[기본서 내용]
광합성은 녹색식물이 태양에너지를 이용하여 이산화탄소($\text{CO}_2$)와 물($\text{H}_2\text{O}$)을 원료로 유기물인 탄수화물을 합성하는 과정입니다. 수목 생장을 위한 에너지원의 핵심이며, 주로 잎의 유육조직에 있는 엽록체에서 일어납니다.
1. 광합성의 기작
광합성은 크게 명반응과 암반응의 두 단계로 나뉩니다.
명반응(Light Reaction): 엽록체의 그라눔(granum)에서 일어나며, 햇빛이 있어야 진행됩니다. 물($\text{H}_2\text{O}$)을 분해하여 산소($\text{O}_2$)를 방출하고, 암반응에 필요한 에너지원인 ATP와 NADPH를 생산합니다.
암반응(Dark Reaction): 엽록체의 스트로마(stroma)에서 일어나며, 명반응에서 만든 에너지를 이용하여 이산화탄소($\text{CO}_2$)를 환원시켜 포도당과 같은 탄수화물을 합성합니다.
2. 암반응에 따른 식물 분류
- C-3 식물: 대부분의 수목이 해당하며, $\text{CO}_2$를 고정하여 처음 만드는 화합물의 탄소 수가 3개(3-PGA)입니다. 루비스코(Rubisco) 효소가 관여합니다.
- C-4 식물: 옥수수, 사탕수수 등 일부 식물이 해당하며, 고온과 강한 빛에서 광합성 효율이 높고 광호흡이 적습니다.
- CAM 식물: 사막의 다육식물처럼 밤에 기공을 열어 $\text{CO}_2$를 고정하고 낮에 당을 합성하여 수분 손실을 최소화합니다.
3. 광합성에 영향을 주는 요인
- 광도: 광보상점 이상에서 광합성이 이루어지며, 광포화점에 이르면 빛이 강해져도 광합성량은 더 이상 증가하지 않습니다. 양수는 음수보다 광보상점과 광포화점이 높습니다.
- 온도: 온대지방 수목은 대개 $15\sim25^\circ\text{C}$에서 최대 광합성을 수행합니다. 너무 높은 온도는 효소 기능을 떨어뜨리고 광호흡을 촉진하여 순광합성량을 감소시킵니다.
- 이산화탄소: 대기 중 $\text{CO}_2$ 농도가 증가하면 일반적으로 광합성량도 증가합니다.
- 수분: 수분이 부족하면 기공이 닫혀 $\text{CO}_2$ 흡수가 제한되므로 광합성이 급격히 감소합니다.
- 무기양분: 특히 질소(N)는 엽록소와 광합성 효소의 구성 성분으로 광합성 능력에 큰 영향을 미칩니다.
4. 광호흡(Photorespiration)
- 빛이 있을 때 엽록체에서 산소($\text{O}_2$)를 소모하고 $\text{CO}_2$를 방출하는 과정입니다. C-3 수목은 고정된 탄소의 $20\sim40\%$를 광호흡으로 소모하여 광합성 효율이 낮아지는 원인이 되기도 하지만, 강한 빛으로부터 광합성 기구를 보호하는 역할을 하기도 합니다.