학문
즐거운가오리188
나무의 뿌리는 호흡의 기능도 있다던데 호흡은 어떤 식으로 하는 건가요?
나무의 뿌리는 흡수와 땅에 지탱하는 용도로만 쓰이는 것이 아니라
뿌리로 호흡도 한다고 하던데
땅 속에 박혀있는 상태에서
호흡은 어떤 방식으로 하는 건가요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 나무의 뿌리도 사람이나 동물처럼 호흡을 합니다. 다만 사람처럼 폐나 코를 이용하는 것이 아니라, 토양 속 공극에 들어 있는 산소를 흡수하여 세포에서 에너지를 만드는 방식으로 호흡합니다.
나무의 뿌리는 흙 속에 묻혀 있지만, 흙이 산소를 완전히 차단하는 것은 아닙니다. 흙과 흙 사이에는 눈에 보이지 않는 작은 빈 공간인 토양 공극이 존재하는데요, 이 공간에는 공기와 물이 들어 있으며, 뿌리는 주로 공기 중의 산소를 이용합니다.
뿌리의 세포에서는 산소를 이용한 세포호흡이 일어납니다. 뿌리가 흡수한 포도당과 산소를 이용해 ATP라는 에너지를 생산하고, 이 에너지를 양분 흡수와 물질 운반, 세포 성장 등에 사용하며, 이 과정에서 이산화탄소와 물이 만들어지며, 이산화탄소는 다시 뿌리 주변의 토양 공극을 통해 밖으로 확산됩니다.
땅속에 산소는 주로 대기 중의 산소가 토양 표면에서 흙 사이의 빈 공간으로 확산되어 들어옵니다. 또한 흙이 적당히 마르고 공기가 잘 통하면 산소 공급이 원활해집니다. 반대로 비가 많이 내려 흙이 물로 가득 차거나 토양이 지나치게 단단하게 다져지면 산소가 이동하기 어려워지는데요, 산소가 부족해지면 뿌리의 세포호흡과 에너지 생산이 저하되고, 심하면 뿌리가 썩거나 나무 전체가 시들 수 있습니다. 특히 맹그로브처럼 물이 자주 차오르는 습지에서 자라는 나무들은 특별한 적응을 보여주는 예시인데요, 이들은 땅 위로 뿌리 일부를 솟아오르게 하는 호흡근을 발달시켜 공기 중의 산소를 흡수합니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요, 즐거운가오리188님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 나무의 뿌리는 땅속에 묻혀 있어 스스로 빛을 받아 에너지를 만들지 못하므로, 흙 알갱이 틈새에 채워진 공기층에서 산소를 확산 작용으로 흡수해 세포 호흡을 진행하며, 이때 생산된 생체 에너지를 이용해 물과 필수 무기 양분을 능동적으로 끌어올린답니다.
■ 토양 공극 속 산소와 뿌리털을 통한 확산 작용
식물이 자라는 건강한 흙 속은 고체 알갱이로만 꽉 차 있는 것이 아니라, 모래와 유기물 틈새로 미세한 빈 공간인 토양 공극이 그물망처럼 얽혀 있습니다. 대기 중의 산소는 이 공극을 타고 흙 속 깊은 곳까지 자연스럽게 스며들어 머무르는데요. 뿌리의 맨 끝자락에 돋아난 수많은 뿌리털은 표면적이 매우 넓고 세포벽이 얇아 주변 토양 공극의 산소 분자를 받아들이기에 가장 최적화되어 있습니다. 기체의 농도가 높은 흙 속 공기층에서 농도가 낮은 뿌리 세포 내부로 산소가 자연스럽게 이동하는 단순 확산 방식을 통해 산소를 흡수하는데요. 세월이 흘러 겉껍질이 두껍고 단단해진 굵은 목질화 뿌리 역시 표면에 껍질눈이라 불리는 피목이라는 미세한 가스 통로를 열어두어 기체 교환을 쉼 없이 이어갑니다.
