식물과 에너지

앞에서

같은 개념 · 앞 층 · 초6 · 식물의 구조와 기능식물의 구조와 기능뿌리는 물을 흡수하고, 줄기는 물이 이동하는 통로이며, 잎은 햇빛을 받아 양분을 만들어요. 뿌리에서 올라온 물은 잎의 기공을 통해 수증기로 빠져나가요(증산 작용).

먼저 알 것 · 중1 · 생물의 구성과 다양성세포생물의 몸은 세포로 되어 있어요. 식물 세포와 동물 세포 모두 핵 · 세포막 · 미토콘드리아가 있고, 식물 세포에만 세포벽과 엽록체가 있어요.

같은 개념 · 앞 층 · 초6 · 식물의 구조와 기능광합성식물은 빛을 받아 잎에서 스스로 양분을 만들어요. 햇빛을 받은 잎에 아이오딘-아이오딘화 칼륨 용액을 떨어뜨리면 청람색으로 변해서 녹말이 만들어졌다는 것을 알 수 있어요.

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중학에서 — 이 단원

이 단원 · 중2 · 식물과 에너지식물의 구조와 기능

이 단원 · 중2 · 식물과 에너지광합성

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다음에

같은 개념 · 다음 층 · 고1 통합과학1 · 물질대사광합성광합성은 빛에너지를 화학 에너지로 바꾸어 저장하는 동화 작용이고, 여러 효소가 차례로 관여하는 화학 반응이에요.

식물이 빛에너지를 써서 물과 이산화 탄소로 양분(포도당)을 만들고 산소를 내놓는 과정을 광합성이라고 해요. 광합성은 주로 잎의 잎살 세포 속 엽록체에서 일어나요. 엽록체의 초록색 색소인 엽록소가 빛을 흡수해요.

• 재료: 물(뿌리에서 흡수해 물관으로 올라옴), 이산화 탄소(공기 중에서 기공으로 들어옴)
• 에너지: 빛에너지 — 포도당 속에 화학 에너지로 저장돼요
• 산물: 포도당(곧 녹말로 바뀌어 잎에 잠시 저장), 산소(기공으로 나감)

잎의 표피, 특히 잎 뒷면에는 공변세포 두 개로 둘러싸인 작은 구멍인 기공이 많아요. 광합성에 쓰는 이산화 탄소가 기공으로 들어오고, 만들어진 산소가 기공으로 나가요. 초6 에서 배운 증산 작용(뿌리에서 올라온 물이 수증기가 되어 기공으로 나가는 것)도 기공에서 일어나요.

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잎 속 들여다보기

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자료 · 계산 잎 단면의 세포 층과 기공을 본뜬 모형 (직접 만듦)

해 볼 것 · 잎을 비스듬히 자른 단면이에요. 울타리 조직 · 해면 조직의 세포 속 엽록체, 잎 뒷면의 기공과 공변세포, 잎맥의 물관 · 체관을 눌러 보세요. 아래 과정 단추로 물 · 이산화 탄소 · 빛 · 포도당 · 산소의 길을 차례로 볼 수 있어요.

같이 풀어 보기 1광합성 한 줄 정리

광합성이 일어나는 세포 속 장소, 재료 두 가지, 산물 두 가지, 필요한 에너지를 쓰세요.

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장소: 엽록체 · 재료: 물, 이산화 탄소 · 산물: 포도당(녹말), 산소 · 에너지: 빛에너지

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광합성 단백질 3D

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자료 · 계산 단백질 구조는 RCSB PDB(CC0) — 광계 II 3WU2(Umena 외 2011) · 루비스코 8RUC(Andersson 1996) · 헤모글로빈 4HHB(Fermi 외 1984) · 침 아밀레이스 1SMD(Ramasubbu 외 1996) · DNA 1BNA(Drew 외 1981), X선으로 잰 원자 좌표

해 볼 것 · ‘광계 II’에서 초록 엽록소가 어디에 몰려 있는지, 보라색 망가니즈 · 칼슘 묶음(물을 쪼개 산소를 내놓는 곳)이 어디 있는지 찾아보세요. ‘루비스코’는 이산화 탄소를 붙잡는 효소 — 분홍 점 8곳이 붙잡는 자리예요. 모두 X선으로 잰 실제 원자 좌표예요.

