음지식물이 양지식물보다 엽록소의 함량이 높은 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 빛이 잘 도달하지 않는 음지에서 서식하는 음지식물이 양지식물보다 엽록소의 함량이 높은 이유는 무엇인지, 왜 카로티노이드는 별로 차이나지 않는지 궁금합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
음지식물은 약한 빛을 최대한 흡수하려고 엽록소를 더 많이 합성해 광합성을 효율을 높일수 있답니다.
카로티노이드는 주로 광보호, 산화 방어용이라 빛세기 차이와 무관한 경우가 많아요
가장 큰 이유는 제한된 빛을 효율적으로 흡수하여 광합성을 하기 위함입니다.
반면 카로티노이드 함량은 양지식물과 큰 차이가 없는 편입니다.
음지식물은 빛이 부족한 환경에 적응하기 위해 광합성에 필수적인 엽록소 a와 엽록소 b의 함량을 늘려 빛을 더 많이 흡수합니다. 특히 엽록소 b는 약한 빛의 파장에서도 빛에너지를 잘 흡수하여 엽록소 a에 전달하는 역할을 합니다.
따라서 음지식물은 엽록소의 함량을 늘려 빛 수집 능력을 극대화하는 전략을 가지는 것입니다.
그리고 말씀하신 카로티노이드는 주로 강한 햇빛으로부터 엽록소를 보호하는 역할을 합니다.
강한 빛은 활성산소를 만들어 광합성 기관을 손상시킬 수 있는데, 카로티노이드가 이를 흡수해 피해를 줄이는 것이죠. 음지식물은 강한 빛에 노출될 일이 그다지 많지 않기 때문에, 양지식물처럼 과도한 광보호 기능이 필요하지 않기에 카로티노이드 함량을 늘릴 필요가 없어 양지식물과 큰 차이가 없는 것입니다.
물론 카로티노이드는 엽록소와 함께 보조 색소로도 기능하지만, 음지식물의 주된 전략은 엽록소 자체의 양을 늘리는 것이죠.
식물은 크게 양지식물과 음지식물로 나눌 수 있습니다. 우선 양지식물은 강한 빛이 충분히 공급되는 환경에서 자라므로, 많은 빛을 흡수할 필요가 없는데요 오히려 과도한 빛은 광합성 장치에 손상을 줄 수 있기 때문에, 잎을 두껍게 하고 광보호 색소를 더 활용하는 방향으로 적응을 했습니다. 반면에 음지식물은 빛이 약하고 산란광만 들어오는 환경에서 살아가므로, 가능한 빛을 최대한 효율적으로 흡수해야 합니다.
이때 음지식물은 광합성에 직접 쓰이는 엽록소 a와 보조 역할을 하는 엽록소 b의 함량을 모두 높이는데요 특히 엽록소 b의 비율이 더 증가하여, 빨강, 파랑 영역뿐 아니라 녹색 영역에 가까운 파장까지 흡수 범위를 넓힐 수 있으며 결과적으로 음지식물은 같은 빛 조건에서도 더 많은 광합성 반응을 일으킬 수 있게 된 것입니다.
또한 질문 주신 것과 같이 카로티노이드는 광보호 색소로서, 강한 빛이 들어올 때 과도한 에너지를 열로 방출하여 광계(특히 PSII)를 보호하는 역할을 하는데요 광합성에서 보조 흡수 역할도 하지만 주된 기능은 과도한 빛으로 인한 광손상 방지입니다. 따라서 양지식물은 강광에 노출되므로 카로티노이드가 반드시 필요하지만 음지식물은 빛이 약하기 때문에 카로티노이드가 많이 필요하지 않은 것입니다. 그러나 기본적인 광보호 기능은 유지해야 하므로, 크게 줄지는 않고 일정 수준 유지됩니다. 감사합니다.
음지식물은 빛이 부족한 환경에서 제한된 빛을 최대한 효율적으로 흡수하기 위해 단위 면적당 엽록소의 함량을 높여 광합성 효율을 극대화합니다. 반면, 카로티노이드 함량에 큰 차이가 나타나지 않는 것은 카로티노이드가 엽록소가 흡수하지 못하는 파장의 빛을 흡수하는 보조적 역할과 함께, 강한 빛으로부터 식물을 보호하는 필수적인 기능을 모든 식물에서 동일하게 수행하기 때문에 환경과 무관하게 일정 수준 이상으로 유지되어야 하기 때문입니다.