관을 형성한다. 5 슈트 정단 분열 조직에 관한 연구는 18세기 후반부터 여러 학설 학설(theory): 학문상의 이론이나 주장. 증거를 바탕으로 제시되나 아직 완전히 검증되지 않은 것을 포함한다. 을 통해 발전해 왔다. 1858년 네겔리 네겔리(Carl von Nägeli, 1817~1891): 스위스의 식물학자. 무종자 식물 관찰을 바탕으로 정단 세포설을 주장하였다. 는 양치식물 양치식물(fern): 포자로 번식하는 관다발 식물. 고사리류가 대표적이며 무종자 식물에 속한다. 과 같은 무종자 식물의 슈트 정단 분열 조직을 관찰하고 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원이라는 정단 세포설 정단 세포설(apical cell theory): 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원이라는 학설. 네겔리가 1858년 주장. 무종자 식물에 적합하나 종자식물에는 적용 불가. 을 주장하였다. 그러나 종자식물 종자식물(seed plant): 씨앗(종자)으로 번식하는 식물. 겉씨식물과 속씨식물을 포함한다. 에서는 슈트 정단 분열 조직이 여러 층의 세포로 이루어져 각 층이 다른 분열 양상과 분화 과정을 보인다는 사실이 드러났다. 1868년 한스타인 한스타인(Johannes von Hanstein, 1822~1880): 독일의 식물학자. 조직원설을 제시하였다. 은 슈트 정단 분열 조직이 세 층으로 나뉘어 각각 표피·피층·관다발 조직으로 분화한다고 보는 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. 을 제시했다. 그러나 이 세 층이 무종자 식물에서는 확인되지만 많은 종자식물에서는 나타나지 않았다. ㏎네겔리의 학설과 한스타인의 학설에 한계가 드러난 이후, 1924년 슈미트 슈미트(A. Schmidt): 초층-내체설을 제안한 식물학자. 세포 분열 면의 차이를 근거로 슈트 정단 분열 조직을 구분하였다. 는 세포 분열 면의 차이를 근거로 슈트 정단 분열 조직을 초층 초층(tunica): 슈트 정단 분열 조직의 바깥층. 세포가 면 분열(수직 분열)만 한다. 과 내체 내체(corpus): 슈트 정단 분열 조직의 안쪽 부분. 세포가 다양한 방향으로 분열한다. 로 구분하는 초층-내체설 초층-내체설(tunica-corpus theory): 슈미트가 1924년 제안한 학설. 세포 분열 면의 차이를 근거로 슈트 정단 분열 조직을 초층과 내체로 구분한다. 을 제안하였다. 이어 1938년 포스터 포스터(A.S. Foster): 세포 조직학적 구역화설을 발표한 식물학자. 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 세 구역으로 나누었다. 는 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부로 나누어 설명하는 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. 을 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 미분화(undifferentiated): 세포나 조직이 아직 특수한 형태나 기능을 갖추지 않은 상태. 다양한 세포로 분화할 능력을 지닌다. 상태를 유지하는 중심대 중심대(central zone): 슈트 정단 분열 조직 안에서 시원 세포가 존재하며 미분화 상태를 유지하는 구역. WUS 유전자가 발현된다. , 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 주변대 주변대(peripheral zone): 슈트 정단 분열 조직 안에서 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 구역. 