광합성과 호흡
원시림에는 아무도 거름을 주는 사람이 없지만 몇 백 년을 자란 큰 나무들이 울창하게 서 있다. 나뭇잎이 떨어져 땅이 기름지게 되어 나무의 영양분이 되고 있으니까 나무가 잘 자란다고 생각할 수도 있다. 물론 틀린 말은 아니다. 그런데 그 떨어진 낙엽은 자기 몸의 일부분이다. 그렇다면 그 식물들은 자기 몸의 일부분에서 만들어진 영양분을 섭취하고 사는 것이라는 말이 된다.
음식을 먹지 않고 성장하는 생물
식물은 음식을 먹지 않고 어떻게 살 수 있는가.
녹색식물은 공기 속이나 물 속의 이산화탄소를 빨아들이고 산소를 뱉는다는 사실이 18세기에 발견되었다. 그리고 19세기에는 잎 속에서 녹말 등의 유기화합물이 만들어지고 있다는 것도 알게 되었다. 녹색식물은 빛의 에너지를 이산화탄소와 물을 원료로 하여 포도당이나 녹말을 스스로 얻는다.
그리고 이 포도당으로써 지방・단백질・비타민 등의 유기화합물을 몸 안에서 만들 수 있는 것이다. 그리고 식물은 음식물의 형태로 영양을 섭취하지 않아도 성장할 수 있는 것이다. 이 광합성은 땅 위에서 자라는 식물이거나 물속에서 자라는 식물이거나에 관계없이 동일하게 행하여지고 있다.
영양을 만드는 조직
식물이 빛의 에너지에 의하여 이산화탄소와 물로 유기탄소화합물을 만들어내는 것을 광합성 또는 탄소동화작용이라 한다.
영양을 만드는 엽록체
녹색식물은 엽록체라는 조직을 가지고 있다. 엽록체 안에는 클로로필이라는 녹색 색소가 있어서 빛을 엽록체 속에 끌어들이는 중요한 작용을 한다. 식물은 엽록체 속에서 빛의 에너지를 이용하여 잎의 숨구멍으로부터 끌어들인 이산화탄소와 뿌리에서 빨아올린 물을 원료로 하여 당분을 만들면서 동시에 산소를 밖으로 내보낸다.
엽록체에서 만들어진 당분은 다시 녹말로 변한다. 그러나 백합・파 등의 외떡잎식물에서는 다른 것으로 변하지 않고 당분 그대로 잎 속에 남는다.
광합성 반응에는 빛을 필요로 하는 明반응과 온도를 더 필요로 하는 暗반응과의 2단계의 과정이 있고, 포도당을 만드는 탄소 C와 산소 O₂는 이산화탄소에서 얻고, 수소는 물에서 얻어지는 것으로 알려져 있다. 또 숨구멍으로 나가는 산소는 물에서 나온다는 것도 밝혀졌다.
영양분은 어디로 가는가
광합성에 의하여 만들어진 녹말은 물에 녹는 포도당으로 분해된다. 분해된 포도당은 체관을 지나 식물의 각 부분으로 운반된다. 그리하여 식물의 세포 속에서 지방・단백질・비타민이나 그 밖의 물질로 바뀌어져 식물의 성장을 촉진하게 된다. 당분은 호흡작용에 의하여 생활에너지를 내는데 이용되고 나머지는 씨나 땅 속 줄기, 뿌리 등에 저장된다.
녹말이 생기는 실험
빛을 받지 못하게 잎 일부분을 은종이로 싸고 충분히 햇볕에 쬔 녹색잎을 준비한다. ➡ 잎을 열탕에 넣어 부드럽게 한다. ➡ 잎을 알콜이 든 비이커에 넣고, 60~70℃ 물이 든 그릇에 비이커를 넣어 엽록체를 제거한다. ➡ 잎을 열탕에 넣어 부드럽게 한다. ➡ 종이로 잎의 물기를 닦는다. ➡ 잎을 요오드용액에 적신다. ➡ 녹말이 생긴 곳은 보라색으로 변한다. 빛을 받지 못한 부분에는 녹말이 생기지 않는다.
온도와 빛의 작용
광합성은 빛・이산화탄소・물 이외에도 온도 사이에서 미묘하게 작용한다. 이산화탄소는 공기 전체 부피의 0.03%가량이 들어있다. 그러나 빛이 충분한 경우에 인공적으로 이산화탄소의 양을 증가시키면 광합성은 몇 배나 활발하게 이루어진다. 또 잎에 닿는 빛의 양이 많을수록 광합성은 활발하다. 그러나 그것도 일정한 한계가 있으며, 이산화탄소의 양과 온도의 높낮이에 따라 미묘한 관계가 있으므로, 빛의 양만으로는 광합성이 활발하고 활발하지 않음을 결정할 수 없는 것이다. 탱야의 빛은 빨강에서부터 보라까지 여러 가지 색이 혼합되어 있다. 그 중에서 적색~황적색, 다음으로 청색~청자색이 광합성에 가장 필요하다는 사실이 실험을 통해 밝혀졌다. 또 전등과 같은 인공광선으로도 광합성이 이루어지고 있다. 광합성에 가장 알맞은 온도는 15℃~30℃이다. 빛과 이산화탄소가 충분하면 30℃까지는 온도가 올라가는 것과 비례하여 광합성 속도가 증가하고, 10℃ 올라가는데에 약 2배가 증가된다고 한다. 그러나 빛이 약할 때는 온도의 영향을 그다지 받지 않는다.