제 1 장  세포, 조직 그리고 기관: 식물의 구조 1

1.1 식물세포 2
1.2 기본 구성요소: 지질, 단백질 그리고 탄수화물 2
1.2.1 지질의 종류: 지방, 기름, 스테롤 그리고 색소를 포함하는 분자 4
1.2.2 세포의 생화학 작용과 생명 특성에 중요한 역할을 하는 단백질 6
1.2.3 가장 풍부한 생물분자인 탄수화물 8
1.3 생체막 11
1.3.1 막 지질은 매우 유동적이나 안정한 구조를 보이는 이중층이다 11
1.3.2 막은 상당한 양의 단백질을 포함한다 12
1.4 세포 소기관 13
1.4.1 대부분 성숙한 식물세포는 아주 큰 중심 액포를 가지고 있다 14
1.4.2 핵은 세포의 정보 센터이다 14
1.4.3 소포체와 골지체는 분비 활동과 막 생합성의 센터이다 14
1.4.4 미토콘드리아는 세포호흡이 일어나는 곳이다 15
1.4.5 색소체는 다양한 기능을 수행하는 세포소기관이다 16
1.4.6 미소체는 대사적으로 매우 활발하다 16
1.5 세포 골격 17
1.6 세포외 기질 17
1.6.1 1차 세포벽은 섬유성 미세섬유와 교차 결합된 글루칸으로 구성된 유연성있는 조직망이다 17
1.6.2 격자 무늬를 띄는 섬유소-글리칸은 팩틴과 단백질의 기질 속에 묻혀 있다 20
1.6.3 섬유소성 미세섬유는 원형질막에서 조합되며 세포벽으로 분출되어 있다 21
1.6.4 2차 세포벽은 성숙하고 있는 세포의 1차벽의 내부에 축적된다 21
1.6.5 원형질 연락사는 인접 세포의 원형질과 연결될 수 있도록 세포벽을 통해 확장된 세포질 통로이다 21
1.7 조직과 기관 22
1.7.1 조직은 조직화되고 기능적인 단위를 형성하는 세포의 그룹이다 22
1.7.2 분열조직은 계속에서 분열하는 세포가 있는 지역이다 23
1.7.3 유조직은 식물에서 가장 풍부한 살아있는 조직이다 24
1.7.4 지지조직은 1차와 2차 식물몸체에 분포되어 있다 25
1.7.5 관다발 조직은 물과 영양소를 위한 통도 조직이다 25
1.7.6 표피는 1차 식물 몸체의 표면 위에 연속적인 층을 형성하는 표면 조직이다 26
1.8 식물 기관 26
1.8.1 뿌리는 식물을 고착시키고 토양으로부터 물과 무기물을 흡수한다 26
1.8.2 줄기는 광합성 기관인 잎이 태양을 향하도록 올려주는 역할을 한다 26
1.8.3 잎은 광합성의 기본 장소이다 27
요약 27
복습문제 28
더 읽을거리 28

제 2 장  생체 에너지론과 ATP 합성 31

2.1 생체 에너지론과 생물에서 에너지 변환 31
2.1.1 태양은 에너지의 근원이다 31
2.1.2 생체에너지론이란? 32
2.1.3 열역학 제 1 법칙은 에너지 보존을 뜻한다 32
2.1.4 열역학 제 2 법칙은 엔트로피와 무질서를 뜻한다 33
2.1.5 일을 할 수 있는 능력은 자유 에너지의 이용에 달려있다 33
2.1.6 자유에너지는 화학 평형과 관계가 있다 34
2.2 에너지 변환과 짝 지어진 반응 35
2.2.1 ATP의 자유에너지는 짝 지어진 인산기 전달 반응과 관련이 있다 35
2.2.2 자유 에너지 변화는 짝지어진 산화－환원 반응과 연관되어 있다 36
2.3 에너지 전환과 ATP 화학삼투적 합성 모델 39
2.3.1 엽록체와 미토콘드리아는 특별한 구획을 보인다 39
2.3.2 엽록체와 미토콘드리아는 화학삼투에 의해 ATP를 합성한다 41
요약 43
복습문제 43
더 읽을거리 44

제 3 장  태양 빛의 두가지 역할: 에너지와 정보 45

3.1 빛의 물리적 성질 45
3.1.1 빛은 이중성을 띤 전자기 에너지 형태이다 45
3.1.2 파동 현상으로서의 빛 46
3.1.3 불연속적인 과 입자 흐름으로서의 빛 46
3.1.4 물질과 반응하는 빛 47
3.1.5 어떻게 빛의 흡수와 그 결과로 생긴 생리 반응의 효율을 설명할 수 있을까? 49
3.1.6 빛의 정확한 측정은 광생물학에서 중요하다 49
3.2 자연광 환경 50
3.3 광 수용체는 생리과정에 유용한 빛을 흡수한다 52
3.3.1 엽록소(chlorophyll)는 광합성에서 사용되는 빛에너지를 일차적으로 수확하는 색소이다 52
3.3.2 피코빌린(phycobilin)은 홍조류와 남세균에서는 보조 광수확 색소이지만 고등 식물에서는 매우 중요한 조절 체계로 작용한다 54
3.3.3 가을의 아름다운 색상은 카로티노이드 때문이다 54
3.3.4 크립토크롬은 청색광과 자외선 A에 민감한 광수용체다 55
3.3.5 UV-B 는 발달 신호로 작용한다 57
3.3.6 플라보노이드는 수많은 꽃의 색깔과 천연 빛 가림막으로서 역할을 한다 57
3.3.7 베타시아닌과 사탕무 60
요약 60
복습문제 61
더 읽을거리 61