로 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 정밀하고 교묘한. 매우 세밀하게 잘 짜인 조절을 통해 이루어진다. 슈트 정단 분열 조직의 중심대에서는 WUS 유전자 WUS 유전자(WUSCHEL gene): 중심대에서 발현되어 시원 세포가 미분화 상태를 유지하도록 하고 CLV3 유전자를 활성화하는 유전자. 발현이 증가하면 중심대가 길어진다. 가 발현되어 시원 세포가 미분화 상태를 유지하도록 하고 CLV3 유전자 CLV3 유전자(CLAVATA3 gene): 중심대의 시원 세포 수가 많아질 때 증가하여 WUS 유전자를 억제함으로써 시원 세포 수의 균형을 유지하는 유전자. 를 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 균형 균형(balance): 어느 쪽으로도 기울지 않는 고른 상태. 두 요소가 서로를 견제하는 음성 피드백 구조. 을 유지하는 것이다. 한편 호르몬인 사이토키닌 사이토키닌(cytokinin): 식물 호르몬의 일종. WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는다. 세포 분열 촉진 효과도 있다. 은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕고, 옥신 옥신(auxin): 식물 호르몬의 일종. 슈트 주변에 모여 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 데 관여한다. PIN 단백질이 옥신의 이동을 조절한다. 은 슈트 주변에 모여 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 데 관여한다. 이때 PIN 단백질 PIN 단백질(PIN-formed protein): 세포막에 위치하여 옥신의 세포 간 이동 방향을 결정하는 수송 단백질. 이 옥신의 이동을 조절한다. 호르몬이 유전자 발현과 상호 상호(相互): 서로 간에. 두 방향으로 영향을 주고받는 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. ✔ 문제풀기 내 점수 0 / 0 OX 확인 문제 — Basic (1~7) 1. 측생 분열 조직은 줄기나 뿌리의 측면에 위치하여 부피 생장을 유도한다. O X 2. 코르크 형성층은 표피 바로 아래에 위치하여 줄기와 뿌리를 보호하는 보호 조직을 만든다. O X 3. 뿌리 정단 분열 조직은 분열대에 위치한다. O X 4. 신장대에서는 분열된 세포가 길게 늘어나 뿌리의 길이가 빠르게 자란다. O X 5. 슈트는 줄기와 그로부터 자라나는 가지, 잎, 꽃 등을 포함하는 식물의 위쪽 부분이다. O X 6. 네겔리는 1858년 하나의 큰 정단 세포가 모든 세포의 기원이라는 정단 세포설을 주장하였다. O X 7. CLV3 유전자는 WUS 유전자를 억제하여 시원 세포의 수가 지나치게 늘어나지 않도록 균형을 유지한다. O X 함정특강①: Basic 함정 패턴 ox2: 관다발 형성층과 코르크 형성층의 위치를 바꿔치기. '표피 바로 아래 = 코르크 형성층'이다. ox4: 성숙대에서는 '분열과 신장이 일어나지 않는다'가 지문의 핵심. ox7: CLV3는 WUS를 '억제'하는 것이지 '활성화'하는 것이 아니다. WUS가 CLV3를 활성화한다. OX 확인 문제 — Intermediate (8~14) 8. 관다발 형성층의 방추형 세포와 방사형 세포는 각각 세로 방향과 가로 방향의 조직으로 분화한다. O X 9. 뿌리 정단 분열 조직의 중심부에 있는 안정된 세포군은 시원 세포의 활동을 조절하고 손상된 조직을 복구하는 역할을 한다. O X 10. 