4.2 물관(xylem)을 통한 수분 이동

.

4.2 물관(xylem)을 통한 수분 이동

– 뿌리에서 잎끝까지, 나무 속 물의 여정을 따라가다

수목이 살아가기 위해 반드시 필요한 자원 중 하나는 물입니다.
이 물은 뿌리에서 흡수된 후, 줄기와 가지를 거쳐 잎끝까지 올라가며 광합성, 세포 팽압 유지, 양분 수송, 증산 작용 등 다양한 생리 기능에 관여합니다.

이 놀라운 ‘수분 이동 경로’를 가능하게 하는 조직이 바로 물관(xylem)입니다.

 1. 물관(xylem)의 구조와 역할

물관은 식물체 내에서 수분과 무기양분을 뿌리에서 지상부로 수송하는 통로입니다.
목부조직(xylem)이라고도 하며,  죽은 세포들이 튜브처럼 연결되어 있는 구조입니다.

주요 세포 구성

세포명	특징
물관요소(vessel elements)	속씨식물에서 주로 발달, 빠른 수분 수송 가능
헛물관 또는 가도관(tracheids)	겉씨식물, 양치식물에 존재, 좁지만 안정적인 구조
유세포(parenchyma)	저장·수선 기능
섬유세포(fiber cells)	지지 구조 제공

형성층을 제외한 수피 안쪽에 있는 모든 조직을 2차 목부라 합니다. 

피자(속씨)식물의 경우 종축방향으로 배열하고 있는 세포는 도관, 가도관, 목부 섬유, 종축유세포입니다. 

도관, 가도관, 목부섬유는 모두 2차벽을 가지고 있는 성숙세포인데, 세포 원형질을 가지고 있지 않은 죽은 세포이며 중앙이 비어있습니다. 

도관은 긴파이프와 같이 격막이 없이 위아래가 둟려서 수분이동이 원활합니다. 

목부섬유는 2차 세포벽이 두꺼워서 목부를 딱딱하게 만들어 지탱 역할을 강화하며, 단단한 참나무의 경우 목재비중을 높여줍니다. 

 

나자(겉씨)식물의 경우 종축 방향으로 배열하는 세포 90%이상이 가도관이며, 이 때문에 횡단면상 구조가 비교적 단순합니다. 
가도관은 피자식물의 도관 역할을 대신하는 수분통도 세포지만, 가도관끼리의 연결부위에는 두 세포의 세포벽이 그대로 남아 있고, 막공이라는 아주 미세한 구멍이 있는 곳에만 2차 세포벽이 없습니다. 

수분이동은 이 막공의 얇은 막공격막을 통해서만 가능하므로 수분이동 속도가 아주 느립니다. 

피자식물이나 나자식물 모두 수간에서 중앙을 향한 수평방향의 물질이동은 수선을 통해 이루어집니다. 

 

 

 Xylem은 죽은 세포로 이루어져 있어, 내부 마찰이 적고
에너지를 쓰지 않고도 물을 높은 곳까지 끌어올릴 수 있는 구조입니다.

---

2. 수분 이동의 물리적 원리

물관을 통해 물이 이동하는 과정은 에너지를 소모하지 않는 수동적 이동입니다.
다음과 같은 세 가지 주요 원리에 의해 작동합니다:

① 증산 작용(Transpiration)

• 잎의 기공을 통해 수분이 증발
• 수분 퍼텐셜이 낮아지면서 잎이 뿌리 쪽 물을 끌어당김
• 수목에서 수분이 올라가는 가장 강력한 동력

② 응집력(Cohesion)과 부착력(Adhesion)

• 물 분자는 서로 **응집력(수소 결합)**으로 끌어당기며 연속된 물기둥 형성
• 물관 벽과는 부착력으로 유지되어 수직 이동을 안정화

③ 뿌리압(Root pressure)

• 뿌리 세포가 능동적으로 이온을 축적
• 삼투현상으로 물이 유입 → 수압 발생
• 증산이 적은 야간에도 수분을 위로 밀어 올림

---

3. 수분 이동의 경로 요약

수분은 다음의 순서로 이동합니다:

scss

복사

토양 → 뿌리털 → 내피세포(카스파리 띠) → 물관(xylem) → 줄기 → 가지 → 잎 → 기공

• 카스파리대는 선택적 흡수를 담당해 불필요하거나 유해한 물질이 중심부로 들어가지 못하게 함
• 줄기 내부 물관은 수두장력(수분 퍼텐셜 차이)에 의해 위로 끌려 올라가는 구조

---

4. 수분 이동 효율에 영향을 주는 요인

요인	설명
기공 개폐	기공이 닫히면 증산이 멈추고 수분 이동도 중단
온도 및 습도	온도가 높고 공기가 건조할수록 증산 → 수분 상승 촉진
바람	기공 주위 습도를 낮춰 증산 촉진
수관 높이	나무가 클수록 물관 내 응집력 유지가 더 중요
수분 공급량	토양 수분이 부족하면 루트프레셔 및 수분 흡수 불가

 

---

 5. 수목에서의 수분 이동 특징

• 교목(예: 느티나무, 소나무)도 20m 이상 높이까지 수분을 에너지 없이 끌어올릴 수 있음
• 이는 물관의 구조적 특성과 물 분자의 물리적 성질 덕분
• 생리적 스트레스(가뭄, 염분, 냉해 등)이 발생하면 수분 이동이 끊기고 → 수관 말라죽는 현상 발생 가능

---

지구상에서 식물이 자랄 수 있는 온도 범위 내에 있는 곳이라도 물이 없으면 식물이 자랄 수 없다고 할 만큼 물의 공급은 식물 생존을 결정합니다. 

또한 식물세포에 포함되어 있는 물질 중에서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 것이 물입니다. 
물 없이는 식물이 광합성, 증산작용, 무기염의 흡수, 체내 물질 이동, 가수분해와 관련된 화학반응, 세포 속의 여러 물질을 녹이는 용매 역할 등을 수행할 수 없습니다. 
초본식물의 경우 물이 없으면 세포의 팽압을 유지하지 못해 곧게 서있지도 못합니다. 

수목은 뿌리에서 잎까지 수십 미터의 높이를 펌프 없이, 에너지 없이 물을 이동시킬 수 있는 놀라운 생명체입니다.

그 중심에는 바로 물관(xylem)이라는정교한 관다발 구조와 증산-응집-삼투 압력의 상호작용이 존재합니다.