제 4장 광합성의 에너지 보존:광수확 63

4.1 잎은 빛의 흡수를 최대화하는 광합성 기계이다 64
4.2 광합성은 산화-환원 과정이다 66
4.3 광합성의 전자 전달 68
4.3.1 광계는 광합성 전자전달사슬의 주된 구성성분이다 68
4.3.2 광계II는 산소를 생성하기 위해 물을 산화시킨다 71
4.3.3 시토크롬 복합체와 광계I은 플라스토퀴놀을 산화시킨다 72
4.4 광인산화는 빛에 의존적인 ATP 합성이다 73
4.5 측면 이소성은 틸라코이드막의 균등하지 않은 분배이다 75
4.6 광수확복합체는 빛의 분배를 조절하는 초 안테나이다 76
4.7 광합성의 광억제: 광보호 대 광손상 78
4.7.1 카로테노이드는 두가지 기증을 한다: 빛 수확과 광보호 78
4.7.2 산소는 대체적인 전자 받개 역할을 하면서 광억제에 대해 보호 역할을 한다 80
4.7.3 D1 단백질 회복 회로는 광계II 손상을 극복할 수 있게 한다 82
4.8 광합성 전자 전달의 억제제는 효과적인 제초제이다 83
요약 86
복습문제 86
더 읽을거리 87
Box 4.1?역사적 전망-광합성의 발견 66
Box 4.2?두 광계에 대한 사실 84

제 5 장 광합성에서 에너지 보존:이산화탄소 동화 89

5.1 기공 복합체는 잎의 가스교환과 물의 손실을 조절한다 90
5.2 이산화탄소는 확산을 통해 잎으로 들어간다 92
5.3 어떻게 기공이 열리고 닫히는 것일까? 94
5.4 기공 개폐는 여러 가지 외적 환경 요인들에 의해서 조절된다 96
5.4.1 빛과 이산화탄소는 기공의 열림을 조절한다 96
5.4.2 수분 상태와 온도는 기공 열림에 영향을 미친다 98
5.4.3 기공운동는 내생적 리듬을 따른다 98
5.5 광합성 탄소환원(photosynthetic carbon reduction, PCR) 회로 98
5.5.1 PCR회로는 이산화탄소를 환원시켜 3탄당을 생성한다 99
5.5.2 카르복실화 반응은 이산화탄소를 고정한다 99
5.5.3 PCR회로에서 ATP와 NADPH가 소비된다 100
5.5.4 PCR 회로의 에너지론이란? 102
5.6 PCR회로는 고도로 조절된다 102
5.6.1 RuPB의 재생은 자체 촉매적이다 102
5.6.2 Rubisco의 활성도는 간접적으로 빛에 의해 조절된다 103
5.6.3 기타 PCR 회로의 효소들 또한 빛에 의해 조절된다 104
5.7 C3 식물의 엽록체는 경쟁적인 탄소 산화 과정을 보인다 105
5.7.1 Rubisco는 이산화탄소와 산소 고정 모두를 촉매한다 106
5.7.2 왜 광호흡인가? 107
5.7.3 PCR뿐만 아니라 엽록체는 산화적 5탄당 인산경로를 보여준다 108
5.8 C4 증후군: 이산화탄소를 동화시키는 또 다른 생화학적 매커니즘 109
5.9 C4 증후군은 크란츠(Kranz)잎 해부학적 구조와 관련이 있다 112
5.10 C4 증후군은 생태적 중요성을 가지고 있다 113
5.10.1 C4 증후군은 차등적으로 온도에 민감하다 113
5.10.2 C4 증후군은 수분 스트레스와 관련이 있다 114
5.11 크레슐산 대사 (CAM): 사막생활에서의 적응 115
5.11.1 CAM이 C4 증후군의 한 변이인가? 115
5.11.2 CAM 식물은 건조한 서식처에 적합하다 116
5.12 C4와 CAM 광합성은 시간적 통합과 정확한 조절이 필요하다 117
요약 121
복습문제 122
더 읽을거리 122
Box 5.1 효소 118

제 6장 광합성 산물의 할당, 전류(轉流)와 분배 123

6.1 녹말과 설탕은 두 개의 다른 구획에서 생합성된다 124
6.1.1 녹말은 스트로마에서 생합성된다 124
6.1.2 설탕은 세포기질에서 생합성된다 125
6.2 녹말과 설탕 생합성은 경쟁적인 과정이다 126
6.3 광합성산물은 장거리로 전류된다 128
6.3.1 체관부에 의해 전류되는 광합성 산물의 구성성분은 무엇일까? 129
6.4 체관 요소는 체과부의 중요한 세포 구성 성분이다 131
6.4.1 체관부 용출액은 상당한 양의 단백질을 포함하고 있다 132
6.5 체관부에서 전류의 방향은 주로 공급원과 수용부 사이의 관계에 의해서 결정된다 133
6.6 체관 전류는 대량 전이(mass transfer)에의해 일어난다 133
6.7 체관부 적재와 하적은 전류와 분배를 조절한다 136
6.7.1 체관부 적재는 심플라스트나 아포플라스트 경로를 통해서 일어난다 136
6.7.2 체관부 하적은 심플라스트나 아포플라스트 경로를 통해서 일어난다 138
6.8 광합성 산물은 여러 대사 경로와 식물 기관 사이에서 분배된다 139
6.8.1 동화산물은 공급원이나 수용기관에서 여러 다양한 대사 기능을 위해 할당될것이다 140
6.8.2 경쟁 관계에 있는 수용부 사이에 동산물의 분포는 수용부의 힘에 의해서 결정된다. 141
6.9 생체이물성 화학물질은 체관부에서 전류된다 143
요약 143
복습문제 144
더 읽을거리 144

