종자

종자식물, 즉 겉씨식물과 속씨식물의 번식에 필요한 기본 물질 가운데 하나다. 씨 또는 씨앗이라고도 한다. 밑씨(배주, 胚珠, ovule)가 발달하여 만들어지며, 성숙하면 보통 안쪽에 배(胚, embryo)와 배젖(배유, 胚乳, endosperm)이 자리 잡고, 바깥쪽에서 씨껍질(종피, 種皮, seed coat)이 싸고 있다.

목차

씨방 속에 있는 밑씨에서 생식세포 분열이 일어나 배낭세포가 만들어지고, 이것이 핵분열을 세 번 거듭하여 알세포 1개, 조세포 2개, 극핵 2개, 반족세포 3개를 가진 배낭이 된다. 속씨식물에서는 알세포와 극핵이 정핵과 중복수정(double fertilization)을 하여 각각 핵상이 2n인 배와 3n인 배젖이 만들어진다. 수정 후에 밑씨는 자라서 종자가 되고, 씨방은 자라서 열매가 된다. 겉씨식물에서는 배 핵상이 2n이지만 배젖은 수정 전에 암배우자체의 조직으로부터 만들어지므로 n이다.

바깥쪽의 씨껍질과 그것에 둘러싸인 배와 배젖으로 이루진다. 배젖이 없는 종자(무배유종자)도 있으므로, 종자에 항상 존재하는 부분은 배와 씨껍질이다. 어떤 종자에서는 배꼽(제, 臍, hilum) 밖에 발달한 육질의 가종피(假種皮, 종의, 種衣, aril), 기름을 함유한 유질체(엘라이오좀, elaiosome), 또는 목화 솜털 같은 털을 갖기도 한다. 또한, 봉선(raphe), 날개, 씨혹(caruncle), 가시 등의 부속체를 갖기도 한다.

배

장차 자라서 식물체가 될 부분이며, 떡잎(cotyledon), 배축(胚軸, embryonic axis), 유아(幼芽, 어린눈, plumule), 유근(幼根, 어린뿌리, radicle)으로 이루어져 있다. 떡잎은 쌍떡잎식물에서는 2개, 외떡잎식물에서는 1개이다. 배젖이 없는 종자의 떡잎은 두껍고 가죽질인데 발아 때에 배젖을 대신하여 양분이 된다. 배젖이 있는 종자의 떡잎은 보통 작고 얇다. 겉씨식물과 대부분의 외떡잎식물에서는 배젖에 파묻혀 있다.

배축은 떡잎이 붙는 부착점 위쪽의 상배축(epicotyl)과 아래쪽의 하배축(hypocotyl)으로 이루어진다. 하배축 상단에는 장차 줄기와 잎이 될 유아가 깃털 모양으로 붙어 있고, 하배축 아래쪽에는 장차 뿌리로 발달할 유근이 있다. 외떡잎식물에서는 배축이 거의 발달하지 않는데, 유아를 덥고 있는 잎집 같은 자엽초(coleoptile)와 유근을 둘러싼 칼집 모양의 근초(根鞘, coleorhiza)가 발달한다.

배젖

배가 싹틀 때 필요한 양분을 저장하는 곳으로 다량의 저장물질이 들어 있다. 밀, 쌀, 보리에는 녹말, 단백질 등이 들어 있고, 참깨, 피마자, 콩, 호두나무 등에는 다량의 기름이 함유되어 있다. 배젖이 아니라 다른 곳에 영양분을 저장하는 식물들도 있는데, 배젖이 없는 무배유종자로서 이들은 배의 한 부분인 떡잎에 영양분을 저장하거나, 밑씨의 주심(珠心, nucellus)이 남아 있어 그곳에 영양분을 저장한다. 콩류, 참나무류, 호두류, 호박, 무, 해바라기 같은 무배유 쌍떡잎식물에서는 종자가 성숙하는 과정에서 떡잎이 배젖을 모두 흡수하여 영양분을 저장하므로 성숙했을 때는 배젖이 없는 종자가 된다. 후추속(Piper), 홀아비꽃대속(Chloranthus) 식물은 주심에 영양분을 저장한다. 아주 드물지만, 브라질너트처럼 배축에 영양분을 저장하는 경우도 보고되어 있다.

씨껍질

종자의 바깥쪽을 싸고 있는 부분으로, 종피라고도 한다. 밑씨의 주피(珠皮, integument) 2개에서 형성되거나 밑씨의 바깥쪽 세포들로부터 만들어진다. 주피가 하나인 식물에서는 주피가 그대로 씨껍질이 되는 경우는 드물고, 그 안쪽 층이 퇴화하여 흡수되든가(콩과, 아마과, 난초과), 과피의 안쪽에 접착하여 과피의 일부가 된다(벼과, 국화과). 씨껍질에는 밑씨가 태좌(태자리)에 부착되어 있던 자리인 주병(珠柄, funicle)의 흔적이 남아 있는데, 이것을 배꼽이라 한다.

