빛의 세기가 광합성에 미치는 영향 확인 실험

광합성량은 빛의 세기가 셀수록 일정 수준까지 증가를 하게 되는데요, 이를 실험을 통해 확인할 수가 있습니다. 우선 시금치나 검정말 등의 식물을 작게 뚫어내어 조각을 만듭니다.

 

그런 다음에 주사기에 잎조각들을 1% 탄산수소 나트륨 수용액과 함께 주사기에 넣은 다음에 잎 조각이 모두 가라앉을 때까지 피스톤을 당겨서 잎 조각 속의 공기를 빼내야 하는데요, 이는 잎 조각에 공기가 들어 있으면 공기의 부력으로 잎이 떠오르기 때문입니다. 뒤에 나올 실험의 내용이 잎 조각이 떠오르는 시간을 측정하는 것이기 때문인데, 뒤까지 다 확인해 보면 왜 잎 조각 속의 공기를 빼내야 하는지 쉽게 이해를 할 수 있습니다.

 

그리고, 여기서 탄산수소 나트륨수용액을 사용하는 이유는 잎 조각의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급하기 위해서인데요, 탄산수소나트륨은 물에서 탄산(H2CO3)을 형성하고, 이것이 이산화탄소(CO2)를 생성시키는 반응을 진행시킵니다.

 

탄산수소나트륨이 물에서 아래와 같이 이온화가 되고요,

 

NaHCO3 → Na^(+) + HCO3^(-)

 

여기서 HCO3^(-) 이온이 아래와 같이 물과 반응하여 탄산과 수산화 이온을 형성합니다.

 

HCO3^(-) + H2O → H2CO3 + OH-

 

여기서 탄산은 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)를 생성시킵니다.

 

H2CO3 → H2O + CO2

 

이제 공기를 빼서 가라앉아 있는 시금치나 검정말 잎 조각을 1% 탄산수소나트륨 수용액과 함께 비커에 담습니다. 그리고, 비커 주변에 LED 조명 3개를 설치합니다. 그런 다음 전등이 켜진 개수를 변경시켜 가면서 식물 잎 조각이 모두 떠오르게 되는 시간을 측정해 봅니다. 참고로 여기서 조명의 개수를 3개 설치하지 않고, 빛의 밝기 조절이 가능한 전등을 사용하면서 빛의 밝기를 조절하여도 됩니다.

 

빛의 세기와 광합성 실험

 

결과는 예시를 들면 아래와 같이 나타나게 됩니다. 단순한 예시입니다. 실험에 사용된 식물이나 다른 환경 등에 따라서 결과값은 다르게 나올 것입니다.

 

전등이 켜진 개수 (또는 전등의 밝기 세기 조절)	잎 조각이 모두 떠오르는데 걸린 시간
1개 (1단)	300초
2개 (2단)	250초
3개 (3단)	200초

 

여기서 알 수 있는 사실, 실험 결과를 분석해 보면 아래와 같이 정리를 할 수 있습니다.

 

• 전등이 켜진 개수가 늘어날수록 (전등의 밝기를 세게 할수록) 빛의 세기는 커지고, 잎 조각이 모두 떠오르는 데 걸리는 시간이 짧아지게 된다.
• 빛의 세기가 셀수록 광합성이 활발하게 일어나므로 산소가 발생하게 되고, 잎 조각에 산소가 붙어서 잎 조각을 떠오르게 하기 때문이다.

 

결론은 광합성량은 빛의 세기가 셀수록 증가한다는 것이고, 실제로는 빛의 세기가 일정 세기 이상에서는 아래와 같이 더 이상 광합성량이 증가하지는 않습니다.

 

광합성에 영향을 미치는 환경요인

 

광합성량은 빛의 세기가 셀수록 증가하며, 일정 세기 이상이 되면 증가하지 않는데, 이산화탄소 농도 역시 마찬가지로 농도가 높을수록 광합성량이 증가하지만, 이산화탄소의 농도가 일정 농도 이상이 되면 더 이상 광합성량이 증가하지 않습니다. 그리고, 온도가 높을수록 광합성량 역시 증가를 하게 되는데, 대략 40℃ 저온의 온도 이상에서는 광합성량이 급격한 감소를 보이게 됩니다.