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양치식물 羊齒植物 | Fern |
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| 학명 | Pteridophyta |
| 분류 | |
| <colbgcolor=#d7ffce,#0f4a02> 역 | 진핵생물역 Eukaryota |
| 계 | 식물계 Plantae |
| 계통군 | 양치식물 Pteridophyta |
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1. 개요
양치식물은 포자로 번식하며 뿌리, 줄기, 잎을 가지고 있는 유관속식물 중에서 가장 오래되고 원시적인 식물이다. 또한 육상식물인 선태식물( 이끼 등)과 같이 배우자체와 포자체 세대를 번갈아 가며 살아간다. 그러나 포자체 세대는 배우자체 세대보다 장기간 광합성을 하며 독자 생존한다.양치식물이라는 명칭에서 양치 羊齒는 양의 이빨이라는 뜻이 맞으며 잎이 깃털 모양 혹은 양의 치아처럼 갈라진 모양이라서 붙여진 명칭이다.
양치식물은 주로 여러해살이풀로 드물게 한해살이도 있다. 열대우림 아래에는 나무고사리가 자란다. 양치식물은 대부분은 땅 위에서 자생하나, 교목이나 관목, 또는 바위에 붙어 착생하기도 하며 물 위나 물속에서 자라기도 한다. 심지어 여치나 도마뱀의 비늘에 착생해 자라기까지 하는 사례도 있다.
2. 계통
양치식물의 계통 분류는 학문이 발전하면서 같이 변화되어서, 지금에 이르러서는 석송식물과 고사리식물로 나누어 구분하고 있다. 석송식물은 석송강. 물부추강이 포함되고. 고사리식물에는 속새강, 고사리삼강, 마라티아강, 고사리강이 속한다.3. 역사
화석으로 발견된 것들 중 가장 오래된 최초의 육상 관다발 식물은 영국 웨일스 지방에서 나온 쿡소니아로 4억 2,500만 년 전 고생대 실루리아기 지층에서 발견되었다. 또 가장 오래된 양치식물 화석은 3억 4,500만 년 전 고생대 석탄기 초기의 것으로 알려져 있다. 석탄기 화석에서는 거대한 인목류가 대거 발생해 4천만 년이나 장기간 번성하였다. 하지만 약 2억 7,000만 년 전에 페름기의 건조 기후로 많은 식물들이 절멸해 땅속에 묻혀 우리가 아는 석탄층이 생기게 하는 요인을 제공해 주게 되었다. 그럼에도 중생대에도 양치식물은 여전히 번성하였지만, 백악기 현화식물의 등장 및 번성으로 양치식물의 세가 드디어 밀려나게 되었다. 그러나 멸종과 진화를 거듭하여 나타난 고란초과 식물을 포함해 지구에서 가장 오랫동안 생존하였다. 현생 양치식물은 신생대 때 나타나게 된 것이라고 하며, 다양성은 오히려 신생대에 들어 더 늘어났다.4. 생활사
일반적인 양치식물의 생활사는 포자체와 배우체라는 두 종류의 세대를 거친다. 포자체 세대는 염색체 수가 2n이며 우리가 주변에서 흔히 볼 수 있는 고사리 잎이나 쇠뜨기 영양경들이 바로 그것이다. 반면 배우체는 염색체를 n개 가지고 있는데, 포자가 발아해서 생긴 전엽체를 말한다. 배우체는 매우 작고 녹색을 띠어 대부분이 광합성을 할 줄 알고, 형태는 심장 모양이다. 포자체와는 독립되나 잠시 어린 포자체 아래에 남아 포자체의 성장을 돕는다.
잎이 다 크면 잎의 뒷면 또는 가장자리에서 포자낭이 만들어진다. 그리고 보호막인 포막이나 잎포막에 덮인다. 대부분의 포자낭은 얇은 벽으로 된 세포 안에 일반적으로 64개의 포자가 들어 있다. 그리고 바깥에 두꺼운 세포벽으로 만들어진 환대가 둘러싼다. 환대는 포자를 산포하는 것이 주요 기능이다. 포자낭 안에 있는 포자모세포가 감수분열해 염색체 수가 반수인 포자를 만드는데, 포자는 포자낭에서 환대의 수축으로 인해 터져 나온다.
포자의 크기는 30~60 마이크로미터로, 형태는 삼지형 또는 단지형이다. 포자가 발아해 전엽체를 만들며, 전엽체는 염색체 수가 반수인 장란기와 장정기를 갖는다. 장정기의 성숙한 편모를 가진 정자가 장란기의 난자로 이동 수정하면 접합자가 된다. 이때 접합자는 세포분열하여 어린 포자체 식물을 만들어 성숙해지고. 재생성된 포자에서 생활사를 반복하게 된다.
과거에는 종자양치식물(Pteridospermatophyta)이라고 해서 종자를 만드는 양치식물이 존재했다. 여러 목이 모인 다계통군이다. 소철 가운데 소철과(Cycadaceae)는 구과를 만들지 않는 원시적인 형태라서 어떻게 이들이 종자를 만들었는지 추정할 수 있다.