제 7장 세포 호흡: 광합성 산물에 저장된에너지 추출 145

7.1 세포 호흡은 광합성 산물이 산화되는 일련의 경로이다 146
7.2 설탕과 녹말은 포도당으로 분해된다 147
7.2.1 α-아밀라아제는 말토오스와 한계 덱스트린을 생성한다 148
7.2.2 β-아밀라아제는 말토오스를 생성한다 148
7.2.3 한계 dextrinase는 가지를 떼어내는 가수분해효소다 148
7.2.4 α-글루코시드 가수분해효소는 말토오스를 가수분해한다 149
7.2.5 녹말 가인산분해효소(starch phosphorylase)는 녹말의 가인산분해(phospholytic)를 촉매한다 149
7.3 해당 과정은 당을 피루브산으로 전환한다 150
7.3.1 6탄당이 해당 과정으로 유입되기 위해서는 인산화되어야 한다 150
7.3.2 3탄당 인산은 피루브산으로 산화된다 151
7.4 산화적 5탄당 인산 산화 경로는 포도당 대사의 대체 경로이다 151
7.5 피루브산의 운명은 산소의 이용 여부에 달려 있다 152
7.6 산화적 호흡은 미토콘드리아에 의해 수행된다 153
7.6.1 산소가 있으면 피루브산은 시트르산 회로에 의해 이산화탄소와 물로 완전히 산화된다 153
7.6.2 시트르산 회로상의 기질로부터 제거된 전자는 미토콘드리아의 전자 전달 사슬을 통해서 산소로 전달된다 154
7.7 에너지는 화학 삼투 메커니즘과 같이 ATP 형태로 저장된다 156
7.8 식물은 여러개의 대체 전자 전달 경로를 가지고 있다 157
7.8.1 식물 미토콘드리아는 외재성 탈수소 효소(ex-ternal dehydrogenase)를 가지고 있다 158
7.8.2 식물은 로테논-비감수성 NADH 탈수소 효소를 가지고 있다 158
7.8.3 식물은 시안화물-저항성 호흡을 보인다 158
7.9 많은 종자가 탄소를 기름으로 저장하는데 이들 물질이 호흡에 이용되기 위해서는 먼저 당으로 전환되어야 한다 159
7.10 호흡은 생합성에 필요한 탄소 골격을 제공한다 161
7.11 호흡률은 발달, 대사 상태에 따라서 많이 변한다 162
7.12 호흡률은 환경적 요인에 의해 영향을 받는다 163
7.12.1 빛 163
7.12.2 온도 164
7.12.3 산소 이용도 164
요약 165
복습문제 165
더 읽을거리 166

제 8장 질소 동화 167

8.1 질소순환: 교환의 복잡한 양상 167
8.1.1 암모니아화 반응, 질산화 반응, 탈질산 반응은 질소 순환에서 중요한 과정이다 168
8.1.2 질소 고정은 이질소 분자를 암모니아로 환원한다 168
8.2 생물학적 질소 고정은 전적으로 원핵 생물에서만 일어난다 169
8.2.1 일부 질소고정 박테리아는 독립 생활을 한다 169
8.2.2 공생하는 질소 고정자는 식물들과 박테리아 사이에서 일어나는 연합(association)을 포함하고 있다 169
8.3 콩과식물은 공생적 질소 고정을 보인다 170
8.3.1 뿌리혹 세균은 숙주인 뿌리를 감염시키고 그 결과 뿌리혹의 발달을 유도한다 170
8.4 질소 고정에 대한 생화학 174
8.4.1 질소 고정은 이질소화 효소에 의해 촉매된다 175
8.4.2 질소 고정은 에너지를 소비하는 과정이다 176
8.4.3 이질소화 효소는 산소에 민감하다 176
8.4.4 이질소화 효소는 수소를 생성한다 177
8.5 질소 고정에 대한 유전학 177
8.5.1 NIF 유전자는 이질소화 효소를 암호화한다 177
8.5.2 NIF와 NOD 유전자는 뿌리혹 형성을 조절한다 177
8.5.3 레그헤모글로빈을 구성하는 헴(heme)의 공급원은? 178
8.6 질소 고정으로 생산된 암모니아는 유기 질소로 전환되어야 한다 178
8.6.1 암모늄은 GS/GOGAT에 의해 동화된다 179
8.6.2 고정된 질소는 아스파라긴 또는 우레이드로써 수출된다 180
8.7 식물은 일반적으로 토양에서 질산염의 형태로 질소를 흡수한다 182
8.8 질소순환: 동시적인 수입과 수출 183
8.9 농업과 생태계의 생산성은 질소 공급에 달려있다 183
요약 185
복습문제 185
더 읽을거리 186
Box 8.1 렉틴(lectin) - 단 것을 좋아하는 단백질 172

제 9장 탄소 동화와 생산력 187

9.1 생산력이라는 용어는 생물량(biomass)의 증가를 의미한다 187
9.2 탄소 경제는 광합성과 호흡 사이에서 이루어지는 균형에 따라 달라진다 188
9.3 생산력은 다양한 유전적 환경적 요인들에 의해 영향을 받는다 189
9.3.1 플루언스율 190
9.3.2 유용한 이산화탄소 191
9.3.3 온도 192
9.3.4 토양 수분 퍼텐셜 193
9.3.5 영양분 공급, 병리학 및 오염 물질 194
9.3.6 잎의 요소들 194
9.4 세계적 규모의 일차 생산력 196
요약 198
복습문제 198
더 읽을거리 198

제 10장 식물세포와 물 201

10.1 물은 독특한 물리 화학적 성질을 가지고 있다 202
10.2 물의 열성은 생물학적으로 중요하다 203
10.2.1 물은 독특한 열성 능력을 보인다 203
10.2.2 물은 높은 융해열과 증발열을 보인다 203
10.3 물은 거의 보편적인 용매가 된다 204
10.4 물의 극성으로 인한 응집과 부착 204
10.5 물의 이동은 확산이나 물의 부피유동에 의해 일어난다 205
10.5.1 부피 유동은 수압에 의해 유도된다 205
10.5.2 Fick의 제 1 법칙은 확산과정을 설명한다 205
10.6 삼투현상은 선택적 투과막을 통한 물의 확산이다 206
10.6.1 식물에서 삼투현상은 간접적으로 에너지를 필요로 한다 207
10.6.2 물의 화학 퍼텐셜은 삼투와 압력의 구성요소를 가지고 있다 208
10.7 정수압과 삼투압은 수분 퍼텐셜의 구성요소이다 210
10.8 수분 퍼텐셜은 그 구성 퍼텐셜의 합이라고 정의할 수 있다 211
10.9 물의 역동적인 흐름은 수분 퍼텐셜의 변화와 관련이 있다 212
10.10 세포벽은 얼마나 탄력이 있는가? 213
요약 216
복습문제 217
더 읽을거리 217
Box 10.1 삼투감지기(osmosemsor) 214

