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식물학

Botany
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Image of ripe nutmeg fruit split open to show red aril
인도네시아가 원산지인 미리스타 프라그란스의 열매는 두 가지 귀중한 향신료인 짙은 갈색 육두구를 감싸고 있는 붉은 아릴의 원천이다.
시리즈의 일부
생물학
DNA simple.svg
생명과학
주요 컴포넌트
나뭇가지
조사.
적용들

식물과학, 식물생물학 또는 식물학이라고도 불리는 식물학은 식물 생물의 과학이며 생물학의 한 분야이다.식물학자, 식물학자 또는 식물학자는 이 분야를 전문으로 하는 과학자이다.The term "botany" comes from the Ancient Greek word βοτάνη (botanē) meaning "pasture", "herbs" "grass", or "fodder"; βοτάνη is in turn derived from βόσκειν (boskein), "to feed" or "to graze".[1][2][3]전통적으로 식물학에는 균류학자와 식물학자에 의한 균류와 조류에 대한 연구도 포함되어 있으며, 이들 세 그룹의 생물에 대한 연구는 국제식물학회의 관심 영역 내에 남아 있다.오늘날 식물학자들은 약 41만 종의 육지식물을 연구하고 있으며, 이 중 약 39만1천 종이 혈관식물([4][5]약 36만9천 종의 현화식물 포함), 약 2만 종의 육지식물이 있다.

식물학은 초기 인류가 식용, 약용 그리고 독이 있는 식물을 식별하려는 노력과 함께 약초학으로 시작되었고, 이것은 과학의 가장 오래된 분야 중 하나가 되었다.종종 수도원에 부속된 중세 의학 정원은 의학적으로 중요한 식물들을 포함하고 있었다.그들은 1540년대부터 설립된 대학 부속 최초의 식물원의 선구자였다.가장 초기의 것 중 하나는 Padua 식물원이었다.이들 정원은 식물에 대한 학술적인 연구를 용이하게 했다.그들의 수집물을 목록화하고 기술하려는 노력은 식물 분류학의 시작이었고, 1753년에 모든 생물 종의 이름을 짓기 위해 오늘날까지 사용되고 있는 칼 린네의 이항 명명 체계로 이어졌다.

19세기와 20세기에, 광학 현미경 검사와 살아있는 세포 영상, 전자 현미경 검사, 염색체 수 분석, 식물 화학, 효소와 다른 단백질의 구조와 기능을 포함한 새로운 기술들이 식물 연구를 위해 개발되었다.지난 20세기 동안 식물학자들은 식물을 더 정확하게 분류하기 위해 유전체학, 단백질학, DNA 염기서열을 포함한 분자 유전자 분석 기술을 이용했다.

현대 식물학은 광범위하고 다원적인 과목으로, 대부분의 다른 과학 및 기술 분야의 공헌과 통찰력을 가지고 있습니다.연구 주제에는 식물 구조, 성장과 분화, 생식, 생화학 및 1차 대사, 화학 제품, 발달, 질병, 진화 관계, 계통학 및 식물 분류학의 연구가 포함된다.21세기 식물과학에서 지배적인 주제는 분자유전학과 후생유전학으로 식물세포와 조직의 분화 과정에서 유전자 발현 메커니즘과 제어를 연구한다.식물 연구는 현대 원예, 농림, 식물의 번식, 번식, 번식 및 유전자 변형, 건설 및 에너지 생산을 위한 화학 물질과 원료의 합성, 환경 관리, 목재, 석유, 고무, 섬유 및 의약품과 같은 주요 식품, 재료를 제공하는 데 다양한 응용 분야를 가지고 있다.그리고 생물 다양성의 유지.

역사

주요 기사:식물학의 역사

초기 식물학

engraving of cork cells from Hooke's Micrographia, 1665
Robert Hooke의 Microsgraphia, 1665년 코르크 세포 조각

식물학은 약효를 [6]위해 식물을 연구하고 사용하는 허브주의에서 비롯되었다.식물학의 초기 기록은 많은 고대 문헌과 식물 분류를 포함한다.초기 식물 작품의 예는 기원전 [7][8]1100년 이전의 인도, 고대 이집트,[9] 고대 아베스타의 기록, 기원전 [7][10]221년 이전의 중국 작품에서 발견되었다.

현대 식물학의 기원은 고대 그리스로 거슬러 올라가며, 특히 아리스토텔레스의 제자 테오프라스토스 (c.기원전 371–287년)가 많은 원리를 발명하고 기술했으며 과학계에서 "식물학의 아버지"[11]로 널리 여겨지고 있다.그의 주요 작품인 식물에 대한 연구와 식물의 원인에 대한 연구는 거의 17세기 [11][12]후인 중세까지 식물학에 가장 중요한 공헌을 했다.

식물학에 초기 영향을 준 고대 그리스의 또 다른 작품은 1세기 중반에 그리스의 의사이자 약학자 페다니우스 디오스코리데스에 의해 쓰여진 한약에 관한 5권짜리 백과사전인 De Materia Medica이다.De Materia Medica는 1,500년 [13]이상 널리 읽혀졌다.중세 이슬람 세계의 중요한 공헌은 이븐 와시야의 나바테안 농업, 아부 ḥ파 다와르 (828–896) 식물서, 이븐 바살의 토양 분류를 포함합니다.13세기 초에 아부 알-아바티와 이븐 알-바이타는 체계적이고 과학적인 [14][15][16]방법으로 식물학에 대해 썼다.

16세기 중반, 식물원은 많은 이탈리아 대학들에 설립되었습니다.1545년의 Padua 식물원은 보통 여전히 원래 위치에 있는 최초의 식물원으로 여겨진다.이러한 정원은 종종 수도원과 관련된 초기 "물리 정원"의 실질적인 가치를 이어갔고, 그곳에서 식물은 의료용으로 재배되었다.그들은 식물학이 학문적인 과목으로 성장하는 것을 지지했다.정원에서 자라는 식물과 그 의학적 용도에 대한 강의가 이루어졌다.식물원은 훨씬 늦게 북유럽으로 왔다; 영국의 첫 번째 식물원은 1621년 옥스퍼드 대학 식물원이었다.이 기간 내내 식물학은 [17]의학에 단단히 종속되어 있었다.

독일의 의사 레온하트 푸흐스 (1501–1566)는 신학자 오토 브룬펠스 (1489–1534)와 의사 히에로니머스 보크 (1498–1554)[18][19]와 함께 "식물학의 세 명의 아버지" 중 한 명이었다.Fuchs와 Brunfels는 그들만의 독창적인 관찰을 만들기 위해 이전 작품들을 베끼던 전통에서 탈피했다.Bock은 자신만의 식물 분류 체계를 만들었다.

의사 Valerius Cordus (1515–1544)는 1544년에 식물학 및 약리학적으로 중요한 약초 Historia Plantarum을, 그리고 [20]1546년에 지속적으로 중요한 약초인 Depensional을 작성했습니다.박물학자 콘라드 폰 게스너 (1516–1565)와 약초학자 존 게라드 c.(1545–1611)는 식물의 의학적 용도를 다루는 초본들을 출판했다.박물학자 울리스 알드로반디 (1522–1605)는 식물 연구를 포함한 자연사의 아버지로 여겨졌다.1665년, 초기 현미경을 사용하여, Polymath Robert Hooke는 그가 만든 용어인 코르크에서 세포를 발견했고, 잠시 후 살아있는 식물 [21]조직에서 세포를 발견했습니다.

초기 근대 식물학

상세 정보:분류(생물학) § 분류의 역사
Photograph of a garden
스웨덴 웁살라에 있는 린네의 린네 정원은 그의 Systema sexuale에 따라 심어졌다.

