식물의 구조와 기능

뿌리

여러가지 뿌리의 생김새

 

뿌리의 생김새는 쌍떡잎식물과 외떡잎식물을 구별하는 기준이 될 수 있다.

뿌리는 형태에 따라서 곧은 뿌리, 수염뿌리, 덩이뿌리로 구분된다.

-곧은 뿌리 : 굵기가 굵은 원뿌리에 가는 곁뿌리가 가지를 뻗듯이 붙어있는 것으로 봉숭아와 같은 쌍떡잎식물의 뿌리형태이다.

-수염뿌리 : 잔디와 같은 외떡잎식물의 뿌리형태로 굵기가 비슷한 뿌리가 마치 수염처럼 한곳에 모여 난다.

-덩이뿌리 : 뿌리에 양분을 저장하는 당근이나 고구마, 무, 다알리아처럼 뿌리가 굵게 자라 덩이 모양을 이루는 것을 덩이뿌리라 한다.

 

뿌리는 씨에서 싹이 나올 때 줄기와 함께 만들어져 나옵니다. 씨 속에 들어 있는 어린뿌리는 자라서 뿌리가 되는데 이렇게 만들어진 뿌리를 ‘1차 뿌리’ 또는 ‘원뿌리’라고 합니다.

겉씨식물과 속씨식물 중 쌍떡잎식물의 경우 원뿌리가 자라나 원뿌리에서 곁뿌리가 만들어진 ‘곧은뿌리’를 가지고 있는 반면 외떡잎식물의 경우에는 원뿌리가 거의 자라지 않고 죽어 없어져 줄기의 마디 근처에서 생겨난 가늘고 수가 많은 ‘수염뿌리’를 가지고 있습니다.

수염뿌리는 어린뿌리가 자라서 된 원뿌리에 비해 식물체를 잘 지지하지는 못하지만 땅 표면 가까이에 있는 물은 더 잘 흡수하는 장점을 가지고 있습니다.

 

또한 뿌리 중에는 특수한 형태와 기능을 갖는 뿌리들도 있는데, 저장뿌리, 물뿌리, 공기뿌리 등을 들 수 있습니다.

땅속에 묻혀 있으며 양분을 저장하고 있는 뿌리를 ‘저장뿌리’라고 합니다. 여기에는 무나 당근처럼 원뿌리가 굵어져서 된 것과, 고구마나 달리아처럼 곁뿌리가 커져서 된 덩이뿌리라고 불리는 것이 있습니다.

‘물뿌리’는 뿌리가 물속으로 늘어져 있는 식물의 뿌리를 말하는 것으로 물뿌리는 물속에 녹아 있는 양분을 흡수할 뿐만 아니라, 식물이 뒤집히지 않도록 균형을 잡아 주는 역할도 합니다. 개구리밥, 부레옥잠 등의 뿌리가 여기에 속합니다.

 

식물의 뿌리는 으레 땅속으로 뻗게 마련이지만, 그렇지 않은 것도 있습니다. 뿌리 중에는 땅 위의 줄기나 잎에서 나오는 엇뿌리나 땅속의 뿌리가 땅 위로 뚫고 나온 것 등 뿌리가 공기 중에 뻗어 있는 것도 있는데 이런 것들을 ‘공기뿌리’라고 합니다.

공기뿌리에는 호흡뿌리, 버팀뿌리, 붙음뿌리. 기생뿌리 등이 있으며, 호흡뿌리는 공기 중에 뿌리를 뻗어 호흡하는 식물의 뿌리를 말합니다. 맹그로브. 낙엽송 등 수생 식물의 뿌리가 여기에 속합니다.

 

특히 맹그로브는 열대 지방 해변의 진흙에서 자라는데, 다른 식물들의 뿌리와는 반대로 진흙이나 수면 위로 뿌리를 뻗어 진흙 속의 부족한 산소를 흡수합니다.

버팀뿌리는 뿌리 부분이 아닌 줄기 부분에서 자라나 땅과 연결되는 뿌리로 일반적인 뿌리들처럼 양분을 흡수하는 기능은 없으나 줄기가 곧게 자랄 수 있도록 해 줍니다. 옥수수, 수수 등의 뿌리가 여기에 속합니다.