5. 번식
대부분의 양치식물들은 전엽체라는 독립생식기관이 있어 장정기와 장란기의 배우체들을 만들어 유성생식을 한다. 하지만 일부 양치식물들은 정자와 난자의 합체가 이루어지지 않는 무성생식을 하거나 영양생식을 한다.-
무성생식
건조지역에서 살아가는 양치식물은 유성생식에서 나타나는 배우자들의 결합은 없고 무수정하여 번식한다. 원래는 유성생식할 때 64개의 포자가 정상적으로 만들어져야 하나 감수분열 중에 오류가 나타나면 염색체수가 2배체인 32개 포자들이 만들어지게 된다. 2배체 포자가 발아하여 만든 전엽체는 크기가 작고, 장정기와 장란기가 없으며, 체세포분열로 어린 식물체를 만들어 2배체 포자체 를 만들거나, 흔히 4배체 이상의 포자체를 만들기도 한다. 전 세계의 알려진 양치식물 중 5~10%가 무수정생식을 한다. 부싯긱고사리속, 봉의꼬리속, 꼬리고사리속, 쇠고비속. 관중속에서 흔히 나타난다.
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무성아 번식
양치식물이 배우자체를 만드는 것이 불가능한 환경에 있는 경우 잎, 중축, 줄기의 끝 또는 뿌리 끝에 무성아를 만들어 영양 번식을 한다. 무성아가 떨어져 새 개체로 성장하고, 무성아 번식을 통해 신속 정착하게 한다. 무성아는 종에 따라 특정 위치에서 각각 다르게 만들어진다. 전 세계 종 가운데 5%가 무성아를 만드는 종으로 알려져 있다. 국내에서는 전체 종 가운데 6%가 무성아 번식을 하고 있다.
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독립배우체[1]
서늘하고 건조한 열악한 환경 속에서 살아가는 양치류 식물들의 경우에는 포자체를 만들지 않고 배우체가 무성아를 만들어 번식하기도 한다. 독립배우체는 2~10개의 세포로 구성된 무성아가 떨어져 나가 새로운 개체를 만들어 가는 무성아 번식을 하며 그늘진 바위 틈의 서늘한 곳에서 군집을 이루어 여러 해 동안 살아간다.
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잡종현상
일부 양치식물 종의 경우, 배수성과 잡종현상에 의해 새로운 유전자를 만들고, 새로운 형태를 만들어간다. 배우체를 만드는 양치식물은 자가배수성에 의해 같은 종식물이 4배체, 6배체, 8배체 등을 만든다. 감수 분열 중 염색체 이상에 의해 반으로 나뉘지 않은 채 배수체를 만들기도 하고, 또한 잡초현상에 의해 형성된 접합자 염색체가 매우 적거나 많아 대부분 붙임성 포자를 만든다. 하지만 이 단계에서 불안정한 염색체가 수가 배가 되어 배수체를 만들면 임성을 만들어 잡종이 모종에 상관없이 번식하여 새로운 형태를 갖추게 된다.
6. 분포
전 세계에 12,000여 종이 분포하고 있다. 이 중 양치식물의 종 다양성이 가장 큰 곳은 열대지방이다. 극지방에서 적도지방으로 갈수록 종 다양성이 높다. 적도 지대에 가까운 열대지방에서는 약 80%가 자라고 있다. 이 중 40%가 아열대우림 산지의 숲에서 자라고 30%가 열대우림에서 자라며 10% 열대활엽관목림에서 자란다. 나머지 20%는 온대지역에서 자라는데, 15%가 온대 상록활엽수나 툰드라에서 자라며, 5%가 온대 초지, 사막 지대에서 서식한다. 열대지방에는 온대지방에서는 볼 수 없는 과와 속이 다양하게 분포한다. 참고로 양치식물은 원시적임에도 불과하고 이후에 등장한 겉씨식물보다도 더욱 번성한 편이다.대체로 서식지가 굉장히 넓은 편인데, 이는 포자가 워낙 가벼워 멀리 퍼지기 쉬운 까닭이다.
7. 활용
양치식물 중 일부 고사리의 경우에는 우리가 아는 것처럼 새순만을 먹을 수가 있어[2] 물에 담가 우려낸 뒤 나물로 조리하여 먹는다. 아니면 국이나 찜에 넣어 먹기도 한다. 우리가 먹는 고사리 이외에 다른 양치식물들도 먹을 수 있다. 식용이 가능한 양치식물로는 꿩고비 등의 고비류 일부와 고사리, 개고사리, 관중, 청사래고사리를 먹을 수 있다. 또한 쇠뜨기나 암공작고사리를 이용해 차로 마시기도 한다. 대만 북부에서 자생하는 자루나도고사리삼은 잎을 말려 차로 마실 수 있다. 암공작고사리도 차로 마시거나 뿌리줄기를 시럽으로 만들어 과일주스나 설탕을 첨가해 시원한 여름 음료로 마신다고 한다. 네가래의 포자는 유독 큰데, 이를 식용하는 부족이 있다고 한다.양치식물에 속하는 식물들 대다수가 잎이나 줄기 모양이 워낙 예쁘다 보니 대부분이 관상용으로 이용되고 있다. 특히 바위나 나무에 붙어사는 착생성 양치식물을 실내조경용으로 쓰고 있다. 수목원이나 식물원에서도 이를 이용해 조성하는 곳이 많다. 다만 식물 덕후는 꽃 식물->관엽식물->양치식물 덕후 순으로 숫자가 적어지는 편. 양치식물 덕후는 식물덕후의 끝판왕으로 비유된다. 요즘 고란초, 관중, 파초일엽 같은 양치식물의 가치가 국내에서 중요하게 조명 받고 있으나, 국내 고사리들보다는 해외산 양치류가 화훼용으로 자주 쓰인다고 하니 안타까울 노릇이다.
