나무의사 수목생리학 요약 _ 5 호흡

호흡

1. 에너지의 역할

세포의 분열, 신장, 분화 / 무기영양소의 흡수 / 탄수화물의 이동, 저장 / 대사물질의 합성, 분해 및 분비 / 주기적 운동과 기공의 개폐 / 세포질 유동

 

2. 호흡과 에너지 생산

미토콘드리아(작은 소기관)에서 기질(에너지를 가지고 있는 물질)을 산화시켜 에너지를 발생시키는 과정.

가장 효울적인 기본물질 포도당(glucose, 6탄당)은 산화되면 6개 CO2분자로 분해되고, 포도당에서 나온 전자와 수소는 산소를 환원시켜 6분자의 H2O를 만듬.

   C6H12O6    +       6O2       ▶       6CO2    +    6H2O     +    686kcal     ▶   ATP 생산
산화대상물질     환원대상물질        산화된물질    환원된물질    에너지방출

포도당에 저장되어 있던 에너지가 일시적으로 ATP형태로 저장됨.

 

3. 호흡작용의 기작

기질이되는 물질(주로 탄수화물)은 산화되어 CO2가 되며, 흡수된 산소(O2)는 환원되어 물(H2O)이 됨.

1) 해당작용 (glycolysis)

포도당 분해 단계, 탄소3개 가진 C3화합물에서 2개의 C2화합물로 변하면서 CO2분자 2개를 방출.

해당 작용단계는 산소를 요구하지 않으므로 효모에 의한 발효에서도 일어나는 반응으로, 에너지(ATP)생산효율이 낮음.

해당작용 (glucolysis) [출처 : Kahn academy]

2) Krebs회로

4개의 CO2 발생하며 NADH를 생산

Krebs cycle diagram [출처 : Kahn academy]

3) 말단전자경로

NADH로 전달된 전자와 수소가 산소에 전달되어 물(H2O)를 환원시켜 ATP를 생산하는 과정.

말단전자전달경로(terminal electron transport chain) [출처 : microbenotes.com]

산소가 소모되므로 호기성 호흡이라고 말함.

호흡작용에서 일어나는 탄소의 재배열
C6화합물(glucose) ▶ 2 X C3화합물 ▶ 2CO2 ↑▶ 2 X C2화합물 ▶ Krebs회로

 

 

4. 수목의 호흡

수목호흡량을 단위건중량 기준으로 표시하면, 미생물이나 초본보다 목본이 적게 나타남. 목본에는 호흡을 하지 않는 죽은 지지조직이 많기 때문.

1) 산림의 종류

노숙한 450년 임분은 광합성량의 90% 까지 호흡으로 이용.

열대우림은 65~70%까지 호흡작용으로 이용. (야간의 높은온도와 복층림에 의한 그늘형성, 광합성보다 호흡량이 많음)

2) 임분의 밀도와 그늘

밀식된 임분은 저조한 광합성과 많은 호흡으로 생장량이 감소하여 직경이 작아짐.

But, 음수의 경우 양수보다 그늘에서 호흡작용을 경제적으로 수행, 효율적으로 그늘에서 살아갈 수 있음.

3) 수목의 나이

일반적인 호흡량은 광합성량의 30~40%에 달함.

수목의 나이가 증가할수록 호흡량이 증가하는 것은 전체조직에 대한 비광합성 조직의 비율이 늘어나기 때문.

오래 될 수록 광합성을 할 수 없는 줄기와 뿌리의 체적이 넓어짐.

4) 수목의 부위

호흡은 원형질을 가지고 있는 살아있는 세포, 유세포(parenchyma cell)가 모여있는 부위에서 높게 일어나며, 죽은 세포로 된 부위에서는 호흡이 거의 일어나지 않음.

a. 지상부

수목의 여러부위 중 잎의 호흡이 가장 왕성함.

눈의 호흡은 계절적 변동이 심함.

굵은가지나 수간의 호흡은 수피와 형성층 주변조직에서 주로 일어남. (형성층은 외부접촉을 안해 산소공급이 부족하므로 혐기성 호흡이 일어나는 경향이 있음)

방사선조직에는 살아있는 유세포가 있으나 숫자가 적어 호흡에 기여하는 양이 적음.

수피 중 맨 바깥 쪽 조피는 죽어있지만, 가스교환을 촉진시키기 위해 피목을 가지고 있음.

b. 지하부

뿌리도 산소 호흡을 함

세근은 세포분열이 왕성하고, 무기염을 흡수하는데 ATP를 사용하기에 호흡량이 많음.

뿌리 호흡량은 전체 나무 호흡량의 8% 차지.

세근의 90% 이상이 20cm 내에 모여 있음.

뿌리가 장기간 물에 침수되면, 메탄가스와 에틸렌가스가 발생하고 지상부로 이동하여 잎의 황화현상을 유발하거나, 상편생장으로 잎이 아래로 휘어 말려 들어감.

c. 과실과 종자

과실의 호흡은 결실 이후 가장 높고, 과실이 익으며 최소치를 나타내다가, 완전히 성숙하기 전에 다시 호흡량이 일시적으로 증가. (이것을 climacteric이라고 함, 사과 복숭아, 자두, 바나나 등에서 나타나며, 포도나 귤에서는 볼수 없는 현상임)

과실을 장기저장하기 위해 호흡량을 줄이는 것이 바람직.

낮은 온도 저장, 공기중 산소 함량 2-3%로 낮춤, CO2함량 5%로 높임 등으로 호흡을 억제시키며, 자생 에틸렌 피해 줄임.

종자의 호흡은 성숙하면, 휴면상태에 들어가면 극히 적어짐.

5) 온도와 호흡

Q10 : 온도변화에 따른 호흡량의 변화, 온도가 10℃ 상승함에 따라 나타나는 호흡량의 증가율.

온도변화에 따른 광합성과 호흡률의 변화 [출처 : chegg.com]

온도주기 : 야간의 온도가 주간보다 낮아야 수목이 정상으로 자랄 수 있음. 야간의 호흡작용을 최소로 억제함으로써 광합성으로 고정한 탄수화물을 생장에 최대한으로 활용할 수 있음.

6) 특수환경에서의 호흡

a. 공기 유통이 저조한 토양에서의 뿌리호흡

복토, 높은 지하수위, 불투수층, 도로포장, 침수상태 일 때 토양속 산소가 줄고 이산화탄소가 증가.

버드나무의 경우 잎의 기공을 통해 들어온 산소가 뿌리까지 전달되며, 가지와 피목으로 들어온 산소가 뿌리로 전달되므로 침수상태를 견딤.

b. 대기오염과 호흡

오존(O3)는 매우 강한 산화력으로 조직을 파괴하며 호흡이 증가. 반면 뿌리는 생장이 감소하고 호흡도 감소함.

아황산가스(SO2)도 마찬가지로 호흡을 증가시키는 경향이 있음.

이산화질소(NO2)도 강한 산화력을 가지며 노출된 초본의 호흡이 감소함.

불소(F)는  낮은 농도에서는 노출된 수목의 호흡이 증가하지만, 높은 농도에서는 호흡이 감소함. 

 

 

나무의사 수목생리학 요약 _ 6 탄수화물 대사와 운반