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광합성과 작물생육과의 관계

광합성과 작물생육과의 관계■ 광합성이란 ?→ 녹색 식물의 엽록체가 빛 에너지를 이용하여 공기 중에서 빨아드린 이산화탄소와 뿌리에서 흡수한 수분으로부터 탄수화물을 생성하는 작용.■ 작물생육이란 ?→ 생장(growth)란 식물이 사간이 경과함에 따라서 비가역적으로 그 크기를 더해 가는 현상을 말하며, 이와 같은 현상은 체계적으로 보면 다음과 같은 3가지 현상, 즉 세포의 분열(cell divisoion), 세포의 생장(cell enlargement) 및 세포의 분화(cell differentiation)을 거쳐 이루어진다. 식물체가 생장하려면 우선 세포가 분열되어야 한다. 이와 같은 세포분열은 식물체의 각 부분에서 똑같이 이루어지는 것이 아니라 분열기능을 가진 정단분열조직·형성층·절간분열조직 등의 분열조직(meristem)에 한해서만 이루어진다. 정단분열조직(apical meristem)은 줄기나 뿌리의 선단에 있으며, 그 조직에서 세포분열이 이루어져 세포의 수가 많아지고, 이들 세포가 새로운 조직을 형성한다. 이 부분을 생장점(growing point)이라고 하는데, 줄기의 생장점은 어린 잎으로 싸여 있고, 그 생장점에서 줄기 조직이 형성되고 원줄기가 신장함에 따라 가지, 잎, 꽃 등의 측생기관도 형성된다. 뿌리의 생장점은 근관(뿌리골무, root cap)으로 싸여 있으며, 줄기의 생장점과 같이 측생기관을 형성하지 않기 때문에 그리 복잡하지 않다. 정단분열조직에서 세포가 분열하여 수가 증가되면 그 세포들이 커짐에 따라서 세포의 분화가이루어져 제 1차 영구조직을 형성한다. 형성층(cambium)에는 유관속형성층(vascular cambium)과 코르크형성층(cork cambium)의 두 가지가 있다. 유관속형성층은 보통 형성층 또는 형성층환(cambiumring)이라고 하는데, 목질부와 인피부와의 환계면에 테모양으로 존재하며, 줄기와 뿌리를 비대생장 시킨다. 절간분열조직(intercalary meristem)은 마디가 두드러지게 명확히 나타나 보이는 식물(벼·보리이 전체의 50% 내외, 유기물이 5% 내외, 수분과 공기가 각각 25% 정도를 차지한다. 토양을 구성하는 무기물은 주로 지표상의 암석이 잘게 부숴지고 변질되는 풍화작용으로 만들어진 것이다. 풍화물이라고 불리는 이들 광물은 풍화된 자리에서 혹은 하천이나 바람, 빙하 등으로 운반되어 쌓인 후에 토양화작용을 받기 시작한다. 무기물 부분은 주로 자갈, 모래, 실트,점토, 콜로이드로 이루어져 있으며, 이중에서 모래와 실트, 점토의 상대적인 비율에 이해 토양의 조성이 결정된다. 야외에서 토양을 관찰할 때 알갱이를 눈으로 확인할 수 있으면 모래, 육안으로 볼 수는 없지만 입에 넣어 씹었을 때 스걱스걱한 느낌을주면 실트, 그렇지 않고 밀가루와 같은 매끈한 느낌이 들면 점토라고 볼 수 있다. 그러나 이보다 작은 콜로이드 이자는 현미경으로도 관찰이 어렵다. 토양을 구성하는 또 다른 중요 요소인 토양유기물은 토양내에서 미분해된 상태로 남아있는 동식물 사체의 잔류물과 그것이 변질되어 만들어진 고분자 유기화합물질인 부식(humus), 그리고 동식물의 신진대사물질을 의미한다. 토양유기물은 토양의 비옥도를 결정해 주는 가장 중요한 요인이며, 토양 구조를 형성하고 토양 수분의 함유량을 높이는 역할을 한다. 토양 수분은 토양입자들과 결합돼 있거나 혹은 입자들 사이에 존재하는 물이다. 