174 Ⅳ. 광합성

Ⅳ.

광합성

174 Ⅳ. 광합성

식물의광합성과호흡

중단원 미리 보기

2-1 식물의광합성 2-2 양분의전환과이용

엽록체

식물의 잎은 녹색으로 보인다. 잎이 녹색인

이유는잎에서녹색의빛을가장많이반사시

키기때문이다. 그렇다면녹색의빛을반사하

는식물의잎에서는광합성을하기위해어떤

색깔의빛을흡수하는것일까?

이산화탄소

세계 각국에서는 지구 온난화의 주범

인이산화탄소배출량을줄이기위해

노력하고있다. 이산화탄소는광합성

에 필요한 물질이기도 하지만, 이산

화 탄소를 줄이지 않으면 지구 온난

화에의해북극의빙하가녹아북극

곰이 위기에 처하게 된다. 열대 우

림을보존하고나무를많이심으면

북극곰을살릴수있을까?

2

▶엽록소는녹색의빛을반사한다. 엽록소는적색의빛과청색의

빛을흡수하며, 이중적색의빛이광합성에이용된다.

▶이산화탄소는화석연료를사용하면서급격하게증가하였다. 열대우림을보존하고

나무를많이심게되면광합성을통해이산화탄소의농도를어느정도감소시킬수있지

만이는화석연료의사용을줄이면서같이진행되어야효과를볼수있다.

식물의

광합성과

호흡

식물의

광합성

양분의

전환과

이용

광합성

과정물+이산화탄소 ⁄포도당+산소

영향

요인빛의세기, 온도, 이산화탄소농도

포도당 ⁄ 녹말 ⁄ 포도당, 설탕 ⁄ 저장기관

⁄녹말, 설탕, 단백질, 지방등으로저장

포도당+산소 ⁄물+이산화탄소

광합성

산물의

이동

호흡

과정

단원의개념구조

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2. 식물의광합성과호흡 175

세계최대의밀림인아마존강유역에서는광합성을통해지구전체산소소비량의 20%이상을생산한

다. 그래서아마존밀림을‘지구의허파’라고도부른다. 그곳의수많은식물들은어떻게산소를만들어내는

것일까? 식물들은밤낮으로산소를만드는것일까?

녹말

감자의 주성분은 녹말이기 때문에

감자만으로요리를하면단맛을잘

느낄수없다. 그러나감자에양파

를섞으면단맛을낼수있다. 양

파에는포도당과설탕이들어있

기 때문이다. 감자의 녹말과 양

파의 설탕은 어떻게 만들어진

것일까?

산소

사람이 물속에서 호흡

하기 위해서는 산소통

을이용해야한다. 인체

에 흡수된 산소의 약

20%를 뇌에서 사용한

다. 뇌에 산소가 공급되

지않으면뇌세포는파괴된다.

이처럼 사람의호흡에사용되는산소는식물이만들어준다. 식

물은산소를어떻게만드는것일까?

▶광합성을통해만들어진양분은식물체의각기관으로운반되어사용되며,

사용하고남은양분은다양한형태로저장된다. 감자는양분을녹말의형태로

저장하고, 양파는양분을포도당이나설탕의형태로저장한다.

▶식물체에서일어나는광합성은햇빛을이용하여이산화탄소와물을유기

양분으로전환시키는과정인데, 이과정에서산소가발생하며, 이산소가생

물체의호흡에이용된다.

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176 Ⅳ. 광합성

Ⅳ.

광합성

앨런은 초등학교에 다니는 평범한 열 살 소년이다. 앨런은‘인간

광합성’이라는 매우 독창적인 과학 프로젝트를 진행하려고 준비 중

이다. 앨런의이야기를들은과학선생님은말도안되는이야기라고

하시면서다른프로젝트를하라고앨런에게권유하신다. 하지만 할

아버지만은앨런의말을들어주고용기를북돋아주신다. 할아버지

의격려에힘입어앨런은자신의프로젝트를증명하기위해연구를

시작한다.

과연사람도식물처럼광합성을할수있을까?

“광합성소년(2010년)”의줄거리

식물의 광합성2-1

•광합성이 일어나는 장소와 광

합성에 필요한 물질, 광합성으

로 생성되는 물질을 설명할 수

있다.

•광합성에 영향을 주는 요인을

설명할수있다.

소설속에서앨런은“식물도광합성을할수있는데사람이라고왜못해!”라고

외치며, 인간이광합성을할수있는방법을연구하기시작한다.

먼저, 앨런은식물의몸에서물과이산화탄소가엽록체를만났을때빛의도

움으로광합성이일어난다는것을알았다. 그는사람의몸에도물과이산화탄

소가있으므로엽록체만있으면광합성을할수있다고생각하였다. 그래서

자신의몸에서광합성이일어나도록하면싫어하는음식을억지로먹지않

아도될것이라고생각하였다.

엽록체가있다면사람의몸에서도광합성이일어날수있을까?

학습 목표

⋯ 무기물로부터유기물을합성하는특별한과정인광합성

에대해이해하고, 특히광합성에영향을미치는요인을확실히

알수있도록지도한다.

Tip수업

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엽록체

식물 세포

산소

물

이산화 탄소

포도당

녹말

엽록체와광합성

20세기후반에일어났던베트남전쟁때공중에서뿌린고엽제에의해나뭇잎

이말라떨어지면서무성한숲을이루었던식물들이모두죽었다. 잎이없으면식

물은왜살수없는것일까?

식물의잎이떨어진것은영양소를만드는공장의가동이중단된것과같다. 잎

에있는엽록체는영양소의합성공장이다. 엽록체에는엽록소가많아서녹색을

띤다. 식물은엽록체에서흡수한빛에너지를이용하여뿌리를통해흡수한물과

기공을통해흡수한이산화탄소를원료로포도당과산소를만든다. 이렇게만들

어진산소는식물의호흡에쓰이거나기공을통해잎바깥으로방출된다.

