증산 작용과 물의 이동
식물의 증산 작용이 물의 상승과 체온 조절에 기여하는 원리, 기공 개폐 조절을 이해한다.
뿌리에서 흡수한 물이 잎의 기공을 통해 수증기 상태로 빠져나가는 현상으로, 물을 뿌리에서 잎까지 끌어올리는 원동력이자 식물의 체온을 낮추는 장치입니다.
잎에서 물이 증발하며 물기둥을 위로 잡아당기는 모습은, 빨대 끝에서 물을 빨아들이면 빨대 안 물이 통째로 딸려 올라오는 것과 같습니다. 잎이 '빨대를 빠는 입' 역할을 하는 셈입니다.
쉽게 말하면
식물의 구조와 기능에서 본 기공은 잎 표피, 특히 뒷면에 많이 있는 작은 구멍입니다. 이 구멍은 원래 식물과 에너지(광합성)에 필요한 이산화 탄소를 받아들이는 통로인데, 열려 있는 동안 물도 함께 수증기로 빠져나갑니다. 이것이 증산 작용입니다.
증산 작용이 중요한 이유는 물의 상승 때문입니다. 잎에서 물이 빠져나가면 잎의 물이 부족해지고, 물 분자끼리 서로 끌어당기는 힘(응집력) 때문에 물관 속 물기둥이 통째로 위로 끌려 올라옵니다. 뿌리에서 밀어 올리는 힘(뿌리압)과 가느다란 물관을 타고 오르는 모세관 현상도 돕지만, 키 큰 나무의 꼭대기까지 물을 올려 보내는 가장 큰 힘은 증산 작용입니다.
기공을 여닫는 것은 기공을 둘러싼 두 개의 공변세포입니다. 공변세포는 안쪽 세포벽이 두껍고 바깥쪽이 얇습니다. 물이 들어와 부풀면 얇은 바깥쪽이 더 많이 늘어나 세포가 바깥으로 휘고, 그 사이가 벌어져 기공이 열립니다. 물이 빠져나가 쭈그러들면 기공은 닫힙니다. 보통 빛이 있는 낮에 열리고 밤에는 닫힙니다.
그래서 식물은 늘 저울질을 합니다. 기공을 열면 이산화 탄소가 들어와 광합성을 할 수 있지만 물을 잃고, 닫으면 물은 아끼지만 광합성이 멈춥니다. 한여름 뜨거운 한낮에 오히려 기공을 닫아 버리는 식물이 있는 것은 이 때문입니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1잎이 있는 가지와 잎을 뗀 가지 비교하기물을 담은 눈금실린더 두 개에 잎이 달린 가지와 잎을 모두 떼어 낸 가지를 각각 꽂고, 수면에 기름을 얇게 덮어 수면에서의 증발을 막습니다. 시간이 지나면 잎이 달린 쪽의 물이 훨씬 많이 줄어듭니다. 물이 빠져나가는 통로가 주로 잎(기공)이라는 뜻입니다.
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예시 2증산 작용이 잘 일어나는 조건햇빛이 강할수록, 온도가 높을수록, 습도가 낮을수록, 바람이 잘 불수록 증산이 활발합니다. 빨래가 잘 마르는 날씨와 정확히 같습니다. 빛은 기공을 열게 하고, 온도와 바람과 낮은 습도는 수증기가 잎을 떠나기 쉽게 만듭니다.
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예시 3여름철 나무 그늘이 유난히 시원한 이유그늘이 햇빛을 막아 주는 것도 있지만, 잎에서 물이 증발하며 주변의 열을 빼앗아 가기 때문이기도 합니다. 물이 수증기로 변할 때 열을 흡수하므로, 증산 작용은 식물 자신의 온도도 낮추고 주변 공기도 시원하게 합니다.
자주 하는 오해
물이 뿌리가 밀어 올리는 힘만으로 나무 꼭대기까지 간다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움뿌리가 물을 힘껏 밀어 올려서 높은 나무 꼭대기까지 도달한다
실제로는뿌리압도 거들지만, 물기둥을 끌어올리는 가장 큰 힘은 잎에서 물이 빠져나가며 위에서 잡아당기는 증산 작용입니다.
밀어 올리는 힘만으로는 수십 미터 높이를 감당하기 어렵습니다. 물 분자들이 서로 손을 잡고 있어서(응집력), 맨 위에서 한 방울이 빠져나가면 그 아래 물기둥 전체가 딸려 올라오는 구조입니다. 밀기가 아니라 당기기가 주역입니다.
증산 작용을 물을 낭비하는 손해로만 보기
이렇게 생각하기 쉬움애써 흡수한 물을 다시 내보내니 식물에게 손해다
실제로는증산은 물과 무기 양분을 잎까지 끌어올리는 원동력이고, 식물의 체온을 낮추는 냉각 장치이기도 합니다.
물이 나가지 않으면 새 물이 올라오지 않습니다. 기공을 계속 닫아 두면 물은 아끼겠지만 이산화 탄소도 들어오지 못해 광합성이 멈추고, 잎의 온도도 위험할 만큼 올라갑니다. 증산은 광합성을 하기 위해 치르는 비용에 가깝습니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
같은 단원의 개념 — 식물과 에너지
자주 묻는 질문
Q1기공은 왜 주로 잎 뒷면에 많은가요?
앞면은 햇빛을 직접 받아 뜨겁고 건조해서, 기공이 많으면 물을 너무 많이 잃게 됩니다. 상대적으로 그늘지고 시원한 뒷면에 기공이 많으면 필요한 기체 교환은 하면서 물 손실은 줄일 수 있습니다.
Q2밤에는 증산 작용이 전혀 일어나지 않나요?
대부분의 기공이 닫히기 때문에 매우 약해집니다. 완전히 0이 되는 것은 아니지만, 낮과 비교하면 아주 적습니다. 그래서 물의 상승도 낮에 훨씬 활발합니다.
Q3선인장처럼 건조한 곳의 식물은 어떻게 견디나요?
잎을 가시로 바꿔 표면적을 줄이고, 두꺼운 큐티클층으로 물이 새는 것을 막고, 기공 수도 적습니다. 물을 지키는 방향으로 몸을 바꾼 것입니다. 대신 광합성 속도는 느립니다.
교육과정 2022 개정 · 중2 통합과학 · 식물과 에너지
수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)
뿌리·줄기·잎이 물과 양분을 주고받으며 하나의 몸으로 작동하는 큰 그림은 생명 시스템에서 이어집니다.
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