기출복원문제를 사용할 수 없다는 어려움을 극복하기 위해, 

박윤 생물 연구소는 각 학교별 출제 경향을 분석하여 기출변형문제를 만들어 제시합니다. 

이 변형문제는 실제 시험과 유사한 문제를 풀어보며 

실력을 향상시킬 수 있는 최적의 방법입니다. 

매일 업데이트되는 맞춤형 기출변형문제로 학습 효과를 극대화하세요!

(2025 연세대 기출 변형 문제 및 해설-18)      

식물의 세대교번(alternation of generation)은 식물의 생식과 생명주기에서 중요한 과정입니다. 다음 질문에 대해 논술하시오.

1. 세대교번이란 무엇인지 설명하고, 식물에서 세대교번이 어떻게 이루어지는지 구체적으로 논하시오.

2. 세대교번에서 배우체(gametophyte)와 포자체(sporophyte)의 역할과 특징을 설명하고, 이들이 식물의 생명주기에서 어떻게 서로 연결되는지 논하시오.

3. 이끼류, 양치식물, 종자식물(겉씨식물과 속씨식물)의 세대교번 과정에서 각 단계가 어떻게 다르게 나타나는지 비교 설명하시오.

4. 세대교번이 식물의 적응과 생존에 어떤 이점을 제공하는지 논하시오.

해설지

1. 세대교번이란 무엇이며, 식물에서 어떻게 이루어지는가

• 세대교번의 정의:
• 세대교번(alternation of generation)은 식물의 생명주기에서 이배체(diploid) 세대인 포자체(sporophyte)와 반수체(haploid) 세대인 배우체(gametophyte)가 번갈아 나타나는 현상입니다. 이 과정은 포자체와 배우체라는 두 가지 형태의 세대가 번갈아가며 이어지는 것이 특징입니다.

• 식물에서의 세대교번:
• 포자체 (Sporophyte): 포자체는 이배체(diploid)로, 수정에 의해 형성된 접합자(zygote)가 발달하여 만들어집니다. 이 포자체는 감수분열(meiosis)을 통해 반수체(haploid) 포자를 생성합니다. 이 포자들은 성숙한 후 발아하여 반수체인 배우체(gametophyte)를 형성합니다.
• 배우체 (Gametophyte): 배우체는 반수체로, 포자체에서 생성된 포자가 발달하여 형성됩니다. 배우체는 성숙한 후 남성 배우자(정자)와 여성 배우자(난자)를 생성합니다. 이 배우자들은 수정(fertilization)을 통해 결합하여 이배체의 접합자를 형성하고, 이 접합자는 다시 포자체로 발달하게 됩니다. 이 과정은 두 세대가 주기적으로 교차하며 진행됩니다.

2. 배우체와 포자체의 역할과 특징

• 배우체(gametophyte):

  • 특징: 배우체는 반수체(haploid) 상태로 존재하며, 포자(spore)가 발아하여 형성됩니다. 이 단계에서 식물은 성적인 생식을 통해 새로운 개체를 생성합니다. 배우체는 정자와 난자를 생성하는 생식기관을 가지며, 이들 생식세포는 각각 1n의 염색체를 가지고 있습니다.
  • 역할: 배우체는 유전적 다양성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 정자와 난자의 결합을 통해 새로운 유전적 조합이 이루어지며, 이는 식물이 환경 변화에 적응하는 능력을 높여줍니다.

• 포자체(sporophyte):

  • 특징: 포자체는 이배체(diploid) 상태로 존재하며, 수정에 의해 형성된 접합자(zygote)가 발달하여 만들어집니다. 포자체는 주로 식물의 성숙한 단계로, 감수분열을 통해 반수체의 포자를 생성합니다.
  • 역할: 포자체는 유전 정보를 안정적으로 다음 세대에 전달하는 역할을 합니다. 포자는 감수분열을 통해 형성되므로, 유전적 다양성을 유지하면서도 안정적인 유전자 전달을 가능하게 합니다.

