물관과 체관의 구조와 기능은 어떻게 다른가?

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식물에 대해 배우면 물관과 체관에 대한 설명이 자주 나온다. 고등동물의 몸은 혈관이 영양분과 수분을 세포와 조직으로 배송(translocation)한다. 식물에서는 그런 배송기능을 물관과 체관이 하는데, 물관과 체관이 여럿 모여 섬유질 다발을 이룬 형태를 관다발(vascular bundle) 또는 유관속(維管束)이라 한다. 維는 ‘가는 끈’, 管은 ‘속이 빈 대롱’, 束은 ‘묶는다’는 뜻이다.

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식물의 관다발에는 털뿌리가 흡수한 물을 잎 끝까지 보내는 물관과, 잎에서 광합성하여 생산한 영양물질(포도당 등)을 모든 세포와 저장기관으로 배송하는 동시에, 저장기관에 보관 중인 영양분을 다른 세포로 운송하는 통로(튜브)가 되는 체관 두 가지가 있다. 체관의 체는 곡식의 고운 가루를 걸러내는 구멍이 가득한 도구를 말한다.

 

 

 

잎을 펼치고 있는 그물처럼 생긴 잎맥은 물관과 체관이 다발을 이루고 있는 조직이다.

 

 

 

 

물관(xylem vessel)과 체관(phloem vessel)의 구조를 비교한다. 물관과 체관은 뿌리에서부터 모든 잎 끝까지 튜브를 이루고 있다. 이 튜브는 주변의 세포들이 에워싸서 만든 통로이다. 체관은 이 튜브 중간을 가로 막은 판에 구멍이 가득 뚫려 있다. 물관으로는 물이 위로한 방향으로만 운송되지만, 체관으로는 영양물질이 필요에 따라 반대방향으로도 이동한다.

 

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큰 나무의 줄기는 어떻게 해마다 굵어지나?

 

굵은 나무줄기를 자른 아래 그림을 보자. 줄기를 세로로 절단하면 나이테가 겹겹이 나타난다. 나이테가 왜 생기는지는 알고 있을 것이다. 목재(木材)의 단단한 내부에 형성되는 나이테는 물관세포가 오래 세월 동안 형성한 것이다. 즉 줄기의 중심부에 있는 나이테는 가장 오래 전에 만들어진 것이고, 수피(樹皮) 가까이 있는 부분은 최근에 형성된 물관세포들이다.

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나이테 세포는 가장 바깥 부분에 있는 것만 살아있고, 내부의 나이테 세포는 수명을 다하고 죽은 상태이다. 그러나 죽은 물관세포는 질긴 섬유소와 수지(樹脂) 성분이 포함되어 있어 강인하고 쉽게 부패하지도 않는다. 이런 나이테 형성은 작은 가지 속에서도 마찬가지이다.

 

 

 

목재 중심부의 죽은 세포는 심재(心材 heartwood)라 하고, 수피 주변의 세포는 변재(邊材 sapwood)라 한다. 邊은 주변, 변두리라는 뜻이다. 심재가 되는 물관세포와, 주변을 둘러싼 체관세포를 형성하는 부분(녹색 표시)을 형성층(形成層 cambium) 또는 부름켜(켜켜이 불어나게 하는)라 한다.

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부름켜를 구성하는 세포들은 세포분열이 왕성한 중요한 조직이다. 부름켜 세포는 안쪽으로는 목재를 이루는 물관세포(목질부)를, 바깥쪽으로는 체관세포(체관부 phloem)를 계속 만든다. 그림에서 부름켜로부터 갖 분열하여 생겨난 체관세포는 살아있는 세포이기 때문에 생체관부(living phloem)라 한다. 잎에서 광합성을 하여 만들어진 영양분은 줄기 외부를 둘러싼 체관을 따라 식물 전체 세포와 덩이뿌리, 열매 등의 저장기관으로 배송된다.

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부름켜로부터 형성된 바깥쪽의 체관부 세포는 차츰 단단한 상태로 변하여 주피(周皮 periderm)를 형성한다. 周皮는 ‘주위를 둘러싼 껍질’이라는 뜻이다. 주피는 코르크를 형성하는 코르크 부름켜(cork cambiun)와 코르크(cork) 부분으로 구분된다. 생체관부와 주피가 포함된 부분을 합쳐 수피(bark)라 한다. 이 그림을 통해 오래된 나무의 수피가 두터워지는 이유도 이해하게 될 것이다. 나무줄기를 톱으로 잘라보면, 수피 부분은 조직이 연하고 부름켜 안쪽으로 들어가면 단단해진다. 그 이유도 이 그림을 통해 알게 되었을 것이다.

 

 

 

물관과 체관 및 형성층(부름켜)을 자세하게 나타낸 현미경 영상이다. 이 영상에서 검은 선이 지적하는 부분의 테는 코르크 층을 형성하는 코르크 부름켜이고, 중심부의 붉은색 세포들은 체관부 세포들이며, 위쪽에 경계를 이루는 둥그런 얇은 층 조직이 형성층이다. 이 형성층에서 줄기 안쪽으로는 물관세포를, 바깥으로는 체관세포를 형성한다. 톱이나 도끼로 형성층 조직을 완전히 파괴하면 식물은 더 이상 생존하지 못한다.

 

 

단자엽식물과 씽자엽식물의 관다발 구조는 어떻게 다른가?

쌍자엽식물은 대부분 다년생이고 줄기가 해마다 굵어진다. 위에서 소개한 관다발 구조는 일반적인 쌍자엽식물의 형태이다. 반면에 옥수수 등의 초본식물은 대부분 1-2년 정도로 수명이 짧고, 줄기 직경이 일정 이상 굵어지지 않는다. 그 이유는 아래 그림처럼 물관과 체관이 함께 모인 관다발 구조이기 때문이다.

 

 

 

초본식물의 관다발은 크게 2종 구조를 하고 있다. 왼쪽은 줄기 주변에 관다발이 돌아가면서 흩어져 있고, 오른쪽의 관다발은 줄기 내부 전체에 흩어져 있다. 식물의 관다발 구조는 종류마다 차이가 있다. 칡이나 환삼덩굴의 덩쿨처럼 줄기가 강인한 것은 물관을 형성하는 세포에 질긴 섬유질이 많기 때문이다.

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식물의 내부 구조를 이해하기는 마치 동물 해부학처럼 복잡하다. 그러나 물관, 체관, 관다발, 형성층 등의 용어는 잘 이해하고 있어야 할 것이다. 참고로 잎과 줄기에 붙어 수액을 빨아먹는 진디물은 영양액이 흐르는 체관에 주둥이를 꽂는다. 인간은 관다발의 질긴 조직으로 종이, 밧줄, 바구니 등의 도구를 만든다. 목조건물과 목가구의 목재는 모두 심재라 불리는 물관부 조직이다. - YS

 

 

베버-페히너 법칙