한스타인의 조직원설에서 제시한 세 층 구조는 무종자 식물에서는 확인되지만 많은 종자식물에서는 나타나지 않았다. O X 11. WUS 유전자의 발현이 증가하면 중심대의 세포 수가 늘어나고 중심대가 길어진다. O X 12. 포스터(1938년)는 슈트 정단 분열 조직의 내부를 기능에 따라 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부로 나누어 세포 조직학적 구역화설을 발표하였다. O X 13. 사이토키닌은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 중심대의 생장을 돕는다. O X 14. 슈트 정단 분열 조직의 시원 세포는 스스로를 복제하면서 새로운 세포를 계속 만들어 내며, 이 세포들은 표피·피층·관다발 등 다양한 조직으로 발달한다. O X 함정특강②: Intermediate 함정 패턴 ox12: 세포 조직학적 구역화설을 발표한 것은 '포스터(1938)'이다. 슈미트(1924)는 초층-내체설을 제안하였다. [인물 혼동 함정] ox13: 지문에는 사이토키닌이 PIN 단백질을 촉진한다는 내용이 없다. PIN 단백질은 옥신의 이동을 조절한다고만 서술되어 있다. [무관 삽입 함정] OX 확인 문제 — Hard / 함정 집중 (15~20) ※ 15~20번은 모두 의도적으로 틀린 진술입니다. 정확한 근거로 X를 선택하세요. 15. [인과 역전] 코르크 형성층은 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만들어 나무의 나이테 형성에 관여한다. O X 16. [범위 변조] 네겔리와 한스타인의 학설은 어떤 식물에서도 적용되지 않는 오류였기 때문에 이후 학자들에 의해 완전히 폐기되었다. O X 17. [비교 혼동] 슈트 정단 분열 조직의 중심대는 세포 분열이 활발하게 일어나 새로운 기관으로 분화가 이루어지는 구역이다. O X 18. [조건 왜곡] WUS 유전자의 발현이 증가하면 CLV3 유전자의 발현은 감소하고, 시원 세포의 수가 지나치게 증가하는 것을 막지 못하게 된다. O X 19. [무관 삽입] 옥신은 WUS 유전자 발현을 촉진하여 슈트 정단 분열 조직의 중심대 생장을 돕는다. O X 20. [인과 역전] 뿌리의 신장대에서는 세포 분열이 가장 활발하게 일어나 뿌리의 길이가 빠르게 자란다. O X 함정특강③: Hard 함정 패턴 총정리 ox15 [인과 역전]: 나이테 형성·새 관다발 조직 생성은 '관다발 형성층'의 역할. 코르크 형성층은 표피 아래에서 수분 손실을 막는다. ox16 [범위 변조]: 두 학설은 무종자 식물 등 특정 범위에서는 성립했다. '어떤 식물에서도 적용 안 됨'은 과도한 일반화 오류. ox17 [비교 혼동]: 설명은 '주변대'의 역할. 중심대는 시원 세포가 '미분화 상태를 유지'하는 구역이다. ox18 [조건 왜곡]: WUS 발현 증가 → CLV3 활성화(함께 증가) → WUS 억제. CLV3는 감소하지 않고 오히려 증가한다. ox19 [무관 삽입]: WUS 발현을 촉진하는 것은 '사이토키닌'. 옥신은 잎·곁눈이 생길 위치 결정에 관여한다. ox20 [인과 역전]: 세포 분열이 가장 활발한 곳은 '분열대'. 신장대는 분열된 세포가 '길게 늘어나는(신장)' 구역이다. 수능형 문제 1 윗글의 내용과 일치하지 않는 것은? ① 슈트는 광합성을 통해 에너지를 생산하고 영양분과 물을 수송한다. ② 뿌리 정단 분열 조직의 중심부에 있는 세포군은 훼손된 조직을 복구하는 기능을 한다. ③ 슈미트는 세포 분열 면의 차이를 근거로 슈트 정단 분열 조직을 초층과 내체로 구분했다. ④ 포스터는 슈트 정단 분열 조직의 내부를 세 구역으로 나누어 설명하는 학설을 발표했다. ⑤ 식물의 줄기가 굵어지는 것은 물관과 체관 사이에 있는 코르크 형성층이 성장하기 때문이다. 