18세기 동안 식물 식별 시스템은 식별되지 않은 식물을 분류 그룹(예: 가족, 속, 종)으로 분류하는 이분법에 필적하는 방식으로 개발되었다.문자의 선택과 순서는 순전히 식별을 위해 설계된 키(진단 키)에서 인위적일 수 있으며, 시냅스 [22]키의 분류 체계 또는 계통 순서와 보다 밀접하게 관련되어 있을 수 있습니다.18세기까지, 새로운 연구용 식물들이 새롭게 발견된 국가들과 전 세계의 유럽 식민지에서 점점 더 많이 유럽에 도착하고 있었다.1753년, 칼 폰 린네(칼 린네)는 현대 식물 명명법의 기준점으로 남아 있는 식물 종의 계층적 분류인 식물 종(種)을 발표했다.이에 따라 첫 번째 이름은 속, 두 번째 이름은 [23]속 내 종을 나타내는 표준화된 이항 또는 두 부분으로 이루어진 명명 체계가 확립되었다.식별을 위해 린네의 Systema Sexuale는 식물을 수컷 성기관의 수에 따라 24개의 그룹으로 분류했다.24번째 그룹인 Cryptogamia는 생식부위가 숨겨져 있는 모든 식물, 이끼, 간엽류, 양치류, 조류 및 [24]곰팡이를 포함했다.

식물 해부학, 형태학 및 라이프 사이클에 대한 지식이 증가함에 따라 린네의 인공 성 체계보다 식물 사이에 더 많은 자연 친화력이 있다는 것을 깨닫게 되었다.Adanson (1763), de Jussieu (1789), and Candolle (1819)는 모두 더 넓은 범위의 공유 특성을 사용하여 식물을 분류하고 널리 받아들여지는 다양한 대체 자연 분류 체계를 제안했다.캔돌레 체계는 형태학적 복잡성의 진행에 대한 그의 생각을 반영했고, 19세기 중반까지 영향을 미쳤던 벤담 후커 체제는 캔돌레의 접근법에 영향을 받았다.다윈이 1859년에 종의 기원에 대한 출판과 공통 혈통에 대한 그의 개념은 단순한 형태학적 [25]유사성과 구별되는 진화적 관계를 반영하기 위해 캔돌린 체계에 대한 수정이 필요했다.

식물학은 1849년 영어로 출판된 [26]최초의 "현대" 교과서인 Matthias Schleiden의 Grundzüge der Wissenschaftlichen Botanik의 등장에 큰 자극을 받았다.슐라이덴은 테오도르 슈반, 루돌프 비르초와 함께 세포이론을 창시했던 현미경학자이자 초기 식물 해부학자였고 [27]1831년 로버트 브라운에 의해 기술된 세포핵의 중요성을 최초로 파악한 사람 중 하나였다.1855년, 아돌프 픽은 생물학적 [28]시스템의 분자 확산 속도를 계산할 수 있는 픽의 법칙을 공식화했다.

코네티컷의 온실 안에 있는 에체베리아 글라우카.식물학에서는 식별을 위해 라틴어 이름을 사용합니다. 여기서 glauca라는 이름은 파란색을 의미합니다.

후기 식물학

Micropropagation of transgenic plants
트랜스제닉 식물의 마이크로프로파게이션

그레고르 멘델 (1822–1884), 아우구스트 바이스만 (1834–1914)에 의해 시작된 유전의 염색체 이론을 바탕으로 유전이 배우자를 통해서만 이루어진다는 것을 증명했습니다.다른 셀은 상속된 [29]문자를 전달할 수 없습니다.식물 해부학에 대한 캐서린 에서의 연구는 여전히 현대 식물학의 주요 토대이다.그녀의 책인 "식물 해부학"과 "씨식물의 해부학"은 반세기 [30][31]이상 주요 식물 구조 생물학 교재였습니다.

식물 생태학의 학문은 식물이 공동체를 형성한다는 가설을 세운 Eugenius Warming과 그의 멘토이자 후계자인 Christen C와 같은 식물학자들에 의해 19세기 말에 개척되었다. Raunkierr는 식물 생명체를 묘사하는 시스템이 오늘날에도 여전히 사용되고 있다.온대 활엽수림과 같은 식물 군집의 구성이 생태학적 승계의 과정에 의해 변화한다는 개념은 헨리 챈들러 카울스, 아서 탠슬리, 프레데릭 클레멘츠에 의해 개발되었습니다.클라이맥스 식생은 환경이 지탱할 수 있는 가장 복잡한 식생으로 인정받고 있으며 탠슬리는 생태계의 개념을 [32][33][34]생물학에 도입했다.니콜라이 바빌로프 (1887–1943)는 알퐁스 드 칸돌의 광범위한 초기 저서를 바탕으로 생물 지리학, 원산지 및 경제 [35]식물의 진화 역사에 대한 설명을 작성했다.

특히 1960년대 중반 이후 증산(식물 조직 내 물의 수송), 잎 표면으로부터의 수분 증발 속도의 온도 의존, 기공을 통한 수증기와 이산화탄소의 분자 확산과 같은 식물 생리적 과정의 물리학에 대한 이해가 진전되어 왔다.l 개구부이러한 발달과 기공 개구부의 크기를 측정하는 새로운 방법 및 광합성 속도는 식물과 [36][37]대기 사이의 가스 교환 속도를 정확하게 묘사할 수 있게 했다.Rothamsted Experimental Station의 Ronald [38]Fisher, Frank Yates 등의 통계 분석 혁신은 식물 [39]연구의 합리적인 실험 설계와 데이터 분석을 촉진했다.케네스 5세에 의한 옥신 식물 호르몬의 발견과 확인. 1948년 티만은 외부에서 도포된 화학 물질에 의한 식물 생육 조절을 가능하게 했다.Frederick Campion Stuard는 식물 [40]호르몬에 의해 조절되는 미세 분열과 식물 조직 배양 기술을 개척했습니다.합성 옥신 2,4-디클로로페녹시아세트산 또는 2,4-D는 최초의 시판 합성 제초제 [41]중 하나였다.

식물 생화학에서의 20세기 발전은 분광학, 크로마토그래피, 전기영동과 같은 유기화학 분석의 현대 기술에 의해 추진되어 왔다.분자생물학, 유전체학, 프로테오믹스 및 대사체학의 관련 분자규모 생물학적 접근법이 증가함에 따라 식물 게놈과 식물의 생화학, 생리학, 형태학 및 행동의 대부분의 측면 사이의 관계는 상세한 실험 [42]분석의 대상이 될 수 있다.1902년[43] Gottlieb Haberlandt에 의해 처음 언급된 개념은 모든 식물 세포가 전능하며 궁극적으로 체외에서 배양될 수 있으며, 유전자 공학을 실험적으로 사용하여 특정 특성을 담당하는 유전자를 제거하거나 관심 있는 유전자가 발현될 때 보고하는 GFP와 같은 유전자를 추가할 수 있게 했다.이러한 기술을 통해 생물반응기에서 재배된 식물 또는 식물 세포 배양물을 생명공학적으로 사용하여 살충제, 항생제 또는 기타 의약품을 합성할 수 있을 뿐만 아니라 [44]생산량 개선과 같은 특성을 위해 설계된 유전자 변형 작물의 실용적 적용을 가능하게 합니다.

현대 형태학은 뿌리, 줄기, 잎, 트리콤의 [45]주요 형태학적 범주 사이의 연속체를 인식한다.또한 구조적 [46]역동성을 강조합니다.현대의 계통학은 [47][48][49][50]식물 사이의 계통학적 관계를 반영하고 발견하는 것을 목표로 한다.현대 분자 계통학은 형태학적 특성을 대부분 무시하고 DNA 배열에 의존합니다.대부분의 현화식물 과의 DNA 염기서열의 분자분석을 통해 앤지오스팜 계통발생 그룹은 1998년에 현화식물의 계통발생학을 발표했고, 앤지오스팜 과와 [51]종 간의 관계에 대한 많은 질문에 답했습니다.DNA 바코딩에 의한 식물종과 상업적 품종의 실용적인 식별 방법의 이론적 가능성은 현재 활발한 연구의 [52][53]대상이다.

범위와 중요도

A herbarium specimen of the lady fern, Athyrium filix-femina
식물학에는 양치식물인 아티리움필릭스페미나의 하바리움 표본과 같은 식물의 기록과 설명이 포함된다.