붙음뿌리는 다른 것에 달라붙기 위해 줄기의 군데군데에서 뿌리를 내는 식물의 뿌리를 말하며 담쟁이덩굴, 송악, 마삭나무 등의 뿌리가 여기에 속합니다.

기생뿌리는 다른 식물의 줄기나 뿌리로 파고 들어가 그 곳에서 양분을 흡수하는 뿌리를 말하는데 겨우살이, 새삼 등의 뿌리가 여기에 속합니다.

 

 

 

뿌리의 구조와 기능

뿌리의 구조

뿌리의 모양은 식물의 종류에 따라 다르지만, 뿌리의 끝부분을 살펴보면 그 구조는 비슷하다.

무씨가 싹이 터서 자란 뿌리의 표면에는 솜털 모양의 뿌리털이 많이 나 있는 것을 볼 수 있다.

뿌리털은 뿌리의 표피세포가 길게 나 있는 것으로 한 개의 세포로 되어 있다. 뿌리의 이러한 구조는 흙과 접촉하는 표면적으로 넓게 하여 식물이 살아가는데 필요한 물과 무기 양분을 잘 흡수할 수 있게 한다.

뿌리의 끝 부분에는 작은 세포들이 모인 생장점이 있고, 뿌리골무에 싸여 보호되고 있다.

생장점은 세포분열을 하여 뿌리의 길이를 자라게 한다. 뿌리털에서 흡수한 물과 무기양분은 뿌리 안쪽으로 들어가 줄기를 거쳐서 위쪽에 있는 잎으로 올라간다.

 

 

 

<뿌리의 구조>

 

뿌리털은 뿌리의 표피 세포가 길게 나 있는 것으로, 한 개의 세포로 되어있다.

뿌리의 이러한 구조는 흙과 접촉하는 표면적을 넓게 하여 식물이 살아가는데 필요한 물과 영양분을 잘 흡수할 수 있다.

뿌리의 끝 부분에는 작은 세포들이 모인 생장점이 있고, 뿌리골무에 싸여 보호되고 있다.

 

식물의 뿌리는 뿌리털, 생장점, 뿌리골무로 이루어져 있고 줄기의 표면은 표피, 뿌리털, 물과 무기양분으로 구성되어 있다

 

<식물의 뿌리털 구조>

 

뿌리의 기능

- 식물을 지지하는 기능

- 식물의 생장에 필요한 물과 양분을 흡수하여 줄기 및 잎으로 이동하는 기능

예로부터 내려오는 말 중에 ‘뿌리 깊은 나무는 바람에 흔들리지 않는다’라는 것이 있습니다.

이 말에서 알 수 있듯이 뿌리는 식물이 몸을 지탱할 수 있도록 단단히 받쳐 주는 역할을 하는데 이것을 뿌리의 ‘지지 작용’이라고 합니다.

우산이 뒤집히고 간판이 넘어갈 만큼 강한 바람이 불어도, 풀과 나무들이 잘 뽑히지 않는 것은 바로 뿌리 덕분이랍니다.

우리가 물 없이 살 수 없듯이 식물들도 물이 없으면 살아갈 수 없습니다.

이렇게 중요한 물을 땅으로부터 식물의 몸 안으로 빨아들이는 것을 뿌리의 ‘흡수 작용’이라고 합니다.

 

식물이 필요로 하는 원소

식물은 보통 흙에서 필요한 물과 무기양분을 흡수하여 살아간다.

식물이 살아가는 데에는 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 인, 철 등이 필요하며, 그 중 한가지라도 부족하면 잘 자라지 못한다.

이들 원소 중에서 탄소, 산소, 수소는 잎에서 흡수하는 이산화탄소와 뿌리에서 흡수한 물에서 얻는다. 그 밖의 원소들은 물에 녹은 상태로 뿌리에서 흡수된다.

