꽃가루관

꽃가루관은 꽃가루(화분)가 발아하여 형성된 관이다. 종자식물의 모든 수배우체는 밑씨(배주)의 대포자낭 조직과 접촉한 이후에 꽃가루관을 낸다. 꽃가루관은 정자를 밑씨의 난자로 직접 또는 간접적으로 전달하여 수정이 되도록 한다. 꽃가루관 형성을 통한 수정을 꽃가루관수정이라 부른다.¹⁾

꽃가루관. (출처: GettyimagesKorea)

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꽃가루관은 천문학자이자 현미경학자인 Giovanni Battista Amici에 의해 처음으로 관찰되었다.²⁾

겉씨식물의 구과식물에서 꽃가루관은 꽃가루가 배주의 주공으로 들어간 이후에 발달하여 오랜 기간 주심(대포자낭)으로부터 양분을 흡수한다. 구과식물에서 수정은 꽃가루받이(수분) 이후 긴 시간이 지나서, 때로는 1년 가까이 지난 이후에 일어난다.¹⁾³⁾

속씨식물에서 꽃가루관은 꽃가루가 암술머리에 옮겨진 직후에 발달한다. 꽃가루는 암술머리와 암술대의 조직을 뚫고 신장하여 배주에 도달하고, 주공을 관통하여 두 개의 정자를 암배우체에 전달하게 된다. 속씨식물의 정자는 편모나 섬모가 없어 비운동성이며, 이는 육상식물 중 진화된 형질상태이다.¹⁾³⁾

속씨식물에서 꽃가루관이 배주의 주공으로 들어가면 조세포 중 하나를 관통하여 암배우체의 중앙세포를 향하여 2개의 정자를 방출한다. 하나의 정세포는 알세포와 결합하여 2배체인 접합자를 생성하고, 접합자는 배로 성숙한다. 나머지 정자는 2개의 극핵과 융합하여 3배체인 배젖 세포를 생성한다. 이 배젖 세포는 반복해서 유사분열하여 종자의 배를 둘러싸는 배젖이 된다.¹⁾³⁾⁴⁾

이와 같이 두 번의 수정이 동시에 일어나는 중복수정(double fertilization)은 속씨식물의 고유 특징으로 인식되어 왔으나, 겉씨식물인 매마등목(Gnetales)의 종(Ephedra nevadensis, Gnetum gnemon)에서도 일어나는 것이 확인되었다.⁵⁾⁶⁾ 마황속(Ephedra)의 중복수정은 수배우체에서 나온 두 정자가 암배우체의 장란기 내에 있는 핵들과 결합하는 식으로 일어난다. 

꽃가루관의 신장은 세포골격의 신장에 의하며, 세포질의 칼슘 농도가 높은 수준으로 조절되는 말단에서부터 연장된다. 칼슘 농도는 세포막의 시냅스 소포가 말단에서 생장하고 연장되도록 도와준다. 또한 암술대에서 발견된 폴리펩티드가 꽃가루관의 신장을 조절하는 것으로 알려져 있다.

지질분해효소인 PLA2 (phospholipase A2) 유전자,⁷⁾ 화분 특이적 수용체 인산화효소(kinase)인 LePRK1 유전자, LePRK2 유전자 등이 꽃가루관 신장에 관여하는 것으로 연구되었다.⁸⁾

꽃가루관의 길이는 종에 따라 다르며, 정세포가 알세포에 수정될 때까지 진동하면서 신장한다. 꽃가루관이 빠르게 신장하는 경우는 백합, 담배, 봉선화속 (Impatiens sultanii) 식물에서 관찰된다.

1. 김영동, 신현철 역 (2007) 식물계통학. 월드사이언스,
2. Pearle P, Bart K, Bilderback D 등 (2010) Early Pollen Research.
3. 박기룡, 이정희, 이중구 등 역 (2010) 식물분류학 : 계통학적 접근. 신일북스,
4. 이유성 (2000) 현대식물형태학(증보판). 우성,
5. Friedman WE (1990) Sexual Reproduction in Ephedra nevadensis (Ephedraceae): Further Evidence of Double Fertilization in a Nonflowering Seed Plant. American Journal of Botany, 77: 1582–1598
6. Carmichael JS, Friedman WE (1995) Double Fertilization in Gnetum gnemon: The Relationship between the Cell Cycle and Sexual Reproduction. The Plant Cell, 7: 1975-1988
7. Kim HJ, Ok SH, Bahn SC 등 (2011) Endoplasmic Reticulum–and Golgi-Localized Phospholipase A2 Plays Critical Roles in Arabidopsis Pollen Development and Germination. Plant Cell online,
8. Kaothien P, Ok SH, Shuai B 등 (2005) Kinase partner protein interacts with the LePRK1 and LePRK2 receptor kinases and plays a role in polarized pollen tube growth. Plant J., 42: 492-503