2. 식물의광합성과호흡 177

고엽제

식물의 잎을 마르게 하여 떨어뜨

리는약제를말한다.

그림Ⅳ-̀̀33 고엽제에의해

황폐화된밀림

그림Ⅳ-̀̀34 엽록체에서일어나는광합성과정_̀ 빛에너지를이용하여이산화탄소와물을원료로포도당과산소가만들어진다.

빛에너지이산화탄소+물 1111⁄ 포도당+산소

물이없으면광합성이일어나지않지만, 물은뿌리로부터항상공급되어부족한

경우가거의없기때문에물은광합성에영향을주는요건에포함시키지않는다.

⋯ 광합성의반응식을보고광합성의원료와산물, 영향을

미치는조건에대해생각해볼수있도록지도한다.Tip수업

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잎 표피의 공변세포_ 기공을 형성하는 공변세포에는 엽록체가 있다.

무의 엽록체_ 공기에 노출된 무의 뿌리 표면에도 약간의 엽록체가 존 재하여 연한 녹색을 띤다.

공변세포

엽록체_ 대부분 식물의 잎에 있으며, 특히 엽육 세포에 많다.

울타리 조직

해면 조직

줄기의 엽록체_ 어린 식물의 줄기에도 엽록체가 있어 연한 녹색을 띤다.

178 Ⅳ. 광합성

나뭇잎은세포층이두꺼워엽록체를잘관찰할수없다. 그러나검정말의잎은

세포층이얇기때문에현미경으로엽록체를쉽게관찰할수있다. 엽록체안에서

광합성산물인포도당은녹말로바뀐다. 따라서그림Ⅳ`-`35와같이빛을비춘

검정말잎에아이오딘－아이오딘화칼륨용액을떨어뜨리면엽록체가있는곳에

서만아이오딘반응이일어나청람색으로변하게된다. 결국광합성은엽록체에

서일어나며, 광합성을통해만들어진양분은녹말로저장됨을알수있다.

엽록체는식물의잎에많이있으며, 특히엽육에많이분포한다. 따라서광합성

은대부분엽육세포에서일어난다. 식물의줄기와뿌리에는엽록체가없지만어

린줄기나뿌리의표면에엽록체가형성되기도한다. 예를들어땅위에노출된

무의뿌리가녹색을띠는것은엽록체가형성되었기때문이다.

녹말검출반응

아이오딘－아이오딘화 칼륨 용액

이 과자 속의 녹말과 반응하면 청

람색으로변한다.

그림Ⅳ-̀̀35 검정말의엽록체를아이오딘- 아이오딘화칼륨용액으로염색하기전과후의모습(_400)

그림Ⅳ-̀̀36 식물에서엽록체가존재하는부분

염색전 염색후

무기양분과유기양분참고자료|

식물이뿌리를통해흡수한양분을무

기양분이라고한다. 고등 식물의필

수원소중탄소, 산소, 수소를제외한

13종 원소(̀N, P, K, Ca, Mg, S,

Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl)를무

기원소라하는데, 이들 필수원소는

식물이자라는흙이나배지에서무기

염류의형태로뿌리에서흡수하기때

문에무기양분이라고한다. 이와 반

대로식물자체내에서광합성을통해

생성된양분을유기양분이라고한다.

포도당여러개가결합된형태로분자량이크고물에녹지않아저장에유리하다.

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2. 식물의광합성과호흡 179

전통적으로농부들은논과밭에서농작물을재배해왔다. 그러

나이제는위생가운을입은회사원들이빌딩에서농작물을상품

처럼재배하는시대가되었다. 도심지의빌딩안에서채소를대량

생산하는식물공장들이운영되고있다. 친환경, 건강식품을표방

하는기업들은회사건물안에서실내장식소재로채소를재배하

기도하고, 재배한채소들을직원들의점심식사용재료로사용하

기도한다. 또식물공장은도심속빌딩안에서산업으로, 또는산

업현장에서마케팅이나기업의홍보를위해활용되기도한다.

식물공장에서는커다란인큐베이터속에서연한녹색잎의식물

들이숨을쉬고있다. 반도체제조공장과같이직원들은위생가운

을입고클린룸에서몸을소독한후에식물공장을출입한다.

식물공장에는소음도없고매연도없다. 상추, 바질등이흙이

아닌물위에뿌리를내리고있다. 햇빛대신 LED에서나오는인

공빛을받으며숨을쉬고영양분을섭취하면서자란다.

식물공장에서는식물이자라는데필요한환경적인요소, 즉물

과빛, 온도, 습도, 이산화탄소의농도, 영양분등을인위적으로

조절할수있다. 이처럼식물공장은식물이자랄수있는최적의

조건을만들어안정적인생산과고품질의농산물을재배하는방식

으로, 미래농업의대안으로떠오르는산업이다.

도심의 식물 공장

식물은인큐베이터속에서광합성에최적인파장의빛을

받으며생장한다 (그림❶`은일반형광등의빛을사용한채

소재배모습, ❷`는적색광과백색광의LED를 5：1의비율

로사용하여채소를재배하는모습).

❷

❶

식물공장에서채소를대규모로재배하는모습

식물공장의장점보충자료

•도심에지을수있어서운송비를절감할수있다.

•다른곳에서배출된이산화탄소를모아서식물공장에사용하는방법으로이산

화탄소배출량을줄일수있다.

•식물공장을초고층으로건설하면좁은토지에서많은식물을생산할수있다.

•장소에구애받지않고식물을생산할수있어남극, 사막, 항해중인선박등에

서도농사를지을수있다.

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광합성에영향을미치는환경요인이

무엇인지알고, 환경 요인에따라광

합성량이 어떻게 달라지는지 설명할

수있다.