 

물을 흡수하는 원리

뿌리가 물을 흡수하는 원리는 삼투압 현상으로 설명할 수 있습니다. 식물체를 이루고 있는 막들은 거의 모두가 반투과성 막으로 되어 있습니다. 식물이 뿌리에서 물을 흡수할 때 뿌리털과 흙 속의 물을 비교하면 흙 속의 물은 저농도이고 뿌리털 속은 상대적으로 고농도입니다. 농도 평형을 이루기 위해 흙 속에 있는 저농도의 수분이 고농도의 뿌리털 속으로 세포막을 통해 스며들게 됩니다. 뿌리는 이러한 흡수 작용을 통해 물뿐만 아니라 물속에 있는 양분도 함께 흡수합니다.

식물의 잎에서 만들어진 영양분을 뿌리에 저장하는 식물도 있는데 이것을 뿌리의 '저장 작용'이라고 합니다. 우리가 먹는 고구마나 당근이 바로 뿌리에 영양분을 저장하는 식물입니다. 저장뿌리는 주로 먹거나 약으로 사용합니다.

<삼투 현상에 의한 물의 흡수>

 줄기

줄기의 기능

식물의 줄기에는 물질의 이동통로인 물관과 체관이 있다.

-물관 : 뿌리는 형태에 따라서 곧은 뿌리, 수염뿌리, 덩이뿌리로 구분된다.

뿌리에서 흡수한 물과 무기양분은 물관을 통하여 이동한다. 물관을 이루는 세포는 위아래에 세포벽이 없어져 대롱 모양으로 되어 있다.

-체관 : 물관의 바깥쪽에는 잎에서 만들어진 양분이 이동하는 통로인 체관이 있다. 체관을 이루는 세포는 위아래 세포벽에 작은 구멍이 있어서 마치 체와 같은 모습을 하고 있다. 잎에서 만들어진 양분은 이곳을 통과하여 줄기나 뿌리, 열매로 이동한다.

 

일반적으로 물관과 체관은 여러 개가 모여 관다발을 이루고 있다. 관다발이 배열되어 있는 모양은 쌍떡잎식물에는 관다발이 규칙적으로 배열되어 고리모양을 이루며, 물관과 체관사이에 형성층이 있다.

그러나 옥수수와 같은 외떡잎식물에는 관다발이 불규칙하게 흩어져 있으며, 형성층이 없다.

형성층에서는 세포분열을 하여 줄기가 굵어지는 부피 생장을 한다.

그러나 외떡잎식물은 형성층이 없어서 부피 생장을 하지 못한다.

 

<쌍떡잎 식물 줄기의 단면도>

<외떡잎 식물 줄기의 단면도>

 

줄기의 바깥쪽에는 체관, 안쪽에는 물관이 있다.

뿌리에서 흡수한 물과 무기 양분은 물관을 통하여 이동한다.

물관을 이루는 세포는 위아래에 세포벽이 없어져 대롱 모양으로 되어있다. 물관의 바깥쪽에는 잎에서 만들어진 양분이 이동하는 통로인 체관이 있다.

 

[식물줄기의 횡단면]

 

 

 

 

봉선화 같은 쌍떡잎식물에는 관다발이 규칙적으로 배열되어 고리모양을 이루며, 물관과 체관 사이에 형성층이 있다. 그러나 옥수수 같은 외떡잎식물에는 관다발이 불규칙하게 흩어져 있으며, 형성층이 없다.

  

 

 줄기의 구조

줄기는 씨에서 싹이 나오면서 만들어지기 시작하며 줄기 끝에는 계속적인 세포 분열로 세포 수를 늘리는 생장점이 있습니다.

이 생장점은 식물이 자라기에 좋지 않은 계절에는 눈이 비늘에 덮여서, 식물이 자랄 때에는 어린잎으로 덮여서 보호됩니다.

눈은 줄기를 따라 계속해서 만들어지는데 눈이 달리는 곳을 ‘마디’라고 하며 마디와 마디의 사이를 ‘마디 사이’라고 합니다.

1차 생장(길이생장)만 하는 식물의 경우에는 마디 사이가 뚜렷하지만 2차 생장(부피생장)을 하는 식물들은 마디 사이가 희미해집니다.

1차 생장만 하는 식물 중 특히 대나무는 마디마디에 분열 조직(생장점)이 있어 다른 식물들에 비해 마디가 훨씬 뚜렷합니다.

 

▲ 동백나무 줄기의 구조

 

 

줄기를 가로로 잘라서 보면 뿌리나 잎과 마찬가지로 표피, 피층, 관다발로 구성되어 있는 것을 알 수 있습니다.