겉씨식물의 씨껍질은 3층으로 되어 있다. 소철과 은행나무의 씨껍질은 바깥층이 두터운 육질이며, 가운데층은 막이 두꺼운 석세포층(石細胞層)으로 되어 있고, 가장 안층은 얇은 막으로 이루어져 있다. 침엽수류의 씨껍질도 3층으로 되어 있는데, 수정할 시기에는 주피의 안층이 가장 두꺼우며 그 후에 가운데층이 두껍게 되면서 석세포층이 된다. 바깥층은 육질이지만 나중에 소실되기 때문에 성숙한 종자에서는 가운데층이 가장 바깥층이 되고, 안층은 얇은 막질로 된다.

모양과 크기, 색깔은 매우 다양하다. 모양은 공 모양, 타원 모양, 편평한 모양이 대부분이지만, 색다른 모양의 것도 많다. 크기는 길이 10-20 cm에 이르는 야자류 종자가 있는가 하면, 먼지처럼 작은 난초 종자도 있다. 색깔은 대부분 갈색이나 검은색이다. 코코 드 메르 야자(Lodoicea maldivica (J. F. Gmel.) Pers.)의 종자는 세계에서 가장 큰 것으로 알려져 있는데, 길이 45 cm, 무게 20 kg에 이른다. 세계에서 가장 작은 종자는 열대우림에 자라는 착생난초 종자로서 배젖이 없고 배는 덜 분화되어 있으며, 길이 85 ㎛, 무게 0.81 ㎍에 불과하다.¹⁾

일반적으로 여러해살이풀이나 나무에 비해 한해살이풀이 보다 작은 종자를 만든다. 한해살이풀은 작지만 많은 종자를 만듦으로써 이듬해 싹 틔울 확률을 높인다.

생식의 수단이다. 대부분은 유성생식의 결과물이므로 유전물질과 표현형의 다양성을 재배합하는 기능을 한다. 또한, 어린 식물체라 할 수 있는 배를 보호하고, 싹 틀 때에 양분을 제공하고, 새로운 장소로 산포되게 하며, 불리한 환경에서 휴면하는 등의 기능이 있다. 한해살이풀들에게 종자는 건조와 추위를 견딜 수 있는 방편이기도 하다. 하루살이식물(단명식물, 短命植物, ephemeral plant)은 대부분 한해살이풀인데, 불과 6주 만에 종자에서 발아하여 종자가 되는 경우도 있다.

종자는 성숙하면 열매와 함께 또는 열매에서 분리된 후에 일정 기간 동안 휴면하였다가 알맞은 조건이 되면 싹을 틔운다. 이때 유아와 유근은 씨껍질을 재빨리 뚫고 나와 유아는 땅 위로, 유근은 땅속으로 자라 나간다. 대부분의 종자는 식물체에서 떨어져 휴면하였다가 발아하지만, 휴면 없이 바로 발아하는 식물도 있다. 맹그로브종류나 야자종류들은 열매가 달려 있는 동안에 발아를 시작하여 뿌리를 내며, 나무에서 떨어지면 뿌리가 바로 땅속으로 자란다. 또한, 많은 원예식물도 수분과 온도만 적당하면 바로 발아하는데, 원종들은 휴면하는 식물이었지만 원예식물로 개발하는 동안 현재 특징을 가진 것들이 선발되었기 때문이다.

휴면 기간은 종에 따라 매우 다양하고, 같은 종이라도 개체에 따라 다르기도 하며, 심지어 한 열매 속의 종자들이 서로 다른 경우도 있다. 도꼬마리속(Xanthium) 종자는 열매 속에 2개씩 들어 있는데, 하나는 바로 발아하지만 나머지 하나는 휴면을 해서 한 해 이상 지난 후에 발아한다. 성숙하자마자 바로 산포되고, 생리적인 휴면에 해당하는 건조가 일어나지 않는 종자라면 휴면 없이 발아가 가능하다. 이스라엘에서는 2,000년 동안 땅속에 묻혀 있던 대추야자 종자가 발굴되어 2005년 발아된 기록이 있다.²⁾

휴면은 종자들이 생존하기에 가장 적합한 조건에서 한꺼번에 발아할 수 있도록 해준다. 또한, 발아시기를 다양하게 함으로써 늦서리, 가뭄, 초식동물 피해 등의 재난을 만났을 때에 한꺼번에 죽는 일이 없도록 해주기도 한다.

