식물과 에너지(광합성)
광합성과 세포 호흡의 반응식과 과정, 에너지 전환을 이해한다.
식물이 엽록체에서 빛에너지를 이용해 이산화 탄소와 물로 포도당(양분)을 만들고 산소를 내보내는 과정입니다.
광합성은 '양분을 만드는 일', 세포 호흡은 '만든 양분을 꺼내 쓰는 일'입니다. 식물은 낮에 광합성으로 저장해 두고, 밤낮 없이 호흡으로 꺼내 씁니다.
쉽게 말하면
광합성은 식물의 구조와 기능에서 배운 잎의 구조와 그대로 이어집니다. 잎의 세포 안에 있는 엽록체(생물의 구성(세포)에서 본 그 초록색 알갱이)가 빛에너지를 흡수하고, 뿌리에서 올라온 물과 기공으로 들어온 이산화 탄소를 재료로 씁니다.
여기서 중요한 것은 재료가 어디서 오는가입니다. 물은 뿌리 → 물관을 타고 잎으로, 이산화 탄소는 잎 뒷면의 기공으로 들어옵니다. 흙에서 '양분'을 통째로 빨아들이는 것이 아닙니다 — 양분은 식물이 직접 만듭니다. 만들어진 포도당은 곧 녹말로 바뀌어 잎에 잠시 저장되고, 밤에 설탕으로 바뀌어 체관을 타고 줄기·뿌리·열매로 옮겨 갑니다.
광합성이 저장해 둔 에너지는 세포 호흡이 꺼내 씁니다. 세포 호흡은 미토콘드리아에서 포도당과 산소를 써서 생활에 필요한 에너지를 얻고 이산화 탄소와 물을 내놓습니다. 두 과정은 스위치처럼 번갈아 켜지는 것이 아니라, 낮에는 둘 다 동시에 일어납니다. 다만 낮에는 광합성량이 호흡량보다 훨씬 커서, 겉으로는 식물이 산소를 내보내는 것처럼 보일 뿐입니다.
결국 광합성은 지구 위 거의 모든 생물의 에너지 출발점입니다. 우리가 먹는 밥도, 숨 쉬는 산소도 원래는 빛에너지가 식물의 몸에 저장된 것입니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1검정말과 BTB 용액 — 이산화 탄소가 줄어드는 것을 눈으로 보기BTB 용액에 날숨을 불어넣으면 이산화 탄소가 녹아 노란색이 됩니다. 여기에 검정말을 넣고 빛을 비추면 다시 파란색으로 돌아갑니다. 검정말이 광합성을 하며 이산화 탄소를 써 버렸기 때문입니다. 같은 시험관을 어둠상자에 넣어 두면 색이 돌아오지 않습니다 — 빛이 광합성의 조건이라는 뜻입니다.
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예시 2잎에서 녹말 확인하기빛을 충분히 받은 잎을 뜨거운 에탄올에 담가 초록색(엽록소)을 빼낸 뒤 아이오딘-아이오딘화 칼륨 용액을 떨어뜨리면 청람색으로 변합니다. 광합성으로 만든 포도당이 녹말로 바뀌어 잎에 저장되어 있다는 증거입니다. 알루미늄 포일로 가려 두었던 부분은 색이 변하지 않습니다.
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예시 3빛을 세게 하면 광합성이 계속 빨라질까처음에는 빛이 셀수록 광합성량이 늘지만, 어느 지점을 넘으면 더 이상 늘지 않습니다. 그때부터는 빛이 아니라 이산화 탄소 농도나 온도가 발목을 잡기 때문입니다. 가장 부족한 조건 하나가 전체 속도를 정합니다.
자주 하는 오해
식물은 흙에서 양분을 빨아들여 자란다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움뿌리가 흙 속 양분을 흡수해서 식물이 자란다
실제로는식물이 자라는 데 쓰는 양분(포도당)은 잎에서 광합성으로 직접 만듭니다. 뿌리가 흡수하는 것은 주로 물과 소량의 무기 양분입니다.
광합성의 재료는 물과 이산화 탄소입니다. 식물 몸을 이루는 탄소는 흙이 아니라 공기 중의 이산화 탄소에서 옵니다. 화분의 흙이 거의 줄지 않는데도 나무가 크게 자라는 이유가 이것입니다.
식물은 낮에는 광합성만, 밤에는 호흡만 한다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움낮에 광합성 → 밤에 호흡, 이렇게 번갈아 한다
실제로는식물은 밤낮 없이 항상 호흡합니다. 낮에는 광합성도 함께, 그것도 훨씬 활발하게 할 뿐입니다.
광합성은 엽록체에서, 호흡은 미토콘드리아에서 따로 일어납니다. 서로를 끄는 스위치가 아닙니다. 낮에 산소가 나오는 것처럼 보이는 이유는 광합성으로 만든 산소가 호흡으로 쓰는 산소보다 많아서, 남은 만큼만 밖으로 나가기 때문입니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
같은 단원의 개념 — 식물과 에너지
자주 묻는 질문
Q1광합성 산물은 포도당이라는데 왜 잎에서는 녹말이 검출되나요?
만들어진 포도당은 물에 잘 녹아 세포에 그대로 두기 곤란하기 때문에, 곧바로 물에 잘 녹지 않는 녹말로 바뀌어 잎에 잠시 저장됩니다. 밤이 되면 다시 물에 잘 녹는 설탕으로 바뀌어 체관을 타고 필요한 곳으로 이동합니다.
Q2광합성에서 나오는 산소는 이산화 탄소에서 떨어져 나온 건가요?
아닙니다. 방출되는 산소는 물이 분해되어 나온 것입니다. 이산화 탄소의 탄소와 산소는 포도당을 만드는 쪽으로 갑니다. 반응식만 보면 헷갈리지만, 산소의 출처는 물입니다.
Q3밤에 식물을 방에 두면 산소가 부족해지나요?
밤에는 광합성을 하지 않고 호흡만 하므로 산소를 쓰고 이산화 탄소를 내놓는 것은 맞습니다. 하지만 식물 한두 그루가 하는 호흡의 양은 사람의 호흡에 비하면 아주 적어서 걱정할 수준이 아닙니다.
교육과정 2022 개정 · 중2 통합과학 · 식물과 에너지
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광합성의 재료인 물이 뿌리에서 잎까지 어떻게 올라가는지 궁금하다면 증산 작용과 물의 이동을 이어서 보세요.
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