줄기의 표면을 싸서 보호하는 역할을 하는 줄기 가장 바깥쪽에 있는 한 겹의 세포층을 ‘표피’라고 합니다.

표피 안쪽에는 여러 층의 세포로 구성된 내피가 있고 그 안에는 관다발이 있습니다.

‘관다발’은 물과 무기 양분의 이동 통로인 물관과 잎에서 만든 유기 양분이 이동하는 체관, 세포 분열이 일어나 부피 생장을 가능하게 하는 형성층으로 구성되어 있는데, 외떡잎식물은 형성층 없이 물관과 체관으로만 이루어져 있습니다.

 

 

▲ 줄기 내부의 구조

 

 

나이테

나무를 가로로 자른 다음 잘라진 면을 살펴보면 색깔이 약간 짙은 원형의 테가 중심으로부터 밖으로 퍼져 나가는 모양을 볼 수 있는 데 이것을 ‘나이테’라고 합니다.

나이테는 나무의 성장 정도를 나타내는 것으로 나이테를 보면 나무의 나이를 알 수 있습니다. 나이테가 봄, 여름에 자라는 정도와 가을, 겨울에 자라는 정도가 달라서 생기는 현상입니다.

나무는 봄부터 여름까지 왕성하게 성장하므로 이 시기에 만들어진 세포는 크고 부드러우며 색도 연하게 보이는 반면, 가을부터 겨울에 걸쳐 만들어진 세포는 작고 세포벽이 두터우므로 그 부분은 단단하고 색도 진하게 나타나게 됩니다.

이런 이유로 추운 겨울철이 있는 지방의 나무에는 나이테가 확실하게 나타나지만 1년 내내 성장을 계속하는 열대 지방의 나무에는 나이테가 생기지 않게 됩니다.

   

매년 나무는 줄기와 가지가 한 마디씩 자라며 그곳에 세월을 기록한다.

봄과 초가을에 자란 넓고 밝은 색으로 나타나고 늦여름과 가을에 자란 흔적은 좁고 어둡게 나타난다. 어두운 부분과 밝은 부분이 합쳐야 하나의 나이테가 된다.

나무의 나이테를 통하여 몇 백년 전의 기후라든가 살아온 조건들까지도 알아 낼 수 있다

-춘재: 나이테에 나타난 넓고 밝은 부분(봄과 초여름에 만들어짐)

-추재: 나이테에 나타난 좁고 어두운 부분(대부분 여름과 가을에 만들어짐)

-심재: 형성층 세포가 죽은곳(대체로 안쪽에 있는 어두운 부분)

-변재: 세포 조직이 대부분 살아 있는 부분(바깥쪽의 밝은 부분)

 

 

 

줄기가 하는 일

줄기는 식물체를 지탱해 주고 추위와 더위로부터 식물을 보호해 주는 역할을 합니다. 또한 잎에서 합성된 양분은 줄기에 있는 체관을 통해 다른 조직으로 운반되며 뿌리털에서 흡수된 물과 무기 양분은 줄기의 물관을 통해 잎으로 올라가게 됩니다.

줄기는 양분과 물을 저장하기도 하는데 양분을 저장하는 식물로는 감자, 양파, 토란, 연 등을 들 수 있습니다. 선인장류는 줄기에 물을 저장하는 것으로 알려져 있는데, 이는 선인장이 건조한 환경에서도 살아남을 수 있게 도와주는 역할을 하는 것입니다.

 

▲ 줄기가 하는 일

 

줄기의 변형

줄기는 구조와 기능 측면에서 빛과 물에 예민하게 반응하기 때문에 줄기에는 많은 변형 형태가 존재하게 됩니다. 일부 식물은 기어오르고, 곤충을 잡고, 생식을 하기 위해서 줄기와 잎의 모양을 변화시켜왔습니다.

 

땅 위로 나와 있는 식물의 줄기를 땅위줄기라고 하는데, 땅위 줄기는 보통 하늘을 향해 뻗거나, 바닥을 기거나, 다른 물체를 휘감는 형태를 가지고 있습니다. 땅 위로 변형된 줄기에는 기는 줄기, 덩굴손, 가시 등이 있습니다.

