질문1. 식물이 색채를 갖는 이유는 무엇인가?

[답변1] 식물이 색채를 갖는 이유는 잎속에 존재하는 광합성 색소 때문입니다.

식물은 광합성을 통해 살아가는 생물입니다. 광합성을 하기 위해서 광합성 기구가 필요합니다. 세포속에서 광합성 기구가 바로 엽록체인데 엽록체의 색이 녹색이기 때문에 육상식물은 모두 녹색을 띠고 있습니다.

광합성 색소에 따라, 물속에는 갈색을 띠는 갈조류(미역 등)와 홍색을 띠는 홍조류(김, 해인초 등)도 있습니다.

질문2. 색채를 가짐으로써 얻는 이익과 손해는?

[답변2] 광합성 색소는 보색(반대색)의 빛을 가장 흡수합니다.

(1) 색채를 가짐으로써 얻는 이익은

보색의 빛을 흡수하여 광합성에 이용할 수 있는 점입니다.

물속에서는 빛의 색깔(파장)에 따라 도달하는 거리가 서로 다릅니다. 빨강색파장은 물표면만에, 보라색빛은 바다 깊숙이 까지 도달합니다. 바닷물속 가장 깊은곶에 서식하는 홍조류의 경우 자신의 몸이 붉은색을 띠게됨으로서 바다속까지 도달한 보라색빛을 흡수하여 이용할 수 있는 이로운점이 있습니다.

물표면 서식하는 녹조류는 빨강빛을 가장 잘 흡수합니다. 녹조류가 진화되어 육상으로 올라왔기 때문에 현존하는 모든 육상식물은 녹색입니다.

(2) 색채를 가짐으로써 손해는

태양에서 오는 모든 빛을 이용하지 못하고 특정파장의 빛만 이용할 수밖에 없는 단점이 있습니다.

질문3. LED 식물이란?

[답변3] LED 식물이란 LED 식물공장에서 자라거나 생산되는 식물입니다.

LED는 Light Emitting Diode의 약자입니다. 발광 다이오드(發光diode)는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자입니다. 발광 원리는 전계 발광 효과를 이용하고 있습니다. 또한 수명도 백열전구보다 상당히 길며, 발광색은 사용되는 재료에 따라서 다르며 자외선 영역에서 가시광선, 적외선 영역까지 발광하는 것을 제조할 수 있습니다.

LED 식물공장이란 LED조명을 비롯한 IT시스템을 갖춘 통제 시설 내에서 빛ㆍ온도ㆍ습도ㆍ이산화탄소 농도ㆍ양분ㆍ수분 등 식물의 생육환경을 인공 제어해 자연환경에 영향받지 않고 작물을 공산품처럼 만들어낼 수 있는 공장을 말합니다.

LED조명은 식물의 광합성 등 생장에 필요한 특정 파장의 빛만 공급할 수 있어 식물 생장속도를 빠르게 하거나 식물의 색깔제어, 항산화물질 등 특정 물질 증강, 병해충 방제가 가능합니다.  예를 들어 태양빛에서 파장이 긴 적색과 청색은 식물의 광합성을 촉진하는 역할을 하는데, 적색과 청색 LED조명을 식물에 쬐어주면 식물의 생장을 빠르게 할 수 있습니다. 또 특성 파장의 LED조명을 혼합하면 식물별 특정 물질을 촉진시켜 항산화물질 등 식품첨가원료를 얻을 수 있고, 나아가서는 식물로부터 경구백신 단백질을 얻어내 의약품을 제조할 수 있게 됩니다.  실제 전주생물소재연구소는 4년근 인삼을 LED조명법을 통해 18개월 내 속성 재배하는데 성공하기도 했습니다.

식물공장은 이처럼 속성 재배는 물론 자연재해 등에 영향받지 않고 안정적으로 작물을 재배할 수 있기 때문에 미래형 농업산업의 첨병 역할을 할 것이란 전망입니다.(출처:디지탈타임스)

식물이 색깔을 나타내는 것은 색소때문이고요

그 색소가 진화적으로 적응에 유리하기 때문에 그렇게 발달한 겁니다.

엽록소도 색깔이지만

이건 모든 식물의 공통 사항이니 별개로하고

봄에 피는 나무의 꽃은 노란색입니다.

개나리, 산수유, 생강나무 등

잎이 나오기도 전에 노란 꽃이 핍니다.