식물에 대한 연구는 그들이 존재하기 위해 필요한 화학 에너지로 인간과 다른 유기체들에게 산소호흡을 제공하는 많은 양의 산소와 음식을 생성함으로써 지구상의 거의 모든 동물들의 생명을 지탱하기 때문에 필수적이다.식물, 조류, 시아노박테리아는 광합성을 하는 유기체의 주요 집단으로 물과 이산화탄소를[54] 화학 에너지의 원천으로 사용할 수 있는 당과 세포의 [55]구조적 구성요소에 사용되는 유기 분자로 변환하는 과정이다.광합성의 부산물로서, 식물은 거의 모든 생물들이 세포 호흡을 수행하기 위해 필요로 하는 가스인 산소를 대기로 방출한다.또한, 그것들은 전지구적인 탄소와 물의 순환에 영향을 미치며 식물의 뿌리가 토양을 결합하고 안정화시켜 토양 [56]침식을 방지한다.식물은 [57]토양을 만들고 보존할 뿐만 아니라 사람들에게 음식, 산소, 의약품, 그리고 제품을 제공하기 때문에 인간 사회의 미래에 매우 중요하다.

역사적으로, 모든 생물은 동물이나 식물[58] 중 하나로 분류되었고 식물학은 [59]동물로 간주되지 않는 모든 유기체의 연구를 다루었다.식물학자들은 식물 기관, 세포, 조직, 전체 식물, 식물 개체군 및 식물 군집 내의 내부 기능과 과정을 모두 조사합니다.이러한 각 수준에서 식물학자는 분류(분류학), 계통발생 및 진화, 구조(해부학 및 형태학), 또는 식물 [60]생물의 기능(생리학)에 관심을 가질 수 있다.

"식물"의 가장 엄격한 정의에는 종자 식물(송이를 포함한 김노스팜과 현화 식물)과 양치류, 곤장류, 뿔나물, 이끼를 포함한 자유 포자성 크립토감(cryptogam)이 포함된 "육지 식물" 또는 배아 식물만 포함됩니다.배아식물은 광합성을 통해 태양으로부터 에너지를 얻은 조상으로부터 유래한 다세포 진핵생물이다.그들은 반수상과 이배상이 번갈아 일어나는 수명 주기를 가지고 있다.생식세포로 알려진 배아세포의 성적인 반배체 단계는 생식세포 자체가 부모 포자세포에 [62]의해 양육되는 종자식물에서조차 적어도 삶의 [61]일부 동안 조직 내에서 발달하는 이배체 배아 포자세포를 배양한다.이전에 식물학자에 의해 연구되었던 다른 유기체 그룹에는 박테리아 (현재 세균학에서 연구되고 있는), 균류 (진균학) – 지의류 형성 곰팡이 (라이센스학), 비염소식물 조류 (생리학), 바이러스 (바이올로지) 등이 있습니다.그러나 식물학자들은 여전히 이러한 그룹에 주의를 기울이고 있으며, 곰팡이(지의류 포함)와 광합성 원생물은 보통 식물학 [63][64]입문 과정에 포함되어 있다.

고생식물학자들은 식물의 진화 역사에 대한 정보를 제공하기 위해 화석 기록에 있는 고대 식물들을 연구한다.지구상 최초의 산소를 방출하는 광합성 생물인 시아노박테리아는 초기 진핵생물과의 내생생물 관계에 들어가 궁극적으로 식물 세포의 엽록체가 됨으로써 식물의 조상을 탄생시킨 것으로 생각된다.새로운 광합성 식물들은 시아노박테리아에 의해 시작된 대기 중 산소의 증가를 가속화시켰고, 산소를 사용하지 않고 감소시킨 고대 대기를 20억 [65][66]년 이상 동안 활성 산소가 풍부했던 것으로 변화시켰다.

21세기의 중요한 식물학적 문제들 중 하나는 생명의 기본 성분인 에너지, 탄소, 산소, 질소 및 물의 글로벌 순환에서 주요 생산자로서 식물의 역할과 자원 관리, 보존, 인간 식량 안보, 생물학과 같은 세계적인 환경 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있는 방법들이다.탄소 침습성 유기체, 탄소 격리, 기후 변화, 지속 가능성.[67]

인간의 영양

상세 정보:인간의 영양
grains of brown rice, a staple food
우리가 먹는 음식은 쌀과 같은 식물에서 직간접적으로 나온다.

사실상 모든 주식들은 식물에 의한 1차 생산에서 직접 나오거나 그것들을 [68]먹는 동물들로부터 간접적으로 온다.식물과 다른 광합성 유기체들은 대부분의 먹이사슬의 기초에 있다. 왜냐하면 그들은 태양으로부터의 에너지와 토양과 대기의 영양분을 사용하여 그것들을 동물들에 의해 사용될 수 있는 형태로 바꾸기 때문이다.이것이 생태학자들이 첫 번째 영양 [69]수준이라고 부르는 것이다.삼베, 테프, 옥수수, 쌀, 밀 및 기타 곡초, 펄스, 바나나, 플랜틴,[70] 섬유용으로 재배된 삼베, 아마, 면화와 같은 현대적 주식은 가장 바람직한 특징을 [71]가진 야생 조상의 식물 중에서 수천 년 동안 선사 시대의 선택 결과물이다.

식물학자들은 식물이 어떻게 식량을 생산하고 어떻게 생산량을 증가시키는지를 연구한다. 예를 들어, 식물 육종을 통해, 그들의 일은 세계를 먹여 살리고 미래 [72]세대에 식량 안보를 제공하는 인간의 능력에 중요하다.식물학자들은 또한 농업에서 상당한 문제인 잡초와 농업과 자연 [73]생태계에서 식물 병원균의 생물학과 방제를 연구한다.민족식물학은 식물과 사람 사이의 관계에 대한 연구이다.식물-인간관계의 역사적 조사에 적용될 때 민족식물학은 고고식물학 또는 고생식물학으로 [74]언급될 수 있다.초기 식물-인간 관계 중 일부는 먹을 수 없는 [75]식물에서 식용 식물을 식별하는 과정에서 캐나다 원주민들 사이에 생겨났다.토착민들과 식물과의 관계는 민족식물학자들에 [75]의해 기록되었다.

식물생화학

식물 생화학은 식물에 의해 사용되는 화학적 과정을 연구하는 학문이다.이러한 과정들 중 일부는 광합성 칼빈 회로와 크라술라세안산 [76]대사와 같은 1차 대사에 사용된다.다른 사람들은 그들의 몸을 만드는 데 사용되는 셀룰로오스나 리그닌과 같은 특수 물질과 레진이나 아로마 화합물과 같은 2차 제품을 만든다.

Paper chromatography of some spinach leaf extract shows the various pigments present in their chloroplasts.
식물은 다양한 광합성 색소를 만들며, 그 중 일부는 종이 크로마토그래피를 통해 여기서 볼 수 있다.

"조류"로 알려진 식물들과 광합성 진핵생물들의 다양한 다른 그룹들은 엽록체로 알려진 독특한 소기관들을 가지고 있습니다.엽록체는 고대 식물과 조류의 조상들과 내생생물학적 관계를 형성한 시아노박테리아에서 유래한 것으로 생각된다.청록색소 엽록소 [77]a를 함유하는 엽록체 및 시아노박테리아.엽록소 a(식물 및 녹색 조류 특이 사촌 클로로필 [a]b와 함께)는 우리가 이러한 유기체의 특징적인 색상으로 보는 녹색 빛을 반사하고 전달하면서 스펙트럼의 청자색 부분과 주황색/빨간색 부분의 빛을 흡수한다.이 색소들이 흡수하는 붉은 빛과 푸른 빛 속의 에너지는 엽록체에 의해 부산물로 분자 산소(O)를2 생성하는 과정인 산소 광합성에 의해 이산화탄소와 물로부터 에너지가 풍부한 탄소 화합물을 만드는데 사용된다.

캘빈 사이클(인터랙티브 다이어그램)캘빈 회로는 당분자에 이산화탄소를 결합시킨다.
The Calvin cycle (Interactive diagram) The Calvin cycle incorporates carbon dioxide into sugar molecules.

엽록소 a에 의해 포착된 빛 에너지는 처음에는 에너지를 일시적으로 저장하고 운반하는 ATP와 NADPH의 분자를 만드는 데 사용되는 전자 (그리고 나중에는 양성자 경사)의 형태입니다.이들의 에너지는 효소 루비스코에 의해 캘빈 회로의 광의존적 반응에 사용되어 3-탄소당 글리세린알데히드 3-인산(G3P) 분자를 생성한다.글리세린알데히드 3-인산은 광합성의 첫 번째 산물이며 포도당과 생물학적 기원의 거의 모든 다른 유기 분자가 합성되는 원료이다.포도당 중 일부는 [81]엽록체에 저장되는 전분으로 변환된다.녹말은 대부분의 육지 식물과 조류의 특징적인 에너지 저장고인 반면, 과당의 폴리머인 과당은 해바라기과의 같은 목적으로 사용됩니다.포도당 중 일부는 나머지 식물에 수출하기 위해 수크로스로 전환된다.