제 11장 식물의 수분관계 219

11.1 증산은 증기압 차이에 의해 일어난다 220
11.2 증산은 무게 유실과 가스 교환으로 측정될 수 있다 221
11.3 증산의 구동력은 증기압의 차이다 221
11.4 증산율은 환경요인에 의해 영향을 받는다 222
11.4.1 습도의 효과는 무엇인가? 223
11.4.2 온도의 효과는 무엇일까? 224
11.4.3 바람의 효과는 무엇일까? 224
11.5 물의 전도는 관상요소를 경유에 일어난다 225
11.6 물관액의 상승은 증산과 물의 강한 응집력의 합에 의해 설명된다 228
11.6.1 뿌리압은 뿌리구조와 관련이 있다 229
11.6.2 모세관에 의한 물의 상승은 부착력과 표면 장력이 기인한다 231
11.6.3 물관액의 상승은 응집력설에 의해 가장 잘 설명될 수 있다 231
11.7 증산으로 인한 물의 손실은 재보충되어야 한다 235
11.7.1 토양은 복잡한 매체이다 236
11.8 뿌리는 물을 흡수하고 전달시킨다 237
11.9 물에 대한 뿌리의 투과성은 다양하다 237
11.10 뿌리를 통한 물의 방사 이동에는 두 가지 가능한 경로가 관여한다 238
요약 240
복습문제 240
더 읽을거리 240
Box 11.1 증산은 왜 일어날까? 226
Box 11.2 모세관 상승에 작용하는 힘 232

제 12장 식물과 무기 영양 241

12.1 연구 방법과 영양 해결책 242
12.1.1 식물 영양에 대한 관심은 농업과 작물 생산성에 대한 관심에서 유래된다 242
12.1.2 수경 재배를 통하여 식물의 영양에 대한 필요조건을 연구할 수 있다 242
12.1.3 현대 기술을 통해 용액 재배의 단점을 극복할 수 있다 243
12.2 필수 영양소 245
12.2.1 17가지 원소들은 식물의 생장과 발달에 필수적이라고 생각된다 245
12.2.2 필수 원소는 일반적으로 다량원소와 미량원소로 구분된다 245
12.2.3 미량원소의 본성을 결정하는 것은특별한 문제를 드러낸다 245
12.3 유익한 원소 246
12.3.1 나트륨은 C4 식물에게 필수적인 미량영양소이다 247
12.3.2 규소는 다양한 종에게 유익할지 모른다 247
12.3.3 코발트는 질소고정 박테리아에게 필요하다 247
12.3.4 일부 식물들은 높은 농도의 셀레늄에 내성이 있다 247
12.4 영양소의 역할과 결핍증상 247
12.4.1 어떤 특별한 원소에 대한 각 식물들의 필요는 보통 임계 농도라는 용어로 정의된다 248
12.4.2 질소는 많은 결정적인 고분자의 구성성분이다 249
12.4.3 인은 핵산 골격의 일부분이고 중간대사에서 중심적인 역할을 한다 249
12.4.4 칼륨은 효소를 활성화시키고 삼투조절에 중요한 기능을 한다 250
12.4.5 황은 단백질, 조효소 그리고 비타민등의 중요한 구성성분이다 250
12.4.6 칼슘은 세포분열, 세포 부착 그리고 이차 전달자로서 역할을 한다 251
12.4.7 마그네슘은 엽록소의 구성성분이고 효소 반응에서 중요한 조절자이다 251
12.4.8 철은 엽록소 생성과 전자 전달 반응에 필요하다 251
12.4.9 붕소는 세포분열과 신장에서 역할을 하는 것으로 보이며 세포벽의 구적인 짜임새 역할을 한다 253
12.4.10 구리는 산화 효소의 필요한 보조인자이다 254
12.4.11 아연은 수많은 효소의 활성인자이다 254
12.4.12 망간은 엽록체의 산소방출 복합체의 일부분일 뿐만 아니라 효소의 보조인자이다 254
12.4.13 몰리브덴은 질소 대사의 중요한 구성성분이다 254
12.4.14 염소는 광합성의 산소 발생과 세포막을 가로질러 전하 균형을 유지하는데 역할을 한다. 255
12.4.15 니켈의 역할을 명확하지 않다 255
12.5 미량 영양소의 독성 256
요약 256
복습문제 256
더 읽을거리 257

