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1. 광합성이란
광합성작용은 엽록체가 있는 녹색식물에서 이산화탄소와 물을 재료로 하고
빛에너지를 이용하여 포도당이라는 유기물을 합성하면서 아울러 산소를 생성하는 작용이다.
광합성 작용으로 빛에너지가 화학에너지로 전환되어 포도당에 저장됨으로써 지구생태계를 유지하는 에너지의 근원인 태양에너지를 여러 생물이 이용할 수 있는 것이다.
2. 식물의 광합성량
호흡량이 같을 때의 빛의 세기, 다시 말해서 기공을 통한 CO2의 출입이 일어나지 않을 때의 빛의 세기를 보상점이라 한다. 그리고 광합성량은 빛의 세기가 어느 한계까지는 강해질수록 증가하지만 그 이상의 빛의 세기에서는 광합성량이 더 이상 증가하지 않고 일정하게 유지되는데, 이 때의 빛의 세기를 광포화점이라고 한다
양지 식물은 빛이 잘 비치는 곳에서 사는 식물이고, 음지 식물은 빛이 잘 비치지 않는 곳에서 사는 식물이다. 양지 식물은 음지 식물에 비해 보상점과 광포화점이
모두 낮다는 것을 알 수 있다.
광합성량과 호흡량이 같을 때의 빛의 세기를 보상점이라고 하기 때문에 보상점 이하의 빛이 계속된다면 호흡량이 광합성량보다 많아진다. 즉 소비하는 에너지량이 생산되는 에너지량보다 많아지므로 이 식물은 차츰 생장이 느려져서 결국에는 죽게 되며, 보상점 이상의 빛이 계속된다면 이와는 반대로 이 식물은 잘 생장하게 된다.
식물의 광합성은 엽록체에서 일어나는데, 엽록체는 1개의 세포에 약 50∼100개 정도가 들어 있다. 따라서 빛의 세기가 점점 강해져서 엽록체가 모두 광합성에 참여하게 되면 빛의 세기가 더 강해져도 광합성량은 더 이상 증가하지 않는다.
이 때의 빛의 세기를 광포화 상태라고 한다.
가. 광합성 작용
1) 녹색 식물이 태양의 빛에너지를 이용하여 CO2와 H2O를 재료로 C6H12O6를 합성하는 과정을 광합성이라고 한다.
2) 빛에너지가 화학 에너지의 형태로 포도당에 저장된다.
3) 지구상에 살고 있는 거의 대부분의 생명체가 생명 활동을 나타내는 데 사용하는
생활 에너지의 근원은 태양의 빛에너지이다. 따라서 태양이 없으면 지구상의
대부분의 생명체는 생존이 불가능하다.
4) 식물의 광합성에 이용되는 빛에너지는 태양으로부터 오는 빛에너지의 1%에도
못 미치는 양에 불과하다.
나.호흡작용
식물도 동물과 마찬가지로 유기물을 산화시켜 에너지를 얻고 살아가려면 밤이나 낮이나 호흡을 해야한다. 다만 낮에는 호흡작용결과 발생한 이산화탄소보다
광합성에 이용하기위해 흡수된 이산화탄소량이 더 많고, 호흡으로 소모한 산소보다 광합성으로 생성된 산소량이 많기 때문에 낮에는 광합성이 강조되고 호흡이 무시되고 있을 뿐이지 호흡을 하지 않는다면 결국 식물도 에너지를 얻지 못하고 시들게 될 것이다. 따라서 식물이 광합성 작용으로 공기를 정화시켜주지만,
밤에는 호흡작용만 일어나 산소를 소모하고 이산화탄소를 배출하므로 공기는 환자에게 나쁜 상태가 될 것이다.
다.증산작용
증산 작용은 잎의 기공에서 일어나며, 증산작용이 활발할수록 잎세포는 고장액이 되어 삼투압이 높아지므로 아래로부터의 수분상승력의 원동력이 된다. 증산작용이 활발히 일어나는 조건은 빨래가 잘 마르는 날씨 조건과 비슷하다.
