뿌리학습 · 중학 과학탐구
광합성과 식물의 에너지
동물은 먹이를 먹어 양분을 얻지만 식물은 스스로 양분을 만든다. 식물이 빛에너지를 이용해 양분을 만드는 과정을 광합성이라고 한다.
이 단원, 내가 꺼낼 수 있는지 확인해 볼까요?
15일 무료 · 끝나도 자동 결제 없음 · 이후 월 결제 9,800원부터
개념 정리
먼저 어디서 일어나는지부터 보자. 광합성은 식물 세포 속 엽록체에서 일어난다. 엽록체에는 초록색 색소인 엽록소가 들어 있어 빛을 흡수하며, 잎이 초록색으로 보이는 것도 이 때문이다. 광합성은 엽록체가 많이 들어 있는 잎에서 주로 일어난다.
무엇으로 만드는지도 정확히 해 두어야 한다. 광합성의 재료는 물과 이산화 탄소 두 가지다. 물은 뿌리에서 흡수되어 줄기를 지나 잎까지 올라오고, 이산화 탄소는 잎에 있는 작은 구멍인 기공을 통해 공기 중에서 들어온다. 여기서 흔한 오해가 하나 있다. 식물이 뿌리로 양분을 흡수한다고 생각하기 쉬운데, 뿌리로 들어오는 것은 물과 무기 양분이고 식물이 살아가는 데 쓰는 양분은 잎에서 직접 만든다.
빛은 어떻게 될까. 빛은 광합성에 반드시 필요하지만 재료는 아니다. 빛은 물과 이산화 탄소를 다른 물질로 바꾸는 데 쓰이는 에너지다. 재료는 물질로 들어가 산물의 일부가 되는 것이고, 빛은 그 반응을 일으키는 에너지원이라는 점에서 다르다.
광합성의 결과 만들어지는 것은 포도당과 산소다. 이 가운데 식물에게 중요한 것은 양분인 포도당이다. 만들어진 포도당은 녹말 등의 형태로 바뀌어 식물의 각 부분으로 옮겨져 쓰이거나 저장된다. 산소는 함께 만들어져 기공을 통해 공기 중으로 나간다. 식물이 산소를 내놓는다는 말이 익숙해서 산소가 광합성의 주된 결과처럼 느껴지지만, 광합성은 빛에너지를 이용해 양분을 만드는 과정이고 산소는 그 과정에서 함께 생기는 산물이다.
광합성이 얼마나 활발한지는 환경에 따라 달라진다. 대표적인 요인은 빛의 세기, 이산화 탄소의 농도, 온도 세 가지다.
빛이 강해지면 광합성량은 늘어난다. 다만 계속 늘어나지는 않는다. 어느 세기를 넘어서면 빛을 더 세게 비추어도 광합성량이 더 늘지 않는다. 다른 조건이 충분하지 않으면 빛만으로는 더 이상 빨라질 수 없기 때문이다. 이산화 탄소 농도도 마찬가지로 어느 지점까지는 광합성량을 늘리지만 그 뒤로는 일정해진다.
온도는 조금 다르게 움직인다. 적정 범위까지는 온도가 오를수록 광합성이 활발해지지만, 그 범위를 넘어 지나치게 높아지면 오히려 줄어든다. 높을수록 좋다고 답하지 않도록 주의해야 한다.
이런 요인을 알아보는 실험을 설계할 때 중요한 원칙이 있다. 알아보려는 요인 하나만 다르게 하고 나머지 조건은 모두 같게 해야 한다. 그래야 결과에 나타난 차이가 그 요인 때문이라고 말할 수 있다. 비교 대상을 두지 않거나 여러 조건을 한꺼번에 바꾸면, 차이가 생겨도 무엇 때문인지 알 수 없다.
마지막으로 자주 혼동하는 부분을 정리하자. 식물은 광합성만 하는 것이 아니라 호흡도 한다. 식물도 살아 있는 생물이므로 만들어 둔 양분을 분해해 에너지를 얻어야 하고, 이 과정이 세포호흡이다. 광합성은 엽록체에서 일어나고 세포호흡은 미토콘드리아에서 일어나며, 식물 세포에는 두 소기관이 모두 있다.
시간에 따라 보면 이렇다. 빛이 있는 낮에는 광합성과 호흡이 함께 일어나고, 빛이 없는 밤에는 호흡만 일어난다. 낮에도 호흡은 계속되고 있다. 다만 낮에는 광합성량이 호흡량보다 많기 때문에, 전체적으로 보면 이산화 탄소를 받아들이고 산소를 내보내는 것으로 관찰된다. 낮에 호흡을 하지 않는 것이 아니라 광합성이 더 크게 일어나는 것이다.