토양수는 중력이나 토양내의 모세관 현상에 의해 토양속을 이동하면서, 토양 안에서 일어나는 각종 물리적·화학적·생물학적 작용을 일으키거나 조절하는 역할을 한다. 토양 공기는 무기물과 유기물, 토양수 사이의 빈틈을 채우고 있는 것으로, 그 일반적 특성은 대기의 화학적인 조성과 유사하다. 그러나 유기물이 부패할 때 만들어지는 이산화탄소의 농도는 대기보다 훨씬 높다. 토양 공기는 토양내에 정체된 것이아니라 대기와 항상 교환되고 있다. 통양 구성물질들은 무질서하게 분포하는 것 같지만 비교적 일정한 법칙하에서 움직이고 있으며, 그 사이의 물리 화학적 작용에 따라 토양색, 토양구조, 토양층 등과 같은 토양 특성이 결정되는 있다. 반대로 암회색이나 푸른색 계통의 토양색은 철분이 환원된 상태(FeO)로 존재하는 경우에 나타나며, 배수가 불량한 지역의 토양이 주로 이런 색을 띤다. 토양을 주의깊에 관찰해 보면 토양입자들이 일정한 구조를 가지고 있다는 것을 쉽게 알 수 있다. 토양입자들이 점토와 유기물 콜로이드, 산화철, 생물이 분비하는 점성물질 등을 매개로 특징적인 배열을 이루고 있는 것이다. 모든 토양이 이와 같은 토양구조를 가지고 있는 것은 아니지만, 구조를 가진 토양의 경우에는 그 형태가 구상, 판상, 괴상, 주상으로 대별된다. 토양구조의 형성에 있어 중요한 요인으로는 미생물의 활동, 토양내 건조와 습윤의 반복, 동결과 해동의 반복, 인간에 의한 토지이용 등이 있다. 그러나 이 모든 경우에서 토양구조의 형성에 가장 중요한 역할을 하는 것은 토양수분이다. 한 예로 토양내에서 얼음의 결정이 일단 만들어지면, 밀도차에 의해 주변 토양의 수분을 끌당겨 점차 성장한다. 얼음결정의 성장은 주위에 압력을 가해 새로운 토양구조를 형성하거나, 유기물을 탈수시켜 점착력을 증가시키게 된다. 토양의 또 다른 형태적 특성으로는 한 토양단면에서 색이나 토양의 조성이 다른 토양층(soil horizon)이 만들어진다는 사실이다. 토양층이 만들어지는 이른바 토양층의 분화는 토양의 성숙 정도와 토양이 형성되는 환경의 특성을 알려주는 중요한 척도가 되고 있다. 토양층이 잘 발달했을 경우에 나타나는 층은, 지표에서부터 O층, A층, B층, C층, R층으로 구분된다. 토양층은 토양의 특성에 따라 보다 세분되기도 하지만, 우리나라와 같은 갈색 산림토의 경우에는 야외에서 명확한 층분화를 관찰 할 수 없는 경우가 많다. O층은 나뭇잎이나 풀 등이 부분적으로 부패되어 쌓여 있는 층으로 무기물의 구성비율이 50% 미만을 차지하고 있다. A층은 토양수에 의해 광물질이 용탈된 층으로, 유기물이 부식화돼 짙은 색을 띠는 경우가 많다. A층으로부터 용탈돼 내려오는 점토나 가용성 염기, 부식은 대부분 토양층내에서 15∼50cm정의 형성등이 포함된다. 그리고 토양내에서의 이동현상으로는 아래로 혹은 옆으로 흐르는 토양수의 이동에 따른 점토와 유기물의 이동과 식물에 의한 영양염류(nutrient)의 순환, 가용성염의 용탈과 집적, 토양생물에 의한 토양층의 교란현상이 있다. 이러한 변환과 이동 과정은 유출입되는 물질과 에너지의 특성, 즉 토양을 둘러싸고 있는 환경요인에 의해 그 작용정도가 결정된다. 토양화작용은 토양이 위치한 곳의 환경과 밀접한 연관을 가지고 있으며, 수시로 변하는 환경과 밀접한 연관을 가지고 있으며, 수시로 변하는 환경요인과 평형을 유지하려는 방향으로 진행되고 있다. 도쿠체프에 의해 토양 형성작용의 이러한 측면이 제기되고 난 후, 토양학자들은 토양의 특성을 결정하는 환경요인과 그 사이의 정량적인 관계를 파악하고자 노력하고 있다. 