광합성으로 녹말이 만들어졌는지는 아이오딘-아이오딘화 칼륨 용액으로 알아봐요. 녹말이 있으면 청람색으로 변해요. 잎의 일부를 알루미늄 포일로 가려 빛을 받지 못하게 하고 실험하면, 빛을 받은 부분에서만 녹말이 생긴 것을 확인할 수 있어요.

같이 풀어 보기 2반쯤 가린 잎

위 실험에서 A 와 B 의 색이 다른 까닭은 무엇일까요? 이 실험으로 알 수 있는 것 두 가지를 쓰세요.

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빛을 받은 B 에서만 광합성이 일어나 녹말이 만들어졌기 때문이에요. ① 광합성에는 빛이 필요하고, ② 광합성으로 녹말(포도당) 이 만들어진다는 것을 알 수 있어요.

광합성으로 산소가 나오는지는 물속에서 빛을 받은 검정말이 내놓는 기포를 시험관에 모아 확인해요. 꺼져 가는 향불을 넣으면 다시 밝게 타올라요 — 산소가 물질이 타는 것을 돕기 때문이에요.

광합성이 얼마나 일어나는지(광합성량)는 검정말이 1분 동안 내놓는 기포 수로 비교할 수 있어요. 광합성량에 영향을 주는 환경 요인은 세 가지예요.

• 빛의 세기: 빛이 셀수록 광합성량이 늘다가, 어느 세기 이상에서는 더 늘지 않아요. 전등을 가까이 하면 빛이 세져요 — 빛의 세기는 거리의 제곱에 반비례해요(4-5 「별과 우주」의 별빛과 같은 관계).
• 이산화 탄소 농도: 농도가 높을수록 늘다가 어느 농도 이상에서는 더 늘지 않아요. 물에 탄산수소 나트륨을 녹이면 이산화 탄소가 늘어나요.
• 온도: 온도가 오를수록 늘다가 30 ~ 35 °C 쯤에서 가장 많고, 그보다 높아지면 광합성에 관여하는 효소가 제 기능을 잃어 급격히 줄어요.

가장 부족한 요인이 광합성량을 정해요. 빛이 충분한데 기포가 더 늘지 않으면 이산화 탄소 농도나 온도를 바꿔 봐야 해요.

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검정말 광합성 실험

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자료 · 계산 블랙먼의 제한 요인 생각으로 만든 가상 실험 (빛 세기는 거리의 제곱에 반비례)

해 볼 것 · 전등까지의 거리를 바꾸며 ‘● 기록’을 눌러 기포 수를 표와 그래프로 모아 보세요. 빛이 충분해지면 기포 수가 더 늘지 않아요 — 그때 탄산수소 나트륨을 늘려 보세요. 온도를 45 °C 가까이 올리면 어떻게 될까요?

실험 설계에서는 알아보려는 요인 하나만 다르게 하고 나머지는 모두 같게 해야 해요(변인 통제).

• 조작 변인(다르게 하는 것): 예) 전등까지의 거리
• 종속 변인(재는 것): 예) 1분 동안의 기포 수
• 통제 변인(같게 하는 것): 예) 물의 온도, 탄산수소 나트륨 농도, 검정말의 종류 · 양

같이 풀어 보기 3전등을 멀리 하면

검정말에서 전등을 20 cm 떨어뜨렸다가 40 cm 로 멀리 했어요. 검정말이 받는 빛의 세기는 몇 배가 되고, 기포 수는 어떻게 될까요?

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거리가 2배 → 빛의 세기는 $\left(\dfrac{1}{2}\right)^2 = \dfrac{1}{4}$ 배. 빛이 약해져 광합성량이 줄어 기포 수가 줄어요.

같이 풀어 보기 4실험 설계하기

이산화 탄소 농도가 광합성량에 주는 영향을 검정말로 알아보려고 해요. 조작 변인 · 종속 변인 · 통제 변인을 정해 보세요.

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조작 변인: 탄산수소 나트륨 용액의 농도(이산화 탄소 농도) · 종속 변인: 1분 동안의 기포 수 · 통제 변인: 전등까지의 거리(빛의 세기), 물의 온도, 검정말의 종류와 양, 재는 시간 등

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먼저 알 것 · 초6 · 식물의 구조와 기능광합성식물은 빛을 받아 잎에서 스스로 양분을 만들어요. 햇빛을 받은 잎에 아이오딘-아이오딘화 칼륨 용액을 떨어뜨리면 청람색으로 변해서 녹말이 만들어졌다는 것을 알 수 있어요.

