2.4 광의 세기·파장과 광합성 속도

2.4 광의 세기·파장과 광합성 속도

– 빛의 양과 색이 나무의 생장에 어떤 영향을 줄까?

광합성은 식물이 빛 에너지를 흡수해 스스로 영양분을 합성하는 과정입니다.
하지만 단순히 ‘빛이 있으면 된다’는 것이 아니라,
빛의 세기(Intensity)와 파장(Wavelength)에 따라 광합성 속도는 극명하게 달라집니다.

수목생리학에서는 이 두 요소가 나무의 생장과 적응력, 환경 반응성까지 결정짓는 중요한 요인으로 분석됩니다.
이번 글에서는 빛의 세기와 색(파장)이 수목의 광합성에 어떤 영향을 주는지, 구체적으로 알아보겠습니다.

 1. 광의 세기(Intensity)와 광합성 속도

광의 세기란 단위 면적당 도달하는 빛의 양(광량)을 의미합니다.
빛이 강할수록 엽록소가 더 많은 에너지를 흡수하게 되고,
그만큼 광합성 반응도 빨라지게 됩니다. 하지만 일정 수준을 넘어서면 변화가 멈추게 됩니다.

 광합성 반응 곡선

구간	설명
A: 초기 구간	빛의 세기가 증가할수록 광합성 속도가 가파르게 증가
B: 완만한 증가	엽록소, 효소 포화로 인해 증가폭이 줄어듦
C: 포화 구간	광포화점 도달 → 빛을 더 주어도 광합성 속도 증가 없음

 

너무 강한 빛은?

• 광포화점을 넘는 고광량은 광피해(photoinhibition)를 유발할 수 있습니다.
• 광계 II가 손상되어 광합성 효율이 오히려 감소합니다.
• 도시 조경이나 온실에서는 광량 조절이 생리적 스트레스 예방에 중요합니다.

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 2. 빛의 파장(Wavelength)과 광합성

빛은 다양한 파장으로 구성되며, 각 파장은 다른 색깔로 인식됩니다.
엽록소는 이 중 일부 파장을 더 효율적으로 흡수하고, 일부는 반사하거나 통과시킵니다.

주요 파장 흡수 효율

 

빛의 색	파장대	광합성 효율
🔵 청색광	약 430nm	매우 높음 – 엽록소 a, b 모두 강하게 흡수
🔴 적색광	약 660nm	매우 높음 – 광계 활성에 핵심 역할
🟢 녹색광	약 550nm	반사됨 – 식물이 초록색으로 보이는 이유
🟣 자외선	400nm 이하	DNA 손상 위험 – 광합성 효율 낮음
🔶 적외선	700nm 이상	열에너지 중심 – 광합성에 영향 미미

 

엽록소는 청색광과 적색광에 가장 민감하게 반응하여 광합성 속도를 높입니다.

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 3. 수목의 광응답 특성과 실무 활용

수목은 초본식물보다 구조가 크고 복잡하기 때문에, 잎의 위치, 각도, 수관층에 따라 받는 광의 세기와 파장 구성도 달라집니다.

 

• 상층 잎: 직사광 → 강한 청·적색광 → 높은 광합성량
• 하층 잎: 산란광 위주 → 낮은 광세기 → 광보상점 근접

이러한 구조적 차이로 인해 수목은 다음과 같은 광응답 전략을 사용합니다:

전략	내용
잎 각도 조절	고광 조건에서 잎이 수직으로 회전하며 빛 흡수 조절
엽록체 재배치	음지에서 엽록체 수를 늘려 빛 흡수 효율 개선
색소 조절	카로티노이드(노란색) 등으로 광손상 방지

양엽은 높은 광도에서 광합성을 효율적으로 하도록 적응한 잎으로서 광포화점이 높고 책상조직이 빽빽하게 배열되어 있으며, 
증산작용을 억제하기 위하여 각피층과 잎의 두께가 두껍습니다. 

 음엽은 낮은 광도에서 광합성을 효율적으로 하기 위하여 잎이 양엽보다 더 넓으며, 엽록소 함량이 대체적으로 더 많고(예외 많음)
광포화점이 낮으며, 책상조직이 엉성하게 발달하고, 각피층과 잎의 두께가 얇습니다. 
따라서 한 나무 내에 양엽과 음엽을 함께 가짐으로써, 나무는 전천후로 광합성을 효율적으로 높게 할 수 있습니다. 

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 4. 실험과 응용

수목의 광응답 특성은 광합성 측정기기를 통해 객관적으로 측정할 수 있습니다.
예를 들어:

• LI-6400 포터블 광합성 시스템:
  광의 세기를 조절하며 광합성 속도(A), 기공전도도(gs), 내부 CO₂ 농도(Ci) 등을 실시간 측정
• LED 파장별 조명 실험:
  청색광 vs 적색광 vs 녹색광 하에서 수목 생장 비교 →
  인공조명 하 수목 재배 또는 도심 가로수 최적 파장 연구에 활용

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광합성은 단순히 “햇빛이 있으면 된다”는 개념을 넘어
빛의 양(세기)과 질(파장)에 따라 전혀 다른 반응을 보입니다.

•  빛이 너무 약하면 광보상점을 넘지 못해 생장 정지
•  너무 강하면 광포화점 이후 광손상
•  청색광·적색광은 광합성 촉진, 녹색광은 대부분 반사됨

수목생리학은 이러한 빛 반응 특성을 정량적으로 분석함으로써,
적절한 수종 배치, 조경 설계, 광환경 개선, 도시녹지 전략 수립 등에 실제로 적용할 수 있습니다.