출제 의도 측생 분열 조직의 세부 개념(관다발 형성층 vs 코르크 형성층)을 정확히 구분하는지 변별한다. 선지 분석 ① 적절 — 4문단: 슈트는 광합성을 통해 에너지를 생산하고 영양분과 물을 수송하는 등 여러 생리적 기능을 수행한다. ② 적절 — 3문단: 뿌리 정단 분열 조직의 중심부에는 세포 분열이 거의 없는 안정된 세포군이 존재하며 손상된 조직을 복구하는 역할을 한다. ③ 적절 — 5문단: 슈미트는 세포 분열 면의 차이를 근거로 초층-내체설을 제안하였다. ④ 적절 — 5문단: 포스터는 시원 세포 구역, 주변 구역, 형성 중심부로 나누어 설명하는 세포 조직학적 구역화설을 발표하였다. ⑤ 일치하지 않음 (정답) — 2문단에 따르면 물관과 체관 사이에서 새로운 관다발 조직을 만드는 것은 관다발 형성층이다. 코르크 형성층은 표피 바로 아래에 위치한다. 함정 해부 [개념 뒤바꿈] 관다발 형성층의 위치(물관과 체관 사이)를 코르크 형성층에 적용하여 혼동을 유도한다. 2 ㏎의 내용으로 가장 적절한 것은? ① 정단 세포의 존재를 증명하지 못했다. ② 식물 전체에 보편적으로 적용할 수 없었다. ③ 어떤 식물에서도 정단 분열 조직의 층 구조를 발견하지 못했다. ④ 식물의 길이 생장에 대해 다루지 못한 채 부피 생장만을 연구했다. ⑤ 정단 분열 조직을 구조적으로 구분하지 못하고 기능적으로만 구분했다. 출제 의도 네겔리와 한스타인 학설의 공통된 한계점을 정확히 추론할 수 있는지 변별한다. 선지 분석 ① 부적절 — 네겔리는 관찰을 통해 정단 세포의 존재를 주장하였다. 존재를 증명하지 못한 것이 한계가 아니다. ② 가장 적절 (정답) — 네겔리의 정단 세포설은 종자식물에서 확인되지 않았고, 한스타인의 조직원설도 많은 종자식물에서 나타나지 않았다. 두 학설 모두 식물 전체에 보편적으로 적용할 수 없었다. ③ 부적절 — 네겔리와 한스타인이 어떤 식물에서도 층 구조를 발견하지 못한 것은 아니다. ④ 부적절 — 두 학자 모두 슈트 정단 분열 조직에 대해 연구했으므로 길이 생장을 다룬 것이다. ⑤ 부적절 — 한스타인의 조직원설은 슈트 정단 분열 조직의 층을 구조적으로 구분한 것이다. 함정 해부 [범위 오류] 각 학설은 특정 식물군에서는 성립하지만 모든 식물에 보편적으로 적용되지 않는다는 점이 핵심. 3 <보기>의 ㄱ~ㅁ의 이유를 추론한 내용으로 적절하지 않은 것은? < 보 기 > ㄱ. 식물의 잎을 제거하면 식물이 정상적으로 자라지 못한다. ㄴ. 식물의 뿌리의 분열대에 해당하는 부분을 잘라 내면 길이 생장이 일어나지 않는다. ㄷ. 당근을 신장대를 자극하는 액체에 담가 놓자 뿌리가 빠르게 길어졌다. ㄹ. 뿌리 표면의 한 부분에 잉크 점을 찍고 시간이 지나서 보니 뿌리는 길어졌으나 그 점의 위치는 변하지 않았다. ㅁ. 나무줄기의 횡단면을 현미경으로 관찰해 보면 어떤 나무줄기는 가로무늬, 어떤 나무줄기는 세로무늬로 되어 있다. ① ㄱ: 슈트인 잎은 생장을 위해 필요한 여러 생리적 기능을 수행하기 때문이겠군. ② ㄴ: 뿌리의 분열대에 뿌리 정단 분열 조직이 위치하기 때문이겠군. ③ ㄷ: 뿌리의 신장대는 세포 분열이 가장 활발한 구역이기 때문이겠군. ④ ㄹ: 잉크 점을 찍은 부분이 세포의 분열과 신장이 일어나지 않는 성숙대이기 때문이겠군. ⑤ ㅁ: 관다발 형성층의 세포가 방추형과 방사형으로 구분되기 때문이겠군. 출제 의도 뿌리 구역별 기능(분열대/신장대/성숙대)을 구체적 사례에 정확히 적용할 수 있는지 변별한다. 선지 분석 ① 적절 — 슈트는 광합성, 영양분·물 수송 등 여러 생리적 기능을 수행하므로 잎을 제거하면 정상 생장이 어려워진다. ② 적절 — 뿌리 정단 분열 조직은 분열대에 위치하므로 이를 잘라 내면 길이 생장이 멈춘다. ③ 적절하지 않음 (정답) — 신장대에서는 분열된 세포가 길게 늘어나 뿌리가 자라는 것이다. 