식물의 광합성 효율 올리기

인류가 이용하는 에너지의 근본은 대부분 태양광입니다. 그것이 몇 억 년 전에 축적된 것이든, 작년에 받은 것이든, 당장 이용하는 것이든 말입니다. 원자력과 지열을 빼면 다가 아닐까요?

전에, 두 가지 뉴스가 있었습니다.

1. 일본에서는 암모니아를 합성하는 데 종래의 하버-보슈법에 필요한 고에너지 조건을 회피할 방법을 찾아냈다는 뉴스가 있었습니다. 일단 더 기다려봐야 할 일.

2. 미국에서는 구리계열 촉매를 이용해 빛을 받아 이산화탄소를 고정하는 데 성공했다는 뉴스가 있었습니다.

이 두 가지는, 루머인 지 실제인 지, 그 제약은 얼마나 될 지 모르겠지만,

실용화되면 인류 역사를 바꿀 수 있는 대발명이 될 것입니다.

그리고 그에 이어 다시 나온 뉴스가, 유전공학을 이용해 식물의 광합성 효율을 올렸다는 기사입니다.

C3식물과 C4식물에 관한 이야기는 식물학이나 식물생리학에 조금 관심이 있었다면 들어봤을 내용인데요,

이것은 그것과는 또 다른 이야기로, 

식물이 광해를 입지 않기 위해 발전한 기작을 개선했다는 것입니다. 

식물의 광합성 효율 높이는 방법은?

매일경제 원호섭 2016.11.23

텃밭 농사에 관심이 있었다면, 작물마다 수확까지 필요한 일수와 광량을 계산한 표를 본 적 있을 것입니다. 그리고 양지성, 반음지성, 음지성 식물에 관한 이야기도. 빛이 많을수록 광합성을 더 많이 할 것 같지만, 일단 진화의 가지를 타고 나누어져 특정 환경에 최적 적응해 진화해버린 각각의 식물 종류는, 생육 조건에 너무 최적화돼있기 때문에, 프로그램된 유전자가 지정한 설정보다 빛이 적어도 생장과 결실에 안 좋지만 빛이 많아도 안 좋게 됩니다.

그리고 빛이 너무 많을 경우, 광합성회로를 공회전시키는 스위치가 켜지는데 그것을 NPQ라고 하는 모양입니다. 빛이 다시 적어지면 그 스위치를 끄는데, 문제는 많은 식물이, 이 스위치가 꺼지는 데 몇 시간이 걸린다는 것. 이것은 분명히 진화의 결과이지만(예를 들어, 오전 10시까지 햇볕이 쨍쨍했다가 10시 30분에 흐렸다가 11시에 다시 쨍쨍해진다고 가정합시다. 그럴 때 10분 안에 반응경로가 바뀌고 유전자 전사패턴이 바뀌는 것보단, 좀 기다리는 게 맞을 지도 모릅니다), 과학자들은 광량이 줄어들면 이 스위치가 빨리 꺼지도록 유전자 조작을 했다고 하네요. 그러니까 광합성으로 만들어낸 유기물질량이 늘었다고 합니다. 또한, 연구실 조건에서는 딱히 단점은 찾지 못했다고 하네요. 확실하게 하기 위해, 야외의 농장 조건에서 가뭄과 비바람을 견디며 실험해봐야 하겠죠.

과거 육종과 유전자 조작으로 학자들은 농작물의 성질을 개선하고 이용가능한 유기물(수확량)을 크게 늘리는 데 성공했지만, 이후 산출량 증가율은 답보상태였는데 그것은 근본적인 문제, 즉 광합성 효율을 높여야 하는 벽에 부딪혀 있었기 때문이라고 합니다. 그리고 이 연구로 그 벽을 뚫고 다시 한 단계 생산량을 늘릴 가능성이 생긴 것입니다. 

이번 연구가 실용화되면, 아무래도 빛이 풍부한 저위도지방의 농업이 수혜를 보겠죠? 그리고 필요한 총광량이 적은 식물의 생장을 빠르게 해 재배기간을 단축하는 데 쓸 수도 있겠고, 가장 경제적인 조도에 최적화할 수도 있겠습니다. 단, 자연 상태에서는 잎이 어우러져 서로 그늘을 만들면 양지성 식물의 이파리 하나 하나는 광포화점에 도달하기 어렵다는 말도 있는데^[각주:1].. 하여간 재미있네요.

1. 광포화점을 넘는 여분의 빛을 활용하는 연구는 꽤 진행 중이고, 좀 다른 방식으로 실용화된 것도 있습니다. 예를 들어 볓이 강한 지역의 논에 양축식 태양광발전패널을 야자수처럼 심는 것은 이미 실용화됐습니다. 요즘은 여기에 풍력발전소 기둥도 심어 이중삼중으로 에너지를 회수합니다. (2019.4) [본문으로]