엽록체가 없는 동물들과는 달리, 식물들과 그들의 진핵생물들은 그들의 모든 [82][83]지방산과 대부분의 아미노산을 [84]합성하는 것을 포함하여 많은 생화학적 역할을 엽록체에 위임했습니다.엽록체가 만드는 지방산은 세포막을 만드는 물질을 제공하고 육지 식물을 보호하는 식물 큐티클에 있는 폴리머 큐틴을 건조하게 만드는 등 많은 것에 사용된다.[85]

식물은 육상식물 세포벽을 구성하는 [87]다당류 분자 셀룰로오스, 펙틴 및 자일로글루칸과[86] 같은 많은 독특한 폴리머를 합성한다.혈관육지식물은 목질 기관과 혈관의 2차 세포벽을 튼튼하게 하는 데 사용되는 폴리머인 리그닌을 만들어 식물이 물 스트레스를 받아 물을 빨아들일 때 무너지는 것을 막는다.리그닌은 또한 식물을 구조적으로 지탱하고 나무의 주요 구성 요소인 스크레치질마 섬유와 같은 다른 세포 유형에도 사용됩니다.포자로폴레닌은 초기 육상식물 포자의 생존과 화석 기록상 종자식물의 꽃가루를 담당하는 육상식물 포자와 꽃가루의 외세포벽에서 발견되는 내화학성 폴리머다.오르도비스기에 [88]육지 식물 진화의 시작을 알리는 지표로 널리 알려져 있다.오늘날 대기 중의 이산화탄소 농도는 오르도비스기와 실루리아기에 식물이 육지에 나타났을 때보다 훨씬 낮다.옥수수와 파인애플과 같은 많은 단일 식물과 Asteraceae와 같은 일부 쌍떡잎식물들은 그 이후로 독립적으로[89] 발전해 왔다. 크라스라세안산 대사 경로와 광합성을 위한 C 탄소4 고정 경로는 보다 일반적인3 C 탄소 고정 경로에서 광호흡으로 인한 손실을 피한다.이러한 생화학적 전략은 육지 식물에 고유한 것이다.

의약품 및 재료

식물화학은 식물 생화학에서 [90]주로 2차 대사 중에 식물에 의해 생성되는 화학 물질과 관련된 분야이다.이 화합물들 중 일부는 헴록의 알칼로이드 코니인과 같은 독소들이다.에센셜 오일인 페퍼민트 오일과 레몬 오일과 같은 다른 것들은 향미료와 향신료로서 그리고 아편 양귀비에서 나오는 아편과 같은 약품에 유용하다.테트라히드로카나비놀, 카페인, 모르핀, 니코틴과 같은 많은 약물과 레크리에이션 약물은 식물에서 직접 추출됩니다.다른 것들은 식물성 천연물의 단순한 파생물이다.예를 들어 진통제 아스피린은 원래 버드나무 [91]껍질에서 분리된 살리실산의 아세틸에스테르로 아편 [92]양귀비에서 얻은 모르핀의 화학적 변성에 의해 헤로인 등의 광범위한 아편 진통제를 얻을 수 있다.인기 있는 자극제는 커피, 차, 초콜릿의 카페인, 담배의 니코틴과 같은 식물에서 나온다.대부분의 알코올 음료는 보리(맥주), 쌀(술), 포도(와인)[93]와 같은 탄수화물이 풍부한 식물성 제품을 발효시켜 만든다.미국 원주민들은 수천 [94]년 동안 질병이나 질병을 치료하는 방법으로 다양한 식물을 사용해 왔다.미국 원주민들이 식물에 대해 가지고 있는 이러한 지식은 엔트노보타니스트들에 의해 기록되었고, 그 후 제약회사들에 의해 약물 [95]발견의 한 방법으로 사용되었다.

식물은 링컨 그린, 인도실, 전통적으로 데님을 염색하는 데 사용되는 블루 색소 인디고의 소스인 블루 색소 인디고와 예술가의 색소 갬보게와 로즈 메이더와 같은 유용한 색소 염료와 안토시아닌을 합성할 수 있습니다.설탕, 녹말, 면, 린넨, 삼베, 몇몇 종류의 밧줄, 나무와 입자 보드, 파피루스와 종이, 식물성 기름, 왁스, 그리고 천연 고무는 식물 조직이나 그들의 2차 제품에서 만들어진 상업적으로 중요한 재료의 예이다.목재를 열분해해 만든 순수한 탄소 형태인 목탄은 금속을 녹이는 연료, 여과재, 흡착제, 예술가의 재료로서 오랜 역사를 가지고 있으며 화약의 3대 성분 중 하나이다.세계에서 가장 풍부한 유기 [96]폴리머인 셀룰로오스는 에너지, 연료, 재료 및 화학 원료로 전환될 수 있습니다.셀룰로오스로 만든 제품에는 레이온과 셀로판, 벽지 페이스트, 바이오 부탄올, 건 면 등이 있다.사탕수수, 유채씨, 콩은 바이오디젤과 [97]같은 화석 연료의 중요한 대안인 바이오 연료의 공급원으로 사용되는 발효성이 높은 설탕 또는 기름 함량을 가진 식물이다.스위트그래스는 미국 원주민들이 [98]모기 같은 벌레를 쫓기 위해 사용했어요.스위트그래스의 이러한 방충 특성은 나중에 미국 화학 협회에 의해 피톨과 쿠마린 [98]분자에서 발견되었습니다.

식물생태학

주요 기사: 식물 생태학
Colour photograph of roots of Medicago italica, showing root nodules
Medicago Italica의 결절에는 질소 고정 박테리아인 Synorhizobium meliloti가 포함되어 있습니다.식물은 박테리아에게 영양분과 혐기성 환경을 제공하고 박테리아는 식물을 [99]위해 질소를 고정시킨다.

식물 생태학은 식물과 서식지 사이의 기능적 관계, 즉 식물들이 라이프 사이클을 완성하는 환경에 대한 과학입니다.식물 생태학자들은 지역 및 지역 꽃의 구성, 생물 다양성, 유전적 다양성과 적합성, 그리고 식물이 환경에 적응하는 것, 그리고 다른 [100]종과의 경쟁적이거나 상호주의적인 상호작용을 연구한다.몇몇 생태학자들은 심지어 민족식물학자들이 [101]수집한 원주민들의 경험적 자료에 의존한다.이 정보는 수천 년 전에 땅이 어떻게 변했는지 그리고 [101]그 기간 동안 어떻게 변했는지에 대한 많은 정보를 전달할 수 있다.식물 생태학의 목표는 분포 패턴, 생산성, 환경 영향, 진화 및 환경 변화에 대한 [102]대응의 원인을 이해하는 것입니다.

식물은 환경의 특정 에다픽(토양) 및 기후 요인에 의존하지만 이러한 요소도 수정할 수 있습니다.예를 들어, 그들은 환경의 알베도를 변화시키고, 유출물 차단을 증가시키며, 광물 토양을 안정화시키고 유기 성분을 개발하며, 지역 온도에 영향을 줄 수 있다.식물은 자원을 [103][104]두고 생태계 내의 다른 유기체와 경쟁한다.이들은 집단으로 식물을 구성하는 집단, 개체군 및 공동체에서 다양한 공간적 척도로 이웃과 상호작용한다.특징적인 식생 유형과 우성 식물뿐만 아니라 유사한 비생물적 요소, 기후, 그리고 지형이 있는 지역은 툰드라나 열대 [105]우림과 같은 생물군을 구성합니다.

초식동물들은 식물을 먹지만, 식물은 스스로를 방어할 수 있고 어떤 종들은 기생하거나 심지어 육식동물이다.다른 유기체들은 식물과 상호 유익한 관계를 형성한다.예를 들어 균근균과 뿌리공포증은 식물에 영양분을 공급하고,[106] 개미식물은 개미를 모집해 보호를 제공하고, 꿀벌, 박쥐 등의 동물은 꽃을 수분시키고[107][108], 사람과 다른 동물은[109] 포자와 씨앗을 확산시키는 분산 매개체 역할을 한다.