마지막으로 광합성으로 만든 양분이 그다음 어떻게 되는지 보자. 잎에서 포도당이 만들어지는 데서 이야기가 끝나지 않는다.
식물은 광합성으로 만든 포도당의 일부를 물에 잘 녹지 않는 녹말로 바꾸어 잎에 잠시 저장해 둔다. 저장하기에 알맞은 형태로 바꾸어 두는 것이다. 잎에 녹말이 생겼는지 확인하는 실험을 하는 것도 이 때문이다.
필요할 때가 되면 저장해 둔 녹말을 물에 잘 녹는 설탕 형태로 바꾼다. 이렇게 바꾸어야 옮길 수 있기 때문이다. 이 양분은 체관을 타고 줄기와 뿌리, 열매 등 필요한 곳으로 이동한다. 여기서 통로를 구분해 두자. 뿌리에서 흡수한 물이 잎으로 올라가는 통로와 잎에서 만든 양분이 옮겨 가는 통로는 서로 다르며, 양분이 지나는 쪽이 체관이다.
옮겨 간 양분은 두 가지로 쓰인다. 하나는 식물이 자라고 새 조직을 만드는 데 쓰이는 것이고, 다른 하나는 세포호흡으로 분해되어 생명 활동에 필요한 에너지를 내는 것이다. 그리고 당장 쓰지 않는 양분은 저장 기관에 다시 저장 형태로 쌓인다. 식물은 기관에 따라 녹말, 당, 단백질, 지방 같은 여러 형태로 양분을 저장한다. 감자와 고구마는 녹말, 포도는 당, 콩은 단백질, 깨는 지방이 많은 것이 그런 예다.
정리하면 이런 흐름이다. 잎에서 포도당을 만들고, 녹말로 바꾸어 잠시 저장하고, 옮길 수 있는 형태로 바꾸어 체관으로 보내고, 필요한 곳에서 쓰거나 다시 저장한다. 이 흐름을 화살표로 그려 보면 광합성이 한 번의 반응으로 끝나는 일이 아니라 식물 전체의 살림과 이어져 있다는 점이 드러난다.
이 단원 시험에서 묻는 것
학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.
- [9과12-01]광합성 과정을 이해하고, 환경 요인과 광합성의 관계를 탐구하는 실험을 설계할 수 있다.
- [9과12-03]광합성 산물의 저장과 이용 과정을 이해하고, 모형으로 설명할 수 있다.
- [9과12-02]식물의 호흡과 광합성의 관계를 이해하고, 호흡과 광합성 과정에서 출입하는 에너지와 물질의 변화를 분석할 수 있다.
자주 하는 착각
광합성의 장소와 재료·산물
- 식물이 뿌리로 양분을 흡수한다고 본다. 흙에 심어 물과 거름을 주면 자라는 모습을 보기 때문이다. 뿌리로 흡수하는 것은 물과 무기 양분이고, 식물이 살아가는 데 쓰는 양분은 잎에서 스스로 만든다.
- 광합성의 재료를 물만 떠올린다. 식물에 물을 준다는 경험이 강하기 때문이다. 재료는 물과 이산화 탄소 두 가지다. 물은 뿌리에서 오고 이산화 탄소는 잎의 기공으로 들어온다.
- 빛을 광합성의 재료로 본다. 재료와 조건이 함께 나열되기 때문이다. 빛은 광합성에 필요한 에너지원이지 재료가 아니다. 물질로 들어가 산물이 되는 것은 물과 이산화 탄소다.
- 산소가 광합성의 목적이라고 본다. 식물이 산소를 내놓는다는 말을 자주 듣기 때문이다. 광합성의 결과 만들어지는 것은 포도당과 산소이며, 식물에게 중요한 산물은 양분인 포도당이다. 산소는 함께 생겨 밖으로 나가는 산물이다.
환경 요인
- 빛이 강할수록 광합성이 계속 활발해진다고 본다. 조건이 좋을수록 결과도 좋아진다고 생각하기 때문이다. 어느 세기를 넘으면 더 강해져도 광합성량이 더 늘지 않는다. 다른 요인이 부족해지기 때문이다.
- 온도가 높을수록 광합성이 잘된다고 본다. 온도가 반응을 빠르게 한다고 배우기 때문이다. 적정 범위까지는 활발해지지만 그 범위를 넘어 지나치게 높아지면 오히려 줄어든다.
