잎의 구조와 하는 일

잎의 구조와

하는 일

■ 잎의 구조

잎은 넓적한 잎몸과 길쭉한 잎자루로 이루어져 있습니다. 잎몸은 잎의 가장 중요한 부분으로 햇빛을 받기 쉽도록 편평한 모양으로 되어 있으며 엽록체 때문에 대부분 녹색입니다. 잎몸에는 잎맥이 있는데 잎맥은 잎의 형태를 유지해 주며, 줄기에서 올라오는 물을 잎몸 구석구석으로 전달해 줍니다. 잎자루는 잎몸과 줄기를 연결하는 부분으로 잎자루와 줄기가 만나는 곳에는 조그만 잎처럼 생긴 턱잎이나 잎자루 또는 잎을 감싸는 잎집이 달리기도 합니다.

잎의 표피는 잎 속의 물이 바깥쪽으로 빠져나가지 못하도록 하는 큐티클 층으로 이루어져 있으며 공기가 들어가고 나가는 조그만 구멍인 기공이 있습니다. 기공은 보통 잎 위쪽보다 아래쪽에 많지만 물속에서 자라는 식물들은 이와 반대입니다.

▲ 잎의 구조(출처: 에듀넷)

■ 잎이 하는 일

식물 전체에 영양을 공급하는 광합성 작용, 생명 활동에 필요한 에너지를 얻는 호흡 작용, 이용하고 남는 물을 식물체 밖으로 내보내는 증산 작용. 이 모든 것들이 이루어지는 곳이 바로 식물의 잎입니다. 따라서 녹색 식물은 잎을 모두 떼어 내면 곧 생기를 잃고 시들어 버리게 됩니다. 잎은 햇빛을 이용하여 기공을 통해 받아들인 이산화탄소와 뿌리에서 흡수한 물로 포도당을 만듭니다. 만들어진 포도당은 녹말로 변해 잎에 저장되기도 하고, 일부는 체관을 통해 이동하여 줄기, 뿌리, 열매 등에 저장되기도 하는데 이를 ‘광합성 작용’이라고 합니다. 햇빛이 없는 밤에는 호흡 작용이 활발하게 일어나게 됩니다. 잎은 호흡 작용을 통해 광합성 작용의 결과 축적된 영양분을 산화시켜 생명 활동에 필요한 물, 이산화탄소, 에너지를 얻습니다. 잎은 수증기를 내보내는 증산 작용도 합니다. 증산 작용에 의해 뿌리털로부터 빨아올려진 물은 뿌리, 줄기, 잎을 지나 수증기가 되어 몸 밖으로 나가게 됩니다.

▲ 잎의 광합성 작용(출처: 에듀넷)

■ 식물의 기공

사람이 코를 통해 호흡을 해야 살 수 있는 것처럼 식물들도 호흡을 해야 할 수 있습니다. 하지만 식물은 코가 없는데 어떻게 호흡을 할까요? 식물의 잎 표면에는 ‘기공’이라고 하는 우리 눈에 보이지 않는 수많은 구멍이 있어서 이 곳을 통해서 산소를 받아들이고 이산화탄소를 내보내는 호흡을 합니다. 뿐만 아니라 식물체 내에서 사용하고 남은 물을 기공을 통해 식물체 밖으로 내보내기도 하기 때문에 식물에게 정말 중요한 기관이라고 할 수 있습니다.

기공을 이루는 공변 세포의 구조를 보면 기공 쪽의 세포벽은 두껍고, 그 반대쪽의 세포벽은 얇습니다. 이러한 공변 세포는 공변 세포 내의 엽록체에서 광합성이 이루어져 포도당이 생성되면 삼투압이 높아지게 됩니다. 삼투압이 높아지면 외부 세포로부터 물의 흡수가 많아져 세포의 팽압이 높아지면서 세포벽이 얇은 부분은 잘 늘어나고, 반면 두꺼운 부분은 잘 늘어나지 않기 때문에 세포가 활 모양으로 휘면서 기공이 열리게 됩니다. 반대로 광합성이 이루어지지 않으면 삼투압이 낮아져 공변 세포에서 물이 빠져나가게 되기 때문에 팽압이 떨어져 공변 세포가 원위치로 돌아와 기공이 닫히게 됩니다. 

▲ 기공 개폐의 원리(출처: 에듀넷)

■ 증산 작용

뿌리에서 흡수된 물은 줄기의 물관부를 통해 잎으로 올라가게 됩니다. 잎에 도달한 물은 기체 상태로 되어 기공을 통해 식물체 밖으로 빠져 나가는데, 이러한 현상을 ‘증산 작용’이라고 합니다. 잎 표면과 세포 내 공간의 온도, 외부 공기의 상대 습도 등에 따라 증산도가 달라지게 됩니다.