토양의 특성을 결정하는 환경요인을 토양결정요인(state factor)이라고 하며, 여기에는 모재, 기후, 식생, 지형, 시간 등이 포함된다. 토양모재가 되는 풍화물 혹은 퇴적물에 포함된 광물과 구성원소의 특성은 토양 발달 정도를 규제하는 중요한 요인이다. 토양 사이를 흐르는 물은 풍화물 내의 수소이온 교환을 통해 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg) 등의 가용성 염기들을 용탈시키는 반면, 규소(Si), 철(Fe), 알루미늄(Al) 등과 같은 용해가 잘 되지 않는 물질들을 토양내에 잔류시킨다. 그리고 암석을 구성하는 광물들은 결정구조나 구성원소에 따라 푸오하 및 토양화작용에 의해 변환되는 정도가 크게 차이가 난다. 따라서 모재의 특성에 의해 토양의 비옥도와 발달 정도가 크게 달라질 수 있다. 예를 들어 규소와 알루미늄 산화물의 구성비가 80%를 넘는 화강암이나 풍화가 잘 되지 않는 광물들로 이루어진 사암의 경우에는 토양의 발달이나 비옥도가 극히 낮다. 반면에 석회암과 같이 칼슘과 마그네슘이 풍부한 암석에서는 비옥한 토양이 만들어진다. 과거에는 토양의 모재의 특성을 그대로 이어 받는다는 생각이 지배적이었다. 그러나 토양학이 점차 발전함에 따 물에 의하여 결정되며, 증산량이 많아 식물체 내에서 물이 부족하게 되면 생장속도가 현저하게 감소된다. 세포의 크기 증대는 세포가 물을 흡수해서 팽만상태로 되어 세포막을 늘어나게 함으로써 이루어진다. 수분이 부족한 환경에서는 식물이 만족할 만한 물을 흡수하지 못하기 때문에 체내에서 수분부족을 일으키고, 각 세포는 팽압(turgor pressure)을 잃어 생장이 저하된다. 또한, 세포의 생장에서는 세포막질 및 원형질량의 증가가 수반되는데, 이들은 모두 광합성(photosynthesis)에 의하여 생성된 물질에서 직접 또는 간접적으로 생성된 것이다.◎ 무기원소- 식물체는 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 및 그 밖의 여러 가지 무기원소로 구성되어 있다. 따라서, 이들 원소가 부족하면 생장이 저하됨은 물론 지나치게 부족하면 식물이 죽게된다. 자라고 있는 식물의 세포는 외부로부터 무기염류를 흡수함으로써 흡수압을 높게 유지하여 생장에 필요한 팽압을 유지하게 된다. 무기염류는 그것에 함유되어 있는 무기원소의 종류에 따라서 각각 특수한 생리작용을 하므로 이것이 부족하면 그에 따른 결핍상태 또는 이상생리작용을 나타내고 물질대사가 제대로 이루어질 수 없어 생장이 저해된다.◎ 빛- 빛(light)이 식물의 생장에 미치는 영향은 빛의 강도(light intensity), 빛의 지속시간(light duration), 빛의 성질(light quality) 등 3가지로 나누어 볼 수 있다. 이들 중 에서 빛의 지속시간은 특히 일장(day length)과 관계있는 것으로서 식물의 생장보다는 오히려 개화 등에 더 큰 결정적 영향을 끼치므로 이 점에 관해서는 후에 다루게 될 개화생리에서 살펴볼 수 있다.※ 빛의 강도와 식물의 생장→ 빛의 강도는 광합성의 강도와 밀접한 관계가 있으며, 동화물질의 생산량을 통하여 생장에 큰 영향을 끼치고, 따라서 빛의 강도가 약하면 일반적으로 생장이 저하된다. 벼를 약한 광선 하에서 생장시키면 총립수, 지상부의 전종률, 수종, 임실률 등이 모두 저하되지만 초

자연과학| 2009.05.17| 5페이지| 1,000원| 조회(377)

광합성, 작물생육, 생육

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