약용으로도 쓰인다. 조선 시대 세종대왕 시기 즈음에 향약 개발 정책이 추진되어 조선 본초학이 간행되었는데, 수록된 154 종 중에 석위, 관중을 2월에 채취하라는 내용이 나와 있다. 또한 이후에 나온 향약집성방에서도 석위, 바위손, 속새, 관중, 고사리가 약재로 기재되어 있다. 석송류는 살충제로 이용한다. 건조된 포자는 윤활제로 외과 수술용 고무장갑이나 콘돔에 사용된다. 관중속 식물의 뿌리줄기는 구충제로 쓰였고, 부처손류는 출혈이나 통증 치료에 이용한다. 물개구리밥속 식물의 잎에는 질소고정박테리아가 있어 질소가 풍부하여 중국 및 베트남에서 퇴비로 쓰고 있다.
8. 종류
- 진정포자낭군 양치식물
- 속새아강
- 고사리삼아강
- 솔잎란목
- 고사리삼목 : 대체로 키가 작다. 줄기 당 한 개 꼴로 잎이 나 있다. 기부에서 나오는 엽병은 흔히 두 개로 갈라져서 광합성용 영양 잎과 생식용 포자 잎을 낸다. 고사리 같이 생겼지만 박벽포자낭 양치식물에에 속하지 않는다.
- 용비늘고사리아강
- 박벽포자낭군 양치식물
- 양치식물아강
- 고비목
- 처녀이끼목
- 풀고사리목
- 생이가래목 : 수생식물로 나무고사리와 고란초의 자매군인 이형포자성 양치식물이다. 그물맥이 특징적이다. 뿌리, 줄기, 엽병에 통기조직이 있다. 포자낭에 환대가 없다.
- 나무고사리목 : 양치식물 중 흔치 않은 목본성이다. 굵은 통짜 줄기 위로 고사리 잎들이 자라 나 있다. 오세아니아 등지의 원시림에서 볼 수 있는 식물이기도 하다. 관상용으로 많이 기르는데, 그 때문에 많은 원산지들이 무분별한 채취로 인해 파괴당하고 있는 실정이다.
- 고란초목
- 고사리과
- 봉의꼬리과 : 뿌리줄기가 위나 아래를 향하고 길거나 짧게 뻗는다. 인편이 나기도 하고 드물게 털이 난다. 잎도 털이나 인편으로 덮여있다. 잎 가장자리에 포자낭이 달려있다. 이 포자낭들은 잎 가장자리를 따라 띠 모양으로 나 있거다 엽맥을 따라 배열되어 있다. 전세계에 퍼져 있으며, 특히 열대 지방에 가장 많이 분포한다. 공작고사리와 함께 관상용으로 길러진다.
- 꼬리고사리과
- 넉줄고사리과
- 우드풀과 : 뿌리줄기 끝에는 인편이 많다. 열대~아열대에서부터 고산림, 관목림, 초원 등지에서 볼 수 있다.
- 새깃아재비과 : 나무처럼 자라기도 한다. 흔히 포복경을 생성하는데, 그 끝에는 인편이 많다. 생식엽과 영양엽이 따로 있다. 생식엽은 영양엽과 달리 잎의 폭이 매우 좁고 포자낭퇴가 그 넓이를 채우고 있다. 열대 지방과 남반구 온대 지방에 분포한다.
- 야산고비과 : 포자낭퇴는 말린 잎 가장자리에 달린다. 북반구 온대 지역, 그 중 습윤한 곳에서 자라난다. 청나래고사리가 대표적인 종이다.[3]
- 관중과(면마과) : 잎대 하나에 여러 작은 잎들이 다닥다닥 붙어있다. 엽병 기부에는 인편이 나 있다. 전세계에 분포하며 관상용으로 쓰인다.
- 고란초과 : 바위 위에 자라기도 한다. 일부만이 지상에서 자라난다. 뿌리 줄기는 옆으로 기며 인편이 난다. 잎은 단형이거나 2형이다. 대부분이 열대 지방에 자라고 일부가 온대 지방에 분포한다. 온대 지방에서는 돌담에서 착생하는 것을 볼 수 있다. 대표적인 종으로 박쥐란을 들 수 있다. 관상용으로 기른다.