 

기는 줄기는 땅 위를 기듯이 뻗어나가는 식물의 줄기를 말하는 것으로 경우에 따라서는 마디에서 뿌리를 내리기도 하는데, 대표적인 식물로는 딸기를 들 수 있습니다. 줄기가 실처럼 변하여 다른 물체를 감아 줄기를 지탱하는 덩굴손을 가진 식물로는 호박, 포도나무를 들 수 있습니다. 포도나무의 덩굴손은 처음에는 줄기처럼 곧게 뻗어나가다가 지지대를 찾으면 줄기에서 덩굴손이 나와 용수철 모양으로 변해 지지대를 감아 올라가는 형태로 자라나게 됩니다.

가시도 줄기의 변형 형태라고 할 수 있는데 가시는 줄기의 껍질이 변해서 된 것으로 이러한 가시를 가지고 있는 대표적인 식물로는 장미를 들 수 있습니다.

 

이제 땅속줄기를 살펴볼까요. 뿌리는 땅속에, 줄기와 잎은 땅 위에 있는 것이 보통이지만 식물의 종류에 따라서는 땅 속에 줄기가 있는 것도 있습니다.

이처럼 식물의 줄기가 땅 속에 있는 것을 땅속줄기라고 하는데, 땅속줄기에는 알줄기, 덩이줄기, 비늘줄기 등이 있습니다.

알줄기는 주축을 이루는 줄기가 땅 속에서 녹말 같은 양분을 저장하여 공이나 달걀 모양으로 부푼 형태의 줄기를 말하는 것입니다. 알줄기를 가지고 있는 대표적인 식물로는 토란을 들 수 있습니다.

덩이줄기는 땅 속에 있는 줄기 중 일부가 양분을 저장하여 살이 찐 둥근 모양을 하고 있는 줄기를 말하는 것으로 덩이줄기를 가지고 있는 대표적인 식물로는 감자를 들 수 있습니다.

비늘줄기는 짧은 줄기 둘레를, 많은 양분을 저장하고 있어 비대해진 잎이 여러 겹에 걸쳐 빽빽하게 둘러싸고 있는 모양을 하고 있는 줄기를 말하는 것입니다. 마늘을 비늘줄기를 가지고 있는 대표적인 식물로 꼽을 수 있습니다.

 

 

 잎

잎의 생김새

 

 

식물의 잎은 쌍떡잎식물과 외떡잎식물에 따라 모양이 다르다.

배추와 같은 쌍떡잎식물의 잎맥은 그물맥이고, 옥수수와 같은 외떡잎식물의 잎맥은 나란히맥이다.

 

※ 식물마다 잎의 생김새가 다른 까닭은 무엇일까?

식물 잎의 생김새는 식물이 살고 있는 환경에 잘 적응할 수 있게 되어 있다. 더운 지방에 사는 활엽수의 잎은 얇고 넓은 편이지만, 사막에 사는 선인장은 잎이 가시로 변해 수분증발량을 줄일 수 있어서 건조한 환경에서도 살아갈 수 있다.

기온이 낮아지면 낙엽이 되는 것도 환경에 적응하는 방법이다. 추위에 대한 보호 장치가 없는 낙엽수들은 잎을 떨어뜨려서 열과 수분의 방출량을 줄이게 된다. 이에 비해 상록수들은 어는점을 내리게 하는 물질을 합성하여 겨울에도 얼지 않고 생활할 수 있다.

 

 

잎의 속 구조

잎의 윗면과 아랫면은 표피조직으로 되어 있고, 큐티클층으로 싸여 있어서 물이 스며들지 못하게 되어 있다.

표피조직에는 두개의 공변세포로 이루어진 기공이 있어서 기체가 출입하게 된다.

광합성은 대부분 잎의 책상조직과 해면조직의 세포에서 일어나는데, 책상조직 세포에 엽록체가 더 많아 광합성이 더 많이 일어난다.

 

빛을 받는 잎의 앞면에 녹색의 세포가 울타리처럼 빽빽하게 배열되어 있는 것을 볼 수 있다. 이 세포층을 울타리 조직이라고 한다.

