[기본서 내용]
제공된 자료에 바탕을 둔 수목의 광합성에 관한 핵심 내용은 다음과 같습니다.
1. 광합성의 정의와 의의
광합성은 녹색식물이 태양에너지를 이용하여 이산화탄소($\text{CO}_2$)와 물을 원료로 탄수화물을 제조하는 과정입니다. 이는 지구 생태계의 먹이연쇄를 통해 모든 생물이 에너지를 얻게 하는 기초가 되며, 수목의 건중량 75% 이상을 차지하는 탄수화물 대사의 출발점입니다.
2. 광합성 장소와 색소
- 엽록체(chloroplast): 광합성이 일어나는 소기관으로, 명반응이 일어나는 '그라눔'과 암반응이 일어나는 '스트로마'로 구성됩니다.
- 엽록소(chlorophyll): 가시광선 중 적색과 청색 부근의 빛을 흡수하며, 마그네슘(Mg)을 핵심 원소로 가집니다.
- 카로티노이드(carotenoid): 보조 색소로서 햇빛을 흡수하여 엽록소에 전달하고, 강한 빛으로부터 엽록소가 파괴(광산화)되는 것을 방지합니다.
3. 광합성의 기작
광합성은 크게 명반응과 암반응의 두 단계로 나뉩니다.
명반응(Light Reaction): 엽록체의 그라눔에서 진행됩니다. 태양에너지를 흡수하여 물($\text{H}_2\text{O}$)을 분해해 산소($\text{O}_2$)를 발생시키고, 이 과정에서 화학에너지인 ATP와 NADPH를 생산합니다.
암반응(Dark Reaction): 엽록체의 스트로마에서 진행됩니다. 명반응에서 생성된 ATP와 NADPH를 이용하여 $\text{CO}_2$를 환원시켜 탄수화물을 합성합니다. 대부분의 수목은 '루비스코(Rubisco)' 효소를 통해 $\text{CO}_2$를 고정하는 C-3 식물에 속합니다.
4. 광합성에 영향을 주는 요인
- 광도: 광보상점(광합성량과 호흡량이 일치하는 지점) 이상의 빛이 필요하며, 특정 광도에 이르면 더 이상 광합성량이 증가하지 않는 광포화점에 도달합니다. 음수는 양수에 비해 광보상점과 광포화점이 낮은 특징이 있습니다.
- 온도: 온대지방 수목의 최적 온도는 일반적으로 $15\sim25^\circ\text{C}$입니다. 고온에서는 루비스코 효소의 활성이 떨어지고 광호흡이 증가하여 순광합성량이 감소합니다.
- 이산화탄소($\text{CO}_2$): 대기 중 $\text{CO}_2$ 농도가 증가하면 일반적으로 광합성량과 수분이용 효율이 증가합니다.
- 수분: 수분이 부족하면 식물호르몬인 아브시스산(ABA)의 영향으로 기공이 닫혀 $\text{CO}_2$ 흡수가 제한됨으로써 광합성이 급격히 감소합니다. 침수 시에도 뿌리 호흡 장애로 인해 광합성이 저하됩니다.
- 무기영양: 특히 질소(N)는 엽록소와 루비스코 효소의 구성성분으로, 질소가 결핍되면 광합성 능력이 현저히 떨어집니다.
- 잎의 나이: 잎이 완전히 자란 직후 광합성이 가장 왕성하며, 노쇠함에 따라 점진적으로 감소합니다. 침엽수의 경우 수년 동안 광합성 능력을 유지하지만 매년 조금씩 감소하는 경향을 보입니다.