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Reproduction and Development in Flowering Plants ( 현화식물의 생식과 발달 ) Chapter 34.

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1 Reproduction and Development in Flowering Plants ( 현화식물의 생식과 발달 ) Chapter 34

2 관상용 양귀비 (Papaver rhoeas) 의 꽃 생식구조.

3 Why It Matters  Flowers and fruits of the cacao tree 그림 중앙아메일카의 카카오나무 (Theobroma cacao) 줄기로부터 자라는 꽃과 열매. 열매는 성숙된 씨방임.

4 34.1 Overview of Flowering Plant Reproduction  Diploid and haploid generations arise in the angiosperm life cycle

5 Flowering Plant Life Cycle  Sporophyte( 포자체 ) (“spore-producing plant”) Multicellular diploid stage Develops roots, stems, leaves, and flowers  Gametophyte( 배우체 ) (“gamete-producing plant”) Multicellular haploid stage Produces gametes  Alternation of Generations( 세대교번 )

6 그림 현화식물 생활주기의 개요, 체리 (Prunus) 의 예.

7 34.2 The Formation of Flowers and Gametes  In angiosperms, flowers contain the organs for sexual reproduction  Pollen grains( 꽃가루 알갱이 ; 화분립 ) arise from microspores in anthers  Eggs and other cells of female gametophytes arise from megaspores

8 Flowers Develop at Tips of Floral Shoots (1)  Up to four whorls( 윤생 ) supported by receptacle( 화탁 ) 1. Calyx( 꽃받침 ): All sepals( 꽃받침 조각 ) combined 2. Corolla( 꽃부리 ; 화관 ): All petals( 꽃잎 ) combined 3. Stamens( 수술 ; 웅예 ): Location of male gametophytes Filament( 화사 ; 수술대 ) (stalk)( 꽃자루 ) Anther( 꽃밥 ; 약 ) containing four pollen sacs( 꽃가루 주머니 ; 화분낭 )

9 Flowers Develop at Tips of Floral Shoots (2) 4. Carpels( 심피 ; 암술 ): Location of female gametophytes Stigma( 암술머리 ) (landing platform for pollen) Style( 암술대 ) (stalk) Ovary( 씨방 ) containing ovules( 밑씨 )

10 그림 가지 윤생체를 지닌 체리 (Prunus) 꽃의 구조.

11 Flower Structure  Complete flowers( 완전화 ): All four whorls  Incomplete flowers( 불완전화 ): Lacking one or more whorls 그림 완전꽃과 불완전꽃의 예.

12 Flower Structure  Perfect flowers( 정제화 ; 갖춘꽃 ) Both stamens and carpels  Imperfect flowers( 불완전화 ; 안갖춘꽃 ) Stamens or carpels, not both  Imperfect flower 들은 모두 incomplete flower 임.

13 Flower Structure  Monoecious( 암수동주 ; 자웅동주 ) Male flowers and female flowers on same plant Example: Oaks  Dioecious( 암수이주 ; 자웅이주 ) Some plants with only male flowers, some with only female flowers Example: Willows

14 Pollen Grains( 꽃가루 알갱이 ; 화분립 )  Meiosis produces haploid microspores( 소포자 )  Mitosis in microspore produces a pollen grain Immature male gametophyte One cell develops into two sperm cells( 정자세포 ) Other cell produces pollen tube( 꽃가루관 ; 화분관 ) 그림 화분립의 다양한 예, (a) 잔디, (b) 벌꽃, (c) 돼지풀.

15 Ovules( 밑씨 )  Form inside carpel( 심피 ; 암술 ), on wall of ovary( 씨방 ; 자방 )  Micropyle( 주공 ) opening at one end  Meiosis produces four haploid megaspores( 대포자 )  One megaspore develops into female gametophyte: Embryo sac( 배낭 ) with egg cell( 난자세포 ; 난세포 )

16 Inside the Ovule  Megaspore undergoes mitosis three times without cytokinesis, producing eight nuclei in a single large cell Two polar nuclei( 극핵 ) migrate to center of cell, help give rise to endosperm( 배유 ; 배젖 ) Three antipodal cells( 반족세포 ) disintegrate( 분해됨 ). Egg cell[ 난 ( 자 ) 세포 ] plus two synergids( 조세포 ) help with pollination

17 그림 체리 (Prunus) 의 생활주기.

18 34.3 Pollination, Fertilization, and Germination  Pollination( 꽃가루 받이 ; 수분 ) requires compatible pollen and female tissues  Double fertilization( 중복수정 ) occurs in flowering plants  Embryonic sporophyte( 배아기 포자체 ) develops inside a seed  Fruits protect seeds and aid seed dispersal  Seed germination continues the life cycle

19 Pollination( 수분 )  Pollen grain makes contact with stigma( 암술머리 ; 주두 ) Grows if compatible with female tissues 그림 자가불화합성. 2n -

20 Double Fertilization( 중복수정 )  One sperm nucleus( 정핵 ) fuses with one egg nucleus( 난핵 ) to form a diploid (2n) zygote( 접합자 )  Other sperm nucleus fuses with two polar nuclei( 극핵 ) in the embryo sac( 배낭 ) to form triploid (3n) endosperm( 배유 ; 배젖 ) tissue

21 Ovule Maturation (1)  Embryo-nourishing endosperm forms and ovule expands 냉이식물 접합자의 내부구조공 모양의 배 그림 진정쌍떡잎식물인 냉이의 배 발달 단계. 배자루