울타리 조직 바로 아래에는 녹색의 세포가 스펀지처럼 공간을 두고 엉성하게 배열된 해면 조직이 있다. 울타리 조직의 세포는 해면 조직의 세포보다 빽빽하게 배열되어 엽록체가 더 많기 때문에 잎의 앞면이 뒷면보다 진한 녹색을 띠는 것이다.

잎의 앞면과 뒷면에는 투명한 표피 조직이 있는데 표피 조직은 잎의 내부를 보호한다. 표피 조직이 쉽게 벗겨지는 닭의장풀을 이용하면 잎 뒷면 표피에서 공변세포를 관찰할 수 있다. 공변세포 2개가 모여 기공을 형성한다.

기공을 통해 산소와 이산화탄소가 출입하며, 뿌리로부터 올라온 물이 기공을 통해 수증기의 형태로 방출된다.

 

잎의 구조는 잎의 기능과 밀접하게 연관되어 있다.

울타리 조직과 해면 조직의 세포는 엽록체가 있어 광합성을 한다. 울타리 조직에는 엽록체가 있는 세포가 많아 광합성이 활발히 일어난다.

해면 조직에는 세포가 적어 주변 세포로 기체가 쉽게 이동할 수 있다. 잎맥에는 물관과 체관이 있어 물과 양분이 이동한다.

 

옥수수나 밀 잎의 속 구조

잎의 속 구조는 식물의 종류와 생활환경에 따라 변형된다. 옥수수나 밀과 같은 식물 잎의 단면을 관찰하면 울타리 조직과 해면 조직이 잘 구분되지 않는다. 옥수수나 밀의 잎은 비스듬히 세워져 있어서 앞뒷면 잎이 햇빛을 골고루 받기 때문이다.

 

 

 

 

잎의 여러가지 기능

우리가 주변에서 볼 수 있는 대부분의 잎은 녹색을 띠고 있다. 잎이 녹색인 까닭은 광합성을 하는 녹색의 엽록체가 많기 때문이다. 광합성은 잎에서 일어나는 가장 중요한 과정으로서, 그 외에도 잎에서는 여러 가지 일이 일어난다.

 

   

엽록체

엽록체 : 광합성이 일어나는 장소로, 잎의 엽육 세포에 가장 많이 있다.

※ 엽록체는 잎뿐만 아니라 식물체에서 녹색을 띠는 모든 부분에 있다.

 

엽육 세포

잎의 표피 안쪽에 있는 녹색의 두꺼운 부분인 엽육 조직을 이루고 있는 세포로, 잎에서 표피와 잎맥을 제외한 나머지 부분의 세포를 말한다. 울타리 조직과 해면 조직을 이루고 있다.

 

엽록체의 구조

엽록체는 외막과 내막의 2중막 구조로 되어 있으며, 내막 안쪽에 그라나와 스트로마가 있다.

엽록체는 타원형으로 두께 2~4 ㎛, 길이 4~7 ㎛정도이다.

 

 광합성

광합성이 일어나는 장소

광합성 : 엽록체에서 빛에너지를 이용하여 물과 이산화탄소로부터 유기물의 합성하는 과정

 

물+이산화탄소 --------> 포도당+산소

   

엽록체에서 빛에너지를 이용하여 이산화 탄소와 물로부터 포도당(C6H12O6)을 합성하는 과정이며, 부산물로 산소가 발생한다. 

→이산화 탄소는 수소(전자)를 얻어 포도당으로 환원되고, 물은 산소로 분해되면서 수소(전자)를 잃어 산화된다.

 

광합성이 일어나는 과정

- 햇빛을 받은 후 물관에서 물이 잎으로 올라오게 되면 식물의 잎은 기공을 통해 물과 이산화탄소를 합성시킨다.

그때 녹말과 산소로 변화시켜 산소는 다시 기공을 통해 배출하고 녹말은 잠시 모아두었다가 포도당으로 변해 체관을 통해 식물 몸 구석구석에 퍼진다.

 

광합성에 필요한 요소

물 : 뿌리털에서 흡수되어 물관을 통해 잎까지 운반

이산화탄소 : 공기 중에서 잎의 기공을 통하여 흡수

빛에너지 : 광합성의 에너지 자원

 

 

광합성으로 만들어지는 물질은?