제 13장 뿌리와 토양, 그리고 영양소의 흡수259

13.1 영양소 저장소로서의 토양 260
13.1.1 콜로이드는 대부분 토양의 중요한 구성성분이다 260
13.1.2 콜로이드는 이들의 표면에 많은 음이온이 존재한다 260
13.1.3 토양의 콜로이드는 가역적으로 토양 용액으로부터 양이온을 흡수한다 261
13.1.4 토양의 콜로이드는 일반적으로 음이온의 교환 능력이 낮다 261
13.2 영양소 흡수 262
13.2.1 영양소들이 식물체에 의하여 흡수되려면 뿌리 세포의 세포막을 통과해야 한다 262
13.2.2 단순 확산은 전적으로 물리적 과정이다 262
13.2.3 막을 가로지르는 대부분 용질의 이동에는 특정한 수송 단백질을 필요로 한다 263
13.2.4 능동수송에는 대사 에너지가 소비된다 263
13.3 뿌리에 의한 이온의 선택적 축적 266
13.4 전기 화학적 기울기와 이온의 이동 266
13.4.1 이온은 전기 화학적 기울기에 따라 이동한다 266
13.4.2 네른스트(Nernst)의 방정식에 의해 하나의 이온이 능동적으로 또는 수동적으로 교환되는지를 예측할 수 있다 267
13.5 능동 수송과 전기 발생 펌프 269
13.5.1 능동수송은 ATPase-양성자 펌프에 의해 유도된다 269
13.5.2 원형질 막과 액포막의 ATPase-양성자 펌프는 다르다 270
13.5.3 K+교환은 두 종류의 수송 단백질에 의해 조절된다 271
13.6 뿌리에 의한 이온 흡수 272
13.6.1 뿌리에 의한 무기 영양소 흡수의 첫 번째 단계는 외관상의 자유 공간으로의 확산이다 272
13.6.2 겉보기 자유공간은 뿌리 표피와 피층 세포의 아포플라스트와 같다 273
13.7 뿌리를 통한 이온 이동의 방사상 경로 274
13.7.1 중심주로 들어가는 이온은 우선 겉보기 자유공간에서 심플라스트로 수송되어야 한다 274
13.7.2 이온은 활발히 물관부의 아포플라스트로 분비된다 274
13.7.3 새로 나오는 2차뿌리는 일부 용질의 흡수에 관여한다 275
13.8 뿌리와 미생물과의 상호 작용 276
13.8.1 질소 고정자 보다는 박테리아가 뿌리에 의한 영양소 흡수에 더 관여한다 276
13.8.2 균근은 뿌리 주변의 영양소 고갈 지역의 부피를 증가시키는 곰팡이다 276
요약 279
복습문제 279
더 읽을거리 280
Box 13.1 전기생리학 - 이온 통로의 탐구 264

제 14장 식물 발달의 양상 283

14.1 생장, 분화, 그리고 발달 283
14.1.1 발달은 생장과 분화의 총합이다 284
14.1.2 생장은 크기가 비가역적으로 증가하는
것이다 284
14.1.3 분화는 일반적으로 생장을 통한 질적인
변화를 의미한다 284
14.2 발달의 조절 285
14.2.1 식물의 질서정연한 발달은 유전자
발현의 프로그램을 요구한다 287
14.2.2 호르몬은 세포-세포 상호작용을
조정한다 287
14.2.3 계속되는 환경 신호는 식물의 발달을
교정하는 정보를 제공한다 287
14.3 신호인지와 전달 288
14.3.1 신호는 단백질 수용체에 의해 수용된다 288
14.3.2 신호전달은 다양한 2차 신호전달자와
생화학 메커니즘을 포함한다 288
14.3.3 신호 경로들 사이에는 많은 연결
경로들이 존재한다 291
14.4 세포벽과 세포 생장 291
14.4.1 세포생장은 물의 흡수에 의해 일어나며
세포벽의 견고성에 의해 제한된다 291
14.4.2 세포벽 신장을 위해서는 세포벽 구성
물질들 사이의 연결들이 팽압에 의해
끊어지는 세포벽 풀림이 일어나야 한다 292
14.3.3 세포벽 풀림과 세포 확장은 낮은
pH와 expansin에 의해 유도된다 293
14.5 식물 발달의 개관 294
14.5.1 종자 구조와 발달 294
14.5.2 종자의 발아 295
14.5.3 줄기의 발달 297
14.5.4 뿌리의 발달 301
14.5.5 꽃의 환기 작용(喚起作用)과 발달 301
14.5.6 꽃과 열매의 발달 302
14.5.7 노쇠와 프로그램된 세포사는 발달의
최종단계이다 303
14.6 생장의 동력학적 분석 305
14.6.1 실험실 배양 환경에서의 미생물 생장은
기하급수적이다 305
14.6.2 다세포 생물의 생장 정단분열조직의
활성에 의해 조절된다 306
요약 307
복습문제 307
더 읽을거리 308
Box 14.1 돌연변이 잡초의 발달 286
Box 14.2 우비퀴틴(ubiquitin)과
프로테오솜(proteosome)-불필요한
단백질의 청소 304

제 15장 식물 호르몬: 생합성과 대사 309

15.1 식물은 호르몬을 갖고 있는가? 309
15.1.1 동물과 식물 호르몬 사이에는 미묘한 차이가 있다 310
15.1.2 식물 호르몬의 수가 증가하고 있다 312
15.1.3 조직 내의 호르몬 양은 몇 가지 요소에 의해 조절된다 313
15.2 옥신(auxin) 314
15.2.1 식물체 내의 주요 옥신은 인산-3-아세트산(IAA)이다 315
15.2.2 IAA는 아미노산 L-트립토판(L-tryptophan)으로부터 합성된다 316
15.2.3 어떤 식물에서는 IAA 합성을 위해 트립토판을 요구하지 않는다 318
15.2.4 IAA는 불활성 상태의 접합체로 저장될 수 있다 319
15.2.5 두 가지 주요 메카니즘이 IAA의 비활성화에 관여한다 320
15.3 지베렐린 320
15.3.1 지베렐린 생합성에는 3 가지 주요 장소가 있다 322
15.3.2 지베렐린은 테르핀의 일종으로 몇 가지 다른 호르몬 및 여러 2차 대사물들과 중요 합성 경로를 공유한다 323
15.3.3 지베렐린은 게라닐게라닐 피로인산(GGPP) 으로부터 합성된다 325
15.3.4 생장 저해제는 지베렐린 합성을 방해한다 325
15.3.5 지베렐린은 2β-히드록시화에 의해 불활성화된다 325
15.3.6 지베렐린 수송은 거의 알려져 있지 않다 325
15.4 시토키닌 326
15.4.1 시토키닌은 1차적으로 뿌리에서 합성된다 326
15.4.2 시토키닌 생합성은 이소펜테닐 기가 아데노신 일인산의 아미노기와 중합함으로써 시작한다 327
15.4.3 시토키닌은 접합반응(conjugation)에 의해 가역 또는 비가역적으로 불활성화되며 산화에 의해 비가역적으로 불활성화된다 328
15.5 앱시스 산 330
15.5.1 앱시스산은 일차적으로 성숙한 잎에서 합성된다 330
15.5.2 앱시스산은 40-탄소 카로티노이드 선구물질의 분해산물로부터 합성된다 331
15.5.3 앱시스산은 산화에 의해 파세산(phaseic acid)로 분해된다 333
15.6 에틸렌 333
15.6.1 에틸렌은 아미노산 메티오닌으로부터 합성된다 333
15.6.2 에틸렌과 폴리아민 생합성은 공통의선구물질에서 시작한다 335
15.6.3 과다한 에틸렌은 산화된다 335
15.7 브라시노스테로이드 335
15.7.1 BR은 다수산화된 스테로이드로서 트리테르펜 스쿠알렌(triterpene squalene)에서 유래한다 336
15.7.2 BR이 탈활성화되는 몇 가지 경로가 알려져 있다 336
15.8 폴리아민 336
15.8.1 폴리아민 생합성 경로는 식물, 미생물, 포유류에서 동일하다 337
요약 338
복습문제 339
더 읽을거리 340
Box 15.1역사적 조망-식물 호르몬의 발견 311