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중학에서 — 이 단원

이 단원 · 중2 · 식물과 에너지식물의 호흡

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같은 개념 · 다음 층 · 고1 통합과학1 · 물질대사식물의 호흡세포 호흡은 미토콘드리아에서 포도당을 단계적으로 분해해 나온 에너지를 ATP 에 저장하는 이화 작용이에요.

이어지는 것 · 중2 · 동물과 에너지동물의 에너지와 세포 호흡동물은 음식물을 소화해 흡수한 영양소와 호흡으로 들이마신 산소를 순환계로 온몸의 세포에 보내요. 세포는 영양소를 산소로 분해해 생명 활동에 필요한 에너지를 얻고(세포 호흡), 생긴 이산화 탄소와 노폐물은 호흡계 · 배설계로 내보내요.

식물도 동물처럼 호흡해요. 호흡은 살아 있는 모든 세포에서 포도당을 산소로 분해해 생명 활동에 필요한 에너지를 얻고, 이산화 탄소와 물을 내보내는 과정이에요. 식물은 빛이 있든 없든 밤낮없이 늘 호흡해요.

	광합성	호흡
일어나는 곳	엽록체	살아 있는 모든 세포
일어나는 때	빛이 있을 때	늘 (낮과 밤)
들어가는 기체	이산화 탄소	산소
나오는 기체	산소	이산화 탄소
재료	물, 이산화 탄소	포도당, 산소
산물	포도당, 산소	이산화 탄소, 물
에너지	빛에너지를 저장	저장된 에너지를 씀

빛이 강한 낮에는 광합성량이 호흡량보다 많아서, 식물은 겉으로 보면 이산화 탄소를 흡수하고 산소를 내놓아요. 빛이 없는 밤에는 광합성은 멈추고 호흡만 하므로 산소를 흡수하고 이산화 탄소를 내놓아요.

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자료 · 계산 맑은 날 하루의 빛 세기와 포화하는 광합성량, 일정한 호흡량으로 그린 모형 (상대적인 크기)

같이 풀어 보기 5밤의 식물

밤에 식물이 내놓는 기체는 무엇이고, 그 까닭은 무엇일까요?

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이산화 탄소 — 밤에는 빛이 없어 광합성은 멈추고 호흡만 하기 때문이에요. (낮에도 호흡은 하지만 광합성량이 더 많아 이산화 탄소가 겉으로 나오지 않아요.)

BTB 용액은 이산화 탄소가 많으면 노란색, 적어지면 초록색을 거쳐 파란색이 돼요. 이 색 변화로 검정말이 물속 이산화 탄소를 늘리는지 줄이는지 알 수 있어요.

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BTB 용액과 검정말

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자료 · 계산 BTB 지시약의 색 변화(산성 노랑 · 중성 초록 · 염기성 파랑)로 만든 가상 실험

해 볼 것 · ‘▶ 시간 흘리기’를 누르고 네 시험관의 색을 비교하세요. 빛을 받은 검정말(A)은 파랗게, 어둠 속 검정말(B)은 더 노랗게 변해요. C · D 는 왜 그대로일까요?

같이 풀어 보기 6BTB 시험관 해석

숨을 불어넣어 노랗게 만든 BTB 용액에서, 빛을 받은 검정말 시험관 A 는 파란색이 되었고 포일로 감싼 검정말 시험관 B 는 노란색 그대로였어요. 각 시험관에서 일어난 일을 쓰고, 검정말을 넣지 않은 시험관을 함께 두는 까닭을 쓰세요.

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A: 광합성량이 호흡량보다 많아 이산화 탄소가 줄었어요. B: 호흡만 해서 이산화 탄소가 늘었어요(더 진한 노란색).

검정말이 없는 시험관은 색이 변하지 않는 것을 보여, 색 변화가 빛이나 시간이 아니라 검정말 때문이라는 것을 확인하는 대조군이에요.

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먼저 알 것 · 초6 · 식물의 구조와 기능광합성식물은 빛을 받아 잎에서 스스로 양분을 만들어요. 햇빛을 받은 잎에 아이오딘-아이오딘화 칼륨 용액을 떨어뜨리면 청람색으로 변해서 녹말이 만들어졌다는 것을 알 수 있어요.