발아는 종자 속의 배가 어린 식물로 자라는 일련의 과정이다. 휴면기를 지난 종자의 물질대사가 활발해지면서 유아와 유근에서 각각 줄기와 뿌리가 생기고, 마침내 어린 식물체가 지상으로 나온다.

발아하기 위해서는 배가 살아 있어야 하고, 휴면이 타파되어야 하며, 적당한 환경 조건이 갖추어져야 한다. 생성 때부터 배의 활성이 없거나 배가 아예 없는 종자는 발아가 되지 않으며, 산포 후에 포식자나 병원균 때문에 피해를 입어서 발아하지 못하는 경우도 있다. 결실기나 발아기에 홍수, 고온 같은 환경 변화가 일어나서 활력을 잃기도 한다. 종자 나이도 발아력에 영향을 미치는데, 일부 종자는 수명이 길지만 대부분의 종자는 수명이 짧다. 난초류 종자는 배젖이 없기 때문에 발아하기 위해서는 난균근균(mycorrhizal fungi)의 도움을 받아야만 한다. 균류로부터 영양분을 얻는 몇 해 동안 녹색 싹을 틔우지 못하고 땅속에서만 지내는 난초들도 있다.³⁾

발아는 씨껍질이 깨지면서 시작되는데, 이를 위해서는 먼저 수분이 흡수되어 종자가 부풀어야 한다. 씨껍질의 흡수력, 수분의 양, 수분에 닿는 면적 등이 종자의 수분 흡수에 영향을 미친다. 하지만, 수분이 너무 많이 흡수되면 죽는 종자가 있다. 일단 수분이 흡수되면 발아 과정을 중단하지 못하는 종자도 있는데 이 경우에는 발아가 시작된 후 건조하게 되면 죽는다. 이와는 달리 수분이 흡수되었다가 건조되는 과정이 몇 차례 지속되어도 다시 휴면에 들어감으로써 생존에 문제가 되지 않는 종자도 있다.

동물과 달리 식물은 이동할 수 없기 때문에 자손을 멀리 퍼뜨리는 데 불리하다. 식물은 종자 산포를 통해 자손들을 어미식물로부터 멀리 보내는 방법을 진화시켜 왔다. 성숙했을 때 벌어지는 열매인 열개과(裂開果, dehiscent fruit)의 종자는 열매가 벌어지면서 땅에 떨어지거나 멀리 산포된다. 멀리 산포되지 않는 열개과 종자 중에도 물봉선속(Impatiens) 식물들처럼 열매가 탄력 있게 터지면서 비교적 멀리 산포되는 것도 있다. 멀리 산포되는 열개과 종자로는 박주가리과(Asclepiadaceae) 식물을 꼽을 수 있다. 열매가 벌어지지 않는 폐과(閉果, indehiscent fruit)에는 멀리 산포되는 종자가 많은데, 민들레속(Taraxacum), 단풍나무속(Acer), 도깨비바늘속(Bidens)처럼 열매와 종자가 분리되지 않는 것이 있는가 하면 벚나무속(Prunus)처럼 열매와 종자가 확연히 구분되는 것들도 있다. 이들의 산포는 여러 수단을 통해 이루진다. 가시박, 문주란 등은 여러 개의 종자가 열매 속에 들어 있는 채로 멀리 산포되기도 한다.

산포 수단으로는 바람, 강이나 바다의 물, 동물 등이 있다. 바람에 의한 산포는 털이나 날개를 가진 종자에서 일어난다. 민들레종류, 박주가리종류, 버드나무종류 등은 긴 털이 달려 있어서 멀리 날아갈 수 있고, 단풍나무종류나 소나무종류는 날개가 있어서 가능하다. 먼지처럼 가벼운 난초 종자도 바람에 의해 멀리 날아간다. 가시박, 문주란, 콩과의 무크나속(Mucuna)과 디오글레아속(Dioclea)의 종자는 강이나 바다 물에 떠서 멀리 퍼진다. 가시나 갈고리가 달리거나 끈끈한 점액질로 덮인 종자는 동물 피부나 깃털에 붙어서 멀리 이동한다. 서로 분리되지 않아 열매가 곧 종자인 도깨비바늘속, 담배풀속(Carpesium)의 종자는 각각 겉에 달린 갈고리 가시와 접착 성분으로 동물 몸에 부착된다. 열매를 싸고 있는 포엽에 갈고리가 있거나 점액 성분이 있어서 멀리 이동하는 종자도 있는데, 쇠무릎이나 진득찰속(Sigesbeckia)이 그 예이다.

