기공은 왜 잎 뒷면에 많을까?
기공(氣孔)은 2개의 공변세포(孔邊細胞)로 구성되어 있고, 이 공변세포 사이의 틈을 말한다. 이 틈으로 산소와 탄산가스의 가스교환과 증산작용을 담당한다. 기공은 잎, 줄기, 꽃, 열매 등에 있으나, 잎의 아랫면에 가장 많다. 기공은 보통 표피 표면의 1% 이하를 차지하고 있지만 그 수는 매우 많다. 대부분의 식물의 잎에는 10,000-80,000개/㎠ 정도의 기공이 있다.
일반적으로 식물에 있어서 기공의 빈도와 분포는 매우 다양하다. 풀과 같은 초본성 외떡잎식물의 잎은 보통 잎의 윗면과 아랫면에 거의 동일한 수의 기공을 가지며, 초본성 쌍떡잎식물 잎에서도 양면에 기공이 있지만 윗면의 빈도가 아랫면보다 낮다. 대부분의 목본성 쌍떡잎식물과 관목에서는 잎의 아랫면에만 기공이 있고, 연꽃과 같은 수생식물의 경우에는 윗면에만 기공이 있다.
그러면 기공은 왜 잎의 윗면 보다 아랫면에 많을까?
첫째, 기공이 위쪽에 많이 있다면 비가 올 때에는 식물의 잎은 위 부분에 물이 젖어 숨을 쉴 수가 없으므로 잎의 아래쪽에 기공이 많아진다. 그러나 수련 등 잎이 물 위에 떠있는 수생식물은 잎의 기공은 위쪽에만 있는데 이것은 아래쪽은 물과 접촉을 하여 원활하게 가스교환과 증산작용을 할 수 없기 때문이다. 윗면은 비가 오더라도 발수효과가 있어 물방울을 뭉쳐 흘러내리도록 되어 있어 기공을 막는 일은 최대한 줄이도록 되어 있다.
둘째, 기공은 잎이 수평으로 달려 있는 경우, 기공은 보통 노출 되어 있는 윗면보다 보호되어 있는 아랫면에 더 많이 분포한다. 잎이 수직방향으로 서 있는 경우, 기공은 윗면과 아랫면에 비슷한 빈도로 분포한다. 해가 들어 쾌청한 날에, 잎은 보통 주위를 둘러싸고 있는 공기보다 더 따뜻하며, 그래서 공기가 더워지고 대류는 상승한다. 만약 윗면에 있는 기공이 열려서 물을 잃어버린다면, 물 분자는 이 대류에 의해 휩쓸려 날아가게 된다. 그러나 기공은 아랫면에 많이 분포되므로 기공을 통한 물의 소실을 줄일 수 있다.
셋째, 만약 기공이 주로 잎의 하표피에 분포하면 또 다른 중요한 이점이 있다. 공기 중에 떠다니는 곰팡이나 세균의 포자들은 계속 잎 위에 날아든다. 예로서 밀의 잎에는 ㎠ 당 10,000개 정도의 곰팡이 포자가 있지만, 대부분의 포자는 기공이 얼마 없는 잎의 위쪽에 날아들어서 곰팡이에 의한 피해는 그다지 대단하지 않다.
수생식물은 왜 잎 윗면에만 기공이 있을까?
수생식물은 종류에 따라 기공유무와 분포가 달라진다. 먼저 수생식물에 대해서 알아보면. 흔히 수생식물은 호수, 연못, 하천 등의 물이 있는 지역에 생활하는 식물로서 꽃피는 식물뿐 만 아니라 양치류(고사리), 선태류(이끼류) 등 매우 다양하다. 또한 수생식물은 육상식물이 수중 또는 수변에 적응하면서 생겨난 식물이며 일부의 종은 담수 지역과 바다에 진출한 것도 있다. 그러나 수생식물은 서식처가 다양하고 자생지에서 물의 증가와 감소에 따른 상당한 변화가 있어 명확히 구분하기는 매우 어렵다. 일반적으로 수생식물이라 함은 습지와 습원에서 생육하면서 물속, 물가 또는 물을 좋아하는 식물을 모두 포함하여 정의한다. 하지만 좁은 의미의 수생식물은 수중에 생활하는 식물만으로 한정하기도 한다.
수생식물은 생육형에 따라 4가지로 분류할 수 있고 그에 따라 형태는 물론 적응의 양상과 생리적 특성도 다르다.
1) 뿌리가 물속에서 고정된 것
가) 식물체의 일부가 수면에서 나와 공기 중에 노출된 것---------------정수식물
나) 수면에서 잎을 전개하는 것---------------------------------------부엽식물
다) 식물체 전체가 수중에 잠기는 것----------------------------------침수식물
2) 뿌리가 물속에서 고정되지 않고 부유하는 것-------------------------부유식물
수생식물의 종류를 다시 자세히 살펴보면.
1) 정수식물
정수식물은 가장 육상식물과 유사하고 토양이 건조하여도 자랄 수 있는 식물을 말하며, 생육 중에 침수되어도 생육이 가능하다. 잎의 구조와 기능은 육상식물과 유사하나 물에 적응하고, 뿌리부근에서 산소를 공급하는 조직이 현저하게 많다. 보통 식물체는 곧게 위로 자라란다. 따라서 일반식물과 마찬가지로 잎의 기공은 뒷면에 많이 분포하나, 수직으로 선 잎을 가지고 있는 식물은 앞뒷면 분포가 비슷하다고 볼 수 있다.
종류 ; 갈대, 부들, 창포 등이 여기에 해당한다.
역할 ; 유기물 흡수 능력이 뛰어나 물을 깨끗하게 정화하는 능력이 있다. 수서곤충과 어류의 산란장으로 이용된다.
2) 부엽식물
부엽식물은 뿌리는 물속에 내리고 잎은 수면에 떠서 생육하는 것을 말한다. 부엽식물의 잎은 일반적인 식물과 달리 기공이 잎 표면에 집중적으로 있다. 생육에 있어 수심과 물의 흐름조건이 제한 요소가 되며 수심이 비교적 얕고(수심1~2m) 물이 고여 있는 늪지에 흔하다.
종류: 가시연꽃 (멸종위기식물), 연꽃, 수련, 어리연꽃, 개연꽃 등
역할: 유기물 흡수 능력이 뛰어나고 여름철 왕성하게 자라는 잎 때문에 수온이 올라가지 않게 하여 부영양화의 원인이 되는 조류의 발생을 억제한다.
3) 침수식물
수생생물 가운데 식물체 전체가 물 속에 잠겨 뿌리가 물밑에 고착되어 있는 식물로서 수중에서 확산에 의한 가스교환과 유기물을 흡수하거나, 일부는 통기조직을 이용한다. 본디 침수식물은 육상에서 진화된 식물로서 그 흔적으로 공기 중에서 피는 꽃이 많고, 일부의 종은 수면이나 물속에서 수분이 이루어진다.
종류: 통발(식충식물), 물수세미, 붕어마름 등
역할: 수중에서 생활하기 때문에 물속에 산소농도를 높여 물이 썩지 않도록 하는 중요한 역할을 담당한다. 어류의 산란장으로 이용된다.
4) 부유식물
물위에 사는 수생생물을 말한다. 뿌리를 물 표면에 내려 고착하지 않고 물에 떠서 생활한다. 기공은 잎 윗면에 분포한다.
종류: 생이가래, 자라풀, 개구리밥 등
역할: 유기물의 흡수, 용존 산소량을 높임.