기공은 어떤 원리로 열리고 닫히는가?
정답
아침에 해가 뜨면 공변세포 내의 수소이온(H⁺)이 밖으로 나가고 대신 칼륨이온(K⁺)이 들어오며, 전분이 분해되고 말산이 생산되어 삼투압이 높아짐으로써 주변에서 수분을 흡수하여 공변세포가 팽팽해지면서 기공이 열린다.
설명
서로 마주 보고 있는 두 개의 공변세포(guard cell)에 의하여 생기는 구멍으로서 공변세포가 수분을 흡수하면서 팽창하면 열린다. 공변세포는 안쪽의 세포벽이 두껍고, 바깥쪽의 세포벽이 얇다. 수분을 많이 흡수하면 안쪽의 세포벽은 거의 늘어나지 않고, 바깥쪽의 세포벽이 더 많이 늘어나면서 복판에 구멍(기공)을 만든다.
[기공이 열리는 현상]
- 공변세포는 항상 엽록체를 가지고 있어서 광합성을 할 수 있다.
1) 아침에 해가 뜨면 공변세포 막에 있는 H⁺ -ATPase 효소가 활성화되어 H⁺을 밖으로 방출한다.
2) 이때 전하의 불균형을 해소하기 위해 세포막에 있는 K⁺ -channel(운반단백질의 일종)을 통해서 K⁺이 주변에서 대량으로 들어온다.
3) 공변세포 내 전분이 분해되고 이산화탄소와 결합해 말산(malic acid)이 생산되면서 음전기를 띤 malate로 된다.
4) 결국 malate와 K⁺으로 인해 공변세포의 삼투압이 높아져서 주변으로부터 수분이 공변세포 속으로 이동하여 공밴세포가 팽팽하게 커지면서 기공이 열린다.
[기공이 닫히는 현상]
1) 해가 지면 말산이 다시 전분으로 바뀌면서 칼륨이온이 밖으로 빠져나간다.
2) 삼투압이 낮아지면서 수분이 공변세포 밖으로 빠져나가 공변세포가 위축되면서 기공이 닫힌다.
기공개폐에 여러가지 환경요인의 영향을 받는다. 햇빛, 이산화탄소, 토양의 수분함량, 온도 등이 그렇다. 이산화탄소(CO₂)의 농도가 낮으면 기공이 열리고, 농도가 높으면 기공이 닫힌다. 토양의 수분함량이 부족하여 잎의 수분퍼텐셜이 낮아지면 수분 스트레스가 커져서 기공이 닫힌다.
참고서적 : [문답으로 배우는 조경수 관리지식(이경준 저)]
