[기본서 내용]
수목의 광합성은 태양의 빛에너지를 이용하여 이산화탄소($\text{CO}_2$)와 물($\text{H}_2\text{O}$)로부터 탄수화물을 합성하는 과정입니다. 이는 엽록체에서 일어나며, 에너지의 저장과 유기물 합성의 핵심적인 역할을 수행합니다.
1. 광합성 색소와 장소
- 엽록체: 광합성이 일어나는 소기관으로, 엽록소를 함유한 그라눔과 효소가 있는 스트로마로 구성됩니다.
- 광합성 색소: 엽록소 a, b가 주종을 이루며 주로 적색광과 청색광을 흡수합니다. 보조 색소인 카로티노이드는 빛을 흡수하여 전달하고 강한 빛으로부터 엽록소를 보호합니다.
2. 광합성의 단계
광합성은 크게 명반응과 암반응의 두 단계로 나뉩니다.
명반응(Light Reaction): 엽록체의 그라눔에서 진행되며, 빛에너지를 화학에너지(ATP, NADPH)로 전환합니다. 이 과정에서 물($\text{H}_2\text{O}$)이 광분해되어 산소($\text{O}_2$)가 발생합니다.
암반응(Dark Reaction): 스트로마에서 진행되며, 명반응에서 생성된 에너지를 이용해 $\text{CO}_2$를 환원시켜 탄수화물을 합성합니다.
3. 암반응에 따른 식물의 분류
- $\text{C}_3$ 식물: 대부분의 수목이 해당하며, 루비스코(Rubisco) 효소를 이용해 $\text{CO}_2$를 고정하여 최초 산물로 3탄당(3-PGA)을 만듭니다. 고온에서 광호흡이 일어나 효율이 떨어질 수 있습니다.
- $\text{C}_4$ 식물: 열대성 초본류에 많으며, 옥수수나 사탕수수가 대표적입니다. 유관속초 세포가 발달하여 고온과 강한 빛에서 $\text{C}_3$ 식물보다 광합성 효율이 높고 광호흡이 거의 없습니다.
- CAM 식물: 사막의 다육식물처럼 밤에 기공을 열어 $\text{CO}_2$를 흡수하여 유기산 형태로 저장했다가, 낮에 기공을 닫고 이를 이용해 광합성을 합니다.
4. 광합성에 영향을 주는 요인
- 빛의 세기: 광보상점 이상의 빛이 필요하며, 광포화점에 도달하면 더 이상 광합성량이 증가하지 않습니다. 양수와 양엽은 음수와 음엽보다 광포화점이 높습니다.
- 온도: 온대지방 수목은 대개 15~25°C에서 최대 광합성을 수행합니다. 고온에서는 암흑 호흡과 광호흡이 증가하여 순광합성량이 감소합니다.
- 수분: 수분이 부족하면 기공이 닫혀 $\text{CO}_2$ 흡수가 제한되므로 광합성이 급격히 감소합니다.
- 이산화탄소: 대기 중 $\text{CO}_2$ 농도가 높아지면 일반적으로 $\text{C}_3$ 식물의 광합성량이 증가합니다.
- 무기영양: 특히 질소(N)는 엽록소와 광합성 효소의 구성 성분으로 광합성 능력에 큰 영향을 미칩니다.