햇빛 과 광합성 출처 : 수목 생리 장 ( 이경준 저 ) 4 장 . 햇빛 과 광합성 4 - 1 . 태양 광선 의 생리 적 효과 태양 광선 = 자외선 + 가시광선 ( 빨 , 주 , 노 , 초 , 파 , 남 , 보 ) + 적외선 + 전파 햇빛 - 태양 광선 중 에서 인간 의 눈 에 보이 는 가시광선 ( 파장 340 ~ 760 nm ) 을 가르키 는 말 자외선 은 대기 권 을 통과 하 면서 오존층 에서 대부분 흡수 되 고 적외선 은 탄산가스 와 수분 에 흡수 된다 . 대기 권 을 통과 한 태양 광선 을 가시광선 이 주종 을 이루 며 , 녹색식물 은 ( 인간 의 눈 과 마찬가지 로 ) 가시광선 부근 의 광선 을 이용 하 여 광합성 을 한다 . 햇빛 의 3 가지 성질 ( 햇빛 의 생리 적 효과 와 관련 ) 1 ) 광질 ( light quality ) --> nm ( 파장 을 의미 , 가시광선 의 발 주노 초파 남보 ) - 나무 가 빽빽 하 게 자라 있 는 산림 의 경우 , 햇빛 이 임관 ( canopy ) 을 통과 하 여 임상 ( forest floor ) 에 도달 할 때 , 광질 ( 파장 의 구성 성분 ) 은 변한다 . - 단풍나무 활엽수림 밑 의 임상 에 는 ( 파장 이 긴 ) 적외선 이 주종 을 이루 며 ( 그림 4 - 2 ) . .. 가시광선 이 ( 단풍 임상 에서 ) 거의 모두 흡수 된다는 의미 ( 그늘 , 음지 도 이 와 유사 하 리라 추정 됨 ) - 소나무 침엽수림 밑 의 임상 에 는 가시광선 의 스펙트럼 이 골고루 분포 한다 . ... 가시광선 이 하부 까지 전달 된다는 의미 2 ) 광도 ( light intensity ) --> lx ( 빛 의 세기 를 의미 ) - 광합성 속도 에 큰 영향 을 미치 므로 , 식물 로 하여금 광도 에 따라서 적응 하 도록 유도 한다 . - 광도 에 따라 , 양엽 과 음엽 의 형태 가 다르 게 분화 , 음수 와 양수 로 진화 - 광도 가 감소 하 면 수목 의 줄기 에 비하 여 뿌리 의 생 장량 이 상대 적 으로 감소 한다 . 태양 에너지 가 식물 에 미치 는 영향 - 고 에너지 광 효과 / 저 에너지 광 효과 고 에너지 광 효과 - 광도 가 1 , 000 lx 이상 에서 나타나 광합성 을 가능 하 게 한다 . ( 광합성 은 광도 1 , 000 lx 이상 에서 가능 하 다 . ) 저 에너지 광 효과 - 광도 가 100 lx 이하 에서 도 생리 적 효과 를 나타내 는 데 , 광주 기 나 굴광성 등 은 저 에너지 효과 때문 이 다 . 3 ) 일장 ( day lenght , 광주 기 ) - 낮 과 밤 의 상대 적 길 이 - 식물 의 개 화 에 주 용 한 영향 을 미친다 . - 산림 에서 자라 는 수목 은 개화 가 광주 기 에 반응 을 보이 지 않 는 예 가 더 많 으며 , 대신 광주 기 는 생장 개시 및 휴면 에 더 중요 한 영향 을 미친다 . 4 - 2 . 광주 기개 화 줄기 생장 휴면 타파 낙엽 직경 생장 지역 품종 4 - 6 . 광합성 광합성 ( photosynthesis ) = 유럽 에서 는 탄소 동화 작용 ( carbon assimilation ) 이 라고 한다 . 1 ) 엽록소 광합성 과정 에서 여러 가지 색소 가 관여 하 는데 , 그 중 에서 가장 핵심 적 인 색소 임 엽록소 는 엽록체 라고 하 는 작 은 크기 의 소 기관 이 들 어 있 는 색소 엽록체 의 구조 는 ( 엽록소 를 함유 하 고 있 는 부분 인 ) grana 와 ( 엽록소 가 없 는 부분 인 ) srroma 로 구분 되 어 있 으며 , 각각 광반응 과 명반 을 을 담당 엽록체 는 주로 녹색 잎 의 엽육 세포 에 들 어 있 으나 , 어린 가지 의 수피 와 어린 과일 에 도 들 어 있 다 . 