사과, 버찌, 향나무 등 과육으로 덮여 있는 종자는 조류, 포유류, 파충류, 어류에 먹혀서 배설됨으로써 멀리 산포된다. 도토리, 호두, 개암 같은 종자는 동물들이 식량으로 저장해 두었다가 잊어버리는 경우에 멀리까지 이동할 수 있다. 금낭화, 깽깽이풀, 애기똥풀, 연령초, 제비꽃 등의 종자는 영양분이 풍부한 유질체(엘라이오좀)라는 부드러운 육질 부속체를 가지고 있는데, 개미에 의해 산포된다. 개미가 종자를 식량으로 둥지에 옮긴 후에 부드러운 유질체만 먹고 버리면, 결과적으로 종자는 멀리 이동하게 된다. 이를 개미산포(myrmecochory)라 하는데, 상리공생(相利共生, mutualism)의 한 예이다.

식용 및 약용

먹을 수 있는 종자가 많으며, 특히 곡물, 콩류, 견과류는 인류의 식량이자 에너지원으로서 매우 중요하다. 곡물류에는 주식이 되는 쌀, 밀, 옥수수, 보리를 비롯하여 수수, 조 등이 있으며, 콩류는 두부, 된장, 간장, 부식이 되는데 다양한 종류가 있고, 견과류로는 영양이 풍부한 밤, 호두, 개암 등이 있다. 이밖에도 식용유를 얻을 수 있는 옥수수, 들깨, 참깨, 유채, 콩, 해바라기, 약으로 쓰이는 은행, 질경이, 산초나무, 부추, 율무, 쑥, 결명자 등이 있다. 또한, 음료, 향신료, 조미료 등으로 쓰이기도 한다.

종자의 배와 배젖에 들어 있는 단백질의 아미노산 조성은 식물마다 다른데, 이에 따라 물리적인 특성도 다르다. 빵을 만들 때 반죽의 탄성은 밀의 배젖에 글루텐이라는 단백질이 들어 있기 때문에 얻을 수 있다.

식용 외의 쓰임새

목화나 박주가리과 식물들에서 섬유를 얻을 수 있다. 아마씨기름, 크램비기름, 호호바씨기름 등은 칠 재료로 이용된다. 피마자기름, 티트리기름, 살구씨기름 등은 약용 기름으로 사용한다. 로자리콩, 모감주나무, 멀구슬나무, 보리자나무, 염주, 피마자 등의 종자는 목걸이를 만드는 데 사용한다.

어떤 종자는 포식을 피하기 위한 독성 화학물질을 함유하고 있다. 이 물질들 중에는 소화기 계통에 치명적인 독이 될 수 있다. 피마자의 리신(ricin)은 독성 단백질로서 2-8개의 종자를 먹으면 치명적이다. 아미그달린(amygdalin)은 모과, 복숭아, 버찌, 비터아몬드, 사과, 살구 등의 종자에 들어 있는 강력한 독성분이다. 이 외에도 가시여지, 독말풀, 등, 람부탄, 리치, 목화, 승도, 슈가애플, 제비고깔, 주목, 칠엽수, 커스타드애플 등의 종자에 독성분이 있다.⁴⁾

덩굴강낭콩을 비롯한 많은 콩류에는 렉틴(lectin) 단백질이 들어 있어서 익히지 않고 먹었을 때는 위장장애를 일으킨다. 또한, 강낭콩, 콩(대두) 등의 콩류에는 소화효소인 트립신(trypsin) 억제제가 들어 있어서 익히지 않고 먹으면 효소작용을 방해함으로써 소화불량을 일으킨다.⁵⁾

1. Armstrong WP (2014) Botanical Record-Breakers (Part 1 of 2). 10. The World's Smallest & Largest Seed. retrieved 10. Jan. 2019. from "www2.palomar.edu"
2. Roach J (2005) National Geographic News. 2,000-Year-Old Seed Sprouts, Sapling Is Thriving. retrieved 10. Jan. 2019. from "news.nationalgeographic.com"
3. Smith WR (1993) Orchids of Minnesota. Minneapolis: University of Minnesota Press, p.8
4. Texas AgriLife Extension Service, Aggie Horticulture. Poisonous Plants. retrieved 10. Jan. 2019. from "aggie-horticulture.tamu.edu"
5. Dhurandhar NV, Chang KC (1990) Effect of Cooking on Firmness, Trypsin Inhibitors, Lectins and Cystine/Cysteine content of Navy and Red Kidney Beans (Phaseolus vulgaris). J Food Sci., 55: 470–474