물관부

땅에서 흡수한 물과 무기물질 등을 식물의 모든 부위로 운반하는 통로를 물관부라고 한다. 물관부는 죽은 세포로 구성되어 있어서 잎의 표면에서 물이 증발하는 힘 및 뿌리에서 생기는 뿌리압, 그리고 체관부에서 끌어들이는 힘 등에 의해 용액이 뿌리에서 잎 방향으로 이동한다. 물관부에서 물을 수송하는 세포는 가도관과 도관이다. 이 세포들은 긴 통 모양으로 생겼으며 끝 부분이 구멍으로 통해 서로 연결되어 있다.¹⁾

선인장 줄기의 단면. 원형으로 다소 솟아오른 구조가 물관부이다. 물관부는 두꺼운 2차 세포벽이 발달해 있다. 선인장 줄기의 세포 대부분은 물을 저장하는 세포인데 줄기가 잘려진 후 이들은 말라서 쭈글어 든 반면 물관부는 단단한 세포벽이 그대로 남아서 튀어나온 모습을 하고 있다. (출처: 오상훈)

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물관부에서 물을 수송하는 세포를 통수요소(tracheary element)라고 하며, 가늘고 끝이 뾰족한 대롱 모양이다. 이들은 두껍고 목질화된 2차세포벽을 갖고 있다. 속씨식물을 제외한 대부분의 목본식물의 통수요소는 헛물관(가도관, trahead)이다. 헛물관의 뾰족한 끝은 다음 헛물관과 중첩되어 있으며 이 부분에 구멍이 있어 물이 이동한다. 대부분의 속씨식물에서 통수요소는 헛물관보다 더 특수화된 물관(vessel)과 헛물관으로 구성되어 있다. 물관은 헛물관보다 길이가 짧고 폭은 넓은 통모양이다. 물관의 끝 부분은 측면에 위치한 다음 물관의 끝 부분과 주로 측벽을 통해 물을 전달한다. 물관부에는 통수요소 주변에 유세포(parenchyma)가 있으며 섬유세포(fiber cell)가 있는 경우도 있다.¹⁾

해바라기 줄기의 단면에서 관다발. 직경이 크고 붉은색으로 염색된 부분이 물관부이다. 관다발의 바깥쪽(윗쪽)에 직경이 작고 붉은색으로 진하게 염색된 부분은 섬유세포이고, 물관부와 섬유세포 사이에 체관부가 있다. (출처: 오상훈)

기공에서 증발하는 증산 작용에 의해 수분을 잃게 되면서 생기는 흐름에 의해 물은 뿌리에서 흡수되어 물관부를 통해 이동한다. 물은 서로 응집하는 성질이 있어 표면장력을 형성한다. 또한 물 분자는 세포벽에 부착하는 성질이 있는데 이런 분자 간 인력과 표면장력 그리고 증산작용에 의해 식물체 내에 물기둥이 형성되어 물관으로 물이 수송된다. 이러한 이론을 응집력-장력 이론이라고한다.

뿌리에서도 물을 위로 올리는 힘이 있다. 물에 녹아 있는 용질의 농도가 높으면 물은 뿌리 주변에서 뿌리 세포로 이동한다. 이렇게 해서 생긴 뿌리압은 기공이 열리기 전인 아침에 강하며 이 시기의 물의 이동을 주도한다. 식물에 따라 뿌리압이 다르다. 포도속에 속하는 Vitis riparia의 뿌리압은 145 kPa에 달하지만 노박덩굴(Celastrus orbiculatus)의 뿌리압은 거의 없다고 알려져 있다.²⁾

이 외에도 체관부가 물관부 내의 물 이동을 촉진한다. 체관 용액의 농도는 물관 용액 농도보다 높은데, 체관부와 물관부는 연결되어 있는 곳이 있어 물관부 내의 물이 체관부로 이동을 촉진한다.³⁾

물관부에 의해 이동되는 것은 주로 물이나 수용성 무기물도 물을 따라 물관부에 의해 수송된다. 암모늄, 질산염 등 유기물질이 포함되어 있는 경우도 있다. 식물에 따라서 어떤 종에서는 뿌리의 위치와 상관없이 흡수되나 옥수수와 벼 등의 뿌리 정단은 신장대보다 암모늄을 더 잘 흡수 하며 어떤 식물은 뿌리털이 가장 활발하게 인산염을 흡수한다.¹⁾

1. 이규배 (2016) 식물형태학. 라이프사이언스, 118-128
2. Tibbetts TJ, Ewers FW (2000) Root pressure and specific conductivity in temperate lianas: exotic Celastrus orbiculatus (Celastraceae) vs. Native Vitis riparia (Vitaceae). American Journal of Botany. Botanical Society of America, 87: 1272–78
3. Knoblauch M, Knoblauch J, Mullendore D 등 (2016) Testing the Münch hypothesis of long distance phloem transport in plants. ELife, 5: e15341