사막에 서식하는 식물의 광합성 방식은?

Question

안녕하세요. 사막과 같이 고온 건조한 환경에서 서식하는 식물 같은 경우에는 낮에는 기공을 열면 수분이 다 손실돼서 열 수 없을 것 같은데요. 그렇다면 광합성을 어떻게 수행하는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요.

사막과 같은 고온건조한 환경에서 서식하는 식물의 경우 CAM 광합성을 통해 기공을 여는 시간과 탄소 고정 과정을 분리하는 특수한 광합성을 진행합니다. 일반적인 C3 식물은 낮에 기공을 열어 이산화탄소를 받아들이고 캘빈 회로를 통해 당을 합성하지만, 사막에서는 낮에 기공을 열면 고온건조한 환경 때문에 증산이 급격히 증가하여 수분을 빠르게 잃게 됩니다. 따라서 사막 식물은 낮에는 기공을 닫고, 밤에 기공을 여는 전략을 선택합니다.

즉, 밤에는 온도가 낮고 습도가 상대적으로 높기 때문에 수분 손실이 적으므로 이때 기공을 열어 CO₂를 흡수하고, 이를 바로 당으로 만들지 않고 말산과 같은 유기산 형태로 저장합니다. 이 단계에서는 루비스코 효소 대신에 PEP 카복실레이스라는 효소가 CO₂를 고정하는 역할을 하며 이후 낮이 되면 기공을 닫아 수분 손실을 막고, 밤에 저장해 둔 말산을 분해하여 CO₂를 다시 방출한 뒤, 이를 이용해 캘빈 회로를 통해 실제 당을 합성합니다. 즉 사막에 서식하는 식물은 시간을 분리하는 전략을 사용하는데요, 이러한 CAM 광합성을 하는 대표적인 식물로는 선인장, 다육식물이 있고 이들은 수분 이용 효율이 매우 높지만 일반적인 C3 식물보다 성장 속도는 느린 편입니다. 감사합니다.

Answer 2

사막 식물은 수분 손실을 방지하기 위해 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하고 이를 유기산 형태로 저장했다가 낮에 기공을 닫은 상태에서 광합성을 진행하는 캠(CAM) 광합성 방식을 사용합니다. 밤에 흡수된 이산화탄소는 액포에 말산 등의 형태로 저장되며 해가 뜨면 다시 이산화탄소로 분리되어 기공을 열지 않고도 빛 에너지를 이용해 당분을 합성할 수 있습니다. 이러한 방식은 일반적인 식물이 낮에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하는 것과 달리 시간적으로 이산화탄소 고정과 당 합성을 분리하여 건조한 환경에서 생존 효율을 극대화하는 기전입니다. 낮 동안 기공을 폐쇄하므로 증산 작용에 의한 수분 소모를 최소화할 수 있으며 선인장이나 돌나물과 식물이 대표적인 예시입니다.

Answer 3

안녕하세요. 박재민 수의사입니다.

사막 식물은 보통 씨에이엠 광합성을 많이 합니다 낮에는 너무 덥고 건조해서 기공을 닫아 수분 손실을 막고 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 받아들입니다 그리고 그 이산화탄소를 유기산 형태로 저장해 두었다가 낮에 햇빛이 있을 때 다시 꺼내 광합성에 사용합니다

즉 빛은 낮에 이용하지만 공기에서 이산화탄소를 들이는 일은 밤에 하는 방식입니다 그래서 선인장 같은 식물이 건조한 환경에서도 살아갈 수 있습니다

Answer 4

안녕하세요. 이상현 전문가입니다.

사막식물은 주로 CAM 광합성을 이용해서 밤에 기공을 여어 CO2를 유기산 형태로 저장하고

낮에는 기공을 닫은 채 저장된 CO2로 광합성을 진행하여

수분 손실을 최소화합니다.

예를들어 선인장류는 밤에 CO2를 말산으로 축적했다가

낮에 분해해서 캘빈 회로에 공급함으로써

고온, 건조환경에서도 효율적인 탄소 고정을 유지합니다.

감사합니다.

Answer 5

사막 식물은 수분 손실을 막기 위해 낮에는 기공을 닫고 밤에만 여는 CAM 광합성을 합니다.

밤에 기공을 열어 흡수한 이산화탄소를 말산이라는 형태로 세포 안 액포에 미리 저장해 두는 것이죠. 그리고 해가 뜨면 기공을 닫아 수분이 빠져나가는 것을 차단한 채, 밤새 모아둔 말산을 다시 이산화탄소로 분해하여 광합성에 사용합니다.

이 방식은 수분을 유지하는 데는 탁월하지만, 이산화탄소를 저장하는 과정에 에너지가 들고 저장량에도 한계가 있어 일반 식물보다 성장 속도는 느린 편입니다.

하지만 이 광합성 덕분에 선인장이나 알로에 같은 식물들은 사막같은 건조한 환경에서도 살아남을 수 있는 것입니다.