개념 한 쪽
광은 식물의 광합성과 생육 조절에 직결되는 요소이며, 파장의 특성에 따라 토양 온도 상승, 광수용체 반응, 개화 반응 등이 달라진다. 파이토크롬은 적색광과 원적색광에 반응하는 광수용체로 일장반응을 매개하고, 작물별 일장감응형과 영양요소는 수광 태세와 생장 속도에 영향을 준다.
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출제기준 단원 「포장광합성」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 지온 상승 파장 판별 | 1 | 지온 상승에 가장 효과적인 파장 영역을 고르기 |
| 파이토크롬 기능 판별 | 1 | Pr의 특성과 기능을 바르게 고르기 |
| 작물 일장감응형 분류 | 1 | 고추의 일장감응형을 정확히 분류하기 |
태양광의 파장별 특성은 작물과 환경에 다른 영향을 준다. 가시광선(400~700nm)은 주로 광합성에 사용되거나 반사되며 식물의 생육과 직접적으로 관련된다. 반면 장파장 영역의 적외선, 특히 770nm 이상의 파장은 열에너지로 전환되는 비율이 높아 토양 표면에 도달하면 지온 상승에 효과적으로 작용한다.
광신호를 감지하는 대표적 수용체는 파이토크롬이다. 파이토크롬은 적색광을 흡수하는 Pr형과 원적색광을 흡수하는 Pfr형으로 존재하며 두 형태 간의 가역적 전환을 통해 일장 효과와 종자 발아, 개화 등을 조절한다. 파이토크롬은 색소 단백질로서 광수용체 역할을 하며 호르몬과는 구별된다.
일장감응형은 작물의 개화 반응을 설명하는 분류이다. 단일성 식물은 낮이 짧아질 때 개화가 촉진되고, 장일성 식물은 낮이 길어야 개화가 촉진된다. 고추는 낮이 짧아질 때 개화가 촉진되는 단일성 식물이므로 일장감응형으로 SS형으로 분류된다.
영양과 구조적 요소는 광환경 대비 수광 태세와 생장 속도에 영향을 준다. 규소는 화곡류에서 세포벽을 강화하여 잎이 일어서게 하고 그 결과 수광 태세를 최적화하며 증산을 경감하고 내한성 등 내성 향상에 기여한다. 개체군생장속도(CGR)는 엽면적지수(LAI)와 순동화율(NAR)의 곱으로 정의되므로 군락 수준의 생장속도는 잎의 양과 단위 잎의 효율을 함께 고려하여 판단해야 한다.
지온 상승을 묻는 문제에서는 '지온 상승'과 '열에너지 전환'을 연결하여 장파장 적외선 영역(770nm 이상)을 선택해야 한다. 파이토크롬 관련 문제에서는 파이토크롬이 광수용체 색소 단백질이라는 점과 Pr, Pfr의 상반된 작용을 구분해야 한다. 작물의 일장감응형을 묻는 문제에서는 고추를 단일성 식물로 보고 SS형을 답으로 고른다. 잎의 수광 태세 최적화 문제에서는 규소의 역할을 떠올려 정답을 선택해야 한다. CGR 관련 문제는 LAI와 NAR의 곱이라는 식을 적용하여 검산한다.
지온상승에 가장 효과가 큰 광 파장은?
정답 ④ · 햇빛(태양 복사에너지)이 토양에 흡수되어 지온을 상승시키는 데 기여하는 정도는 광 파장의 길이에 따라 다릅니다. 가시광선 영역인 400~700nm는 식물의 광합성에 이용되거나 반사되는 비율이 높지만, 적외선 영역인 770nm 이상의 파장은 토양 표면에 도달했을 때 열에너지로 전환되는 비율이 매우 높습니다.
지온 상승에 가장 효과적인 파장은 열에너지 전환 효율이 높은 적외선 영역인 770nm 이상이다.
Butler 등은 광가역 반응체계를 설정하여 Pr을 적색광 흡수형이라고 하였다. Pr의 해당 사항이 아닌 것은?
정답 ② · 문제는 광감응 물질 Pr의 생리적 작용 가운데 해당되지 않는 것을 찾는 것이다. Pr은 적색광을 흡수하는 형태로 단일식물의 개화를 촉진하고 장일식물의 개화를 억제하며 호광성 종자의 발아를 억제하는 등의 작용을 한다.
Pr은 적색광 흡수형으로 화성 촉진, 장일식물 화성 억제, 호광성종자 발아 억제 역할을 하므로, 화성을 억제한다는 것이 정답이다.
고추의 일장감응형은?
정답 ② · 고추는 단일 조건에서 화아가 분화하고 개화 및 결실이 촉진되는 '단일성 식물'입니다. 일장감응형은 일장의 변화에 따른 화아 분화 반응 유형을 나타내는데, 단일성 작물은 일장이 짧아질 때 개화하는 유형인 SS(Short-Short)형으로 분류됩니다.
고추는 일장이 짧아질 때 개화가 촉진되는 단일성 식물로, 일장감응형은 SS형에 해당한다.
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