헛물관

헛물관은 물과 필수 무기양분을 식물체의 여러 부분으로 운반하는 통로를 구성하는 요소의 원시적인 형태이다. 겉씨식물과 양치식물에서 주된 운반 통로로서 천공을 통해 물과 무기양분을 운반하는 물관과 달리 벽공을 통해 이동시킨다.

소나무류의 물관부. 세로로 긴 세포가 헛물관이며 벽공이 크게 확장되어 있다. (출처:GettyimagesKorea)

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관속식물(vascular plants)은 그 이름에서 나타나듯 식물체 내에서 액체를 운반하기 위해 특수하게 발달된 세포들로 구성된 관다발조직을 가지고 있다. 관다발조직은 물과 필수 무기양분을 나르는 물관부와 당을 운반하기 위한 체관부로 이루어져 있고, 소나무와 같은 겉씨식물이나 고사리와 같은 양치식물의 물관부에서 물과 물에 녹아 있는 필수 무기양분이 이동하는 주된 통로를 구성하는 세포가 헛물관(가도관, tracheid)이다.¹⁾ 헛물관은 뿌리에서 흡수된 물과 필수 무기양분을 잎이나 저장기관 등의 식물체 여러 기관으로 보내는 기본적인 기능과 함께 식물체를 지지하는 기능을 한다. 헛물관을 구성하는 세포는 물이 가득 차서 세포가 터지는 것을 막기 위해 세포벽이 두껍게 발달하고, 단단한 헛물관은 식물체가 크고 곧게 설 수 있게 해 준다.²⁾

헛물관의 구조. 겉씨식물과 양치식물에서 발달하는 헛물관은 수직으로 연결되며, 세포 양 끝의 벽공은 측면의 것보다 훨씬 크다. (출처:정종덕)

물관부는 살아 있는 세포와 죽은 세포로 구성된 복합체이며, 죽은 세포들이 물의 운송을 직접적으로 담당하는 헛물관(대부분의 속씨식물에서는 물관)에 해당한다. 헛물관은 물관에 비해 상대적으로 가늘고 길며 양끝이 뾰족한 모양이다.¹⁾ 물관과 달리 헛물관에는 천공이 없고 물과 무기양분의 이동은 인접한 헛물관의 벽공(pit)이 맞닿아서 만들어진 벽공쌍(pit-pair)을 통해 이루어진다. 헛물관의 발달 과정에서 원형질연락사가 있는 1차세포벽에는 2차세포벽이 축적되지 않아서 상대적으로 얇은 1차세포벽만 남아 벽공이 형성된다. 벽공은 크기와 축적된 세포벽의 두께에 따라 여러 가지 유형으로 나뉜다.²⁾

벽공쌍의 구조. 벽공은 인접한 세포의 벽공과 만나 벽공쌍을 이루고, 물은 1차세포벽을 투과하여 이동한다. (출처:정종덕)

관속식물의 주요한 특징인 관다발조직의 발달은 식물체 내에서 양분과 물의 이동을 원활하게 하여 선태류와 같은 원시적인 식물보다 훨씬 크고 다양한 형태로 진화할 수 있게 해 주었다. 따라서 관다발조직의 일부인 물관부의 형태도 식물의 진화와 연관이 깊다. 헛물관은 양치식물을 포함한 모든 관속식물에서 나타나고 대부분 속씨식물에서는 헛물관과 물관을 가지고 있어서 헛물관이 물관에 비해 원시적인 형태로 여겨진다.³⁾ 다만, 몇몇 양치식물과 겉씨식물인 매마등류에서는 물관이 나타나고, 일부 원시속씨식물(암보렐라목과 일부 수련목 식물)은 헛물관만 가지고 있다. 따라서 물관은 기존에 존재하던 여러 개의 헛물관에서 독립적으로 진화한 것으로 여겨진다.¹⁾

관속식물에서 물을 운반하는 통로를 구성하는 요소는 물관과 헛물관의 두 종류이다. 헛물관은 작은 벽공쌍의 1차세포벽을 통해 이동하는 반면, 물관에는 천공이 있고 이 막힘이 없는 큰 구멍을 통해 양 끝으로 이어진 물관세포로 물과 무기양분이 이동한다. 따라서 물관을 통해 물이 이동할 때 저항이 적어서 더 빠르게 운반할 수 있다.²⁾ 물관이 물의 운송을 대부분 담당하는 속씨식물의 헛물관은 겉씨식물의 헛물관에 비해 가늘고 세포벽이 두꺼우며 단단하게 발달한다. 이로 인해 속씨식물인 활엽수의 목재가 단단하고 겉씨식물인 소나무와 같은 침엽수의 목재가 무른 경향을 나타낸다.

1. 김영동, 신현철 역 (2011) 식물계통학 제2판. ㈜월드 사이언스,
2. 이규배 (2000) 현대식물형태학(증보판). 도서출판 우성,
3. Sperry JS (2003) Evolution of water transport and xylem structure. International Journal of Plant Sciences, 164: S115–S127