식물, 기후 및 환경 변화

기후 및 기타 환경 변화에 대한 플랜트의 대응은 이러한 변화가 생태계의 기능과 생산성에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 데 도움이 됩니다.예를 들어, 식물 페놀로지는 역사적 기후학의 온도와 기후 변화와 지구 온난화의 생물학적 영향에 대한 유용한 대용물이 될 수 있다.수천 년 또는 수백만 년 전의 퇴적물에 있는 화석 꽃가루 퇴적물의 분석은 과거 [110]기후의 재건을 가능하게 한다.고생대 이후 대기 중 CO2 농도의 추정치는 기공 밀도와 고대 [111]육지 식물의 잎 모양과 크기에서 구했다.오존 파괴는 식물을 더 높은 수준의 자외선-B(UV-B)에 노출시켜 성장률을 [112]낮출 수 있다.게다가, 지역 생태학, 식물 체계학, 분류학 연구로부터 얻은 정보는 식물 변화, 서식지 파괴, 그리고 종의 [113]멸종을 이해하는 데 필수적이다.

유전학

주요 기사: 식물 유전학
A Punnett square depicting a cross between two pea plants heterozygous for purple (B) and white (b) blossoms
보라색(B)과 흰색(B) 꽃을 위해 헤테로 접합된 두 완두콩 식물 사이의 교배를 묘사한 Punnett 정사각형

식물에서의 유전은 다른 다세포 유기체와 같은 유전학의 기본 원리를 따릅니다.그레고르 멘델은 피숨 사티붐의 형태와 같은 유전적인 특징을 연구함으로써 유전적인 유전 법칙을 발견했다.멘델이 식물을 연구하면서 배운 것은 식물학 이외에도 광범위한 이점을 가져왔다.비슷하게, "점핑 유전자"는 바바라 맥클린톡이 [114]옥수수를 연구하던 중 발견되었다.그럼에도 불구하고, 식물과 다른 유기체 사이에는 몇 가지 뚜렷한 유전적 차이가 있다.

식물의 종 경계는 동물보다 약할 수 있으며 이종 교배도 종종 가능하다.친숙한 예로는 박하수생인 Mentha × piperita가 있습니다.Mentha aquatica와 Spearmint 사이의 멸균 잡종인 Mentha spicata가 [115]있습니다.밀의 많은 재배 품종은 야생종과 [116]그 잡종 사이의 여러 종간 및 종내 교잡의 결과물이다.단성 꽃을 가진 앵지오스는 꽃가루가 낙인에 도달하지 못하거나 발아하지 못하고 수컷 배우자를 [117]생성하지 못하게 꽃가루와 낙인 사이에서 작동하는 자기 불화합 메커니즘을 가지고 있는 경우가 많습니다.이것은 식물이 [118]교배를 촉진하기 위해 사용하는 몇 가지 방법 중 하나입니다.많은 육지 식물에서 수컷과 암컷의 생식체는 별개의 개체들에 의해 생산된다.이 종들은 혈관성 식물 포자체를 언급할 때 암수, 이끼식물 배우체를 [119]언급할 때 암수라고 한다.

처녀생식이 드문 고등 동물들과는 달리, 식물에서는 여러 가지 다른 메커니즘에 의해 무성 생식이 일어날 수 있다.감자의 줄기 덩이줄기의 형성은 하나의 예이다.특히 동물에 의한 꽃 수정의 기회가 드문 북극 또는 고산 서식지에서 꽃 대신 식물이나 구근이 발달하여 성적 번식을 무성 번식으로 대체하고 부모와 유전적으로 동일한 복제 개체군을 발생시킬 수 있다.이것은 식물에서 발생하는 여러 종류의 아포믹시스 중 하나이다.아포믹시스는 또한 종자에서 발생할 수 있으며,[120] 부모와 유전적으로 동일한 배아를 포함하는 종자를 생성한다.

대부분의 성생식 유기체는 쌍으로 구성된 염색체를 가진 이배체이지만, 사이토키네시스 오류로 인해 염색체 수가 두 배로 증가할 수 있다.이것은 자동 폴리배체 또는 부분적으로 자동 폴리배체 유기체를 생성하기 위한 발달 초기, 또는 폴리배체(내분배체)인 일부 세포 유형을 생성하기 위한 세포 분화의 정상적인 과정 또는 배우자 형성 중에 발생할 수 있습니다.동종 다배체 식물은 서로 다른 두 종 간의 교배 현상으로 인해 발생할 수 있다.자가다배체와 동종다배체 식물 모두 정상적으로 번식할 수 있지만 염색체 수가 일치하지 않기 때문에 부모 집단과 성공적으로 교배할 수 없을 수 있다.모종으로부터 생식적으로 격리되어 있지만, 같은 지리적 영역내에 살고 있는 이러한 식물은, 새로운 종을 [121]형성하기에 충분한 성공을 거둘 수 있을 것이다.그렇지 않으면 일부 무균 식물 폴리포이드는 식물성 또는 씨앗 아포믹스에 의해 번식할 수 있으며, 동일한 [121]개체의 클론 집단을 형성합니다.두럼밀은 비옥한 4중합체이고, 빵밀은 비옥한 육중합체이다.상업용 바나나는 무균, 씨 없는 삼배체 잡종의 한 예이다.일반 민들레는 삼배체이며 아포믹틱 씨앗에 의해 생존 가능한 씨앗을 생산한다.

다른 진핵생물들과 마찬가지로 식물에서 미토콘드리아와 엽록체와 같은 내생생물 기관들의 유전은 비멘델리안이다.엽록체는 나체배마에서는 수컷 부모를 통해 유전되지만, 꽃피는 [122]식물에서는 암컷 부모를 통해 유전되는 경우가 많습니다.

분자 유전학

상세 정보:분자 유전학
Flowers of Arabidopsis thaliana, the most important model plant and the first to have its genome sequenced
탈레 크레스, 아라비도시스 탈리아나는 게놈 배열을 가진 최초의 식물이며, 가장 중요한 모델 유기체로 남아 있다.

식물의 기능에 대한 상당한 새로운 지식은 겨자과의 [90]잡초 종인 탈레 크레스, 아라비도시스 탈리아나와 같은 모델 식물의 분자 유전학 연구로부터 나온다.이 종의 유전자에 포함된 게놈 또는 유전 정보는 약 1억 3천 5백만 개의 염기쌍의 DNA에 의해 암호화되어 현화 식물 중 가장 작은 게놈 중 하나를 형성합니다.Arabidopsis는 2000년에 [123]게놈 염기서열을 분석한 최초의 식물이었다.쌀(Oryza sativa)[124]과 Brachypodium [125]distachion의 비교적 작은 게놈의 배열은 곡물, 풀, 외떡잎의 유전학, 세포학 및 분자생물학을 일반적으로 이해하는 데 중요한 모델종이 되었다.

아라비도시스 탈리아나와 같은 모형 식물은 식물 세포와 엽록체의 분자생물학을 연구하는데 사용된다.이상적으로는, 이러한 유기체는 잘 알려져 있거나 완전히 배열된 작은 게놈, 작은 키와 짧은 세대 시간을 가지고 있다.옥수수는 C식물의4 [126]광합성 메커니즘과 설탕의 인두 부하를 연구하는데 사용되어 왔다.단세포 녹색조류 Chlamydomonas reinhardtii는 태생식물 자체는 아니지만 육지 식물과 관련된 녹색 색소 엽록체를 포함하고 있어 [127]연구에 유용하다.붉은 조류 시아니디오시존 메롤레 또한 몇몇 기본적인 엽록체 [128]기능을 연구하는데 사용되어 왔다.시금치,[129][130] 완두콩, 콩 그리고 이끼 피코미트렐라 패튼은 식물 세포 [131]생물학을 연구하는 데 일반적으로 사용된다.

토양 뿌리세균인 아그로박테륨 투메파시엔스는 식물세포에 부착돼 수평 유전자 이식을 통해 굳은살 유도 Ti플라스미드에 감염돼 크라운담병이라는 굳은살 감염을 일으킬 수 있다.쉘과 반 몬타구(1977)는 Ti 플라스미드가 콩과 다른 식물 [132]종의 뿌리 결절에 질소 고정에 책임이 있는 니프 유전자를 도입하는 데 자연 벡터가 될 수 있다고 가설을 세웠다.오늘날, Ti 플라스미드의 유전자 변형은 식물에 트랜스유전자의 도입과 유전자 변형 작물의 생성을 위한 주요 기술 중 하나이다.