- 광합성 실험에서 대조군을 두는 이유를 설명하지 못한다. 결과를 보는 데 집중하기 때문이다. 알아보려는 요인 하나만 다르게 하고 나머지는 같게 해야, 나타난 차이가 그 요인 때문이라고 말할 수 있다.
광합성과 호흡
- 식물은 광합성만 하고 호흡은 하지 않는다고 본다. 식물이 산소를 내놓는다는 인상 때문이다. 식물도 세포호흡을 한다. 낮에는 광합성과 호흡을 함께 하고 밤에는 호흡만 한다.
- 광합성과 호흡을 같은 시간에 각각 다른 기관이 한다고 본다. 두 과정을 나누어 배우기 때문이다. 광합성은 엽록체에서, 세포호흡은 미토콘드리아에서 일어나며 식물 세포에는 둘 다 있다.
- 낮에 식물이 이산화 탄소를 내놓지 않는다고 본다. 낮에는 산소를 낸다고만 기억하기 때문이다. 낮에도 호흡은 계속되고 있으며, 다만 광합성량이 호흡량보다 많아 전체적으로는 산소가 나가고 이산화 탄소가 들어오는 것처럼 관찰된다.
광합성 산물의 저장과 이용
- 광합성으로 만든 양분이 만들어진 자리에 그대로 쌓인다고 본다. 잎에서 만들었으니 잎에 있다고 생각하기 때문이다. 잎에 잠시 저장되었다가 옮겨 가기도 하고, 저장되지 않고 필요한 곳으로 바로 옮겨 가기도 한다. 열매가 달고 뿌리에 양분이 많은 것은 그렇게 옮겨 온 결과다.
- 저장할 때와 옮길 때의 형태가 같다고 본다. 같은 양분이니 모습도 같을 것이라 여기기 때문이다. 저장할 때는 물에 잘 녹지 않는 녹말로 바꾸어 두고, 옮길 때는 물에 잘 녹는 설탕 형태로 다시 바꾼다. 저장하기에 알맞은 형태와 옮기기에 알맞은 형태가 다르기 때문이다.
- 옮겨진 양분이 저장되기만 한다고 본다. 저장이라는 말이 쓰지 않고 둔다는 뜻으로 읽히기 때문이다. 옮겨진 양분은 식물이 자라는 데 쓰이고, 세포호흡으로 분해되어 생명 활동에 필요한 에너지를 내는 데도 쓰인다. 저장은 쓰기 위해 잠시 모아 두는 것이다.
- 양분이 물과 같은 통로로 이동한다고 본다. 둘 다 식물 안을 오가기 때문이다. 뿌리에서 흡수한 물이 잎으로 올라가는 통로와 잎에서 만든 양분이 옮겨 가는 통로는 서로 다르다. 양분이 이동하는 통로는 체관이다.
이런 오개념, 나도 갖고 있을까?
식물은 뿌리로 흙 속의 양분을 흡수하여 살아간다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
식물을 흙에 심고 물과 거름을 주면 잘 자라는 모습을 보다 보면, 뿌리가 흙에서 양분을 빨아들인다고 생각하기 쉬워요. 실제로 뿌리가 흡수하는 것은 물과 무기 양분이고, 식물이 생명 활동에 쓰는 양분은 잎에서 햇빛을 이용해 스스로 만들어요.
광합성에 필요한 재료는 물과 이산화 탄소 두 가지이다.정답 보기
O (맞는 설명이에요)
식물에 물을 준다는 경험이 익숙하다 보니 광합성의 재료를 물만 떠올리기 쉬워요. 실제로는 뿌리에서 흡수한 물과 잎의 기공을 통해 들어오는 이산화 탄소, 이렇게 두 가지가 모두 광합성에 필요해요.
빛은 광합성의 재료로, 물과 이산화 탄소처럼 광합성 산물을 만드는 데 직접 사용된다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
교과서에서 빛, 물, 이산화 탄소가 광합성에 '필요한 것'으로 함께 나열되다 보니 빛도 물이나 이산화 탄소와 같은 종류의 재료라고 생각하기 쉬워요. 실제로는 물과 이산화 탄소만이 광합성 과정에서 직접 변환되어 산물(포도당, 산소)을 만드는 재료이고, 빛은 그 변환이 일어날 수 있도록 에너지를 공급하는 역할을 해요.
나머지 OX 문제와 4지선다 문제는 앱에서 풀어볼 수 있어요.
자주 묻는 질문
교육부 고시 제2022-33호 과학탐구 교육과정 기반