제 16장식물호르몬: 식물 발달의 조절 341

16.1 세포분열, 확장, 분화 341
16.1.1 시토키닌은 세포분열 조절의 주요 요소이다 341
16.1.2 시토키닌은 세포주기를 조절한다 342
16.1.3 옥신은 절편 조직의 세포확장을 촉진한다 342
16.1.4 산성생장설은 옥신이 조절하는 세포확장을 설명해준다 344
16.1.5 옥신 유도 생장의 유지를 위해서는 유전자 활성화가 필요하다 347
16.1.6 많은 식물 발달분야가 옥신의 극성수송과 연관되어 있다 349
16.1.7 옥신과 시토키닌은 관다발 분화를 조절한다 351
16.2 씨의 발달과 발아 352
16.2.1 씨의 발달 동안 다양한 호르몬들의 양과 활성도가 극적으로 변화한다 352
16.2.2 지베렐린은 곡류의 발아 동안 저장 양분의 이동을 촉진한다 353
16.3 경엽부의 뿌리 발달 356
16.3.1 지베렐린은 온전한 줄기(특히 난장이와 로제트식물에서)의 과신장을 촉진한다 356
16.3.2 지베렐린 생합성의 억제는 상업적으로 이용될 수 있다 357
16.3.3 브라시노스테로이드와 에틸렌이 줄기 생장에 있어 역할을 한다는 것이 호르몬 돌연변이체를 통해 밝혀졌다 358
16.3.4 옥신과 시토키닌의 비율이 곁눈 생장을 조절한다 358
16.3.5 뿌리의 신장과 발달은 옥신과 에틸렌에 특히 민감하다 359
16.4 노쇠와 탈리 360
16.4.1 시토키닌과 에틸렌은 양분이동과 노쇠과정에서 서로 길항적으로 작용한다 360
16.4.2 옥신은 잎의 탈리를 조절한다 362
16.5. 꽃과 과일의 발달 362
16.5.1 지베렐린은 어떤 식물 종에서 조숙한 개화를 촉진한다 363
16.5.2 옥신과 지베렐린은 꽃의 성결정에 영향을 미친다 363
16.5.3 호르몬들은 과일의 형성과 발달에 영향을 미친다 364
16.6 에틸렌 364
16.6.1 에틸렌에 관한 연구는 특별히 어려운 점이 있다 364
16.6.2 에틸렌은 영양발달의 여러 측면에 영향을 미친다 364
요약 365
복습문제 366
더 읽을거리 366
Box 16.1 세포주기와 세포분열의 조절 343
Box 16.2 호르몬의 상업적 이용 348

제 17장 광형태발생 : 빛에 대한 반응 367

17.1 광형태발생 368
17.2 피토크롬: 적색과 근적외광에 대한 반응 368
17.2.1 광가역성은 피토크롬 작용의 핵심이다 370
17.2.2 피토크롬은 피코빌린 색소이다 371
17.2.3 황백화한 유식물에서 Pr의 Pfr로의 전환은 Pfr과 총 피토크롬의 손실을 일으킨다 372
17.3 피토크롬 반응들은 그들의 플루언스의 요구 정도에 따라 나눈다 374
17.3.1 가장 많이 연구된 저플루언스 반응(LFRs)은 탈황백화와 종자 발아이다 374
17.3.2 초저플루언스 반응은 비광가역적이다 376
17.3.3 고복사조도 반응은 상대적으로 고플루언스에 장시간 노출을 요구한다 377
17.4 자연조건에서의 피토크롬 378
17.4.1 phyA는 빛의 존재를 감지하는 것같다 378
17.4.2 피토크롬은 수관에 의한 그늘과 일몰(日沒, end-of-day)신호를 감지한다 378
17.5 청색광과 UV-A에 대한 반응 381
17.5.1 크립토크롬은 플라보단백질이다 381
17.5.2 포토트로핀(phototropin)은 청색광 의존적인 키나아제(kinase)이다 382
17.5.3 혼합형 청색광 수용체가 한 양치식물에서 발견되었다 382
17.6 애기장대에서의 탈황백화: 광수용체들 사이의 상호작용에 대한 사례 383
17.7 광수용체의 신호전달 384
17.7.1 피토크롬은 키나아제 활성을 보인다 384
17.7.2 Pfr은 유전자 발현을 조절한다 384
17.7.3 피토크롬은 세포질에서 핵으로 이동한다 386
17.8 어떤 식물 반응들은 UV-B에 의해 조절된다 387
요약 387
복습문제 388
더 읽을거리 389
Box 17.1 역사적 조망-피토크롬의 발견 369