아마도 움직임이 별로 없는 벌들을 꾀기 위한 전략으로 생각됩니다.

그 다음으로 진달래, 벚꽃, 복숭아꽃, 살구꽃 등 분홍색 꽃이 등장합니다만

이 붉은 색은 안토시아닌 때문이고요

안토시아닌은 봄이 진행되면서 점점 강해져가는 강력한 했빛 으로부터 꽃잎을 보호하려는 몸부림으로 보입니다

꽃잎이나 어린 잎들은 표피층이 거의 없어서 햇빛속에 있는 자외선 등 강력한 에너지 광선의 공격을 받게 되고요

피해를 최소화 하려고 이러한 빛을 흡수하는 색소인 안토시아닌을 만들어 냅니다.

더 강력한 햇빛이 비치는 늦은 봄, 초여름은 아예 햇빛을 반사하여 피해를 덜 받으려는 듯 아까시아, 싸리, 느릅나무 등이 흰색꽃을 피지요

이렇듯 색소는 보호기능을 하고요

버찌, 주목나무 열매 등 붉은 열매 등은 새들의 눈에 잘 띠어 새에 의하여 종자를 멀리 운반하여 종족을 번식시키는 기능도 합니다. 이들 종자들은 새의 위장을 통과해야 더 잘 싹이 튼다고 합니다.

이와는 달리 노란 열매 (귤, 감, 참외)는 해충들을 쫒아내는 역할을 한다고 합니다.

식물이 이러한 다양한 색소를 만드는 것은 식물체에서 그런 화학반응이 일어나기 때문이고요

그 모든 것이 광합성의 산물들이 각 나무 종 마다 다양한 산화과정을 거치면서 독특한 색소를 만들기 때문입니다.

예를 들면 노란색인 카로틴은 엽록체 안에서 만들어지고요..이것이 다양한 산화과정과 다른 색소와의 혼재 아니면 세포내의 산도(pH)의 차이 때문에 당근, 은행나무잎, 느티나무 잎, 참외 껍질, 개나리 꽃 잎 등에서 비슷하지만 약간은 다른 질감으로 우리에게 다가오지요.

붉거나 보라색인 안토시아닌은 식물의 액포에서 발견되고요

액포의 산도에 따라 더 붉거나 더 자주색으로 변하지요..

이러한 색깔들은 그 꽃 혹은 열매 (어떤 때는 잎)가 동물 혹은 인간에 의해서 선택되게 하기 때문에

진화가 일어나게 하기도 합니다.

예를 들면 노란 개나리 중에서 보라색 개나리가 튀어 나왔다면

자연상태에서는 죽고 사라질 수도 있지만

인간이 계속 이것을 증식시켜 널리 심게되면 많이 퍼지겠지요?

이런 예를 억지로 드는 이유는 식물의 색깔이 꽃가루를 나르는 나비나 벌에 의하여 오랜 동안 선택되었다는 거구요

그것은 식물 스스로가 선택하는 것이 아니라 벌, 나비 등 자연이 그렇게 남게되도록 선택하였다는 것이구요

그것이 다윈의 소위 자연선택설입니다 

위의 이런 예들은 식물이 서로 다른 파장의 빛을 어떻게 이용하는지를 보여주는 것이구요

즉, 광합성을 하기 위해서는 적색광이 필요하구요 (그래서 반대색인 녹색을 반사하니 식물이 초록으로 보이구요)

광합성이 필요없는 조직인 꽃은 다른 색깔로 벌, 나비를 유혹해야 하는 겁니다.

색채를 가짐으로써 얻는 손해는 크지 않을 겁니다.

왜냐하면 손해가 누적되면 진화과정에서 살아남지 못하지요

결국 LED라는 것은 서로 다른 파장의 빛에 반응을 달리하는 식물의 각부분의 특성을 잘 살려보겠다는 취지로 도입된 것이구요

햇빛이 온갖 파장을 다 함유한 것이라면

LED 는 특정 파장 만을 주어 식물의 생장을 제어하겠다는 발상입니다.

예를 들면 상치를 재배하는데 꽃은 필요없고 잎 생장만 필요하면 어느 특정 파장의 광선만 주면 되고요

꽃을 빨리 피우려면 다른 파장의 광선을 주겠지요?

이런 것이 가능한 이유는 식물의 세포에 빛을 감지하는 파이토크롬이란 안테나가 존재하기 때문이라고 합니다.

출처:네이버 지식창  <파이토 크롬>에서