67. C3, C4, CAM 식물과 굴광현상, 착색, 신장 및 개화

- C3, C4, CAM 식물

 

- C3, C4, CAM 식물은 다음과 같다.

1. C3 식물

1) CO2 고정계 :

칼빈회로(탄산으로부터 녹말이 생성되는 대사 회로. 방사성 탄소를 사용하여 미국의 화학자 캘빈(Calvin, M.)이 규명하였다. ⇒규범 표기는 ‘캘빈 회로’이다)

 

2) 잎 조직 구조 :

엽육세포(해면상 또는 울타리조직)로 분화하거나, 내용이 같은 엽록유세포에 엽록체가 많이 포함되어 광합성이 이곳에서 이루어지며, 유관속초세포는 별로 발달하지 않고, 발달해도 엽록체를 거의 포함하지 않음

 

3) 최대 광합성능력 : 15~40 (mg CO2/cm^2/시간)

 

4) CO2 보상점 : 30~70 (ppm)

 

5) 21% O2에 의한 광합성 억제 : 있음

 

6) 광호흡 : 있음

 

7) 광포화점 : 최대일사의 1/4~1/2

 

8) 광합성 적정온도 : 13~20℃

 

9) 내건성 : 약함

 

10) 광합성산물 전류속도 : 느림

 

11) 최대 건물 생장률 : 19.5±1.9 (g/m^2/일)

 

12) 건물 생산량 : 22±3.3 (ton/ha/년)

 

13) 증산율 : 450~950 (g H2O/g 건물량 증가) (다습조건에 적응)

 

14) CO2 첨가에 의한 건물생산 촉진 효과 : 큼

 

15) 작물 : 벼, 보리, 밀, 담배 등

 

2. C4 식물

1) CO2 고정계 : C4 회로+칼빈회로

 

2) 잎 조직 구조 :

유관속초세포가 매우 발달하여 다량의 엽록체를 포함하고, 그 유관속초세포의 주변에는 엽육세포(다량의 엽록체 포함)가 방사상으로 배열되어, 이른바 크랜즈(Kranz) 구조를 보이는 것이 특징임

 

3) 최대 광합성능력 : 35~80 (mg CO2/cm^2/시간)

 

4) CO2 보상점 : 0~10 (ppm)

 

5) 21% O2에 의한 광합성 억제 : 없음

 

6) 광호흡 : 유관속초세포에만 있음

 

7) 광포화점 : 최대일사 이상으로 강광 조건에서 높은 광합성률을 보임

 

8) 광합성 적정온도 : 30~47℃

 

9) 내건성 : 강함

 

10) 광합성산물 전류속도 : 빠름

 

11) 최대 건물 생장률 : 30.3±13.8 (g/m^2/일)

 

12) 건물 생산량 : 38±16.9 (ton/ha/년)

 

13) 증산율 : 250~350 (g H2O/g 건물량 증가) (고온에 적응)

 

14) CO2 첨가에 의한 건물생산 촉진 효과 : 작음(하나의 CO2 분자를 고정하기 위하여 더 많은 에너지가 필요함)

 

15) 작물 : 옥수수, 수수, 수단그래스, 사탕수수, 기장, 진주조, 버뮤다그래스, 명아주 등

 

3. CAM 식물

1) CO2 고정계 : C4 회로+칼빈회로

 

2) 잎 조직 구조 :

엽육세포는 해면상이고 균일하게 매우 발달하여 엽록체도 균일하게 분포하고 있다. 유관속초세포는 발달하지 않았다. 두꺼운 잎 조직의 안쪽에는 저수조직(식물의 저장 조직 가운데 줄기나 잎의 표피에 수분을 저장해 두는 유연한 조직. 선인장의 줄기와 용설란의 잎 따위가 있다)을 가지는 것도 특징적임

 

3) 최대 광합성능력 : 1~4 (mg CO2/cm^2/시간)

