식물의 호흡
호흡으로 생활에너지를 얻는다
모든 생물은 호흡으로 생활 에너지를 얻지 못하면 살아갈 수가 없다. 식물도 광합성으로 만든 당분이 산소에 의하여 이산화탄소와 물로 분해되면서 생기는 에너지에 의하여 생활할 수 있는 것이다. 이 반응은 다음과 같이 설명된다.
포도당 + 산소 → 이산화탄소 + 물 + 생활에너지
C₆H₁₂O₆ O₂ CO₂ H₂O
이 반응은 광합성과의 반대 현상으로서 광합성이 에너지를 끌어들이는 것임에 대하여 호흡은 에너지를 내는 작용이다. 호흡에 이용되는 영양분은 당분이 대부분이다. 씨앗의 싹이 틀 때와 같은 경우에는 지방이나 단백질이 이용되는 경우도 있다. 그리고 호흡으로 내는 에너지는 식물에 필요한 물질을 만들거나 세포를 늘게 하는 등의 중요한 생활 활동에 사용되고 있다.
낮과 밤의 호흡이 다르다
식물의 호흡은 뿌리・줄기・잎 등 온몸의 세포에서 이루어지는데 그 호흡은 낮과 밤을 가리지 않고 계속된다. 그런데 낮과 밤이 호흡에는 차이가 있다. 낮에는 엽록체가 있는 녹색 부분에서 광합성에 필요한 이산화탄소가, 호흡으로 인하여 밖으로 나오는 이산화탄소의 양보다 훨씬 많다. 그러므로 숨구멍에 서는 광합성으로 생긴 산소가 나가고 있는 까닭에 호흡하는 것을 알아보기가 힘들다. 그러나 어두운 곳에서나 밤에는 광합성을 하지 않기 때문에 호흡으로 인하여 숨구멍으로 이산화탄소가 나가고 있음을 실험으로 확인할 수 있다.
호흡은 상황에 따라 변한다.
보통의 식물은 동물에 비하여 운동이나 열에너지가 적으므로 호흡은 눈에 잘 띄지 않는다. 그러나 싹이 트기 시작한 콩이나 피기 시작한 꽃과 같이 성장이 왕성한 식물은 호흡도 활발하다.
광합성과 생물의 세계
식물은 동물에게 영양과 산소를 공급하고 있다. ㅅ식물의 광합성은 생물의 세계에서 빛의 에너지를 이용하여 영양분을 만들어낼 수 있는 맨 처음의 반응이다. 광합성으로 만들어진 당분에서 단백질과 지방의 영양분이 만들어지므로 광합성이 없다면 지구상의 모든 생물이 자랄 영양분이 없어지게 된다. 그리고 동물은 광합성에 의하여 생기는 산소를 호흡에 이용하고 있다. 광합성으로 만들어진 영양분에 저장된 에너지를 생물의 생활 활동에 이용하려면 그 영양분을 산소에 의하여 분해하고 생활에너지로 바꾸는 호흡이 절대 필요한 것이다.
광합성과 호흡의 실험
위에서 살펴본 바와 같이 식물은 공기 중의 이산화탄소와 물, 그리고 태양의 광선을 원료로 하여 당분을 만들어내고 또 그 때에 산소를 내게 된다. 또 씨앗에서 싹이 틀 때와 같이 식물이 활동하고 있을 때에는 산소를 사용하여 열(에너지)를 낸다.
녹말이 생기는 실험
아침 일찍 나팔꽃 잎에 은종이를 말아서 햇빛을 받지 못하게 한다. 이틑날 오후에 그 잎을 따서 뜨거운 물에 넣어 부드럽게 한다. 그 다음 이것을 알코올에 담그면 엽록체가 빠져서 누렇게 된다. 이렇게 된 잎을 묽은 요오드용액 속에 넣으면 햇빛을 받은 부분은 보라색으로 변하고 은종이로 덮어 햇빛을 받지 못한 부분은 색이 변하지 않는다. 햇빛을 받은 부분이 보라색으로 변하는 것은 녹말이 만들어져 있기 때문이다.. 요오드용액에 넣은 녹말이 보라색으로 변하는가를 감자나 고구마로 실험해 보면 알 수 있다.
산소 발생의 실험
붕어말 검정말 같은 물 속에서 자라는 식물을 잘라서 비이커에 넣고 깔때기를 세워 물을 넣는다. 그 다음 물을 넣은 시험관을 거꾸로 세워서 깔때기를 연결한다. 이것에 햇볕을 쬐이면 시험관에 기체가 모이는 것을 볼 수 있다. 이 시험관을 거꾸로 들어내어 밑에서 성냥불을 붙여 넣으면 불꽃이 세게 타는데 이것은 시험관에 산소가 발생했기 때문이다.
호흡에 산소가 쓰이는 시험
1) 우선 입이 넓은 병 두 개를 준비한다. 그 중의 하나에 푸른 잎을 넣고 다른 하나에 싹트기 시작한 콩을 넣어 병마개로 막은 다음 어두운 곳에 둔다. 하루쯤 지나서 그 병 속에 촛불을 넣으면 꺼지는데 그것은 산소가 없어지고 이산화탄소가 생긴 때문이다.
2) 플라스크 속에 수산화칼륨과 싹트기 시작한 콩을 넣으면 한쪽 비이커에 넣은 붉은 잉크가 유리관을 통하여 올라간다. 이것은 콩에서 나오는 이산화탄소가 수산화칼륨에 흡수되어서 플라스크 안의 압력이 낮아지는 때문이다.
호흡열의 실험
싹트기 시작한 콩을 보온병에 넣고 온도계를 그 속에 꽂으면 온도가 올라가는 것을 알 수 있다. 이것은 콩이 싹틀 때의 왕성한 호흡에 의한 호흡열 때문이다.
혐기성 호흡
산소가 없는 곳에 식물체를 두면 그 식물체는 알콜과 탄산가스를 발생시킨다. 이것은 효모의 알콜 발효화 같은 것으로 고등식물이 이러한 발효를 할 때에는 이를 발효라 하지 않고 혐기성 호흡이라고 한다.
호흡상
호흡에 의하여 발생한 탄산가스의 양과 흡수되는 산소의 양과의 비를 호흡상 또는 호흡계수라고 한다. 이것은 RQ로 표시하는데, 탄수화물이 완전히 산화될 때는 1이고 굳기름에서는 약 0.7, 단백질은 약 0.8이 된다. 그러나 식물체의 호흡상은 1에 가까운 값이다.