과정

목·표

측정광합성에영향을미치는환경요인탐구 활동

180 Ⅳ. 광합성

광합성에영향을주는조건

날씨는농작물의생산량에많은영향을끼친다. 우리나라의

단위 넓이당 쌀 생산량을 보면 2009년과 2011년에는 각각

2008년과 2010년에비해쌀생산량이증가하였다.

9~10월은벼의낟알이익는시기이며, 이시기의광합성량

은 쌀의 생산량을 결정하는 중요한 요인이 된다. 2008년과

2010년에는비오는날이많았고저온현상까지나타나쌀의

생산량이감소하였다. 그러나 2009년과 2011년의 9~10월에

는충분한일조량과높은기온으로쌀의생산량이증가하였다.

그러면빛의세기는광합성에어떤영향을미칠까?

연도(년)

550

500

쌀

생산량( )kg

450

400

0 2011201020092008

ha당 쌀 생산량

496483

534520

검정말, 1% 탄산수소 나트륨 용액,

물, 시험관, 전기스탠드, 50cm자, 수

조, 비커, 깔때기, 스탠드, 온도계, 클

램프, 가위, 초시계, 실험용장갑

준·비·물

❹비커 속 검정말로부터 50cm

거리에서 전기스탠드로 빛을

비춘다음, 1분동안발생하는

기포수를측정한다.

❺전기스탠드의 위치를 10 cm

씩검정말쪽으로옮기면서 1

분 동안 발생하는 기포 수를

측정한다.

❶검정말을 깔때기에 넣고,

1% 탄산수소 나트륨 용

액이 든 비커에 넣은 다

음, 비커를 다시 물이 든

수조속에넣는다.

유·의·점

1. 검정말의줄기를비스듬하게자른

다음, 줄기끝이위로향하게하여

깔때기에넣는다.

2. 검정말이 너무 작으면 열에 의해

쉽게상할수있으므로, 가급적큰

것으로준비한다.

3. 전기스탠드와의거리를바꿀때마

다 탄산수소 나트륨 용액을 보충

함으로써 이산화 탄소의 농도를

최적의상태로유지한다.

❷ 1% 탄산수소 나트륨 용

액이가득들어있는시험

관을 깔때기 위에 거꾸로

세운다.

❸시험관을 고정시킨 다음,

비커 속에 온도계를 설치

한다.

그림Ⅳ-̀̀37 우리나라의쌀생산량(출처: 통계청)

전기스탠드를가까이가져가면전기스탠드에서나오는열에의해온도도같이올라가

는데비커를수조속에넣으면수조속물이열을흡수하고빛만통과하게한다.

산소

일조량과벼의수확량참고자료|

여름철일조량이부족하거나기온이낮으면비료를잘주고

물관리를잘해도벼의수확량이감소한다. 이것은식물의

광합성이빛의세기와온도의영향을받기때문이다.

174~193 4단원-재 2013.2.7 5:47 PM 페이지180 DK

MBL을이용한광합성조건탐구탐구의 확장

2. 식물의광합성과호흡 181

2검정말과전기스탠드사이의거리와빛의세기는어떤관계가있는가?

3빛의세기에따라발생하는기포수는어떻게달라지는가?

시금치, 물, MBL장치(인터페이스, 산소센서, 이산화탄소센서, 컴퓨

터, 수조), 전기스탠드, 자

빛의세기에따른광합성량을MBL을이용하여측정할수있다.

준비물

검정말과전기스탠드

사이의거리(cm)

발생한기포수

(개)

50

40

30

20

10

7

12

19

28

42

010 20 30 40 50

거리(cm)

발생한

기포

수(

개) 10

20

30

40

결과

1결과를표에기록하고, 그래프로나타내어보자.

1⃞시험관에 1%탄산수소나트륨용액을넣는까닭은무엇인가?

2⃞빛의세기와광합성은어떤관계가있는지토의해보자.

3⃞빛의세기외에광합성에영향을주는요인에는어떤것이있는지토의해보자.

해석

과정 1⃞ 인터페이스를컴퓨터에연결한다.

2⃞ 수조안에있는원형의투명한통속

에시금치잎을넣고이산화탄소센

서와 산소 센서를 연결한 다음, 센서

를인터페이스에연결한다.

3⃞ 프로그램을실행시킨후광원의거리

를조절하면서산소와이산화탄소의

농도변화를측정한다.시금치

인터페이스자

이산화 탄소

센서

산소 센서

창의·인성

▶광합성의원료인이산화탄소를공급해주기위해서이다.

▶검정말과전기스탠드사이의거리가멀면빛이약하고가까울수록빛이강해진다.

▶빛의세기가강할수록발생하는기포수는증가한다.

▶빛의세기가강하면산소가많이발생하고광합성이활발하게일어난다.

▶광합성에영향을주는요인에는이산화탄소농도와온도등이있다.

⋯ •표에기록한기포수의

값을분석하여그래프의Y축값을

규칙적으로결정하도록설명한다.

•기포는 깔때기에 모아져서 끝으

로나오는것의수를세어야한다.

•토의 과정에서 자신의 생각을 적

극적으로 말할 수 있게 하여 창

의·인성이길러지도록지도한다.

Tip수업

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182 Ⅳ. 광합성

검정말과광원사이의거리가가까워질수록빛의세기가강해지며, 빛의세기

가강해질수록광합성이활발하게일어난다. 그러나빛의세기가어느정도강해

지면광합성량은더이상증가하지않고일정한상태를유지한다.

온도는광합성에중요한영향을미친다. 온도가너무낮거나높은곳에서는빛

과이산화탄소가충분하더라도식물의광합성이잘일어나지않는다. 식물의광

합성은대부분 30~40æ 사이의온도에서가장잘일어나며, 이때의온도를최적

온도라고한다. 최적온도보다더높은온도에서는광합성량이급격히감소한다.

공장에서원료가부족하면제품을더이상만들수없는것처럼식물도광합성

의원료인이산화탄소가부족하면포도당을만들수없다. 이산화탄소의농도가

증가하면광합성량은증가하지만, 일정한농도이상에서는더이상광합성량이

증가하지않는다.