후생유전학

주요 기사: 후생유전학

후생유전학은 유전기능의 유전적인 변화에 대한 연구로 기초가 되는 DNA[133] 배열의 변화로 설명될 수 없지만 유기체의 유전자들이 [134]다르게 행동하도록 한다.후생유전학적 변화의 한 예는 발현 여부를 결정하는 DNA 메틸화에 의한 유전자 표시이다.유전자 발현은 또한 DNA의 소음기 영역에 부착되어 DNA 코드의 그 영역이 발현되는 것을 막는 억제 단백질에 의해 제어될 수 있다.후생유전적 표시는 식물의 발달 프로그램 단계에서 DNA에 추가 또는 제거될 수 있으며, 예를 들어, 모두 동일한 기초 유전자 코드를 가지고 있음에도 불구하고, 꽃잎과 정상 잎 사이의 차이를 야기한다.후생유전학적 변화는 일시적인 것일 수도 있고 세포의 남은 수명 동안 연속적인 세포 분열을 통해 지속될 수도 있다.후생유전학적 변화 중 일부는 유전되는 [135]것으로 나타났고, 다른 것들은 생식세포에서 재설정된다.

진핵생물학의 후생유전학적 변화는 세포 분화의 과정을 조절하는 역할을 한다.형태 형성 동안, 전능 줄기세포는 배아의 다양한 만능 세포주가 되고, 이것은 다시 완전히 분화된 세포가 된다.단일 수정란 세포인 접합자는 분열이 계속됨에 따라 실질 조직, 목질 혈관 요소, 인두 체관, 표피의 보호 세포 등을 포함한 다양한 식물 세포 유형을 발생시킨다.그 과정은 일부 유전자의 후생유전 활성화와 다른 [136]유전자의 억제에서 비롯된다.

동물과 달리, 많은 식물 세포들, 특히 실질 세포들은 새로운 개별 식물을 낳을 수 있는 능력으로 전능성을 유지하며, 말단적으로 분화되지 않습니다.예외적으로 고도로 갈린 세포, 성숙기에 죽은 스크레렌치질과 목질, 핵이 없는 인두 체관이 포함된다.식물들이 크로마틴 리모델링과 같은 많은 후생유전학적 메커니즘을 사용하는 반면, 다른 가설은 식물들이 그들의 발달 [137]운명을 결정하기 위해 환경과 주변 세포의 위치 정보를 사용하여 유전자 발현 패턴을 설정한다는 것이다.

후생유전학적 변화는 멘델의 유산 규칙을 따르지 않는 순열을 초래할 수 있다.이러한 후생유전적 흔적은 한 세대에서 다음 세대로 전해지며, 하나의 대립 유전자가 다른 [138]세대에 변화를 일으킨다.

식물의 진화

주요 기사:식물의 진화사
colour image of a cross section of a fossil stem of Rhynia gwynne-vaughanii, a Devonian vascular plant
데본기 혈관식물 Rynia gwynne-vaughani 화석 줄기의 횡단면

식물의 엽록체는 시아노박테리아와 생화학적, 구조적, 유전적 유사성이 많고 (일반적으로 "청록조류"로 잘못 알려져 있음) 조상 진핵세포와 시아노박테리아 거주자 [139][140][141][142]사이의 고대 내분비생물 관계에서 유래한 것으로 생각됩니다.

해조류는 다계통군이며 여러 갈래로 나누어져 있으며, 어떤 해조류는 다른 해조류보다 식물과 더 밀접하게 관련되어 있다.세포벽 구성, 생화학, 색소 침착, 엽록체 구조, 영양소 비축량 등의 특징에서 그들 사이에는 많은 차이가 있다.녹조분할 Charophyta의 자매인 녹조분할 Charophyta는 진정한 [143]식물의 조상을 포함하고 있는 것으로 여겨진다.식물 분류 Charophyceae와 육지 식물 하위왕생물은 함께 단생체군 또는 스트렙토피티나 [144]분지군을 형성합니다.

비혈관성 육지식물은 혈관조직인 목질과 인골이 부족한 태생식물이다.이끼, 쌍두렁이, 뿔두렁이 등이 있다.실루리아기에 발달한 포자에 의해 자유생활 배우체로 번식한 진정한 목질부와 인골을 가진 익생식물은 실루리아기 후기와 데본기 초기에 여러 계통으로 다양해졌다.리코포드의 대표들은 오늘날까지 살아남았다.데본기 말기까지, 리코포드, 스피노필, 프로킴노스팜을 포함한 몇몇 그룹은 독립적으로 "메가포리"를 진화시켰다. - 그들의 포자는 두 개의 뚜렷한 크기, 더 큰 메가포자와 더 작은 마이크로포자를 가지고 있었다.그들의 환원된 배우체 식물은 포자체의 포자 생산 기관(메가스포라지아)에 유지된 거대 포자에서 발달했고, 이는 내분포라고 알려져 있다.씨앗은 하나 또는 두 개의 피복층(integments)으로 둘러싸인 내포성 메가스포리움으로 구성됩니다.어린 포자체는 씨앗 안에서 자라며, 발아 시 분열하여 씨앗을 방출합니다.가장 먼저 알려진 종자식물은 데본기 파멘기 [145][146]후기부터 시작되었다.종자 습관의 진화에 따라, 종자 식물은 다양해졌고, 종자 양치식물뿐만 아니라 현대의 나체배마와 [147]혈관배엽을 포함한 많은 멸종된 그룹을 낳았다.나체배마는 난소에 완전히 싸여 있지 않은 "벌거벗은 씨앗"을 생산한다; 현대의 대표적으로 침엽수, 소철, 은행, 그리고 네탈레스가 있다.혈관배마는 카펠이나 [148][149]난소와 같은 구조물에 둘러싸인 씨앗을 생산한다.살아있는 식물의 분자 계통학에 대한 진행 중인 연구는 혈관배아가 [150]나체배마의 자매결연이라는 것을 보여준다.

식물생리학

상세정보 : 식물생리학
A Venn diagram of the relationships between five key areas of plant physiology
식물 생리학에서 5가지 주요 연구 영역

식물 생리학은 [151]생명과 관련된 식물의 모든 내부 화학 및 물리적 활동을 포함한다.공기, 토양 및 물에서 얻은 화학 물질이 모든 식물 대사의 기초를 형성합니다.산소 광합성에 의해 포착되고 세포 호흡에 의해 방출되는 햇빛의 에너지는 거의 모든 생명체의 기초이다.모든 녹색 식물, 조류, 시아노박테리아를 포함한 광자영양생물들은 광합성을 통해 햇빛으로부터 직접 에너지를 모읍니다.모든 동물, 모든 균류, 모든 기생 식물 및 비광합성 박테리아를 포함한 이종영양체는 광자영양에서 생성된 유기분자를 흡수하여 호흡시키거나 세포 [152]및 조직의 구성에 사용한다.호흡은 기본적으로 광합성과는 반대인, 탄소 [153]화합물을 더 단순한 구조로 분해하여 에너지를 방출하는 것이다.

분자는 다양한 공간적 규모로 작동하는 운송 과정에 의해 식물 내에서 이동한다.이온, 전자, 그리고 물과 효소 같은 분자의 세포막에서 세포내 수송이 일어납니다.미네랄과 물은 뿌리에서 식물의 다른 부분으로 증산 흐름으로 운반된다.확산, 삼투압, 그리고 활성 수송과 질량 흐름은 모두 발생할 [154]수 있는 다른 방법이다.식물이 운반해야 하는 원소의 예로는 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 유황 등이 있다.관상식물에서 이들 원소는 뿌리에 의해 용해성 이온으로 토양에서 추출되어 목질부 식물 전체로 운반된다.식물영양에 필요한 대부분의 원소는 토양광물의 [155]화학적 분해에서 나온다.광합성에 의해 생성된 수크로스는 잎사귀에서 식물의 다른 부분으로 이동되며 식물 호르몬은 다양한 과정을 통해 이동된다.