엽 로 소 에 는 여러 가지 종류 가 있 으나 , 목본 식물 의 경우 에 는 엽록소 a ( 청록색 ) 와 엽록소 b ( 황록색 ) 가 주종 을 이루 고 있 다 . 2 ) 흡수 스펙트럼 ( absorption ) 과 작용 스펙트럼 ( action ) 엽록소 는 ( 인간 의 눈 과 마찬가지 로 ) 태양 광선 중 에서 가시광선 부근 의 햇빛 을 주로 흡수 가시광선 중 에서 도 적색 부근 과 청색 부근 의 빛 을 흡수 하 고 , 녹색 부근 을 반사 하 기 때문 에 녹색 으로 보인다 . 엽록소 a , 엽록소 b 의 흡수 스펙트럼 을 보 면 , 녹색 부근 의 빛 을 흡수 하 지 않 고 반사 하 는 것 은 유사 하 다 . 하지만 , 파장 이 다른 빛 을 비춰서 파장 에 따른 광합성 작용 효율 을 조사 해 보 면 , 적색 광선 과 청색광 선 뿐 만 아니 라 녹 색광 을 비춰 줘도 광합성 을 효율 적 으로 실시 하 여 , 작용 스펙트럼 이 엽록소 의 흡수 스펙트럼 과 제법 다르 다는 것 을 알 수 있 다 . 따라서 , 엽록소 이외 의 녹 색광 을 효율 적 으로 흡수 하 여 광합성 에 기여 하 는 색소 가 존재 함 을 시사 한다 . ★ 입장 정리 --> - 잎 이 녹색 을 띠 는 것 은 엽록소 가 가시광선 중 에서 적색 과 청색 부근 의 빛 을 흡수 하 고 , 녹색 부근 을 반사 하 기 때문 이 다 . - 목본 식물 에서 는 엽록소 중 에서 엽록소 a , 엽록소 b 가 주종 을 이루 고 있 다 . - 엽록소 a , 엽록소 b 는 녹색 부근 의 빛 을 흡수 하 지 않 고 반사 하 지만 , 광합성 작용 의 효율 을 조사 해 보 면 , 적색 광선 과 청색광 선 뿐 만 아니 라 , 녹 생 광선 을 비춰 줘도 광합성 을 효율 적 으로 한다 . ( 즉 , 아래 그림 을 보 면 , 빨 강색 과 파랑 색구 간 에서 광합성 율 이 높 게 나타나 는 것 은 사실 이 지만 , 전체 적 으로 광합성 이 나타난다 . 실내 작물 에 빨 강색 , 파랑 색 ( LED ) 을 비춰 주 는 것 은 그 구간 에서 광합성 이 가장 높 기 때문 에 선택 하 는 것 이 다 . ) 4 - 7 . 광합성 에 영향 을 주 는 요인 1 ) 광도 광 보상점 - 암흑 상태 에서 는 식물 이 호흡 작용 만 을 함 으로써 CO 2 를 방출 한다 . 암흑 상태 에서 서서히 광도 가 증가 하 면 광합성 을 시작 하 면서 CO 2 를 흡수 하 기 시작 하 는데 , 어떤 광도 에 도달 하 면 호흡 작용 으로 방출 되 는 CO 2 의 양 과 광합성 으로 흡수 하 는 CO 2 의 양 이 일치 하 게 되 는데 , 이때 의 광도 를 의미 함 . - 광도 가 광 보상점 이상 되 어야 식물 이 살아갈 수 있 다 . - 광 보상점 은 수종 에 따라서 다르 고 , 잎 의 종류 ( 양엽 , 음엽 등 ) 나 온도 에 따라 다르 지만 , 대개 양엽 의 경우 전광 의 약 2 % 인 2 , 000 lx 가량 된다 . - 양수 와 음수 간 에 광보 상점 에 큰 차이 가 있 어서 , 양수인 소나무 는 음수 인 단풍나무 류 보다 10 배 가량 높 은 광도 에서 광보 상점 에 도달 한다 . ( 소나무 류 는 다른 나무 의 그늘 ( or 음지 ) 에서 살 수 없 지만 , 단풍나무 류 는 그늘 ( 음지 ) 에서 살 수 있 는 근거 가 여기 에 있 다 . )--> 수종 간 에 광 보상점 이 다르 기 때문 에 ( 양수 는 높 고 , 음수 는 낮 다 . ) 광포화점 - 광 보상점 이상 으로 광도 가 증가 하 면 광도 가 증가 하 는 만큼 광합성 량 이 비례 적 으로 증가 하 다가 , 어느 지점 에 오 면 광도 가 증가 