빛의세기, 온도, 이산화탄소의농도는각각광합성에영향을주는요인이며, 세

가지조건이적당해야광합성이활발하게일어난다. 만약빛의세기가강하고최적

온도가유지되더라도이산화탄소농도가낮으면광합성이잘일어나지않는다.

광합성원료와산물

최근아마존이나아프리카의밀림지역이파괴되면서대기중에

이산화탄소농도가높아지게되었다. 이처럼대기중이산

화탄소의농도증가는식물의광합성과관련이있다.

이산화탄소가광합성에반드시필요한물질인지

실험을통해알아보자.

그림Ⅳ-̀̀38 검정말_̀ 광합성으

로기포가발생한다.

그림Ⅳ-̀̀39 광합성에영향을주는환경요인

광합성량

빛의 세기 0

광합성량

이산화 탄소의 농도 0

광합성량

온도(#)0 35

빛의 세기와 광합성량 빛의 세기가 증가할수록 광합성량이 증가하다가, 어느 한계 이상이 되면 일정해진다.

이산화 탄소 농도와 광합성량 이산화 탄소의 농도가 증가할수록 광합성량이 증가하다가, 어느 한계 이상이 되면 일정해진다.

온도와 광합성량 온도가 높아질수록 광합성량이 증가하지만, 약 40 # 이상이 되면 광합성량이 급격히 감소한다.

그림Ⅳ-̀̀40 벌목으로파괴된아마존의숲_̀ 목장을만들거나옥수수

등을재배하기위해숲이파괴되고있다.

광포화점

광합성에 관여하는 효소의 주성분은 단백질인데, 단

백질은40æ이상에서는열에의해변성된다. 변성이

일어나면효소로서의활성을잃어버리므로광합성량

도급격히줄어들게된다.

174~193 4단원-재 2013.2.7 5:47 PM 페이지182 DK

2. 식물의광합성과호흡 183

이산화 탄소가 광합성에 필요한지 알

아보기위한실험을설계할수있다.

사철나무 잎, 증류수, 1% 탄산수소

나트륨 용액, 3% 탄산수소 나트륨

용액, 펀치, 비커, 페트리 접시, 전기

스탠드, 진공 펌프, 핀셋, 유성 사인

펜, 실험용장갑

목·표

준·비·물

유·의·점

1. 1% 탄산수소나트륨용액과 3%

탄산수소 나트륨 용액은 미리 만

들어둔다.

2. 실험 전에 사철나무 잎을 암실에

두었다가 실험에 사용하도록 하

며, 사철나무잎조각은물에넣었

을때가라앉는 것만골라서사용

한다.

3. 사철나무 잎 조각이 증류수나 탄

산수소 나트륨 용액에 가라앉지

않으면 진공 펌프를 사용하여 가

라앉게한다.

1⃞실험과정에서세개의비커에동일하게빛을비추는이유를설명해보자.

2⃞A~`C 비커에서사철나무잎이떠오르는정도가차이나는이유는무엇인지토의

해보자.

3⃞광합성의원료와산물에대해정리해보자.

1A~`C비커중어느비커에있는사철나무잎이먼저떠오르는가?

2가라앉아있던사철나무잎주변에무엇이생겨잎이떠오르는가?

측정광합성에영향을미치는조건탐구 활동

결과

해석

과정

❶암실에 두었던 사철나무 잎의 잎맥이 없

는부위를골라펀치로찍어둥근잎조각

을수십개만든다.

❷세개의비커에증류수, 1% 탄산수소나

트륨 용액, 3% 탄산수소 나트륨 용액을

20mL씩넣고A, B, C로표시한다.

❸세개의비커에잎조각을 5개씩넣고가

라앉힌다음, 동일하게빛을비춘다.

❹시간이 지나면서 위로 떠오르는 잎 조각

의수를비교한다.

창의·인성

▶C비커에있는잎이가장먼저떠오른다.

▶산소_̀ 잎조각은광합성을하여생성된산소기포의부력에의해떠오른다.

▶빛의세기가다르면이산화탄소농도차에의한영향을알수없다.

▶광합성원료인이산화탄소농도에따라광합성량이차이가나서산소발생량도달라지기때문이다.

▶광합성원료는이산화탄소와물이고, 광합성산물은포도당과산소이다.

⋯ 사철나무잎대신고무나

무잎이나그외잎이두꺼운나뭇

잎을사용한다.

Tip수업

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184 Ⅳ. 광합성

광합성은이산화탄소와물을원료로포도당과산소를만드는과정이다. 광합

성의원료로쓰이는이산화탄소와물보다광합성산물인포도당이에너지를더

많이가지고있다. 따라서식물이광합성을하려면밖에서에너지를흡수해야하

는데, 광합성과정에서는에너지원으로태양에너지를사용한다. 또광합성산물

인산소는사람을포함한대부분의생물에서호흡에이용된다.

흔히열대의밀림을‘지구의허파’에비유한다. 그이유는밀림의많은식물들

이광합성에이산화탄소를사용하고산소를생성함으로써대기중의이산화탄

소농도가지나치게높아지지않게해주기때문이다. 만약밀림이파괴되어이산

화탄소농도가높아지면지구온난화가일어나이상기온, 해수면상승등의자

연재해현상이나타날수있다.

광합성에영향을주는요인세가지

는무엇인가?

개념확인하기자기

주도

학습여름과비교했을때가을에식물의광합

성량이감소하는이유를설명해보자.

과학과생활연관짓기

비포장도로의옆에있는농작물은도

로의먼쪽에있는농작물보다생장속

도가느리다. 그이유는무엇인가?

과학과환경연관짓기

•밀폐된곳에촛불을켜놓으면촛불이금

방 꺼지지만, 식물과 함께 두면 촛불이

오랫동안꺼지지않는다.

