안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
강한 햇빛과 고온 환경에서 식물이 광합성을 스스로 줄이는 이유는 단기적인 에너지를 얻는 것보다 세포 조직의 치명적인 손상을 막고 생존하는 것이 우선인 방어 기작이 작동하기 때문입니다. 빛 에너지가 암반응의 처리 용량을 초과하거나 수분이 부족해지면 식물은 수분 손실, 광계 파괴, 효소 변성이라는 어려움에 시달리게 됩니다.
가장 먼저 작동하는 생리 반응은 수분 손실을 막기 위한 기공 폐쇄입니다. 강한 햇빛으로 잎의 온도가 올라가고 대기가 건조해지면 증발량이 급격히 증가합니다. 이때 줄기 내부의 물기둥이 끊어지는 현상을 막기 위해 식물은 뿌리와 잎에서 공변세포를 조여 기공을 닫아 체내 수분 유출은 차단되지만, 광합성의 핵심 원료인 이산화탄소의 유입이 완전히 멈추게 됩니다. 결과적으로 명반응에서 아무리 많은 빛 에너지를 흡수하더라도 암반응인 칼빈 회로가 가동되지 못하는 병목 현상이 발생합니다.
기공이 닫히면서 증산 작용에 의한 체온 조절이 차단되면 잎의 내부 온도가 대기 온도보다 급격히 높아져 효소 변성과 광호흡이 급증합니다. 또한 온도가 오르면 기체 용해도 차이와 효소의 특성 변형으로 인해 이산화탄소 대신 산소와 결합하는 비율이 높아집니다. 이로 인해 유기물을 만들기는커녕 기존에 저장된 유기물을 분해하고 에너지를 낭비하는 광호흡이 폭발적으로 늘어나게 됩니다.
이러한 생리적 변화는 결국 식물의 실질적인 생장 저하로 이어집니다. 식물의 성장은 총광합성량에서 호흡량과 광호흡량을 뺀 순광합성량에 의해 결정됩니다.