[기본서 내용]
수목의 광합성에 관한 핵심 내용은 다음과 같습니다.
1. 광합성의 정의와 장소
- 정의: 녹색식물이 태양 에너지를 이용하여 이산화탄소($\text{CO}_2$)와 물($\text{H}_2\text{O}$)을 원료로 탄수화물을 합성하는 과정입니다.
- 장소: 주로 잎의 유세포 내에 있는 엽록체(chloroplast)에서 일어납니다. 엽록소는 그라눔(granum)에, 이산화탄소를 고정하는 효소는 스트로마(stroma)에 위치합니다.
2. 광합성 색소
- 엽록소(chlorophyll): 가시광선 중 적색과 청색 부근의 빛을 흡수하고 녹색을 반사합니다. 엽록소 $a$와 $b$가 주종을 이룹니다.
- 카로티노이드(carotenoid): 광합성 보조 색소 역할을 하며, 강한 빛으로부터 엽록소가 파괴되는 것(광산화 작용)을 방지합니다.
3. 광합성의 단계
- 명반응(light reaction): 햇빛이 있을 때만 엽록체의 그라눔에서 진행됩니다. 물($\text{H}_2\text{O}$)을 분해하여 산소($\text{O}_2$)를 발생시키고, 암반응에 필요한 에너지인 ATP와 NADPH를 생산합니다.
- 암반응(dark reaction): 햇빛이 없어도 명반응 산물(ATP, NADPH)이 있으면 스트로마에서 진행됩니다. 루비스코(Rubisco) 효소의 작용으로 $\text{CO}_2$를 환원시켜 탄수화물을 합성합니다.
4. 수목의 광합성 특성 (C-3 식물)
- 대부분의 목본식물은 광합성 초기 산물이 3탄당인 C-3 식물에 속합니다.
- 광호흡(photorespiration): C-3 식물은 낮에 광합성으로 고정한 탄소의 20~40%를 다시 분해하여 $\text{CO}_2$로 방출하는 소모적인 과정을 거칩니다.
5. 광합성에 영향을 주는 요인
- 광도(light intensity):
- 광보상점: 광합성량과 호흡량이 일치하여 겉보기 광합성량이 0이 되는 지점입니다. 양수가 음수보다 광보상점이 높습니다.
- 광포화점: 광도가 증가해도 광합성량이 더 이상 증가하지 않는 지점입니다. 보통 전광의 25~50% 수준에서 도달합니다.
- 온도: 온대지방 수목의 최적 온도는 보통 $15\sim25^\circ\text{C}$입니다. 고온에서는 암흑 호흡과 광호흡이 급격히 증가하여 순광합성량이 감소합니다.
- 이산화탄소: 대기 중 $\text{CO}_2$ 농도가 높아지면 일반적으로 광합성량도 증가합니다.
- 수분: 수분이 부족하면 기공이 닫혀 $\text{CO}_2$ 흡수가 제한되므로 광합성이 급격히 감소합니다.
- 무기양분: 특히 질소(N)는 엽록소와 루비스코 효소의 구성 성분으로 광합성에 직접적인 영향을 미칩니다.
6. 내음성에 따른 차이
- 양수(shade intolerant tree): 높은 광도에서 광합성을 효율적으로 하며 광포화점이 높습니다. 그늘에서는 호흡량이 많아 생존이 어렵습니다.
- 음수(shade tolerant tree): 낮은 광도에서도 광합성을 효율적으로 하며 광보상점과 광포화점이 낮습니다. 호흡량이 적어 그늘에서 견디는 힘이 강합니다.