태양에너지와 식물

 광합성에 의한 식물의 태양에너지의 이용은 매우 적은 편인데 일반 작물에서는 대개 2~4%(C3식물은 2.3~2.6% 정도, C4식물은 4%정도)를 이용하고, 생육이 빈약한 작물은 0.5~1% 정도 이용하는데 불과하다고 합니다. 이것은 온도, 수분, 이산화탄소의 농도 등이 제한 인자로 작용하므로 광을 투사한계까지 이용 할 수 없기 때문이지요.

 광의 강도 즉 광도는 전태양광선의 20%까지는 작물의 물질 생산이 비례적으로 증가하는데 그 이상의 광도에서는 증가율이 점차 약해집니다. 이것은 대기 중의 이산화탄소의 함량이 0.03%로 제한되어 있기 때문이란 것을 전편에 언급한바 있습니다.

 앞에서 본 바와 같이 현재 지구상에서 재배되고 있는 작물이 이용하고 있는 태양에너지는 지구상에 도달되는 양의 2~4%에 불과하며 수분, 양분의 보급조건이 불충분할 때에는 이보다도 훨씬 낮은 이용률에 머무르게 됩니다.

2월호의 1편에서 잠시 언급했지만 C6H12O6라는 단순한 화학식의 탄수화물을 기술과 과학이 고도로 발달한 현재에도 인공적으로 합성하지 못하고 있습니다.
그렇다면 지구상에 도달하는 태양에너지의 2~4%로 우리가 살아가고 있다고 해도 그렇게 틀린 말은 아닐 것입니다.
우리는 식물이 광호흡을 통해 생산하는 신선한 산소로 숨쉬고 있고, 풀 한포기, 나무 한그루에서 생산되는 식량을 먹고 살아가고 있습니다.
우리들 생명의 원천인 공기와 식량을 우리가 예사로 생각하고 있는 식물이 묵묵히 담당하고 있는 것입니다.

 지표면에 도달된 광에너지는 녹색식물에 의하여 유기물(탄수화물)을 합성하고 산소와 물을 방출하는 광합성에 불가결한 요소가 되고 간접적으로는 공기, 토양 및 생물체의 온도를 높여줌으로써 증산, 호흡을 활발하게 할 수 있도록 만들어 양수분의 흡수를 높여주게 됩니다.
 흡수작용은 광이 없는 경우에도 이루어지고 있으므로 식물은 생활에 필요한 호흡의 전량을 제한 나머지의 유기물(탄수화물)만이 체내에 축적되게 됩니다. 따라서 광합성작용이 원활히 이루어지게 되면 작물은 건전하게 발육하여 생산량도 많고 수확물의 품질도 좋아집니다.
 광이 비치면 온도가 높아져서 증산작용이 활발해지고, 광합성에 의해서 동화물질이 생산, 축적되며 공변세포의 삼투압이 높아지고 흡수가 활발해져서 기공을 열게 함으로써 증산을 조장하게 됩니다.
 줄기나 초엽에서는 광이 비친 쪽, 즉 옥신의 농도가 낮은 쪽의 생장속도가 반대쪽보다 낮아져서 광을 향하여 구부러지는 향광성을 나타냅니다. 그러나 뿌리에서는 그와 반대현상인 배광성을 나타냅니다. 이와같이 식물이 광이 비치는 방향에 반응하여 굴곡반응을 나타내는 것을 굴광현상이라고 합니다. 굴광현상에는 400~500nm(나노미터) 특히 440~480nm의 청색광이 가장 유효하다고 합니다.
 난초잎도 마찬가지라는 것을 여러분들도 아실 것입니다. 보통은 분을 이리저리 돌려가며 잎을 예쁘게 만들려고 하지만 어떻게 하다보면 잎이 꾸불꾸불해져 버리는 경우가 많습니다.