•밀폐된곳에있는쥐는금방죽지만, 식

물과함께두면식물이없을때보다오래

산다.

•식물과쥐를밀폐된곳에두면빛이없을

때보다빛이있을때더오래산다.

※결론: 프리스틀리와잉엔하우스의실험

을통해식물의광합성결과산소가발

생한다는것을알수있다.

그림 Ⅳ-̀̀41 몰디브_̀ 아름다운

섬나라인 몰디브는 해수면이 상승하

면서 섬 전체가 바다에 잠길 위기에

처해있다.

식물체가산소를만들어내는것을어떻게알게되었을까?

●프리스틀리의실험(1771년)

●잉엔하우스의실험(1779년)

광합성의의의

•대기중의이산화탄소의농도를조절

한다.

•모든생물에게필요한유기물(포도당)

을공급한다.

•세포호흡에필요한산소를공급한다.

▶ 광합성에영향을주는세가지요인에는

이산화탄소의농도, 빛의세기, 온도가있다.

▶가을에는여름보다빛의세기가약해지고온

도가낮아지기때문이다.▶비포장도로에서날리는먼지나흙알갱이

에의해기공이막히는경우가발생하여이산

화탄소를효율적으로흡수할수없다.

174~193 4단원-재 2013.2.7 5:48 PM 페이지184 DK

엽록체에서진행되는광합성은빛에너지를이용하여이산화탄소로부터포도당을합

성하는과정으로서, 빛을흡수하는단계와포도당을만드는두단계로구분할수있다.

첫번째는엽록체에있는엽록소에서빛을흡수하여에너지를많이가진화학에너지를

만드는단계이다. 두번째는화학에너지를이용하여이산화탄소로부터포도당을합성

하는단계이다.

광합성소년의이야기처럼사람의몸에서는광합성이일어날수없지만, 인공나뭇잎

을만들어광합성을할수있는인공광합성기술이개발되었다. 이러한인공광합성은

태양전지와몇가지효소를이용하여포도당을합성하는기술이다.

인공광합성에이용된태양전지기술은자연광합

성기술을모방한것이다. 자연을모방하여새

로운기술을개발하고발전시킨사실을통

해‘모방은창조의어머니’라는말을실감

할수있다.

또 햇빛으로전기를만들기위한‘인공나뭇

잎’연구가있다. 이기술은태양광발전을위해

인공나뭇잎이태양전지판역할을하며,

나뭇잎 속에들어있는자연상태의엽

록소와물을재료로사용하는점이특징

이다. 전기생산이목적이라는점에서

인공광합성연구와는다른분야이다.

인공 광합성기술과인공나뭇잎기술

은태양에너지로여러가지물질을생산

하여신약의원료로사용할수있고, 전기

를친환경적으로생산할수있어사람들에

게큰도움이될것이다.

인공 광합성과 인공 나뭇잎

2. 식물의광합성과호흡 185

인공광합성과정참고자료|

인공광합성은크게두부분으로나누어반응이진행된다. 첫번째는태양전지기

술을 이용해 물을 광분해하여 수소를 발생시키는 부분으로서, NAD(P)±로부터

NAD(P)H를재생시키는자연광합성의명반응을모방했다. 두번째는물에서얻

은수소를이용하여유기물로전환하는부분으로서, 식물에서의암반응과정을산

화환원효소로대체하여유기물을만드는과정이다.

174~193 4단원-재 2013.2.7 5:48 PM 페이지185 DK

녹말

설탕

체관

식물의 생활에 필요한 에너지를 공급하거나 식물의 생장에 이용된다.

열매나 씨에 양분으로저장된다.

뿌리나 줄기에 양분으로 저장된다.

186 Ⅳ. 광합성

Ⅳ.

광합성

•광합성 결과 생성된 양분의 전

환, 이동, 저장, 사용 과정을설

명할수있다.

•식물의호흡과광합성의관계를

설명할수있다.

학습 목표 감자를 먹으면 단맛이 나지 않지만 사탕수수에서는 단맛이 나는 이유는 무엇일까?

감자에서는광합성양분이단맛이나지않는녹말로저장되지만, 사탕수수에서는단맛

이나는당분으로저장되기때문이다.

양분의 전환과 이용2-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-22-2

광합성양분의이동과저장

포도당은물에잘녹는작은분자이지만, 녹말은물에녹지않는큰분자로이

루어져있다. 엽록체에서만들어진양분은어떤물질로저장하는것이좋을까`?

엽록체에서광합성결과포도당이만들어지면바로이동하지않고일시적으로

큰분자인녹말로전환된다. 포도당보다녹말상태로전환하면더많은양분을저

장할수있기때문이다.

저녁이되면녹말은다시물에녹는설탕으로바뀌어체관을통해식물체의각

부분으로운반된다. 운반된설탕은세포의활동이나생장에이용되며, 나머지는

녹말이나지방, 단백질로바뀌어열매나씨, 줄기나뿌리에저장된다. 반면, 사탕

무나사탕수수와같이설탕으로저장되는경우도있다.

바나나의열매에저장된녹말

감자의땅속줄기에저장된녹말

그림Ⅳ-̀̀42 포도당의전환과이용

⋯ 식물의광합성과호흡을비

교하여설명해주고, 차이점을정확

하게알수있도록지도한다.

Tip수업

광합성산물의이동보충자료

포도당(초기 산물) → 녹말(잎에 잠시

저장) → 포도당, 설탕(물에 녹음) →

체관(이동) → 저장기관(열매, 씨, 줄

기, 뿌리) →녹말, 설탕, 단백질, 지방

등(오랫동안저장)

174~193 4단원-재 2013.2.7 5:48 PM 페이지186 DK

2. 식물의광합성과호흡 187

뿌리에저장된녹말은이른봄이되면포도당과같은수용성양분으로변한다.