즉 햇빛이 강할수록, 바람이 불수록, 습도가 낮을수록 증산작용이 활발하다.
라.빛의 세기와 광합성
빛에너지를 이용하는 광합성의 명반응에서는 H2O가 광분해되어 ATP와 NADPH2가 만들어지고, 이것은 암반응에서 CO2가 포도당으로 환원되는 데 이용된다.
따라서 CO2의 농도와 온도를 일정하게 유지시키고 빛의 세기를 강하게 하면 광합성 속도는 빛의 세기에 따라 증가하게 된다.
밀폐된 유리 그릇 속에 녹색 식물을 넣고 빛의 세기를 변화시키면서 CO2의 출입량을 측정하면 다음과 같은 결과가 나타난다.
1) 빛을 비추지 않을 때 : 광합성 작용은 일어나지 않으며, 호흡 작용만 일어난 결과 CO2가 방출된다.
2) 빛이 보상점보다 약할 때 : 광합성 작용은 일어나지만 호흡량이 광합성량보다
많아서 호흡 결과 방출되는 CO2를 광합성에 이용하고, 여분의 CO2가 방출된다.
3) 빛을 점차 증가시켰을 때 : 광합성량이 증가하여 호흡량과 일치하게 되는데,
CO2의 출입은 정지되며, 이 때의 빛의 세기를 보상점이라 한다.
4) 빛이 보상점보다 강해졌을 때 : 광합성량이 호흡량보다 많아져서 CO2를 흡수하게 된다. 그러나 빛의 세기가 어느 한계에 도달하면 CO2가 더 이상 흡수되지 않게 되며, 이 때의 빛의 세기를 광포화점이라고 한다.
마. 빛의 파장과 광합성
1) 엽록소 추출액에 파장이 다른 여러 가지 단색광을 비추면 각 파장에 따라 흡수율이 달라진다. 엽록소는 적색광(650∼680nm)과 청자색광(435∼450nm)을 많이 흡수하고, 녹색광과 황색광은 거의 흡수하지 않는다.
2) 빛의 흡수량은 청자색광보다 적색광이 적지만, 광합성량은 오히려 많기 때문에
적색광이 청자색광보다 더 유효한 색광이다.
3)적외선 : 빨간색보다 파장길다
가시광선 : 파장 4.0?10-7 ~ 8.0?10-7 m
자외선 : 보라색보다 파장 짧다
바. 광합성으로 생기는 유기물
광합성의 결과 포도당, 녹말등의 유기물이 만들어진다. 광합성 과정을 거쳐서
처음 만들어지는 물질은 포도당인데, 이것은 곧 녹말로 전환되어서 엽록체에
녹말의 상태로 축적된다.
사.광합성에 필요한 물질
녹색 식물이 광합성을 하는 데에는 물과 이산화탄소, 빛에너지가 이용된다.
아.광합성이 일어나는 장소
광합성은 녹색 식물에서 일어난다. 녹색 식물의 잎에 있는 세포 속에는 녹색을 띠는 알갱이가 있는데 이 작은 알갱이를 엽록체라고 하며 여기에서 광합성이 일어난다.
광합성의 일반식
빛에너지
이산화탄소 -------->포도당 + 산소
엽록체
자.광합성에 영향을 주는 환경 요인
녹색 식물은 광합성을 할때 빛의 세기와 이산화탄소의 농도, 외부 온도 등의 여러 가지 환경 조건의 영향을 받는다.
1) 빛의 세기
(가) 광합성 속도와 빛의 세기
온도와 이산화탄소의 농도를 일정하게 유지할 때 광합성 속도는 어느 한계까지는
증가하지만, 그 이상은 더 이상 증가하지 않는다.
육상 식물은 태양의 빛에너지를 받아 광합성을 한다. 이 태양 광선을 프리즘에 통과시키면 여러 가지 색으로 분리되는데, 사람은 380-750nm 파장의 빛을 볼 수 있다. 이 빛을 가시 광선이라고 하며, 광합성도 이 범위에서 일어난다.