광질과 식물

 광이 없을 때에는 엽록소의 형성이 저해되고 에티올린이란 담황색 색소가 형성 되어서 황백화 현상을 일으킵니다. 이 현상은 광을 받을 수 있는 조건이 되면 엽록소가 형성되므로 아예 엽록소가 만들어 질 수 없는 형질을 타고난 유령(백자)의 경우와는 다릅니다.
 엽록소의 형성에는 450nm을 중심으로 한 430~470nm의 청색부분과 650nm을 중심한 620~470nm의 적색부분이 가장 효과적입니다.
광의 강도,즉 빛의 세기를 우리는 광도라고 했습니다.
또한 광량이란 식물이 얼마나 많은 빛을 받는지를 나타냅니다.
그리고 광의 성질, 즉 빛의 파장을 광질이라고 합니다.


                 원자외선 - 근자외선 - 가시광선 - 근적외선 - 원적외선

자외선(uv) 같은 짧은 파장의 광은 식물의 신장을 억제시킵니다. 반대로 광이 부족하거나 자외선의 투과가 적은 상태에서는 식물이 도장하게 됩니다.
 광이 많이 비치면 광합성이 조장되어 탄수화물의 축적이 많아지며 따라서 C-N율(탄수화물과 질소의 비율)이 높아져서 꽃눈형성이 촉진됩니다. 광이 비치는 시간 즉 일장도 화성과 개화에 영향이 크다고 합니다. 춘란은 일장과의 개연성이 아니라 온도의 영향으로 꽃눈이 형성된다고 알려져 있습니다. 또한 개화시각을 보아도 작물의 대부분은 광이 있을 때에 개화합니다. 그러나 수수나 달맞이꽃처럼 광이 없을 때만 개화하는 것도 있기는 합니다.

 광합성에는 675nm을 중심으로 한 650~700nm의 적색부분과 450nm를 중심으로 한 450~500nm 청색부분이 가장 효과적이고 녹색, 황색, 주황색 부분은 투과, 반사되어 효과가 적습니다. 그래서 잎의 색이 녹색인 것이지요.
 태양광선의 파장은 280nm부터 1,000nm까지의 범위에 있는데 400nm보다 짧은 파장의 광선을 자외선(320nm이하)이라 하며 800nm보다 긴 파장의 광선을 적외선(780nm)이라고 합니다.
 자외선과 적외선 사이의 400~700nm까지의 광선을 가시광선이라 하며 이것은 우리 눈으
로 볼 수 있는 부분이고 식물의 생육에 가장 중요한 광선이며 그중에서도 특히 575~720nm까지의 파장일 때 광합성 작용이 가장 왕성하게 이루어진다고 알려져 있습니다.
 그러나 340nm 이하의 자외선은 광합성에 유해하게 작용한다고 합니다.

 파장이 긴 적외선의 적색광은 열을 동반하므로 기공의 개폐를 촉진시켜 증산을 활발하게 하고 엽록소의 생성에도 좋은 영향을 주기 때문에 동화기능을 높이는 효과가 있는 듯 하며 실제로 아침보다도 적색선이 많이 쪼이는 석양이 동화작용에 더 유효하다는 것도 알려져 있습니다. 그러나 너무 많이 적외선을 쪼이게 되면 식물은 도장을 하게 됩니다.

적외부 : 1. 1,000이상 - 식물에 대한 특별한 작용은 없고 식물체에 흡수되면  대부분 열로 됨.
            2. 1,000~700 - 식물을 신장시키는 작용을 함.
가시부 : 1. 700~610 - 광합성과 광주성에 유효
            2. 610~510 - 광합성에는 크게 유효하지도 못하고 형성작용도 낮음.
            3. 510~400 - 광합성 및 광주성에 유효, 적색광에 대하여도 유효.
자외부 : 1. 400~315 - 형성작용이 있고 초장은 짧고 잎은 두터워짐.
            2. 315~280 - 식물에 유해.
            3. 280nm이하-식물을 죽임.