 

4) CO2 보상점 : 0~5(암중) (ppm)

 

5) 21% O2에 의한 광합성 억제 : 있음

 

6) 광호흡 : 정오 후 측정 가능

 

7) 광포화점 : 부정

 

8) 광합성 적정온도 : ≃35도씨

 

9) 내건성 : 매우 강함

 

10) 광합성산물 전류속도 : -

 

11) 최대 건물 생장률 : -

 

12) 건물 생산량 : 낮고 변화가 심함

 

13) 증산율 : 18~125 (g H2O/g 건물량 증가) (매우 적음)

 

14) CO2 첨가에 의한 건물생산 촉진 효과 : -

 

15) 작물 : 파인애플 등

 

- 굴광현상

식물의 한쪽에 광을 조사하면 조사된 쪽의 옥신(auxin, 식물의 성장을 촉진하는 생장 호르몬의 하나. 식물의 싹과 뿌리의 생장점에서 만들어져 길이 생장을 하며, 사람의 오줌, 옥수수기름, 보리 싹 따위에 포함되어 있다.

 

빛으로 파괴되며 이 호르몬의 분포가 일정하지 않을 경우 굴광성이 일어난다)농도가 낮아지고, 반대쪽의 옥신 농도가 높아진다. 줄기나 초엽에서는 광이 조사된 옥신의 농도가 늦은 쪽의 생장 속도가 반대쪽보다 낮아져서 광을 향하여 구부러지는 ‘향광성(또는 향일성, 굴광성)’을 나타내지만, 뿌리에서는 그 반대로 되는 ‘배광성(또는 배일성, 굴지성)’을 나타낸다.

 

이처럼 식물이 광조사의 방향에 반응하여 굴곡 반응을 나타내는 것을 ‘굴광현상’이라고 한다. 굴광현상에는 400~500nm, 특히 440~480nm의 청색광이 가장 유효하다. 그러나 덩굴손의 감는 운동은 굴광성으로 설명할 수 없다.

 

- 착색

광이 없을 때는 엽록소의 형성이 저해되고, 에티올린이란 담황색 색소가 형성되어 ‘황백화현상’을 일으킨다. 엽록소의 형성에는 450nm를 중심으로 한 430~470nm의 청색 광역과 650nm를 중심으로 한 620~670nm의 적색 광역이 가장 효과적이다.

 

사과, 포도, 딸기, 순무 등의 착색에 관여하는 안토시안(화청소)의 생성은 비교적 저온에서 촉진되고, 또 자외선이나 자색광 파장이 안토시안의 생성을 촉진하며, 볕이 잘 쬘 때 착색이 좋아진다.

 

- 신장 및 개화

자외선 같은 단파장의 광은 신장을 억제한다. 자외선의 투과가 적은 그늘 조건에서는 도장(질소나 수분의 과다, 일조량의 부족 따위로 작물의 줄기나 가지가 보통 이상으로 길고 연하게 자라는 일)하기 쉽다.

 

광조사가 좋으면 광합성이 촉진되어 탄수화물의 축적이 많아지고, 이에 따라 C/N율(탄소질소비, 식물체 내의 탄수화물과 질소의 비율. C/N율에 따라 생육과 개화 결실이 지배된다고도 보는데, C/N율이 높으면 개화를 유도하고 C/N율이 낮으면 영양생장이 계속된다)이 높아져서 화아형성(식물에서 일정한 영양 생장 기간이 지난 후 생식 생장 기간이 되어 꽃이나 화서가 될 꽃눈이 생기는 현상)이 촉진된다.

 

광이 조사되는 시간, 즉 일장(햇볕이 내리쬐는 시간)의 장단(길고 짧음)도 화아형성과 개화에 크게 영향을 준다. 또한, 대부분의 식물은 광이 있을 때 개화하나 수수처럼 광이 없을 때야 개화하는 것도 있다.