■ 잎에서 전달된 유기물과 세포 호흡을 통한 양분 흡수 에너지 생산
뿌리 세포가 산소를 들이마시는 궁극적인 목적은 세포 활동의 화폐인 아데노신삼인산(ATP)을 생산하기 위함입니다. 낮 동안 지상의 푸른 잎에서 광합성으로 합성된 포도당은 체관을 타고 땅속 뿌리 조직으로 쉼 없이 배달되는데요. 뿌리 세포 속의 미토콘드리아는 잎에서 내려온 당분과 흙 속에서 흡수한 산소를 결합하여 유기 호흡을 일으키고, 물과 이산화탄소를 배출하면서 막대한 화학 에너지를 만들어냅니다. 이때 생성된 에너지는 질소, 인산, 칼륨 같은 토양 속 필수 무기염류를 농도 차이를 거슬러 뿌리 안으로 빨아들이는 능동 수송 펌프를 작동시키는 데 전량 투입되는데요. 호흡 과정에서 생긴 이산화탄소는 다시 확산을 통해 흙 속으로 빠져나가 공기 중으로 흩어집니다.
■ 과습과 배수 불량으로 인한 뿌리 질식과 식물의 고사
만약 화분에 물을 너무 자주 주거나 장마철 배수가 불량하여 땅속이 물로 가득 차면, 토양 공극을 채우고 있던 산소 기포들이 모두 밖으로 밀려나게 됩니다. 물속에서 산소가 이동하는 확산 속도는 공기 중에 비해 만 배 이상 느리기 때문에, 뿌리는 순식간에 심각한 저산소증에 빠지는데요. 산소가 차단된 뿌리는 정상적인 유기 호흡을 멈추고 젖산이나 에탄올을 생성하는 비효율적인 무기 호흡을 시작하며, 독성 물질이 축적되어 세포막이 손상되는 뿌리 썩음병이 일어납니다. 호흡이 멈추면 에너지가 고갈되어 양분과 물을 흡수하는 펌프 작동이 완전히 중단되므로, 역설적이게도 물이 넘치는 환경에서도 잎이 말라 죽는 생리적 가뭄 현상이 발생하거든요.
정리하자면,
나무 뿌리의 호흡은 토양 공극에 머무는 산소를 뿌리털과 피목을 통해 확산으로 받아들이고, 잎에서 공급된 포도당을 미토콘드리아에서 분해하여 무기 양분을 흡수할 생체 에너지를 얻는 필수적인 대사 작용이며, 산소 공급이 차단되면 뿌리 질식으로 식물 전체가 고사하므로 원활한 공극과 배수가 건강한 호흡의 핵심 열쇠가 된답니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
나무의 뿌리는 물과 영양분 흡수뿐만 아니라, 살아있는 세포로 이루어져 있어 에너지를 만들기 위해 계속해서 호흡을 하는 것입니다.
땅속은 답답해 보일 수 있지만 흙에는 미세한 틈새, 즉 공극들이 많아 공기가 존재합니다. 뿌리의 표면과 뿌리털은 이 토양 공기 속의 산소를 확산 과정을 통해 흡수하고, 뿌리 세포는 이 산소로 양분을 분해해 생명활동에 필요한 에너지를 얻고, 부산물인 이산화탄소를 밖으로 배출하는 것입니다.
굵은 뿌리나 줄기의 땅속 부분은 껍질에 난 미세한 숨구멍인 피공을 통해 산소를 받아들이는데, 화분에 물을 너무 자주 주어 흙 속 틈새가 물로 꽉 차면 산소 공급이 차단되어 뿌리가 호흡하지 못하고 썩게 되는 것이죠.
그래서 나무가 건강하게 자라려면 흙에 적당한 통기성이 유지하면서 호흡할 수 있게 하는 것이 매우 중요합니다.