해도 더 이상 광합성 량 이 증가 하 지 않 는 포화 상태 의 광도 에 도달 하 는데 , 이때 의 광도 를 광포화점 이 라고 함 - 광포화점 은 수종 과 잎 의 종류 에 따라 다르 지만 , 일반 적 으로 개개 의 잎 이나 작 은 묘목 은 전광 의 25 ~ 50 % 정도 에서 광포화점 에 도달 한다 . - 여름철 맑 은 날 의 전광 의 광도 를 100 , 000 ~ 200 , 000 lx 라고 가정 할 때 , 사과나무 잎 은 21 , 000 ~ 43 , 000 lx ( 약 21 %) 에서 포화점 에 도달 하 며 , 배나무 잎 은 53 , 000 lx ( 26 . 5 % 이상 ) 에서 광포화점 에 도달 한다 . 소나무 전체 를 기준 으로 하 면 광포화점 은 80 , 000 lx 이상 ( 40 %) 이 된다 . ★ 입장 정리 --> 음지 ( 그늘 ) 에서 나무 의 생존 가능 여부 판단 은 광도 ( lx ) 로 판단 하 며 , 이 는 광 보상점 의 개념 을 적용 하 면 , 쉽 게 이해 가 된다 . 광도 중 에서 도 전광 에 대한 % 을 해석 해 보 면 된다 . ( 즉 , 양지 에서 광도 ( 전광 ) 를 측정 하 고 , 해당 음지 에서 의 광도 를 측정 해서 , %( 비율 ) 관계 를 따져 보 면 된다 . 단풍나무 류 는 3 . 4 %, 스트로브 잣나무 10 . 4 %, 서양 측백 18 . 6 %, 사과나무 류 21 %, 소나무 류 30 % 이상 되 어야 생존 가능 하 다 . ) 양엽 과 음엽 - 하나 의 나무 에 붙 어 있 는 잎 이 라도 위치 에 따라서 광도 의 차이 가 있 다 . 양엽 ( sun leaf ) - 높 은 광도 에서 광합성 을 효율 적 으로 하 도록 적응 한 잎 . 광포화점 이 높 다 . 책상 조직 이 빽빽 하 게 배열 되 어 있 으며 , 증산 작용 을 억제 하 기 위해 큐티클 층 ( cuticle 층 ) 과 잎 의 두께 가 두껍 다 . 음엽 ( shade leaf ) - 낮 은 광도 에서 도 광합성 을 효율 적 으로 하 기 위해 잎 이 양엽 보다 더 널 으며 , 엽록소 의 함량 이 더 많 고 , 광포화점 이 낮 고 , 책상 조직 이 엉성 하 게 발달 하 고 , 큐티클 층 과 잎 의 두께 가 얇 다 . ( 나무 를 음지 에 심 으면 잎 이 커지 는 이 유임 ) 양수 와 음수 양수 ( shade intolerant tree ) - 그늘 에서 자라 지 못하 는 수종 음수 ( shade tolerant tree ) - 그늘 에서 도 자랄 수 있 는 수종 햇빛 을 좋아하 는 정도 에 따라서 구분 하 는 것 이 아니 라 , 그늘 에서 견딜 수 있 는 내음 성 의 정도 에 따라서 구분 한 것 임 ( 음수 도 어릴 때 만 그늘 을 선호 하 며 , 유묘 시기 를 지나 면 햇빛 에서 더 잘 자란다 . 모든 수목 은 성목 이 되 면 햇빛 을 좋 아 한다고 할 수 있 다 . ) 과수류 는 일반 적 으로 양수 로 구분 하 지만 , 무화과나무 와 감나무 는 사과나무 와 밤나무 에 비해 내 음성 이 약간 있 다 . 양수 는 음수 보다 광포화점 이 높 다 . 광도 가 높 은 환경 에서 는 양수 가 햇빛 을 효율 적 으로 이용 하 여 광합성 을 더 많이 함 으로써 음수 보다 생장 속도 가 빠르 지만 , 낮 은 광도 에서 는 음수 보다 광합성 량 이 저조 하 다 . 음수 는 광포화점 이 낮 기 때문 에 높 은 광도 에서 는 광합성 효율 이 양수 보다 낮 으나 , 낮 은 광도 에서 는 광합성 을 효율 적 으로 실시 함 과 동시 에 광 보상점 이 낮 고 호흡량 도 적 기 때문 에 그늘 에서 경쟁력 이 양수 보다 높 다 . 2 ) 기후 요인 3 ) 탄산가스 4 ) 수종 과 품종