광합성 산물

유기 양분 : 최초 유기물-포도당/녹말로 합성되어 저장

산소 : 식물체 자신의 호흡에 이용 - 나머지는 잎의 기공을 통하여 배출

 

만들어진 양분의 이동과 저장

양분의 이동과 저장 : 광합성 결과 만들어진 포도당은 일단 물에 잘 녹지 않는 녹말 형태로 변함 - 밤이 되면 다시 포도당으로 분해되어 체관을 통해 뿌리, 줄기, 열매 등으로 이동하여 저장

양분의 이용 : 식물체를 구성하거나 생장, 호흡 등 생활에 필요한 에너지원으로 사용

 

광합성에 영향을 주는 환경 요인

빛의 세기 : 빛의 세기가 강하면 강할수록 광합성량은 증가 그러나 광포화점(한계점) 이상이 되면 광합성량은 더 이상 증가하지 않음.

이산화탄소의 농도 : 한계(0.1%)까지는 농도가 높을수록 광합성량은 증가

온도 : 30℃~40℃ 에서 광합성이 가장 활발 - 40℃ 이상에서는 급격히 감소

 

광합성과 생태계의 에너지 흐름

광합성은 생태계에서 생산자가 에너지의 근원인 빛에너지를 생물체 내로 유입하는 과정으로, 생태계 에너지 흐름의 시작을 의미한다.

생산자가 생산한 광합성 산물을 소비자가 이용하면서 먹이 사슬이 형성되고, 생산자가 방출한 산소는 소비자의 호흡에 이용된다.

 

광합성의 2가지 과정

광합성은 명반응과 암반응의 2단계로 진행된다.

 

명반응

그라나에서 엽록소가 빛에너지를 흡수하여 화학 에너지로 전환하는 과정이다. 따라서 빛이 있어야 진행된다.

H2O이 분해되어 O2가 방출된다.

NADPH와 ATP를 생성하여 암반응에 공급한다.

 

암반응

스트로마에서 NADPH와 ATP를 이용하여 이산화탄소를 환원시켜 포도당을 합성하는 과정으로, 빛과 상관없이 진행된다.

➞ 명반응의 산물을 이용하여 암반응이 일어나므로 명반응이 먼저 일어나야 암반응이 일어날 수 있다.

스트로마에서 일어나는 포도당 합성 과정인 암반응을 캘빈 회로라고 한다. 이는 포도당의 합성 과정을 밝혀 노벨상을 수상한 미국의 생화학자 캘빈의 이름을 딴 것이다.

 

 

벤슨의 실험(명반응과 암반응의 관계)

1949년 벤슨은 광합성의 2가지 단계에 대해 알아보기 위해 식물에 빛과 CO2를 따로 주었을 때와 함께 주었을 때의 광합성 속도를 측정하여 그림과 같은 결과를 얻었다.

 

A, B, D, E 단계에서는 광합성이 일어나지 않았다.

→ 빛이 없으면 CO2가 있어도 광합성이 일어나지 않으며, 빛이 있어도 CO2가 없으면 광합성이 일어나지 않는다.

A에서는 광합성이 일어나지 않았으나 B에서 빛을 비춰 준 후 C에서 CO2를 공급하였더니 광합성이 잠시 동안 일어났다.

→ A와 C 단계의 조건은 동일하지만, C에서는 B 단계에서 광합성에 필요한 물질이 만들어져 공급되기 때문에 공급받은 물질이 다 소모될 때까지 광합성이 잠시 동안 일어난 것이다.

→ 광합성이 일어나려면 CO2 공급 전에 빛이 먼저 공급되어야 한다.

C에서는 광합성이 일시적으로 일어났으나, F에서는 광합성이 지속적으로 일어났다.

→ 광합성이 계속 일어나려면 빛과 CO2가 지속적으로 공급되어야 한다.

➞ 광합성에는 빛을 필요로 하는 단계(명반응)와 CO2를 필요로 하는 단계(암반응)가 있으며, 명반응이 암반응에 선행되어야 한다.

 

 

 

 

-출처: 에듀넷, 산림청, 환경부, 다음백과, 학습백과 zum,