뿌리에수용성양분의농도가높아지면토양속의물이뿌리안으로흡수된다. 옛

날부터칡뿌리의녹말은식용으로사용되어왔다. 특히겨울보다이른봄에캔칡

뿌리의맛이약간더부드럽고달다. 이는저장녹말의일부가수용성당분으로변

하였고, 또한수분을흡수하였기때문이다.

쌀이나감자와같이식물의뿌리나줄기, 열매에저장된양분은사람의주요식

량으로이용된다. 그밖의동물들도식물을먹이로섭취하며, 이러한동식물의먹

고먹히는관계가연결되면서생태계가이루어진다. 따라서숲속의풀한포기,

나무한그루도매우소중하며, 이러한생물덕분에사람까지건강하게살수있는

것이다. 이처럼식물의광합성으로만들어진양분은식물뿐만아니라생태계를구

성하는모든생물을먹여살리는밑거름이된다.

그림 Ⅳ-̀̀44 광합성의 의의_̀ 식물은 햇빛,

물, 이산화탄소로광합성을한다. 이렇게만들어

진식물의양분을다른동물이먹고살아간다. 이

처럼 생산자의 양분은 광합성에 의해 만들어진

것이며, 생산자인 식물로부터 최종 소비자로 갈

수록양분의양은감소한다. 따라서광합성은모

든생물을먹여살리는밑거름이된다.

그림Ⅳ-̀̀43 칡뿌리

보충자료

광합성산물의저장장소

•뿌리: 고구마, 당근, 무

•줄기: 감자, 토란, 연

•잎: 배추, 양상추

•열매: 배, 사과, 포도

•씨: 밀, 콩, 보리

광합성산물의저장물질

•녹말: 고구마, 감자

•단백질: 강낭콩, 완두콩

•지방: 해바라기, 참깨

•포도당: 양파

•설탕: 사탕수수, 사탕무

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188 Ⅳ. 광합성

식물의호흡

만약식물이많은온실안에서밤에불을끄고문을잠근상태에서잠을잔다면

호흡이곤란해질수있다. 식물도밤에는동물처럼호흡을하므로온실에산소가

부족해질수있기때문이다. 그렇다면식물은밤에만호흡을하는것일까`?

사람을포함한모든동물이살아가기위해서는낮과밤모두양분을분해하여

에너지를만들어야한다. 이러한현상은식물도예외는아니다. 하지만동물과달

리식물의경우에는낮에는광합성과호흡을모두하며, 밤에는호흡만하게된다.

식물의잎에서는밤에호흡을통해산소를소모하고이산화탄소가방출된다.

그러나낮에는광합성량이호흡량보다많아서이산화탄소방출량이감소하고산

소의방출량이증가한다. 특히광합성이활발하게일어날때에는공기중에서이

산화탄소를흡수하여광합성에이용한다.

광합성의결과단맛이나는포도당이만들어진다. 식물은

일시적으로포도당을녹말로전환하여잎에저장하는데, 그

이유는무엇일까?

개념확인하기자기

주도

학습밤에호흡만하던식물은아침이되면호흡과광합성을함

께하게된다. 광합성량과호흡량이똑같아질때기공을통

한기체이동은어떻게될지생각해보자.

과학과생활연관짓기

그림Ⅳ-̀̀45 식물의호흡_̀ 시금치가

들어있는페트병을어두운곳에하루동

안놓아둔다음페트병속의공기를석회

수가 들어 있는시험관에 넣으면석회수

가뿌옇게흐려진다. 이것은시금치가호

흡을 하여 이산화탄소를방출하였기때

문이다.

그림Ⅳ-̀̀46 식물의광합성과호흡`̀_ 식물체에서낮에는광합성과호흡이함께일어나지만, 밤에는광합성을하지못해호흡만일어난다.

호흡

이산화 탄소

산소

광합성호흡광합성

이산화 탄소

산소

보충자료

식물의광합성과호흡

•낮의흡수기체, 밤의배출기체: 이산

화탄소

•낮의배출기체, 밤의흡수기체: 산소

식물의기체교환

•낮: 광합성량>호흡량

•아침과저녁: 광합성량=호흡량

•밤: 호흡만일어남

▶녹말은포도당과달리물에녹지않기때문에포도당보다녹말상태

로전환하면더많은양분을저장할수있기때문이다.▶광합성량과호흡량이똑같아질때광합성과정에서방출된산소가호

흡에모두이용되고, 호흡과정에서방출된이산화탄소는모두광합성

에이용되므로기공을통한기체출입이없다.

식물의호흡방법참고자료|

•식물의잎: 기공을통해기체교환을한다.

•식물의줄기: 피목이라는작은구멍을통해기체교환을한다.

•식물의뿌리: 뿌리털이많으면산소를흡수하는데도움이된다.

호흡이왕성한시기_̀ 씨가싹틀때, 꽃이필때, 식물이한창자랄때, 즉에너지가많이필요할때호흡이왕성하게일어난다.

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2. 식물의광합성과호흡 189

식물은광합성을통해양분을만들어저장하고, 호흡을통해양분을소비

한다. 따라서광합성량과호흡량의차이만큼식물에양분이저장된다.

여름철밤에온도가높은경우와낮은경우저장되는양분이많아지는쪽

은어느경우일까? 온도가높을경우호흡이더활발하게일어나므로밤에

온도가낮을때양분이더많이저장된다.

이것은마치수입이같을때지출을줄이면저축할수있는돈이더많아

지는것과같다.

여름에고지대의낮기온은저지대와크게차이나지않지만밤기온은저

지대보다더낮아진다. 고랭지란말은이러한이유로생긴것이다. 그러므로광합성을통해만든양분의양은고지

대와저지대가크게차이없지만호흡으로소비하는양분은고지대쪽이훨씬적기때문에고랭지에서식물의생장

량이더많아진다.