식물 호르몬

A diagram of the mechanism of phototropism in oat coleoptiles
1 태양빛이 비치는 귀리 콜옵타일.옥신(핑크)은 팁에 균등하게 분포되어 있습니다.
2 태양이 비스듬히 비추고 촬영의 한쪽 면만 비추면 옥신은 반대쪽으로 이동해 세포의 신장을 촉진한다.
3과 4 측면의 추가 성장으로 인해 촬영이 [156]태양 쪽으로 휘어집니다.
상세정보 : 식물호르몬과 피토크롬

식물은 수동적이지 않지만, 빛, 촉각, 부상과 같은 외부 신호에 적절히 자극으로부터 움직이거나 멀어짐으로써 반응한다.접촉 민감성의 명백한 증거는 미모사 푸디카의 잎이 거의 순간적으로 무너지는 것, 비너스 파리지옥과 방충류의 곤충 덫, [157]난초의 꽃가루 알레르기입니다.

식물의 성장과 발육이 식물 호르몬이나 식물 성장 조절제에 의해 조정된다는 가설은 19세기 말에 처음 나타났다.다윈은 식물의 싹과 뿌리가 빛과 중력을 향해[158] 움직이는 것을 실험했고, "방사선의 끝부분이 여러 움직임을 지시하는 하등동물의 뇌처럼 작용한다고 해도 과언이 아니다."[159]라고 결론지었다.비슷한 시기에, 식물의 성장을 조절하는 옥신의 역할은 네덜란드의 과학자 프리츠 [160]웬트에 의해 처음 설명되었습니다.세포 성장을 촉진하는 최초의 옥신인 인돌-3-아세트산(IAA)은 약 50년 [161]후에야 식물에서 분리되었다.이 화합물은 빛과 [162]중력에 대한 새싹과 뿌리의 회전 반응을 매개합니다.1939년 식물 굳은살이 IAA를 함유한 배양물에서 유지될 수 있다는 연구결과에 이어 1947년 성장호르몬 농도를 조절함으로써 뿌리와 싹을 형성하도록 유도할 수 있다는 연구결과가 식물생명공학 및 유전자변형의 [163]핵심단계였다.

비너스의 파리잡이, 디오네이아 머시풀라, 촉각을 예민하게 하는 곤충 덫이 움직이는 것을 보여준다.

사이토키닌은 세포 분열을 조절하기 위해 이름 붙여진 식물 호르몬의 한 종류이다.천연 사이토키닌 제아틴은 옥수수 Zea mays에서 발견되었으며 푸린 아데닌의 유도체입니다.Zeatin은 뿌리에서 생성되고 세포 분열, 싹 발달, 엽록체의 [164][165]녹화를 촉진하는 목질에서 새싹으로 운반됩니다.지베렐산과 같은 지베렐린은 메발론산 경로를 통해 아세틸 CoA로부터 합성된 디터펜이다.종자의 발아 촉진과 휴면 촉진, 줄기 신장과 [166]개화 조절을 통한 식물 높이 조절에 관여하고 있다.아브시스산(ABA)은 간나무를 제외한 모든 육지 식물에서 발생하며 엽록체와 다른 플라스티드의 카로티노이드로부터 합성된다.세포 분열을 억제하고, 종자의 성숙과 휴면을 촉진하며, 기공 폐쇄를 촉진합니다.그것은 원래 [167]이성을 통제하는 것으로 생각되었기 때문에 그렇게 이름 붙여졌다.에틸렌은 메티오닌으로부터 모든 고등 식물 조직에서 생성되는 기체 호르몬이다.현재는 과일의 숙성과 감소를 [168][169]자극하거나 조절하는 호르몬으로 알려져 있으며, 에틸렌을 생성하기 위해 빠르게 대사되는 합성 성장 조절 에테폰은 면화, 파인애플 및 기타 기후 작물의 숙성을 촉진하기 위해 산업 규모로 사용된다.

또 다른 종류의 피토호르몬은 자스몬산염으로[170], 병원체 [171]공격에 대한 전신 후천적 내성에 필요한 유전자 발현을 차단함으로써 식물의 상처 반응을 조절한다.

빛은 식물의 주요 에너지원이 될 뿐만 아니라 신호 장치로 기능하며 발전소에 매일 얼마나 많은 햇빛을 받는지와 같은 정보를 제공한다.이것은 광형성이라고 알려진 과정에 적응적인 변화를 가져올 수 있다.피토크롬은 [172]빛에 민감한 식물의 광수용체이다.

식물 해부학 및 형태학

Colour image of a 19th-century illustration of the morphology of a rice plant
벼의 뿌리, 줄기, 잎, 꽃의 형태학을 보여주는 19세기 삽화.

식물 해부학은 식물 세포와 조직의 구조에 대한 연구인 반면, 식물 형태학은 식물 세포와 조직의 외부 [173]형태에 대한 연구이다.모든 식물은 다세포 진핵생물이고, 그들의 DNA는 [174][175]핵에 저장되어 있다.식물세포의 특징으로는 다당류 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴으로 이루어진 1차 세포벽, 동물세포보다 큰 액포, 엽록체와 같은 독특한 광합성 및 생합성 기능을 가진 플라스티드의 존재 등이 있다.다른 플라스티드는 녹말(아밀로플라스틱) 또는 지질(엘라오플라스트)과 같은 저장 제품을 포함합니다.특이하게 스트렙토식물세포와 녹색조류목 트렌테폴리아레스의[177] 세포분열은 [81]세포분열 후기의 세포판 형성을 위한 템플릿으로 프락모플라스 구축에 의해 분할된다.

A diagram of a "typical" eudicot, the most common type of plant (three-fifths of all plant species).[178] No plant actually looks exactly like this though.
가장 일반적인 종류의 식물인 "일반적인" 유디코트 그림(전체 식물 [178]종의 5분의 3).이렇게 생긴 식물은 없습니다.

클럽모스, 양치식물 및 종자식물(김노스 배추와 혈관배추)을 포함한 혈관식물의 몸은 일반적으로 공중 및 지하 서브시스템을 가지고 있다.새싹은 녹색 광합성 잎과 생식 구조를 가진 줄기로 구성되어 있습니다.지하의 혈관화된 뿌리는 끝부분에 뿌리털을 가지고 있으며 일반적으로 [179]엽록소가 없다.비혈관 식물, 간엽류, 뿔엽류, 이끼는 땅을 관통하는 혈관 뿌리를 생성하지 않으며 대부분의 식물은 광합성에 [180]관여한다.포자체 세대는 간지렁이에서는 광합성하지 않지만 이끼와 [181]뿔지렁이에서는 광합성함으로써 에너지 요구의 일부를 기여할 수 있다.

뿌리 시스템과 뿌리 시스템은 상호 의존적입니다 – 보통 비광합성 뿌리 시스템은 음식을 위한 싹 시스템에 의존하며, 광합성 싹 시스템은 뿌리 [179]시스템의 물과 미네랄에 의존합니다.각 체계의 세포는 다른 체계의 세포들을 만들어 내고 부수적인 싹이나 [182]뿌리를 만들어 낼 수 있다.스톨론과 덩이줄기는 뿌리를 [183]내릴 수 있는 새싹의 예이다.버드나무와 같이 지표면 가까이 퍼진 뿌리는 새싹과 궁극적으로 새로운 [184]식물을 생산할 수 있다.시스템 중 하나가 상실된 경우 다른 하나는 시스템을 재생성할 수 있습니다.사실 Streptocarpus 종(種)의 식물과 마찬가지로 한 잎에서 전체 식물을 재배할 수 있다. Saintpaulia [185]또는 심지어 단일 세포 – 새로운 [182]식물이 될 수 있는 굳은살(특화되지 않은 세포 덩어리)로 탈분화할 수 있습니다.혈관 식물에서, 목질과 인골은 새싹과 뿌리 사이의 자원을 운반하는 전도성 조직이다.뿌리는 사탕무나 [184]당근에서처럼 설탕이나 [179]녹말과 같은 음식을 저장하는 데 종종 적응된다.

