광합성의 제한요소-이산화탄소

  1850년대까지 대기 중의 이산화탄소 농도는 약 280㏙으로 일정하게 유지되었다. 그 이후 계속해서 증가하여 현재 대기 중의 이산화탄소는 약 400㏙이며, 매년 약 2㏙씩 증가하고 있다. 이러한 이산화탄소의 지속적인 상승은 앞으로도 계속될 것으로 예측되며, 이로 인해 지구 생태계 전반, 특히 산림이 큰 변화를 겪을 것으로 예상된다.

  일반적으로 대부분의 녹색식물은 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 광합성량이 증가하는 경향이 있다. 이로 보아 일반적으로 광량과 온도가 적절할 때 광합성에 제한을 둔 요소는 이산화탄소이다. 이는 대기 중 이산화탄소가 산소나 질소에 비해 훨씬 낮은 농도를 가지고 있으며, 이산화탄소가 엽록체로 흡수되기 위해서는 우선적으로 기공을 통해 잎 안으로 들어가 엽육조직의 세포벽과 세포막을 통과한 후 세포질에 탄산이온의 형태로 녹아야 하는 물리적인 저항이 있기 때문이다.

  광합성의 제한요소가 햇빛인지, 아니면 이산화탄소인지에 대한 대답은 양쪽 모두 가능하다. 나무가 숲을 이루고 있을 경우 그늘 속에서 자라는 음엽은 항상 햇빛이 부족한 경향이며, 반대로 햇빛을 잘 받는 양엽은 대신 이산화탄소가 부족한 경향이 있다. 특히 숲 속에서 바람이 적은 날에는 이산화탄소가 움직이지 않아 광합성이 왕성한 대낮에 이산화탄소 농도가 1/4 정도 감소하기도 한다.

  작물의 경우 이산화탄소 농도를 1,000㏙까지 증가시켜 생장량을 2배까지 촉진시킬 수 있는 사례가 있다. 그러나 상업적인 측면에서는 이산화탄소 농도를 조절하여 얻을 수 있는 최대 이득은 현재 수준보다 2배 증가시켜 평균 33%의 생산량 증가이다. 목본 식물의 경우 온실에서 묘목을 대상으로 실험한 결과, 테다소나무에서 500㏙의 이산화탄소에 32주간 노출시켜 건중량이 59% 증가한 사례와 미국흰참나무의 경우 690㏙의 이산화탄소에 40주간 노출시켜 건중량이 85% 증가한 사례가 있다. 그러나 일반적으로 600㏙ 이상에서는 건중량 생산이 증가하지 않고 오히려 감소하는 경향이 있다. 결론적으로, 이산화탄소 농도가 증가하면 수분 이용 효율이 증가하여 광합성량이 증가하는 경향을 보인다.

 

 

출처: 수목생리학(서울대학교출판문화원)