광합성의 원리와 환경 요인

핵심 정리

광합성은 빛에너지를 이용하여 대기 중의 이산화탄소를 고정하고 탄수화물을 합성하는 과정이다. 광합성은 잎 세포의 엽록체에서 일어나며, 엽록소가 빛에너지를 흡수한다. 미토콘드리아는 광합성이 아니라 호흡이 일어나는 장소이다.

광합성에 영향을 주는 외적 요인에는 온도, 광, 이산화탄소 농도, 수분·습도 조건, 바람 등이 있다. 광합성량은 이 요인들에 따라 달라지므로, 한 요인만으로 광합성의 크기를 판단하면 안 된다.

벼의 광합성은 이산화탄소 농도가 높아져도 일정 수준 이상에서는 더 이상 증가하지 않는다. 온도와 광합성량도 단순한 비례 관계가 아니다. 온도가 높아지면 광합성 효소 반응이 촉진되어 광합성량이 증가한다. 그러나 광합성 적온 범위에서도 고온은 호흡량을 늘려 건물생산량을 떨어뜨린다.

벼의 단위엽면적당 광합성 능력은 엽이 노화하면서 출수기 이후 떨어진다. 광합성량은 생육 시기에 따라서도 달라지므로, 시기를 함께 살펴야 한다.

자세히

온도와 광합성 적온

온도의 영향은 구간에 따라 달라지므로, 결과가 달라지는 지점을 나누어 살펴야 한다. 벼는 대체로 18~34°C의 온도 범위에서 광합성량에 큰 차이가 없다. 18°C 이하에서는 광합성이 현저히 떨어진다.

벼의 광합성 적온은 약 20~33°C이며, 적온을 넘어 온도가 높아져도 건물생산량이 계속 증가하지는 않는다.

광도와 온도가 함께 작용할 때는 35℃를 경계로 결과가 달라진다. 광도가 낮은 조건에서는 온도가 높을수록 광합성에 유리하지만, 35℃ 이상의 고온에서는 광도가 낮은 쪽이 유리하다. 온도가 생육 적온보다 높으면 광도가 높아져도 광합성은 증가하지 않고 정체되거나 감소한다.

벼의 외견상 광합성량은 대체로 기온이 35℃일 때보다 21℃일 때 더 높다. 외견상 광합성량은 진정광합성량에서 호흡량을 뺀 값이다.

빛의 종류와 세기

빛의 파장에 따라 광합성 효과가 다르다. 광합성에 효과적인 빛은 주로 청색광과 적색광이며, 녹색광은 엽록소에 잘 흡수되지 않아 효율이 낮다.

빛의 세기가 증가할수록 광합성량이 늘고 광포화점 이상에서는 일정해진다. 반대로 빛의 세기가 약해지면 광합성 속도는 낮아진다.

빛의 파장과 세기는 서로 다른 기준이므로, 파장 문제와 세기 문제를 한 문장에서 섞어 판단하면 틀리기 쉽다.

생육 단계와 엽의 노화

출수기 이후에는 하위엽이 고사하고 엽면적이 줄며 잎이 노화되어 포장 광합성량이 떨어진다.

벼 1개체당 호흡은 출수기경에 최고가 된다. 출수 전후의 광합성 능력을 비교할 때는 같은 잎이라도 생육 시기에 따라 능력이 달라지므로, 비교 시기를 고정해야 한다.

소스와 싱크, 물과 양분

잎은 광합성을 하는 소스 기관이고, 싱크는 광합성산물을 저장하는 줄기·뿌리·종자 등이다. 싱크는 소스가 만든 산물을 받아 쓰거나 저장하는 기관이라는 점에서 소스와 구분된다.

보리의 까락도 광합성을 하므로 까락이 길수록 건물 생산에 유리하다. 엽록소 함량과 광합성 능력은 벼의 물질생산능력(source)에 관련된 형질이다.