고랭지 채소

고랭지배추

고랭지무

보충·심화

고랭지농업보충자료

고지대에서여름철의서늘하고일교차가큰고산기후조건을이용하여작물을재

배하는것을고랭지농업이라고한다. 고랭지농업은일반적으로표고(바다의면

이나어떤지점을정하여수직으로잰일정한지대의높이)가 600`~1̀,000 m정

도의고지대에서이루어진다.

고랭지작물에는무, 배추, 쌈채소, 감자, 옥수수등이있다.

우리나라의강원도지역은고랭지농업에적합한천혜의자연조건을갖추고있다.

대관령주변지역은 8월의평균기온이 19.2æ로평지보다 5`~6̀æ더낮아고랭

지농업에알맞은지역이다.

구분 호흡 광합성

장소

일어나는때

원료

기체교환

작용결과

모든세포(미토콘드리아)

항상

유기물(포도당), 산소

산소흡수, 이산화탄소방출

에너지발생

엽록체

빛이있을때

물, 이산화탄소

이산화탄소흡수, 산소방출

에너지저장(양분합성)

호흡과광합성의비교

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대단원 마무리Ⅳ. 광합성

190 Ⅳ. 광합성

개념 정리하기

○, × 퀴즈

❶울타리조직을구성하는세포들의종류는다양하다.₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩ ( )

❷식물의잎은세종류의조직계로구성된다.₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩ ( )

❸식물의표피조직계에는엽록체가없다. ₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩ ( )

❹이른봄잎이나오지않았을때수분상승의원동력은증산작용이다.₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩ ( )

❺식물은낮에호흡을하지않고광합성만한다. ₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩ ( )

❻광합성양분은녹말상태로체관을통해이동한다. ₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩ ( )

❼엽록체에서낮에는광합성이일어나고밤에는호흡작용이일어난다.₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩₩ ( )

항상

포도당 +산소 물 + 이산화 탄소

체관

낮

물, 이산화 탄소

엽록체, 엽록소

물+이산화 탄소 포도당 +산소

표면적 확대

식물체 지탱, 잎과 뿌리 연결

관다발

울타리 조직, 해면 조직-광합성

같은 세포들의 모임

양분 저장

엽육

잎맥

기공

수분 흡수

뿌리털

핵, 세포막, 미토콘드리아, , 액포, 세포벽

물관, , 형성층

한 층, 엽록체 없음( 제외)

공변세포, 기체의 교환, 작용

차이

, 산소

빛의 세기, 온도, 농도

기본 조직계

관다발 조직계

표피 조직계

잎

줄기

뿌리

유기적 구성

광합성

호흡

식물

식물 세포

조직

과정

장소

원료

산물

시기

영향 요인

양분 이동

시기

과정

기관

조직계

㉠

㉡

㉢

㉣

㉤

㉥

㉦

체관

공변세포

증산

삼투압

포도당

이산화탄소

×

○

×

×

×

×

×

엽록체

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대단원마무리 191

식물세포의발견과가장관련이깊은것은?

①세포설의확립

②엽록체의발견

③동물세포의발견

④광학현미경의발명

⑤전자현미경의발명

1 육상식물의잎에서는물이직접흡수되지않는

다. 그원인과관련이깊은것은?

①체관 ②엽록체

③공변세포 ④큐티클층

⑤울타리조직

4

기공

A

D

C

B

⑴잎을구성하는조직계를골라기호로쓰시오.

•관다발조직계:

•기본조직계:

•표피조직계:

⑵조직A`와B를구성하는세포의엽록체수는

어떻게차이가나는가?

⑶잎은식물체의유기적구성단계중어느단

계에해당하는가?

①세포 ②조직

③개체 ④기관

⑤조직계

⑷속씨식물중외떡잎식물과쌍떡잎식물의줄기

에서C의분포는어떻게차이가나는가?

그림은 잎의 속 구조를 나타낸 것이다. 물음에

답하시오.

5

다음A, B, C에서각각한단어씩골라옳은문

장을세가지만드시오.

2

<보기>는 세포를 구성하는 성분들을 나열한 것

이다. 물음에답하시오.

⑴식물의뿌리세포에있는구조를있는대로고

르시오. 답_ ㄱ, ㄴ, ㄹ, ㅁ, ㅂ

⑵식물의엽육세포에있는구조를있는대로고

르시오. 답_ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ

⑶사람의백혈구에있는구조를있는대로고르

시오. 답_ ㄱ, ㅁ, ㅂ

⑷잎에 단풍이 드는 것과 관련된 구조를 있는

대로고르시오. 답_ ㄷ, ㄹ

3

개념 적용하기

ㄱ. 세포막 ㄴ. 세포벽

ㄷ. 엽록체 ㄹ. 액포(큰것)

ㅁ. 미토콘드리아 ㅂ. 핵

세포에는 가 있어

을할수있다.

광합성

호흡

C

엽록체

미토콘드리아

B

식물

동물

A

보기

해설_̀ 광학현미경의발명으로식물세포와동물세포를발견할수있게

되었다.

답_ •식물세포에는엽록체가있어광합성을할수있다.

•식물세포에는미토콘드리아가있어호흡을할수있다.

•동물세포에는미토콘드리아가있어호흡을할수있다.

해설_̀ 식물의뿌리세포에는엽록체를제외한다른것은모두있다.

해설_̀ 식물의엽육세포에는여섯가지가모두있다.

해설_̀ 사람의백혈구에는엽록체와세포벽, 액포가없다.

해설_̀ 잎에단풍이드는것은엽록체에있는엽록소가파괴되어카로

틴, 크산토필과같은색소가드러나는것과액포의안토시안이관련

되어있다.

해설_̀ 큐티클층은표피세포층의바깥에서잎을보호한다.

답_ C

답_ A,B

답_ D

답_ 울타리조직세포(A)에는해면조직세포(B)보다엽록체수가

더많다.

답_ C는관다발로서, 쌍떡잎식물은관다발이동심원상에고리모양

으로분포하고있지만외떡잎식물은

줄기전체에흩어져분포한다.