줄기는 주로 잎과 생식 구조를 지탱하지만, 선인장과 같은 다육식물에 물을 저장하거나, 감자 덩이줄기와 같은 식품에 물을 저장하거나, 딸기의 돌기와 같은 식물성 번식이나 적층 과정에서 [186]번식할 수 있다.나뭇잎은 햇빛을 모아 광합성을 [187]한다.크고 평평하고 유연한 녹색 잎을 잎이라고 합니다.[188]침엽수, 소철, 은행, 편모충과 같은 나체배아는 씨앗이 [189]열린 씨앗을 생산하는 식물이다.앤지오스팜은 꽃을 피우고 씨앗을 [148]가진 씨앗을 생산하는 식물이다.진달래와 떡갈나무와 같은 목질식물은 2차 성장 단계를 거치면서 두 가지 종류의 조직을 추가로 형성한다: 목재(2차 목질부)와 나무껍질(2차 인두와 코르크).모든 나체배추와 많은 혈관배추는 목질 [190]식물이다.어떤 식물은 성적으로, 어떤 식물은 무성적으로, 그리고 어떤 식물은 두 가지 방법을 통해 번식한다.[191]

뿌리, 줄기, 잎, 트리콤과 같은 주요 형태학적 범주에 대한 참조가 유용하지만, 이러한 범주는 중간 형태를 통해 연결되어 범주 간의 연속체가 [192]발생한다는 것을 기억해야 한다.또한 구조는 프로세스,[46] 즉 프로세스 조합으로 볼 수 있습니다.

계통 식물학

상세 정보:분류법(생물학)
photograph of a botanist preparing plant specimens for the herbarium
식물 표본을 허브리움에 장착하기 위해 준비하는 식물학자

계통식물학은 계통생물학의 일부이며, 계통생물학은 유기체의 범위와 다양성, 그리고 특히 그들의 [193]진화 역사에 의해 결정되는 그들의 관계에 관한 것이다.그것은 생물학적 분류, 과학적 분류 및 계통학과 관련이 있거나 관련이 있다.생물 분류는 식물학자들이 생물들을 속이나 종과 같은 범주로 분류하는 방법이다.생물학적 분류는 과학적 분류법의 한 형태이다.현대 분류법은 공유된 신체적 특성에 따라 종을 분류한 칼 린네의 연구에 뿌리를 두고 있다.이러한 분류는 다윈의 공통 혈통 원칙, 즉 피상적인 특성이 아닌 조상에 따라 유기체를 분류하는 것과 더 잘 일치하도록 수정되었다.과학자들이 유기체를 분류하는 방법에 항상 동의하는 것은 아니지만, DNA 염기서열을 데이터로 사용하는 분자 계통학은 진화적인 노선을 따라 최근의 많은 개정을 추진해 왔고 앞으로도 그럴 것 같다.지배적인 분류 체계를 린네 분류법이라고 한다.여기에는 순위와 이항 명명법이 포함됩니다.식물 생물의 명명법은 국제 조류, 곰팡이, 식물 명명법(ICN)에 성문화되어 있으며 국제 식물 콩그레스([194][195]International Botanical Congress)에 의해 관리된다.

킹덤 플랜태는 도메인 진핵에 속하며 각 종들이 따로 분류될 때까지 반복적으로 분해된다.순서는 킹덤, 문(또는 디비전), 클래스, 오더, 패밀리, 속(복수속)입니다.종.식물의 학명은 그 속과 그 속 내의 종을 나타내며, [195]그 결과 각 유기체에 대한 하나의 세계적인 이름이 생겨났다.예를 들어, 백합은 백합이다.릴륨은 속이고 콜럼비아눔은 특정한 별명이다.그 조합은 그 종의 이름입니다.생물의 학명을 쓸 때는 그 속의 첫 글자를 대문자로 쓰고 모든 특정 명사를 소문자로 쓰는 것이 적절하다.또한 전체 용어는 일반적으로 이탤릭체로 표시됩니다(이탤릭체를 사용할 [196][197][198]수 없는 경우에는 밑줄이 그어집니다).

유기체의 진화적 관계와 유전은 계통학이라고 불린다.계통학 연구는 계통학을 발견하려고 시도한다.기본적인 접근법은 공유 상속을 기반으로 한 유사성을 사용하여 [199]관계를 결정하는 것입니다.예를 들어, 페레스키아의 종은 눈에 띄는 잎을 가진 나무나 덤불이다.그들은 에키노락투스처럼 잎이 없는 전형적인 선인장과는 분명히 닮지 않았다.그러나 페레스키아와 에키노락투스 모두 유레올(고도의 특수 패드와 같은 구조)에서 생성된 가시를 가지고 있어 두 속은 실제로 [200][201]관련이 있다는 것을 암시한다.

생김새가 다른 선인장 두 마리
페레스키아 아큘라타
에키노락투스그루소니
페레스키아는 잎이 있는 나무이지만 에키노락투스처럼 전형적인 선인장처럼 가시와 유륜을 가지고 있다.

공유된 성격에 기초하여 관계를 판단하는 것은 식물들이 독립적으로 성격이 발생한 수렴적 진화를 통해 서로 닮을 수 있기 때문에 주의가 필요하다.어떤 행복감들은 구상 선인장과 비슷한 물 보존에 적응한 잎이 없고 둥근 몸을 가지고 있지만, 그들의 꽃의 구조와 같은 특징들은 두 그룹이 밀접한 관련이 없다는 것을 분명히 한다.클래디스트 방법은 캐릭터에 대한 체계적인 접근을 취하며, 서로 다른 그룹(동질체)에서 개별적으로 진화한 것 또는 조상으로부터 남겨진 것(플레스모형)과 같은 공유된 진화 역사에 대한 정보를 가지고 있지 않은 것 및 혁신으로부터 전해져 내려온 파생된 특징을 구별한다.공유 조상(아포메이션)선인장의 척추를 생성하는 유륜과 같이 파생된 특징만이 공통 조상의 후손에 대한 증거를 제공합니다.클래디스트 분석의 결과는 분지 및 [202]하강 패턴을 보여주는 나무 모양의 다이어그램인 클래디그램으로 표현된다.

1990년대 이후, 살아있는 식물에 대한 계통 발생을 구성하는 주요 접근법은 분자 계통학으로, 가시와 유륜의 유무와 같은 형태학적 특성보다는 분자 특성, 특히 DNA 서열을 사용해 왔다.다른 점은 유전코드 자체가 진화적 관계를 결정하는 데 사용되며, 유전코드가 발생시키는 캐릭터를 통해 간접적으로 사용되는 것이 아니라는 것이다.Clive Stace는 이것을 [203]"진화의 유전적 기반에 직접 접근할 수 있다"고 설명한다.간단한 예로, 유전적 증거를 사용하기 전에, 곰팡이는 식물이거나 동물보다 식물과 더 밀접한 관련이 있다고 생각되었다.유전적 증거는 다세포 유기체의 진정한 진화적 관계가 아래 분해도에서 보여지듯이 – 곰팡이는 [204]식물보다 동물과 더 밀접하게 관련되어 있음을 시사한다.

식물

곰팡이

동물들

1998년 Angiosperm Phylogeny Group은 대부분의 현화식물 과의 DNA 염기서열 분석을 바탕으로 현화식물의 계통학을 발표했다.이 연구의 결과로, 어느 과가 혈관 배종의 초기 분지를 나타내는지와 같은 많은 질문들에 대한 [51]해답이 이루어졌다.식물 종들이 서로 어떻게 관련되어 있는지를 조사하는 것은 식물학자들이 [205]식물의 진화 과정을 더 잘 이해할 수 있게 해준다.모형 식물에 대한 연구와 DNA 증거의 사용 증가에도 불구하고, 어떻게 식물을 다양한 [206]분류군으로 분류하는 것이 최선인지에 대한 지속적인 연구와 토론이 있다.컴퓨터와 전자 현미경과 같은 기술적 발전은 연구된 세부 사항의 수준과 데이터를 [207]분석할 수 있는 속도를 크게 증가시켰습니다.

기호

식물학에서는 현재 몇 가지 기호가 사용되고 있다.예를 들어 린네는 목질, 초본, 다년생 식물에 행성 기호를 사용했고, 윌드는 중성자로 γ(토성)를 사용했으며, 암수동체에는 [208]γ(수은)를 사용했다.다음과 같은 기호가 [209]계속 사용됩니다.

♀여성
♂남성
§ 양성애자/양성애자
②생식(무성) 생식
① 성별 불명
§ 연간
Biennial symbol.svg 8 2년마다 한 번 있는
Perennial symbol.svg (♾) 다년생
☠독극물
§ 상세정보
× 잡종 잡종
+ 접목 하이브리드

「 」를 참조해 주세요.

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메모들

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레퍼런스

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원천