식물에게서 증산 작용은 매우 중요한 의미를 가집니다. 첫째, 뿌리에서 흡수한 물과 무기 양분을 식물체 전체로 공급하는 원동력이 됩니다. 식물의 잎은 모두 줄기를 통해 뿌리와 연결되어 있는데, 잎 속에 있는 물이 기공을 통해 빠져 나가면서 줄기와 뿌리에 있는 물을 끌어올려 물과 무기 양분이 식물체 전체로 공급될 수 있게 되는 것입니다. 둘째, 증산 작용을 통해 물을 식물체 밖으로 배출함으로써 식물체 내에 무기 양분을 농축시키기도 합니다. 셋째, 체온 조절 기능도 있습니다. 물이 식물체 밖으로 배출되는 과정에서 식물에게서 기화열을 빼앗아가기 때문에 식물체의 온도가 적절하게 유지되게 됩니다. 열대 지방에서 직사광선을 많이 받는 잎이 고온에서도 피해가 없는 것은 바로 이런 이유 때문입니다.

■ 식물들의 대단한 증산 작용

가로 세로가 10×10cm인 잔디밭에서 1년 동안 증산하는 물의 양은 얼마나 될까요? 놀랍게도 55t이나 됩니다. 이는 1L짜리 페트병 5만 5,000개 분량에 해당하는 물의 양입니다. 상수리나무는 6~11월 사이에 약 9,000㎏의 물을 증산하며, 키가 큰 해바라기는 맑은 여름날 하루 동안 약 1㎏의 물을 증산합니다. 기공의 크기는 식물의 종류에 따라 다른데 보통 폭이 8㎛, 길이가 16㎛ 정도밖에 되지 않습니다. 크기가 1cm2인 잎에는 약 5만 개나 되는 기공이 있으며, 그 대부분은 잎의 뒤쪽에 있습니다. 이 기공을 통해 그렇게 엄청난 양의 물이 공기 중으로 증발해 버리는 것입니다.

■ 잎의 종류

잎은 홑잎과 겹잎으로 구분할 수 있습니다. 버드나무와 같이 잎몸이 한 장으로 되어 있는 잎을 ‘홑잎’, 아까시나무나 칠엽수와 같이 작은 쪽잎이 여러 장 모여 한 장의 잎을 만들고 있는 잎을 ‘겹잎’이라고 합니다.

▲ 홑잎(단풍나무 / 일엽초)(출처: 에듀넷)

▲ 겹잎(고삼잎 / 등나무)(출처: 에듀넷)

또한 잎맥의 배열에 따라서도 잎을 구분할 수 있습니다. 쌍떡잎식물의 잎맥은 잎맥의 배열이 그물처럼 되어 있어 ‘그물맥’이라 하며, 외떡잎식물의 잎맥은 잎맥이 평행하게 배열되어 있어 ‘나란히맥’이라 부른답니다. 

▲ 그물맥(봉선화 / 히말라야 봉선화)(출처: 에듀넷)

▲ 나란히맥(범부채 / 벼)(출처: 에듀넷)

■ 잎의 변형

식물의 잎 가운데는 선인장의 가시처럼 환경에 적응해서 보통의 잎과 다른 모습으로 변한 잎들이 많이 있습니다. 선인장의 잎은 왜 가시와 같은 모습으로 변화하게 된 것일까요? 앞서 살펴본 것처럼 식물의 잎에서는 물이 기공을 통해 증발되는 증산 작용이 일어납니다. 증산 작용은 광합성을 할 때 필요한 물이 뿌리에서 잎까지 이동할 수 있도록 해 주고, 몸속의 물의 양과 체온을 조절해 줍니다. 그런데 햇볕이 강하고 건조한 곳에서는 증산 작용이 활발히 일어나 식물의 몸속에 물이 부족해지기 쉽습니다. 그래서 선인장의 잎은 몸속의 물이 부족해지는 것을 막기 위해 점점 작아지고 가늘어져 가시로 변하게 된 것이랍니다. 선인장은 몸에 물을 많이 가지고 있기 때문에 건조한 곳에 사는 동물들에게 물을 보충할 수 있는 좋은 먹이가 됩니다. 선인장의 가시는 이처럼 선인장을 먹으려는 동물들로부터 몸을 보호해 주는 역할도 합니다.

▲ 여러가지 선인장(출처: 에듀넷)

그 밖에도 완두는 물체를 감아 몸을 고정시키기 위해 덩굴손으로 변했고, 양파나 튤립의 잎은 양분을 저장할 수 있도록 비늘로 변했습니다. 부레옥잠의 잎은 일부분이 동그랗게 부풀어 올라 있는데, 부레옥잠이 물에 둥둥 떠서 살 수 있는 이유는 이곳에 공기를 담을 수 있기 때문입니다. 그리고 벌레잡이통풀이나 끈끈이주걱, 파리지옥 같은 식충식물의 잎처럼 곤충을 잡을 수 있도록 변한 잎도 있습니다. 이러한 식충식물은 광합성으로 양분을 만들지만 충분히 만들지 못하기 때문에 벌레잡이잎을 이용해 벌레를 잡아 부족한 양분을 보충하는 것입니다. 

▲ 다양한 잎의 변형(파리지옥 / 끈끈이주걱)(출처: 에듀넷)

[자료출처: 에듀넷]