해설_̀ 잎은식물의영양기관이다.

174~193 4단원-재 2013.2.7 5:49 PM 페이지191 DK

개념 적용하기

그림은쌍떡잎식물과외떡잎식물의관다발을비

교한것이다. 물음에답하시오.

⑴쌍떡잎식물줄기의껍질을벗길경우껍질과

함께떨어져나가는것은? 답_ C

⑵부피생장이일어날수있는것은무엇이있

기때문인가? 답_ A

⑶B와 C중에서살아있는세포로구성된것은?

6

A

태양 에너지

에너지 전환 장치

태양 전지

전기 생산

태양 전지 식물

포도당 합성

A B C B C

쌍떡잎식물 외떡잎식물

그림은뿌리의구조를나타낸것이다. 물음에답

하시오.

⑴ (가)̀와 (나)̀는각각무엇인가?

⑵토양속의수분(`A)̀이식물세포(B̀)̀ 안으로흡

수될때의A와B의용질농도를비교하시오.

⑶식물을 옮겨 심을 때 뿌리를 흙과 함께 옮기

는이유를간단히설명하시오.

7

㈏

㈎

물관 표피

흙 알갱이

체관

A

BB

물

엽록체

+ +

태양

이산화 탄소 산소 A

B

㈏

㈐ ㈐

㈎

그림의태양전지와같이식물에는태양에너지를

전환하는것과비슷한장치가있다.

식물세포에서A에해당하는것은무엇인가?

8

그림은 잎에서 일어나는 광합성과 관련된 내용

을나타낸것이다. 물음에답하시오.

9

⑴ (가)̀와 (나)̀는각각무엇인가?

⑵ (다)̀에대한설명으로옳은것은?

①겨울에도항상열려있다.

②물이물방울상태로나간다.

③낮에산소가많이유입된다.

④뒷면이앞면보다수가더적다.

⑤엽록체가 들어 있는 두 개의 세포로 이루

어져있다.

⑶A와B는각각무엇인가?

192 Ⅳ. 광합성

해설_̀ 쌍떡잎식물줄기의껍질을벗기면체관이떨어져나간다.

해설_̀ 부피생장이일어날수있는것은형성층이있기때문이다.

답_ C

해설_̀ 물관은죽은세포로구성되어있고, 체관은살아있는세포로

구성되어있다.

답_ (가)는뿌리털이고, (나)는생장점이다.

답_ 식물세포(̀B)의용질농도가토양속의수분(A) 농도보다더크다.̀

답_ 뿌리털은물과양분을흡수하는데중요한역할을하는것으로

서, 뿌리털이떨어지지않도록하기위하여흙과함께운

반한다.

답_ 엽록체

해설_̀ A는햇빛을흡수하는엽록체이다.

답_ (가)는체관, (나)는물관이다.

답_ A는포도당이며, B는녹말이다.

해설_̀ (다)는기공으로서, 기공주변에엽록체가들어있는두개의

공변세포가있다.

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그림은광합성산물의종류를확인하기위한실

험장치이다. 물음에답하시오.

⑴물풀`에녹말이만들어진것을확인하는방법

을간단히설명하시오.

⑵기포의성분이산소라는것을쉽게확인할수

있는방법을간단히설명하시오.

1

개념 응용하기

그림은암실에두었던식물의두개의잎에증류

수와수산화칼륨이들어있는플라스크를설치

한다음빛을쪼여주는실험장치이다(̀단, 수산

화칼륨은이산화탄소를흡수한다).

⑴플라스크 A와 B에 들어 있는 기체 성분은

어떤차이가있는가?

⑵이실험은무엇을알아보기위한것인가?

⑶ 2시간 후 두 잎을 따서 녹말 검출 반응을 하

면어떤차이가있겠는가?

3

그림은싹튼콩과삶은콩을석회수가들어있는

보온병에 넣고 온도와 석회수의 변화를 관찰하

는장치이다.

⑴이 장치는 콩의 어떤 변화를 알아보기 위한

것인가?

⑵실험결과두보온병의석회수색깔은어떻게

변하겠는가?

⑶실험결과싹튼콩이들어있는보온병의온

도가높았다. 그이유는무엇인가?

2

온도계

보온병

싹튼 콩

석회수

철망

삶은 콩

빛 핀치 꼭지

물풀

기포

증류수

수산화 칼륨

고무마개

AB

탐구력기르기

탐구력기르기

오른쪽그림은온대지방

에자라는당귀라는식물

이다. 이 식물을 사막에

옮겨 심었을 때 사막에

적응하기 위해 잎, 줄기,

뿌리가각각어떻게변해

야할지그림으로나타내

시오.

4

과학글쓰기

대단원마무리 193

창의·인성키우기

|모범답안|물풀에아이오딘-̀̀아이오딘화칼륨용액을떨어뜨려색

깔변화를확인한다.

|모범답안|A에는이산화탄소가들어있지만, B에는이산화탄소

가없다.

|모범답안|광합성의원료로이산화탄소가필요한지알아보기위

한것이다.

|모범답안|A에서는녹말이만들어지지만, B에서는녹말이만들어

지지않는다.

<예시>

|모범답안|잎은선인장과같이좁은가시로변하고, 줄기는수분을저장

하기위해두터워지며, 뿌리는수분을

흡수하기위해깊게뻗을것이다.

|모범답안|핀치꼭지를열고시험관입구에꺼져가는성냥불을대면

불꽃이일어나는것으로산소를확인한다.

|모범답안|콩의호흡으로이산화탄소를방출하고열이발생하는

것을확인하기위한장치이다.

|모범답안|싹이틀때호흡이일어나열이발생하여온도가상승한다.

해설_̀ 싹튼콩의호흡결과물인이산화탄소가석회수에녹으면석

회수가뿌옇게흐려진다.

|모범답안|싹튼콩쪽의석회수가뿌옇게흐려진다.

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