식물은 광합성을 할 때 CO2를 흡수하고, O2를 방출하므로, CO2의 흡수량이나 O2의 방출량으로 광합성량을 알 수 있다.
빛의 세기가 증가할수록 녹색 식물의 광합성량은 증가한다.
식물을 어두운 곳에 두면 호흡만 하기 때문에 co2가 방출된다.
그러나 빛을 쪼여 주기 시작하면 광합성이 일어나서 CO2의 방출량이 줄어들고,
빛을 더 세게 쪼여 주면 CO2의 방 출량이 점점 감소하게 된다.
결국, 호흡으로 생성된 CO2가 전부 광합성에 이용되어 겉으로 보기에는 CO2의 교환이 없는 상태가 된다.
이와 같이, 광합성과 호흡이 평형을 이루었을 때의 빛의 세기를 보상점이라고 한다.
한편 빛의 세기가 보상점을 넘어서면 광합성량이 계속 증가하다가, 빛의 세기가 어느 한 계에 이르면 더 이상 광합성량이 증가하지 않는다. 이 때의 빛의 세기를 광포화점이라고 한다.
(2) 보상점
보상점 : 광합성에 이용되는 CO2의 양과 호흡으로 방출되는 CO2의 양이 같을
때의 빛의 세기
보상점보다 약한 빛 : 총 광합성량이 호흡량보다 적어서 CO2는 방출되고 O2는 흡수된다.
보상점보다 강한 빛 : 총 광합성량이 호흡량보다 커서 CO2는 흡수되고 O2는 방출된다.
(3) 광포화점
광합성량이 더 이상 증가하지 않을 때의 빛의 세기를 말한다.
2. 온 도
식물이 광합성을 하는 온도 범위는 매우 넓다. 남조류는 70℃의 고온에서도 광합성을 하며, 침엽수는 6℃ 이하에서도 광합성을 한다.
광합성에 대한 온도의 영향은 식물의 종류나 환경조건에 따라 다르다.
예를 들면, 옥수수 와 같이 따뜻한 기후에서 자라는 식물은 감자와 같이 비교적 추운 지대에서 자라는 식물보다 적온도가 높다.
일반적으로, 빛의 세기가 약할 때 온도는 광합성에 별다른 영향을 미치지 못한다.
그러나 빛의 세기가 강할 때에는 온도가 높아짐에 따라 광합성량은 증가한다.
대체로 35℃ 정도에서 광합성량은 최대가 되었다가, 그 이상의 온도에서는 급격히 감소한다.
(1) 광합성 과정 중 암반응에 관여하는 효소의 활성에 영향을 주며, 35℃부근에서 광합성 속도가 최대값을 나타낸다.
(2) 5∼25℃에서는 온도가 10℃ 상승할 때마다 광합성 속도는 2배 증가한다.
(3) 빛의 세기가 강할 때에는 온도의 영향을 받지만, 빛의 세기가 약할 때에는 온도의 영향을 받지 않는다.
3. 이산화탄소의 농도
CO2는 대기 중에 약 0.03% 정도의 적은 양이 포함되어 있다.
빛이 약할 때에는 광합성량은 CO2의 영향을 거의 받지 않는다. 그러나 빛이 강할 때에는 CO2의 농도가 높아질수록 광합성량도 증가하게 된다.
그러나 이 경우에도 어느 한계에 도달하면 CO2의 농도가 높아져도 광합성량은 더 이상 증가하지 않고 일정하게 유지된다.
보통의 조건에서는 빛의 세기가 광포화점에 이르면 CO2의 농도가 대기 농도의 약 3배인 0.1%에 이를 때까지 광합성량이 증가한다.
(1) 빛의 세기와 온도가 일정하면, CO2 농도가 0.03%에서 약 0.1% 정도까지는 그 양이 증가할수록 광합성 속도는 증가한다.
(2) 빛의 세기가 증가하면 CO2의 포화점도 높아진다.
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