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광합성의 원리

이미 많이들 들어보신 주제이지만, 그래도 한번 더 짚고 넘어가자는 마음으로 가볍게 읽어주세요. 왜냐하면 다음에 이야기할 PAR과 이어지는 내용이기 때문입니다. 

[CC BY-SA]https://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis#/media/File:Photosynthesis.gif

광합성이란?

광합성 반응식. 식물은 빛과 이산화탄소, 물을 이용해 필요한 에너지를 얻어낸다.

광합성(光合成, 문화어: 빛합성)은 지구상의 생물이 빛을 이용하여 화합물 형태로 에너지를 저장하는 화학 작용으로, 지구상의 생물계에서 볼 수 있는 가장 중요한 화학 작용의 하나이다. 지구상의 모든 생물은 삶을 유지하기 위해 에너지를 필요로 한다. 콩이 싹을 틔우고 나무가 자라며, 숨을 거두는 순간까지의 이 모든 삶의 과정은 에너지에 직접적으로 의존하여 일어난다. 에너지의 전환과 저장은 생물의 최소 단위인 세포에서 일어나며, 에너지는 화합물 형태로 저장된다. 모든 생물은 광합성으로 생성된 산물을 생체 내 연료로 사용하고 있으며 이것을 공급하는 방법이 엽록체에서 일어나는 광합성이다. - 위키백과, 광합성에서 인용.

 

중학교에서 배우지 않았나 싶을정도로 친숙한 광합성입니다. 위키백과에서의 설명처럼, 식물은 엽록체에서 일어나는 광합성을 통해 에너지를 얻고 성장합니다. 따라서 식물을 잘 기르려면 광합성을 정말 잘 알아야 하겠죠. 하지만 자세히 파고들면 들수록 복잡한 화학이야기들이 나오니, 우리는 그냥 식물이 열심히 광합성을 하도록 도와주는 것이 중요하다는 점만 기억합시다. 

광합성에 영향을 미치는 요소

결국 광합성 반응을 하기 좋도록 최적의 조건을 갖추어주려는 것이 농사의 시작이라고도 할수가 있겠습니다. 그렇다면 광합성에 중요한 요소들은 무엇이 있을까요?

먼저 이 있습니다. 광합성이라는 이름에서 알 수 있듯이 빛의 에너지를 이용합니다. 빛이 강할 수록 그리고 오래 비추어 질수록 식물은 빨리 자랍니다. (이번 코스에서 주로 다룰 내용입니다.)

그리고 이산화탄소의 농도도 중요합니다. 이산화탄소는 광합성 반응의 재료가 됩니다. 재료가 많으면 많을 수록 식물은 더 빨리 광합성 반응을 통해 더 많은 에너지를 만들겟죠. 하지만 이산화탄소는 공기중에서 매우 빠르게 퍼지기 때문에 (그래서 지구어디든 이산화탄소 농도는 비슷합니다. ) 우리가 제어하기엔 쉽지 않은 문제입니다. 실험실에서나 가능한 내용이므로 우리는 그냥 공기속에 자연스럽게 녹아있는 400ppm(계속 상승중입니다.)의 이산화탄소만 이용하기로 합니다. 

그리고 온도이 있습니다. 광합성도 결국은 화학반응의 하나이므로 온도가 너무 낮으면 제대로 반응이 일어나질 않습니다. 물은 이산화탄소와 함께 광합성의 재료죠. 

 

빛에 대해

이 4가지 요소 중에서 광합성에 쓰이는 빛에 대해 좀 더 알아봅시다.

우리가 눈으로 볼 수 있는 빛은 일부분에 지나지 않는다. 식물은 수많은 전파 중 일부분만을 광합성에 이용한다. 
https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrum#/media/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg

빛은 전파의 일부분입니다. 그리고 전파는 파장의 길이로 여러 종류로 구분되는 데, 그 중 눈으로 보이는 빛의 영역을 가시광선이라고 합니다. 파장이 길수록 붉은색, 파장이 짧을수록 보라색으로 보입니다. 빨간색보다 더 긴 파장은 적외선 (빨간색 바깥의 전파)이고, 보라색 너머의 짧은 파장은 자외선(보라색 바깥의 전파)라고 부릅니다. 

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Chlorophyll_ab_spectra-en.svg
[CC-BY-SA] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Chlorophyll_ab_spectra-en.svg

식물은 광합성을 하는데 특정한 파장의 빛만을 이용합니다. 엽록체 안에 존재하는 엽록소에서는 450nm 부근의 청색파장과 650nm 부근의 적색파장을 이용합니다. 그리고 495~570nm의 초록색 파장은 거의 흡수하지 않고 반사해 버립니다. 그래서 우리눈에 잎은 초록색으로 보이게 됩니다. 

물론 일부 식물은 엽록소 외에도 다양한 색소 화합물을 이용해서 파란색, 빨간색 이외의 파장에서도 빛을 흡수하기도 하고, 너무 강한 빛을 걸러내기도 합니다만, 우리가 기르는 대부분의 농작물은 초록색일 수 밖에 없습니다.  

따라서 햇빛이 쏟아지면 식물은 그 빛을 전부 사용하는 것이 아니라 파장별로 흡수율이 다르고, 초록색영역의 빛은 아무리 많이 비추어져도 흡수되기는 커녕 전부 반사해 버린 다는 것을 알 수 있습니다. 그러므로 식물의 생장을 촉진하려면 빨간색과 파란색 영역의 빛을 많이 비추어 주어야 한다는 점이 포인트입니다. 

 

 

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