질소의 순환
자연 속에 있는 질소는 동식물의 몸을 통해서 순환하고 있다. 식물은 땅 속의 질소화합물을 뿌리에서 빨아들이며, 또 콩무리는 박테리아의 도움을 받아 공중의 질소를 빨아들인다. 이와 같이 빨아들인 질소의 화합물을 바탕으로 하여 식물체의 성분인 단백질이 만들어진다.
동물은 이 식물을 먹음으로써 질소를 몸의 성분으로 만든다. 그리고 동물이 죽으면 박테리아의 작용으로 단백질의 질소 화합물이 분해되고 다시 식물에게 빨려 들어간다..
질소동화작용
질소동화작용이란 식물이 단백질과 같은 질소가 들어있는 유기물을 합성하는 작용을 말한다.
질소는 공기 가운데 그 부피가 5분의 4를 차지하고 있다. 또한 물속에도 많이 녹아있는데 보통 식물은 이것을 그대로 이용할 수가 없다. 따라서 흙 속의 물기에 녹아 있는 질산염이나 암모늄염 같은 것을 뿌리로부터 빨아들여서 그 가운데의 질소를 이용하고 있다. 이들 질소화합물이 다른 유기화합물과 화합하여 단백질 따위를 만들고 있다.
공중질소의 고정
흙 속에서 살고 있는 박테리아 가운데에는 공기 속에 들어 있는 유리 직접 끌어들여 질소를 몸 안에서 질소화합물을 만드는 것이다. 이와 같은 작용을 공중질소의 고정이라고 한다. 그리고 콩과 식물의 뿌리에 붙은 뿌리혹 박테리아에도 이와 같은 작용이 있다.
뿌리혹박테리아
콩과 식물의 뿌리의 혹 속에 있는 박테리아를 말한다. 뿌리혹균 또는 근류균이라고 한다.
본래 땅 속에 살고 있어서 콩과식물의 씨로부터 새 뿌리가 나오면 그 뿌리털을 거쳐 안으로 들어가 번식한다. 그 자극을 받아 뿌리의 일부가 자라서 혹이 된다.
뿌리혹균은 콩과식물로부터 물, 탄수화물 등을 얻어서 생활하고 콩과식물에게는 공기 중의 질소를 화합물로 만들어줌으로써 서로 도와가면서 생활하고 있다(공생). 그러므로 콩과식물은 질소밖에 없는 땅에 심더라도 잘 자란다.
탄소동화작용 (광합성)
식물이 빛의 에너지에 의하여 이산화탄소와 물로 유기탄소화합물을 만들어내는 작용을 광합성 또는 탄소동화작용이라 한다.
영양을 만드는 엽록체
녹색식물은 땅이나 물에서 자라는 것과 관계없이 그 녹색 부분에 엽록체라는 조직이 있다. 그 엽록체 안에는 클로로필이라는 엽록체가 있는데, 그것은 녹색의 색소이며, 빛을 엽록체 속에 끌어들이는 매우 중요한 작용을 하는 것이다. 식물은 엽록체 속에서 빛의 에너지를 이용하여 잎의 숨구멍으로부터 끌어들인 이산화탄소와 뿌리에서 빨아올린 물을 원료로 하여 당분을 만들면서 동시에 산소를 밖으로 내보낸다. 그 반응은 다음과 같이 설명된다.
이산화탄소 + 물 → 포도당 + 산소
CO₂ H₂O C₆H₁₂O₆ O₂
엽록체에서 만들어진 당분은 다시 녹말로 변한다. 그러나 백합, 파 등의 외떡잎식물에서는 다른 것으로 변하지 않고 당분 그대로 잎 속에 남는다.
광합성 반응은 대단히 복잡하며 또 짧은 시간에 이루어진다. 이 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.
그렇다면 붉은색이나 갈색의 바닷말은 광합성을 하지 않는가?
겉보기에는 붉은색이나 갈색의 색소를 지니고 있어 녹색이 눈에 띄지 않지만 역시 엽록체를 가지고 있으므로 광합성을 한다.