• 세대의 연결:

• 배우체와 포자체는 서로 연속적인 관계를 가지며, 한 세대가 끝나면 다른 세대가 시작됩니다. 예를 들어, 포자체에서 생성된 포자가 발아하여 배우체를 형성하고, 이 배우체는 정자와 난자를 생성하여 새로운 포자체를 형성합니다. 이러한 주기적 교체를 통해 식물의 생명주기가 지속되며, 유전적 다양성이 유지됩니다.

3. 이끼류, 양치식물, 종자식물의 세대교번 비교

• 이끼류(Bryophytes):
  • 배우체 우세: 이끼류는 생명주기에서 배우체가 우세한 단계로 나타납니다. 배우체는 크고 독립적인 구조를 가지며, 스스로 광합성을 통해 생존합니다. 포자체는 배우체에 부착된 상태로 자라며, 비교적 작고 단순한 구조를 가지고 있습니다. 포자체는 배우체에 의존하여 영양분을 공급받습니다.
• 양치식물(Ferns):
  • 포자체 우세: 양치식물에서는 포자체가 우세한 단계로 나타납니다. 포자체는 주로 이배체 상태로 생존하며, 성숙한 포자체는 독립적으로 자라며 포자를 생성합니다. 배우체는 크기가 작고 독립적으로 존재하지만, 생명주기의 짧은 기간 동안만 나타납니다.
• 종자식물(Seed Plants):
  • 포자체 우세 및 배우체 축소: 종자식물에서는 포자체가 완전히 우세하며, 포자체는 대부분의 생애를 차지합니다. 배우체는 매우 축소된 형태로, 포자체 내부에 존재하며 외부에서 독립적으로 생활하지 않습니다. 예를 들어, 수컷 배우체는 꽃가루(pollen)이며, 암컷 배우체는 배낭(ovule) 내부에 위치합니다. 이들 배우체는 수정을 통해 새로운 포자체를 형성하게 됩니다.
• 비교 요약:
• 이끼류는 배우체가 우세하고 포자체가 작고 의존적이며, 양치식물은 포자체가 우세하며 배우체가 독립적인 생명체로 존재합니다. 종자식물은 포자체가 우세하며, 배우체는 포자체 내부에 축소되어 존재합니다. 이들 세대교번의 차이는 각각의 식물이 적응한 환경에 따라 진화한 결과입니다.

4. 세대교번의 이점과 식물의 적응

• 유전적 다양성 증가:
  • 세대교번은 유전적 다양성을 높이는 데 기여합니다. 배우체 단계에서 일어나는 감수분열과 수정 과정은 새로운 유전자 조합을 가능하게 하며, 이는 식물이 환경 변화에 적응할 수 있는 능력을 증가시킵니다. 유전적 다양성은 종의 생존과 진화에 있어 중요한 요소로 작용합니다.
• 환경 적응:
  • 다양한 환경에 적응하기 위해, 식물은 특정 세대에서 더 잘 적응하는 구조와 기능을 발달시켰습니다. 예를 들어, 이끼류는 습한 환경에서 배우체가 잘 자라도록 적응하였으며, 양치식물과 종자식물은 포자체가 건조한 환경에서도 번성할 수 있도록 진화했습니다. 이러한 적응은 각 식물 종이 그들의 생태적 틈새에서 번성할 수 있도록 돕습니다.
• 생존 전략:
  • 세대교번은 식물이 다양한 생존 전략을 개발하게 하며, 특정 환경에서 한 세대가 어려움을 겪을 때 다른 세대가 생존을 보장할 수 있는 기회를 제공합니다. 예를 들어, 포자체가 불리한 환경에서 생존하지 못할 경우, 배우체가 그 환경에 더 잘 적응하여 생존할 수 있습니다. 이는 식물의 생존 가능성을 높이고, 종의 지속성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
• 장기적인 생존 가능성:
  • 세대교번은 유전적 다양성을 제공하여 식물이 장기적으로 생존할 수 있는 기초를 제공합니다. 다양한 유전자 조합은 식물이 질병, 기후 변화, 환경적 스트레스 등에 적응하는 능력을 향상시킵니다. 이는 종의 번성과 지속성을 보장하는 중요한 메커니즘입니다.