덩이뿌리
[ root tuber ]
뿌리가 비후되어 저장기관의 역할을 하는 변형된 뿌리. 덩이뿌리는 곁뿌리(lateral root)의 변형된 일종으로 식물체 내의 양분 축적 기관으로 사용되는 확대된 형태의 구조이다. 덩이뿌리에는 녹말과 같은 양분이 저장되어 있다. 무, 고구마, 토란 따위에서 볼 수 있다.
한국 무 (Korean radish, Raphanus raphanistrum) (출처:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Korean_radish_(mu).jpg
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덩이뿌리를 가진 식물
고구마, 카사바(cassava), 다알리아(dahlia) 등이 있다. 카사바 등은 녹말을 주로 저장하고 고구마의 뿌리는 15-20%의 설탕을 함유한다.
수확한 고구마(Ipomoea batatas L.)의 덩이뿌리. (출처:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ipomoea_batatasL_ja01.jpg)
덩이뿌리의 형태
뿌리의 끝이나 중간부위에 형성되거나 전체 뿌리가 덩이뿌리가 되기도 한다. 덩이 줄기(stem tuber)와 기원은 다르지만 기능이나 형태에서 유사하다. 덩이뿌리에는 마디(node)와 마디사이(절간, internode), 잎 조직은 없다.
식물에서의 기능
덩이뿌리는 다음 생장기 동안 재생(regrowth)을 위한 에너지와 양분을 제공하여 겨울 동안이나 건조기 동안 식물의 생존을 위한 기관이다. 여러해 동안 식물의 생존을 유지하기 위해서 활발하게 자라지 않는 동안 양분을 축적하여 기관의 형태를 만든다. 이것은 무성생식의 단위이기도 하여 눈(bud)이 있어서 환경이 적당하면 눈에서 새싹이 자란다. 덩이뿌리는 양분 저장뿌리의 형태에 해당한다. 대부분의 뿌리와 줄기는 양분을 저장하는데 어떤 식물에서는 후에 대규모의 생장이 일어날 때 사용하기 위하여 뿌리가 비대해지고, 이곳에 많은 양의 녹말과 다른 탄수화물을 저장한다. 예를 들어 고구마와 참마의 경우, 여분의 형성층세포가 곁뿌리의 물관부 일부가 되어 다량의 유세포를 생산해 낸다. 결과적으로 기근(곁뿌리)은 부풀고 다량의 녹말과 다른 탄수화물을 저장하기 위한 저장지역을 제공하게 된다. 비슷한 양분 저장뿌리(food-storage roots)가 독미나리, 민들레, 서양우엉 등에서 발견된다. 홍당무, 비트, 순무, 그리고 무에서 양분 저장조직은 실제로 뿌리와 줄기의 조합이다. 비록 외관적인 차이는 확실치 않으나 홍당무의 위쪽 약 2 cm는 아래쪽의 뿌리 조직과 면하여 통합되는 줄기 조직으로부터 유래된다.
체관을 통한 뿌리로 당의 수송
당은 체관을 통해 공급원으로부터 수용부로 수송된다. 당 공급원(sugar source)은 광합성 또는 녹말 분해 작용으로 당의 순생산이 일어나는 식물의 기관이다. 당 수용부(sugar sink)는 결과적으로 당이 소모되거나 저장되는 기관이다. 절기에 따라 공급원이 되기도하며, 생장하고 있는 뿌리, 눈, 줄기, 열매는 당의 수용부이다. 체액은 항상 당 공급원으로부터 수용부로 이동한다. 자라고 있는 잎도 당의 수용부이지만, 생장이 완료된 잎이 충분한 빛을 받으면 당 공급원이 된다. 덩이줄기나 알뿌리 같은 저장기관은 계절에 따라 당의 공급원도 될 수 있고 당의 수용부도 될 수 있다. 이들은 여름에 탄수화물을 저장할 때는 당의 수용부이다. 봄에 휴면에서 깨어난 후에는 당의 공급원으로 녹말을 당으로 쪼개어 식물의 자라나고 있는 지상부로 옮긴다. 당의 수용부는 일반적으로 가장 가까운 공급원에서 당을 받는다. 가지 맨 위의 잎은 생장하고 있는 줄기 생장점에 당을 보내는 반면, 아래쪽에 있는 잎은 당을 뿌리로 보낸다. 자라고 있는 열매는 그 주변의 당 공급원을 독점한다. 각 체관에서 수송의 방향은 그 체관에 연결된 공급원과 수용부의 위치에 따라 정해진다.
체관이 채워지는 것은 설탕의 능동수송에 의존한다. 많은 식물에서 엽육세포보다 체관요소나 동동반세포의 설탕 농도가 더 높기 때문에 체관으로 설탕이 이동하려면 능동수송이 필요하다. 양성자 펌프의 활동과 H+/설탕의 공동수송에 의해 엽육세포에서 체관요소나 동반세포까지 설탕이 이동할 수 있다. 설탕은 H+와 동반 수송되어 양성자 펌프로 생성된 기울기를 따라 확산된다. 공급원에서 수송되어 양성자 펌프로 생성된 기울기를 따라 확산된다. 공급원에서 당을 싣는 것이나 수용부에서 내려놓음으로 인하여 체관요소를 통과하는 액의 흐름이 계속되지 위한 압력의 차이를 유지한다. 설탕은 체관부의 끝 수용부에 내려진다. 이 과정은 식물의 종이나 기관에 따라 다양하다. 그러나 수용부에 운반된 당은 수용부 세포의 생장이나 대사작용 동안 쓰이거나 녹말과 같은 물에 녹지 않는 다당류로 전환되기 때문에 수용부에서 자유 당 농도는 항상 체관보다 더 낮다. 이와 같은 당 농도기울기의 결과로 당 분자는 체관에서 수용부로 확신되고 삼투현상에 의해 물이 그 뒤를 따른다.1)
참고문헌
1. Campbell NA, Reece JB, Urry LA 등 (2016) 생명과학 10판. 바이오사이언스.