22 Ovule Maturation (2)  Embryonic sporophyte develops 하트 모양의 배 잘 분화된 배 성숙한 밑씨 ( 종자 ) 내의 배 포자체

23 Seed  Mature ovule encased by protective seed coat( 종피 )  Embryo has lengthwise axis( 세포 방향의 축 ) Root apical meristem at one end Shoot apical meristem at other end

24 Eudicot Embryos  Two cotyledons (seed leaves)  Embryonic shoot( 배아기 줄기 ) Upper epicotyl( 상배축 ) and lower hypocotyl( 하배축 )  Embryonic root( 배아기 뿌리 ) Radicle( 어린 뿌리 ; 유근 )

25 Eudicot Embryos 하배축 어린뿌리 ( 유근 ) 상배축 어린눈 떡잎 ( 자엽 ) 강낭콩 피마자

26 Monocot Embryos  Single cotyledon Scutellum( 소순판 ; 떡잎 ) absorbs nutrients from endosperm  Coleoptile( 자엽초 ) Protects root and shoot apical meristems  Coleorhiza[( 유 ) 근초 ] Protects radicle

27 Monocot Embryo 옥수수 과피와 융합된 종피 소순판 ( 떡잎 ) 자엽초 어린 싹 ( 눈 ) 유근 ( 뿌리정단분열조직 ) ( 유 ) 근초

28 Fruits  Matured or ripened ovary  Protects seeds  Helps disperse seeds by animals, wind, or water  Fruit wall (pericarp( 과피 )) develops from ovary wall Thick, fleshy( 다육질 ) (peach) Hard, dry (hazelnut)

29 Simple Fruits( 단순과 ; 홑열매 )  Develop from single ovary Pericarp fleshy and juicy or thin and dry 복숭아, 단순과 ( 홑열매 ) 다육질 과피

30 Aggregate Fruits( 집합과 )  Develop from several ovaries in a single flower Pericarp fleshy and juicy or thin and dry 라즈베리 ( 산딸기 ), 집합과

31 Accessory Fruits( 덧과실 ; 헛열매 )  Fruit develops from floral parts as well as ovaries 열매 벽

32 Multiple Fruits( 복합과 )  Develop from several ovaries in multiple flowers Individual fruits merge to produce larger structure

33 Specialized Fruits( 특수한 열매 )  Helps disperse seeds Splitting pods( 쪼개진 꼬투리 ) Aerodynamic( 항공역 학적 ) properties Hooks, spines( 가시 ), hairs, sticky surfaces Fleshy, nutritious tissues 심피 안의 종자 단풍나무의 열매

34 Seed Germination  Mature seeds are essentially dehydrated  Seed dormancy( 휴면 ) prevents germination  Particular factors may trigger germination Moisture, oxygen, temperature, number of daylight hours, and more

35 그림 외떡잎식물인 보리 종자가 발아되면서 저장된 영양소를 사용하는 방법.

36 그림 대표적인 진정쌍떡잎식물인 강낭콩의 발달 단계.

37 그림 대표적인 외떡잎식물인 옥수수 (Zea mays) 식물의 발달 단계.

38 34.4 Asexual Reproduction of Flowering Plants  Vegetative reproduction( 영양생식 ) is common in nature  Many commercial growers and gardeners use artificial vegetative reproduction

39 Vegetative (Asexual) Reproduction  Fragmentation( 분절 ) Cells dedifferentiate and regenerate missing parts  Meristematic tissue( 분열조직 ) Mitotic divisions at nodes or buds along modified stems of parent plant  Apomixis( 무수정생식 ; 단성생식 ; 동정생식 ) Diploid embryo develops from unfertilized egg or other cells in ovule

40 Vegetative Reproduction 그림 ‘mother of thousands( 수천의 어 aj 니 )’ 식물, 칼란코에 (Kalanchoe daigremontiana).

41 그림 식물세포배양.

42 34.5 Early Development of Plant Form and Function  Within hours, an early plant embryo’s basic body plan is established  Key developmental cues are based on a cell’s position  Morphogenesis shapes the plant body

43 34.5 (cont.)  Regulatory genes guide the development of floral organs  Leaves arise from leaf primordia in a closely regulated sequence

44 그림 식물 배의 기본적인 체계의 발달 단계들.

45 Positional Information( 위치 정보 )  Pattern formation based on progressive ordering of plant parts  Positional information helps establish a cell’s developmental fate

46 그림 위치정보가 뿌리털 발달에 어떻게 영향을 미치는가를 보여주는 모델.

47 Morphogenesis( 형태발생 ; 형태형성 ) (1)  Oriented cell division establishes overall shape 그림 다른 평면에서 일어나는 식물세포분열.

48 Dividing Plant Cells  New cell plate( 세포판 ) forms in a different plane from old cell plate  Establishes direction of lateral roots, branches, and leaf and flower buds

49 그림 식물세포에서 어떻게 세포분열의 평면 ( 세포판 ) 이 결정되는가.

50 Cell Expansion  Cells enlarge in specific directions 그림 세포확장과 섬유소 미세섬유의 방향성.

51 Regulatory Genes (1)  Homeotic genes regulate development of floral organs

52 Regulatory Genes (2)  Mutations in homeotic genes disrupt organ identities

53 Regulatory Genes (3)  Four gene classes interact to determine proper organ identity and relative position

54 그림 잎 발달의 초기 단계들.


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