제 18장 식물의 운동-공간에서의 적응 391

18.1 굴광성 392
18.1.1 굴광성은 기관을 가로지른 빛 기울기에 대한 반응이다 392
18.1.2 자엽초의 굴광성은 플라보단백질에 의해 매개된다 393
18.1.3 플루언스 반응 곡선은 굴광반응들의 복잡성을 보여준다 394
18.1.4 굴광 반응은 확산 가능한 옥신의 측면 재분포에 의존한다 395
18.2 굴중성 399
18.2.1 굴중성은 단순한 아래 위 이상이다 399
18.2.2 중력자극은 세기와 시간의 곱이다 399
18.2.3 뿌리에서 중력은 뿌리골무에서 감지된다 401
18.2.4 녹말로 채워진 녹말체의 침전이 중력 인지의 초기 사건이다 402
18.2.5 굴중성은 굴광성과 같이 옥신 의존적인 차등생장 반응이다 404
18.2.6 굴중성 신호전달 경로는 뿌리골무에서의 신장-활성화 이온 채널, pH 변화와 칼슘 이온의 재분포를 포함하는 것같다 406
18.2.7 벼과 식물 줄기의 굴중성 반응은 가엽침(假葉枕, false pulvinus)에서 일어난다 407
18.2.8 우주공간의 미세중력에서 식물은 다른 법칙을 따른다 408
18.3 경성 운동 408
18.3.1 수면 운동은 가역적인 팽압변화를 포함하는 주기적 운동이다 409
18.3.2 수면운동은 특화된 운동세포에서의 이온 유동과 삼투반응에 의해 일어난다 410
18.3.3 감진성은 기계적인 자극에 대한 반응이다 413
요약 413
복습문제 414
더 읽을거리 414
Box 18.1 중력을 연구하기 위한 방법들 400

제 19장 시간의 측정：광주기와 내생 시계에 의한 발달의 조절 415

19.1 광주기성 416
19.1.1 광주기 반응들은 다양한 유형들이 있다 416
19.1.2 임계 낮 길이는 단일과 장일 반응을 규정짓는다 417
19.1.3 실제로 식물이 측정하는 것은 암기, 즉 어둠의 길이이다 419
19.1.4 광주기 신호는 잎에 의해 인지된다 420
19.1.5 피토크롬이 광주기성을 위한 주요 광수용체이다 421
19.1.6 광주기성은 보통 암주기 전후에 고플루언스 빛을 요구한다 422
19.1.7 개화 자극을 설명하기 위해 세 가지 서로 다른 가설이 제기되었다 422
19.1.8 광주기 행동은 종종 온도에 의해 교정된다 424
19.2 생체 시계 426
19.2.1 시계에 의한 리듬은 일정 조건에서 지속된다 427
19.2.2 일주기 시계는 온도에 의해 보상된다 428
19.2.3 빛은 하루 단위로 생체시계를 재조정한다 428
19.2.4 일주기성 시계는 광주기성 시간 측정에서 중요한 요소이다 430
19.2.5 몇 가지 유전자들이 시계와 연관이 있음이 밝혀졌다 431
19.2.6 곤충, 동물, 남세균의 일주기 시계는 음성 되먹임 회로이다 433
19.3 개화 유도 433
19.3.1 개화 개시와 발달은 세 가지 유전자 집합의 연속된 작용을 포함한다 433
19.3.2 개화시기 유전자들은 영양 생장 기간에 영향을 준다 434
19.3.3 꽃 정체성 유전자와 기관 정체성 유전자들은 시간, 기능적으로 중복된다 435
19.4 자연계에서의 광주기성 436
요약 438
복습문제 438
더 읽을거리 439
Box 19.1 역사적 조망-광주기성의 발견 416
Box 19.2 역사적 조망-생물시계 424

제 20장 온도: 식물의 발달과 분포 441

20.1 식물 환경으로서의 온도 441
20.2 온도와 개화 반응 443
20.2.1 춘화처리는 겨울 일년생과 이년생 식물에서 흔히 일어난다 443
20.2.2 춘화처리를 위한 유효온도는 다양하다 444
20.2.3 춘화처리는 줄기 정단부에서 감지된다 444
20.2.4 춘화처리 상태는 전달가능하다 445
20.2.5 지베렐린과 춘화처리는 독립적인 유전적 경로를 통해 작용한다 445
20.3 눈의 휴면 446
20.3.1 눈의 휴면은 일차적으로 광주기에 의해 유도된다 447
20.3.2 온도는 눈의 휴면을 깨는 중요한 요인이다 447
20.4 종자 휴면과 발아 448
20.4.1 많은 요인들이 종자 휴면과 발아에 영향을 미친다 448
20.4.2 온도는 종자의 휴면에 중요한 영향을 미친다 449
20.5 온도 변화에 대한 반응 450
20.6 식물 생장과 분포에 미치는 온도의 영향 450
20.6.1 해안과 사막: 사례 연구 451
20.6.2 온도는 산의 경사면에 있는 C3, C4 벼과 식물의 분포에 영향을 미친다 453
요약 454
복습문제 455
더 읽을거리 455

제 21장 식물 환경 스트레스 생리 459

21.1 식물 스트레스란 무엇인가? 459
21.2 스트레스에 대한 식물의 다양한 반응 460
21.3 비생물적 스트레스 461
21.3.1 수분 스트레스는 식물의 생존에 지속적인 위협이다 461
21.3.2 수분 스트레스는 막의 손상을 가져온다 462
21.3.3 광합성은 수분 스트레스에 특히 민감하다 462
21.3.4 기공은 물부족에 반응한다 463
21.3.5 삼투 조절은 수분 스트레스에 대한 반응이다 466
21.3.6 물 부족은 경엽부와 뿌리의 성장에 영향을 준다 466
21.3.7 수분 스트레스는 잎면적의 감소를 초래할 수 있다 467
21.4 온도 스트레스 467
21.4.1 많은 식물들은 저온에 민감하다 468
21.4.2 북반구 온대의 월동하는 식물들은 결빙 스트레스에도 살아남는다 468
21.4.3 저온순응은 결빙 스트레스에 대한 저항성을 증가시킨다 470
21.4.4 초본종의 저온순응과 결빙내성에는 빛과 저온 사이의 복잡한 상호작용이 관여한다 471
21.4.5 고온 스트레스는 식물 생산에 중요한 요인이다 472
21.5 염 스트레스, 수분결핍, 이온 독성 473
21.6 환경오염은 상대적으로 새로운 비생물적 스트레스의 일례이다 476
21.6.1 중금속 476
21.6.2 대기 오염 477
21.7 곤충과 질병은 잠재적인 생물스트레스의 일례이다 479
21.7.1 과민반응은 생물 스트레스에 의해 촉발된 감지/신호 전달 메커니즘이다. 479
21.7.2 식물체는 어떻게 잠재적 병원체를 인식하고 방어 반응을 시작하는 것일까? 479
21.7.3 체성 획득 저항성은 식물 면역반응의 일례이다 480
21.7.4 재스모네이트는 곤충과 질병에 대한 저항을 가져다 준다 481
요약 490
복습문제 491
더 읽을거리 491
Box 21.1 엽록소 형광에 의한 식물 스트레스 감시관리 482
Box 21.2 생태생리학, 식물군계 및 날씨 484