세포 분열이 가장 활발한 구역은 분열대이다. ④ 적절 — 성숙대에서는 세포의 분열과 신장이 일어나지 않으므로 잉크 점의 위치가 변하지 않는다. ⑤ 적절 — 관다발 형성층의 방추형 세포는 세로 방향, 방사형 세포는 가로 방향의 조직으로 분화한다. 함정 해부 [구역 혼동] 신장대의 기능(세포 신장)을 분열대의 기능(세포 분열)과 바꿔 놓아 혼동을 유도한다. 4 [A]를 바탕으로 <보기>에 대해 설명한 내용으로 가장 적절한 것은? < 보 기 > 김○○ 연구원은 슈트 정단 분열 조직에 특정 호르몬이 미치는 영향을 확인하기 위해 애기장대 식물체를 대상으로 다음과 같은 실험을 수행하였다. • 실험 내용: 실험군 Ⓐ에는 호르몬을 다량 주입하고 대조군 Ⓑ에는 이 호르몬을 주입하지 않았다. 5일 뒤 현미경을 통해 애기장대의 성장을 관찰하였다. • 실험 결과: 대조군 Ⓑ에서는 중심대의 길이 변화가 거의 없었으나 실험군 Ⓐ에서는 중심대의 길이가 의미 있는 수준으로 길어졌다. ① 실험군 Ⓐ에 주입한 호르몬은 옥신으로, 중심대 생장을 촉진했을 것이다. ② 실험군 Ⓐ에 주입한 호르몬이 시원 세포의 미분화 상태를 유지하게 했을 것이다. ③ 실험군 Ⓐ에서는 WUS 유전자 발현에 따라 주변대의 세포 분화가 억제되었을 것이다. ④ 실험군 Ⓐ에서 WUS 유전자의 발현 증가로 인해 CLV3 유전자의 발현은 감소했을 것이다. ⑤ 실험군 Ⓐ에서 시원 세포 수가 감소하면 WUS 유전자의 발현이 억제되는 조절 작용이 이루어질 것이다. 출제 의도 WUS-CLV3 피드백 루프와 호르몬의 역할을 실험 결과에 적용할 수 있는지 변별한다. 선지 분석 ① 부적절 — 옥신은 슈트 주변에 모여 잎과 곁눈이 생길 위치를 정하는 데 관여한다. 중심대 생장 촉진은 사이토키닌의 역할이다. ② 가장 적절 (정답) — 사이토키닌이 WUS 유전자 발현을 촉진하고, WUS 유전자가 시원 세포의 미분화 상태를 유지시킨다. 중심대가 길어진 것은 시원 세포의 미분화 상태가 유지되었기 때문이다. ③ 부적절 — WUS 유전자는 주변대의 세포가 새로운 기관으로 분화하도록 유도한다. 억제하는 것이 아니다. ④ 부적절 — WUS 유전자가 CLV3 유전자를 활성화하므로, WUS 발현 증가 시 CLV3 발현도 증가한다. ⑤ 부적절 — 시원 세포 수가 감소하면 CLV3 유전자 발현도 감소하고, WUS 억제가 약화되어 WUS 발현이 오히려 증가한다. 함정 해부 [인과 뒤바꿈] WUS→CLV3 활성화 관계를 억제 관계로 바꾸거나, 호르몬 역할(사이토키닌 vs 옥신)을 혼동시킨다. 5 문맥상 Ⓐ와 바꿔 쓰기에 가장 적절한 것은? ① 금지(禁止)하는 ② 방관(傍觀)하는 ③ 방지(防止)하는 ④ 제지(制止)하는 ⑤ 훼손(毁損)하는 출제 의도 문맥 속 단어의 의미를 정확히 파악하여 유의어를 선택할 수 있는지 변별한다. 선지 분석 ① 부적절 — ‘금지하다’는 ‘법이나 규칙이나 명령 따위로 어떤 행위를 하지 못하도록 하다.’라는 뜻이다. ② 부적절 — ‘방관하다’는 ‘어떤 일에 직접 나서서 관여하지 않고 곁에서 보기만 하다.’라는 뜻이다. ③ 가장 적절 (정답) — ‘방지하다’는 ‘어떤 일이나 현상이 일어나지 못하게 막다.’라는 뜻으로, 수분 손실을 ‘막는’과 바꿔 쓰기에 적절하다. ④ 부적절 — ‘제지하다’는 ‘막거나 말려서 하지 못하게 하다.’라는 뜻이다. ⑤ 부적절 — ‘훼손하다’는 ‘헐거나 깨뜨려 못 쓰게 만들다.’라는 뜻이다. 함정 해부 ‘막다’의 여러 유의어 중 문맥에 맞는 ‘방지하다’와 다른 뜻인 ‘금지하다’, ‘제지하다’를 구분해야 한다. ★ 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.