엽록소 광저해, 백화 현상과 대처

엽록소의 과부하 (광저해 현상)

 

광저해 (Photo-inhibition) https://infos.tistory.com/7839 : 빛이 너무 강해 광합성 효율이 오히려 떨어지는 현상이다. 초기에는 회복이 가능하지만, 지속되면 광산화로 이어져 세포가 사멸한다.
광산화 (Photo-oxidation) https://infos.tistory.com/7840 : 광합성 능력을 초과하는 과도한 빛 에너지가 들어올 때, 에너지가 소모되지 못하고 활성 산소를 생성하여 엽록소를 직접적으로 파괴하는 화학적 과정을 말한다.
백화현상 (Chlorosis, Bleaching) https://infos.tistory.com/7472 : '색이 빠지는 현상'에 집중한 용어다. 엽록소가 파괴되거나 생성이 억제되어 녹색 잎이 노란색 또는 흰색으로 변하는 상태다. 조직 자체가 즉각 죽는 것은 아니며, 광합성 효율이 급격히 떨어진다. 환경이 개선되면 다시 녹색으로 회복될 가능성이 일소에 비해 상대적으로 높다. 잎 전체가 서서히 노랗게 변하거나(영양 결핍), 빛을 받은 부위가 하얗게 탈색(고광도)된다.
일소현상(Sunscald) https://infos.tistory.com/7838 : 강한 직사광선에 의해 잎이나 과일의 조직이 화상을 입어 변색되거나 괴사하는 물리적인 결과로, 육안으로 잎이 하얗게 마르는 상태는 흔히 '일소 현상(Sunscald)'이라고 부른다.

 

'경화(Hardening off, 굳히기) https://infos.tistory.com/7475' 노지로 가기전 시들기 직전까지 수분 스트레스, 바람 스트레스, K와 Si공급. 노지로 나가면서 약7일에 걸처 빛 노출을 늘린다.

'Rubisco (루비스코) https://infos.tistory.com/7510' 엽록소'는 빛을 받아들이는 역할, Rubisco는 당분으로 전환한다. 웃자람은 엽록소 밀도는 낮고 광수용(LHCI) 밀도는 증가, 부족한 Rubisco는 빛 에너지(e^-, ATP(ADP+인산), NADPH 등)를 다 처리 못함. 루비스코에 의해 당분으로 바뀌지 못한 넘치는 고에너지 전자(e^-)는 엽록체 내부의 산소와 만나서 활성산소(ROS)를 만든다. 활성산소는 얇아진 큐티클과 연약한 세포벽을 안쪽에서부터 공격하여 파괴합니다. 잎 끝이 타거나 노랗게 뜨는 현상의 내부적 원인이다.

'웃자람 https://infos.tistory.com/5982' 식물이 질소를 흡수해서 단백질을 만드는 과정. 만약 마그네슘(Mg)이 부족하면, 세포에 질소화합물(질산태 질소와 아미노산)이 단백질로 변하지 못하고 계속 쌓이게 된다. 질소화합물은 삼투압 팽창으로 수분을 더 흡수하게 만들어 세포 팽창(Expansion)이 일어난다.

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'엽록소 광저해 현상, 백화 현상 https://infos.tistory.com/7472' 온실 등에서 연약한 빛에 맞춰 하던 광합성량을 갑자기 넘어서면 다 처리하지 못한 과잉 에너지는 세포 내에서 활성산소(Free Radicals)를 생성하여 그 독성 물질이 세포막과 단백질을 안에서부터 녹인다. 빛이 강할수록 엽록소가 에너지를 만드는 게 아니라, 빛 에너지 자체가 엽록소의 단백질 구조(D1 단백질 등)를 파괴하게 된다.

 

 

광합성을 하는 엽록소도 감당할 수 있는 빛의 양에 한도가있다.

하우스 내부: 비닐이 자외선을 차단하고 빛을 산란시켜 엽록소가 감당하기 편한 '순한 빛'만 들어온다.

외부 노출: 갑자기 쏟아지는 강한 직사광선(에너지)을 엽록소가 다 처리하지 못하면, 남는 에너지가 독성 산소(활성산소)를 만들어 세포를 안에서부터 파괴한다. 잎이 하얗게 변하는 백화 현상의 원리다.

 

온실 등에서 연약한 빛에 맞춰져 있던 광합성 공장(엽록소)에 갑자기 수만 럭스(Lux)의 직사광선이 쏟아지면, 식물은 이 에너지를 다 처리하지 못한다. 처리되지 못한 과잉 에너지는 세포 내에서 활성산소(Free Radicals)를 폭발적으로 생성한다. 이 독성 물질이 세포막과 단백질을 안에서부터 녹여버리는데, 이것이 우리가 보는 '하얗게 타버린 잎(백화 현상)'의 실체다.
잎이 타버리면 광합성 자체가 불가능해지므로 식물은 회복 불능 상태에 빠지기 가장 쉽다.

 

 

중요도1. 광저해(Photoinhibition) 방지 (생존의 핵심)
식물에게 가장 중요한 것은 에너지 공장(엽록체)이 폭발하지 않게 관리하는 것이다. 비닐하우스에서 밖으로 나갔을 때 가장 큰 문제는 엽록체가 감당할 수 없는 수준의 '빛 폭탄'이 쏟아지는 것이다.
이때 식물은 두 가지 방식으로 대응합니다.
단기 대응 (배치 전환): 엽록체가 빛을 덜 받도록 세포 옆면으로 숨는다. (몇 시간 내 발생)
장기 대응 (보호 단백질 및 큐티클): 빛 에너지를 열로 방출하는 특수 단백질을 만들고, 겉면에 자외선 차단막(큐티클)을 쌓는다. (며칠 소요)

중요도2. 큐티클(Cuticle)의 물리적 차단 (외부 방어막)
엽록소가 내부에서 "숨는" 전략을 쓴다면, 큐티클은 밖에서 "빛을 튕겨내는" 전략이다.
중요성: 큐티클이 두꺼워지면 엽록소로 도달하는 빛의 절대량이 줄어들고 자외선이 차단되므로, 1위인 '광저해'를 원천 봉쇄할 수 있다.

중요도3: 수분 손실 억제 (기공 및 팽압 관리)
에너지 공장이 타지 않더라도, 수분이 다 말라버리면 식물은 고사한다.
중요성: 하지만 이는 물을 주거나 습도를 높여주면 어느 정도 수습이 가능하므로, 세포가 물리적으로 파괴되는 광저해보다는 후순위로 본다.