제 22장 식물의 2차 대사물질 493

22.1 1차와 2차 대사물질 493
22.2 테르페노이드 494
22.2.1 테르페노이드는 공통의 생합성 경로를 갖는 화학적으로 기능적으로 다양한 그룹의 분자들이다 494
22.2 2 많은 테르페노이드들은 곤충에 의한 먹힘에 대항하는 물질로 작용한다 495
22.2.3 스테로이드와 스테롤은 테트라사이클릭 트리테르페노이드(tetracyclic triterpenoid)이다 497
22.2.4 폴리테르펜은 카로티노이드 색소와 자연산 고무를 포함한다 497
22.3 배당체 499
22.3.1 사포닌은 세제의 성질을 갖는 테르핀 배당체이다 500
22.3.2 강심 배당체들은 맹독성으로 변형된 스테로이드 배당체이다 500
22.3.3 시안 배당체는 천연 시안화 수소이다 501
22.3.4 글루코시노레이트는 황을 함유하며 겨자유의 선구물질이다 502
22.4 페닐프로파노이드(phenylpropanoids) 503
22.4.1 시킴산(shikimic acid)은 방향족 아미노산과 페닐프로파노이드 합성 경로의 핵심 중간체이다 503
22.4.2 단순 페놀 화합물들은 해당 아미노산의 탈아미노된 형태이다 503
22.4.3 쿠마린과 쿠마린 유도체들은 항응고제로 작용한다 506
22.4.4 리그닌은 2차 세포벽의 주요 구성 물질이다 507
22.4.5 플라보노이드(flavonoid)와 스틸 빈(stilbene)은 나란한 생합성 경로를 갖는다 508
22.4 6 탄닌은 단백질을 변성시키며 음식에 떫은 맛을 갖게 한다 508
22.5 알칼로이드 510
22.5.1 알칼로이드(alkaloid)들은 화학적으로 이질적인 분자들의 매우 큰 일족이다 510
22.5.2 알탈로이드는 일차적으로 이들의 의약학적 적용으로 알려졌다 510
22.5.3 많은 다른 2차 대사물질들처럼 알칼로이드들은 화학적 방어물질로 사용된다 512
요약 513
복습문제 513
더 읽을거리 513

제 23장 생명공학: 미래를 위한 식물의 형질 조작 517

23.1 현대 생명공학은 DNA 재조합 기술과 동의어이다 518
23.1.1 DNA 재조합을 통해 생물체 사이에 선택된 유전자를 옮길 수 있다 518
23.1.2 식물체 속으로 외부 유전자를 도입하는 데 가장 널리 사용되는 벡터는 식물줄기암종(crown-gall)을 형성하는 박테리아인 Agrobacterium tumefaciens의 Ti 플라스미드이다 519
23.1.3 전기천공법(electroporation)과 DNA 입자총법(biolistics)은DNA를 식물세포에 직접 전달하는 방법이다 522
23.1.4 유전공학은 오랜 식물교배 역사에 있어서 새로운 장이다 522
23.2 조직, 세포배양과 원형질체 융합 523
23.2.1 식물 세포와 조직배양은 1930년대 이래로 개발되어 왔다 523
23.2.2 원형질체는 벌거벗은 식물세포로서 융합에 의해 체세포 잡종을 형성할 수 있다 523
23.2.3 조직배양은 식물의 대량 클로닝을 가능케 한다 524
23.3 식물 보호 524
23.3.1 제초제 저항성 작물은 제초제를 더 효율적으로 사용할 수 있게 한다 524
23.3.2 제조체 저항성은 저항성을 지닌 효소들을 과발현시킴으로써 가능하다 525
23.3.3 제초제 저항성 잡초는 제초제 사용에 따른 부작용으로 발생한다 526
23.3.4 곤충과 질병으로부터의 방어를 위해 몇 가지 전략이 사용될 수 있다 527
23.4 대사의 조작: 생산과 영양을 개선하기 528
23.4.1 생명공학의 한 가지 목표는 탄소의 획득과 질소대사를 향상시키는 것이다 528
23.4.2 비타민 양을 늘리는 것은 식품의 영양 질을 향상시키는 한 방법이다 529
23.4.3 종자기름용 작물은 건강용 식용유를 생산하도록 조작될 수 있다 529
23.5 분자농업은 식물체를 일종의 공장으로 사용한다 529
23.5.1 형질전환 식물은 백신을 만드는 비용을 절감시킨다 530
23.5.2 생분해성 플라스틱을 만드는 데 식물이 이용될 수 있다 531
23.6 식물은 재사용 연료원으로서의 잠재성을 갖고 있다 532
23.7 식물은 2차 대사산물의 주요 자원이다 532
요약 533
복습문제 534
더 읽을거리 534
Box 23.1 자기 자신의 유전자를 갖고 식물을 조작하기 519

부록 I 표준 아미노산과 그들의 구조 535

부록II 수분 퍼텐셜과 그 구성요소의 측정 539

색인 545