중복수정

지구상에 존재하는 많은 식물은 중복수정을 한다. 중복수정은 꽃가루(화분)에 들어 있는 두 개의 정세포(sperm cell)가 암술에서 일어나는 수정에 참여하는 현상을 말한다. 꽃가루가 암술의 주두(stigma; 암술머리)에 부착하면, 물을 흡수하고 발아를 시작하여 암술대를 통하여 씨방(ovary)에 도달하는 꽃가루관을 형성한다. 꽃가루관의 끝은 씨방으로 들어가고 주공(micropyle; 발아공)을 통하여 밑씨(ovule)에 도달한다. 꽃가루관은 최종적으로 두 개의 정세포를 방출하는데, 그 중 한 개는 알세포(egg cell) 와 결합하여 배수체 접합자(diploid zygote)를 형성한다. 나머지 한 개의 정세포의 핵은 중심세포에 있는 두 개의 극핵(polar nuclei)이라 불리는 반수체 핵과 결합하여 3배체 핵(triploid nucleus)을 형성한다. 이 3배체 핵은 분열하여 배젖(endosperm)을 형성하고 발아 후 배(embryo)에 영양분을 공급하여 초기 분화를 촉진한다.¹⁾

중복수정 과정의 모식도. (1) 두 번의 감수분열을 통하여 중복 수정에 참여하는 반수체 대포자는 모세포로부터 발달. (2) 세 번의 유사분열을 통하여 대포자는 8핵 세포로 발달. (3) 핵 이동, 세포화, 핵 융합 및 분화를 통하여 알세포 , 두 개의 조세포(synergid cell), 세 개의 반족세포(antipodal cell), 배수체의 중심세포(central cell)로 이루어진 전체 7 세포의 배낭(embryo sac)을 형성. (4) 반족세포는 퇴화하고, 조세포 중의 하나로는 꽃가루관이 도입되어 두 개의 정자 세포를 방출한다. 화분 관의 영양세포는 수정 과정에 영양분을 공급. 두 개 정자 중에서 하나는 알세포 와, 다른 하나는 중심세포와 수정하여 배와 배젖을 형성. (출처:한국식물학회)

목차

중복수정은 오랫동안 속씨식물(피자식물)의 한 가지 주요한 특징으로 알려져 왔다. 속씨식물의 자성 배우체는 겉씨식물에 비하여 훨씬 축소되어 있으며, 배주도 대부분의 겉씨식물에서와 같이 인편 표면에 노출되어 있지 않고 심피 내에 들어가 있다. 배주는 속씨식물의 특징인 중복수정을 거쳐 종자로 분화된다. 3배체 배젖은 발생하게 될 배가 필요로 하는 녹말, 지방, 단백질과 기타 물질의 저장조직으로서의 역할을 한다. 배수체 접합자는 배축과 한 개 또는 두 개의 떡잎으로 이루어진 배로 발달한다. 종자의 잎이라고 불리는 떡잎은 식물의 종류에 따라서 다른 역할을 한다. 많은 종류에서 떡잎은 배젖을 분해하고 흡수하는 흡수기관으로서의 역할을 한다. 다른 경우 떡잎은 커지며 종자가 발아할 때 광합성 기능을 갖는다. 종종 두 가지 기능을 모두 갖는다.

식물에 따라서 중복수정 후에 배주를 둘러싸는 씨방이 열매로 발달하기도 한다. 열매는 성숙한 씨방과 종자로 이루어진다. 체리는 한 개의 심피 또는 여러 개의 합쳐진 심피로부터 생긴 열매이다. 산딸기는 하나의 꽃에 있는 여러 개의 나뉘어진 심피로부터 생긴 열매이다.

속씨식물의 자성 및 웅성 배우체는 각각 꽃가루관의 정세포와 배낭의 알세포로 나눠져 분리된 공간에 존재하여 시험관 중복수정을 어렵게 한다. 양귀비 식물에서 분리된 난세포와 정세포를 이용하여 인공적으로 중복수정을 하였으며, 최근에 다양한 식물로부터 성공적으로 시험관 수정이 진행되었다.

1. Berger F (2008) Double-fertilization, from myths to reality. Sexual Plant Reproduction, 21: 3–5