광합성에 영향을 미치는 조건(빛의 세기, 이산화탄소 농도, 온도, 제한요인)

◎ 광합성에 영향을 미치는 조건

② 빛의 세기

광합성은 빛 에너지를 이용하여 물을 광분해하고 광인산화 반응을 일으키기 때문에 빛의 세기에 영향을 많이 받습니다. 일조량이 감소하여 작물과 과일의 수확량이 떨어지는 이유도 여기에 있습니다.

식물은 빛이 없는 밤에는 호흡만 하고, 빛이 있는 낮에는 호흡과 광합성을 동시에 합니다. 호흡을 할 때는 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출하며, 광합성을 할 때는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출합니다. 그러므로 식물은 밤 동안에는 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출하지만 낮이 되어 빛을 받게 되면 광합성을 시작하여 배출하는 이산화탄소의 양이 줄어들게 됩니다.

한편 하루 중 태양의 고도는 계속해서 변화합니다. 고도가 변합에 따라 식물이 받는 빛의 양도 달라지게 되는데, 이에 따라 광합성 속도도 변하게 됩니다. 우연히 호흡량과 광합성량이 같아지는 때가 생기기도 합니다. 외관상으로 이산화탄소의 출입이 없게 되는데, 이때의 빛의 세기를 보상점이라고 합니다. 그리고 보상점 이상의 빛의 세기에서는 호흡 속도보다 광합성 속도가 빨라지므로 이산화탄소가 식물체 내로 흡수되는 양이 방출되는 양보다 더 많아지게 됩니다. 그러다가 빛의 세기가 강해지더라도 어느 정도 이상에서는 광합성의 속도가 증가하지 않는데, 이 때의 빛의 세기를 광포화점이라고 합니다. 따라서 광포화점 이상에서는 이산화탄소의 흡수량도 더 이상 증가하지 않게 됩니다. 한편, 빛의 양이 많은 양지에 사는 식물은 음지에 사는 식물보다 보상점과 광포화점이 모두 더 높습니다.

그리고 이산화탄소를 방출하는 구간은 호흡량이 광합성량에 비해 많은 구간이고 이산화탄소가 흡수되는 구간은 그 반대입니다. 그래서 실제로 호흡시 배출되는 이산화탄소는 광합성에 의하여 다시 쓰이므로 “총 광합성량=순광 합성량+호흡량”이라는 식이 나옵니다. 총 광합성량이란 호흡량(이산화탄소 방충량)과 외관상 광합성량(이산화탄소 흡수량)의 합으로 나타난다는 말입니다.

 

③ 이산화탄소 농도

이산화탄소는 광합성의 암반응에서 가장 중요한 원료가 되는 물질입니다. 물질 반응에서 기질의 농도가 전체 반응 속도에 영향을 주듯이 암반응에서 이산화탄소의 농도는 광합성 전체 반응의 속도에 영향을 미치게 됩니다. 이산화탄소도 빛의 세기와 마찬가지로 어느 농도 이상에서는 광합성 속도가 더 이상 증가하지 않습니다. 하지만 그 이하의 농도에서는 농도에 따른 광합성의 속도가 비례하는 경향을 보이게 됩니다. 그리고 같은 이산화탄소의 농도라면 빛의 세기가 클수록 광합성량은 커지게 됩니다.

 

④ 온도

광합성도 생명체 내에서 일어나는 물질 대사 과정이므로 효소에 의해서 진행됩니다. 효소는 온도의 영향을 받게 되는데, 온도에 따라 광합성의 속도도 달라지게 됩니다. 대체로 약 35℃까지는 속도가 계속 증가하다가 그 이상이 되면 속도는 급격히 떨어집니다. 그 이유는 광합성 반응도 효소에 의해서 이루어지는 반응이므로, 광합성 효소가 높은 온다에 의해서 변성 작용이 일어나 반응을 제대로 조절하지 못하기 때문입니다. 게다가 같은 온도라도 빛의 세기가 강할수록 광합성 속도는 빨라집니다.

 

⑤ 제한 요인(한정 요인)

광합성에 영향을 주는 여러 가지 요인들 중에서 광합성량을 제한하는 요인을 제한 요인 또는 한정 요인이라고 합니다. 광합성은 빛의 파장과 세기, 이산화탄소의 농도, 그리고 온도의 영향을 복합적으로 받기 때문에 이 중 어느 한 가지 요인이라도 부족하면 광합성은 제한을 받게 됩니다.

 

 

※ 호기성 세균과 혐기성 세균

엥겔만의 실험에서 호기성 세균이라는 것이 나옵니다. 어느 파장에서 광합성이 잘 일어나서 산소가 많이 발생하는지 살펴보는 실험입니다.

호기성 세균(Aerobic bacteria)이란 말 그대로 산소가 있는 곳에 살면서 산소를 이용하여 영양소를 분해하고 이때 발생한 에너지를 생활에 이용하는 세균입니다. 즉, 산소를 좋아하는 세균입니다. 이들은 시토크롬계 효소를 가지고 있기 때문에 산소 호흡을 할 수 있습니다. 흔한 예로 결핵균, 대장균, 장티푸스균 등이 있습니다. 이와 반대가 되는 혐기성 세균(Anaerobic bacteria)은 산소가 없는 환경에서 생활하는 세균으로, 이는 시토크롬계 효소를 가지고 있지 않습니다. 이들은 호흡 시 산소를 최종 전자 수용체로 쓰지 않고 황, 질산, 암모니아 같은 다른 기질들을 이용합니다. 파상풍균이나 가스괴저균 같은 것이 이에 속합니다. 이들 중에는 심지어 산소가 있으면 죽는 것도 있습니다.