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중학에서 — 이 단원

이 단원 · 중2 · 식물과 에너지광합성 산물의 이동 · 저장 · 이용

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같은 개념 · 다음 층 · 고1 통합과학2 · 생태계와 환경광합성 산물의 이동 · 저장 · 이용식물이 만든 양분과 그 속의 에너지는 먹이 사슬을 따라 다른 생물로 옮겨 가며 생태계 전체의 에너지원이 돼요.

잎에서 광합성으로 만든 포도당은 곧 녹말로 바뀌어 잎에 잠시 저장돼요. 녹말은 물에 잘 녹지 않아 그대로는 옮길 수 없으므로, 주로 밤에 물에 잘 녹는 설탕으로 바뀌어 체관을 따라 뿌리 · 줄기 · 열매 · 씨로 옮겨 가요. 물은 뿌리에서 물관으로 올라오고, 양분은 체관으로 옮겨 가요.

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자료 · 계산 식물의 물관 · 체관과 저장 기관을 단순하게 그린 모형

옮겨 간 양분은 이렇게 쓰여요.

• 에너지원: 호흡으로 분해되어 생명 활동(자라기, 꽃 피우기 …)에 필요한 에너지를 내요.
• 몸을 이루는 재료: 세포벽 · 단백질 같은 몸의 재료가 돼요.
• 저장: 쓰고 남은 양분은 여러 기관에 여러 물질로 바뀌어 저장돼요.

저장 물질	저장하는 식물 (기관)
녹말	감자(땅속줄기) · 고구마(뿌리) · 쌀 · 밀(씨)
설탕	사탕수수(줄기) · 사탕무(뿌리)
포도당 · 과당	포도 · 사과 · 감(열매) · 양파
단백질	콩(씨)
지방	깨 · 땅콩 · 해바라기(씨)

같이 풀어 보기 7감자의 녹말

감자를 잘라 단면에 아이오딘-아이오딘화 칼륨 용액을 떨어뜨렸더니 청람색으로 변했어요. 감자에 이 물질이 저장되기까지의 과정을 차례로 쓰세요.

▸ 풀이 보기

잎에서 광합성으로 포도당을 만든다 → 녹말로 바뀌어 잎에 잠시 저장된다 → 밤에 설탕으로 바뀌어 체관을 따라 땅속줄기(감자)로 옮겨 간다 → 감자에서 다시 녹말로 바뀌어 저장된다.

같이 풀어 보기 8정보 그림으로 정리하기

광합성 산물이 만들어져 이동하고 저장 · 이용되는 과정을 한 장의 그림(정보 그림)으로 그린다면 어떤 칸이 들어가야 할까요?

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예: ① 잎 — 빛 · 물 · 이산화 탄소 → 포도당 → 녹말 ② 밤 — 녹말 → 설탕 ③ 체관 — 이동 ④ 저장 기관 — 녹말 · 설탕 · 단백질 · 지방 ⑤ 이용 — 호흡(에너지), 몸의 재료. 화살표로 순서를, 기관 그림으로 장소를 나타내요.

우리가 먹는 쌀 · 감자 · 과일의 양분은 모두 식물이 광합성으로 만든 거예요. 몸속에 들어온 녹말은 소화되어 포도당이 되고, 온몸의 세포에서 호흡으로 분해되어 에너지를 내요 — 「몸속 기관계」 책의 소화 · 순환 · 세포 호흡으로 이어져요.

한 장 요약

한 장 요약

1. 광합성: 엽록체에서 빛에너지로 물 + 이산화 탄소 → 포도당(→ 녹말) + 산소. 이산화 탄소 · 산소는 기공으로 드나들어요. 녹말은 아이오딘 반응(청람색), 산소는 꺼져 가는 향불로 확인.
2. 요인: 빛의 세기 · 이산화 탄소 농도는 늘다가 일정해지고, 온도는 30 ~ 35 °C 쯤 가장 많다가 급감. 가장 부족한 요인이 광합성량을 정함. 실험은 조작 변인 하나만 바꾸고 통제 변인은 같게.
3. 호흡: 살아 있는 모든 세포에서 늘, 포도당 + 산소 → 이산화 탄소 + 물 + 에너지. 낮(광합성 > 호흡): 산소 방출, 밤(호흡만): 이산화 탄소 방출. BTB 용액: 이산화 탄소 많으면 노랑, 적으면 파랑.
4. 산물: 녹말 → 밤에 설탕 → 체관 → 뿌리 · 줄기 · 열매 · 씨에 녹말 · 설탕 · 포도당 · 단백질 · 지방으로 저장, 호흡의 에너지원과 몸의 재료로 이용.