생물이 살아가는 데 영향을 미치는 외부의 모든 조건을 통틀어 환경 이라고 하는데, 생물은 이러한 환경을 떠나서는 살아갈 수가 없다. 이에 따라 생물은 환경의 영향을 받고, 이에 적절히 적응하면서 살아간다. 지금부터 이런 환경에 식물은 어떻게 반응하는지 알아보도록하자.
온도에 따른 식물의 반응
1. 저온하의 식물
식물 중에는 겨울에 심한 추위 때문에 죽는 것이 있다. 특히 관엽 식물과 양란 같은 열대가 기원인 식물은 겨울철에 잘 죽는다. 또 농작물의 겨울철에 잘 죽는다. 또 농작물의 경우에도 뽕나무나 과수의 눈이 늦서리를 맞아 죽는 일이 많다. 그러나 북극 지방에는 -60℃라는 최저 온도에서도 최소한 수백 종류의 식물이 새장하고 있는데, 이 가운데에는 꽃이 피는 것도 있다.
식물은 겨울의 저온으로 조직이 얼어붙어도 얼음이 녹으면 다시 그 기능을 되찾는다. 그것은 저온에 대한 내성(견디는 성질)은 결빙 온도(얼음이 어는 온도)의 차이보다 오히려 얼음이 녹을 때의 기능 회복력에 더 큰 차이가 있기 때문이라고 생각된다.
또 저온에 대한 적응으로 월동을 하면서 추위에 강한 형태가 되는 것도 있다. 종자가 그 예인데, 물기가 많은 종자는 고작 -10℃ 정도에서밖에 견디지 못하지만, 잘 건조된 종자는 -258~-200℃에서도 견디는 것이 많다. 한편 열대 원산인 콜레우스․배고니아 등은 추위에 약하여 0℃이상인 온도에서도 잘 죽는다. 이것은 추위에 약한 식물은 얼지 않아도 말라 죽는다는 것을 나타내는 보기가 된다.
2. 고온하의 식물
고온에 대한 식물의 내성도 종과 생육 상태에 따라 각각 다르다. 가령 한여름에는 바닷가의 모래와 자갈이 햇볕에 데워져 사람도 맨발로 걷지 못할 정도인데, 그러한 곳에서도 대부분의 식물은 생육할 수 있다. 고온에 약한 식물로는 고산의 음지 식물과 극 지방에 분포하는 해조류 등을 들 수 있다.
식물이 고온에서 생존할 수 없는 원인은, 음지 식물인 경우 우선 에너지의 소모가 광합성보다 호흡에서 심해진다는 점을 꼽을 수 있다. 예를 들어 감자의 광합성은 20℃ 정도에서 최대가 되고, 40℃ 정도에서는 0이 된다. 그것은 호흡의 속도가 온도와 함께 상승하여 광합성 속도와 호흡 속도와의 비율이 점차 낮아지기 때문이다.
즉 식물은 온도가 높고 광합성과 호흡의 비율이 오랫동안 1이하인 상태가 계속되면 말라죽는다. 또한 고온인 조건에서는 잎 등의 조직이 굳어져 아주 짧은 기간에 말라죽는 일이 많다. 예를 들어 감자의 잎을 42.5℃가 되는 곳에 1시간 동안 두면 조직의 군데군데가 마르기 시작하고, 잎의 표면에 검은 반점(네클로시스)이 생긴다. 또 40℃에서는 언제나 살아 있는 잎도 50℃가 되면 몇 분 사이에 모두 말라죽는다.
그러나 같은 종류의 식물이라도 오랫동안 무기 양분의 농도가 짙은 용액 중에서 자라면 내열성(열에 견디는 힘)이 강해진다. 또한 내한성 (추위에 견디는 성질)이 강한 종자나 포자는 수분의 함유량이 적어도 고온에 잘 견딘다. 열대의 사막에서 종자가 살아 있는 것도 이 때문이다. 이처럼 고온인 곳에서도 살 수 있는 능력을 가지게 된 것은 그 이전의 환경 조건에 영향을 받았기 때문이다.
장소에 따른 식물의 반응
1. 물가ㆍ물속
땅 위에서 사는 식물들이 흙의 성질에 영향을 받는 것과 마찬가지로, 물속에서 사는 식물들은 물의 성질과 물 및 흙의 영향을 받는다. 즉, 물의 흐름, 물 맑기의 정도, 진흙바닥인가 모래바닥인가 등에 따라 그곳에 사는 식물의 종류가 달라진다.
또한 물속에서 사는 식물들은 물의 깊이에 따라 뭍과 이어진 물이 얕은 곳에서 뿌리와 줄기의 일부만 물속에 잠겨 있는 것, 몸 전체가 물속에 잠겨 있는 것, 물 위에 떠다니는 것 등 무리지어 사는 종류가 다르다.
이들 물속 식물들은 물속에서도 견딜 수 있도록 적은 양의 산소로도 살아갈 수 있는 구조로 되어 있거나, 수분을 조절하고 양분을 몸 전체로 흡수하는 등의 구조로 되어 있다.
2. 바닷가
바닷가 모래밭에는 갯메꽃ㆍ갯방풍ㆍ갯씀바귀ㆍ순비기나무ㆍ갯완두 등의 식물이 무리지어 산다. 이들 바닷가의 모래밭이나 근처 산 또는 벼랑에 사는 식물들이 강한 바닷바람과 염분에도 잘 견딜 수 있도록 잎은 살이 두껍고, 적은 수분을 최대한 흡수하기 위해 긴 뿌리를 가지고 있는 것이 많다.
3. 길가
식물 중에는 자동차와 사람들이 지나다니는 길가에 사는 것도 있다. 시골의 넓은 길이나 둑길에는 자동차나 경운기가 지나간 바퀴 자국 사이로 많은 잡초들이 자라는데, 사람들에게 밟히기 쉬운 길 안쪽에는 질경이ㆍ왕바랭이 등이 자라고, 한적한 길가에는 개망초, 망초ㆍ소리쟁이ㆍ쑥 등이 자란다.
도시에서 사는 식물로는 잡초ㆍ가로수 등을 들 수 있는데, 가로수는 매연에 잘 견디는 나무이어야 하고 시멘트나 보도블럭이 깨어진 틈새로 땅 빈대, 새포아풀 등이 자란다.
4. 높은 산
높은 산은 매우 추울 뿐만 아니라, 비바람도 세게 몰아치기 때문에 식물이 자라기에 적당하지 못하다. 그러나 이러한 환경 속에서도 자라는 식물이 있다. 이들 고산 식물들은 대체로 강한 바람에도 견딜 수 있도록 줄기가 짧고, 뿌리는 양분을 모아 두거나 깊은 곳의 물을 빨아들일 수 있게 땅 속으로 길게 뻗는다.
5. 사막지대
사막에는 식물이 자라지 않는다고 생각하기 쉽지만, 건조한 사막 지대에도 식물이 살고 있다. 사막에 사는 대표적인 식물인 선인장의 몸은 단단하고 두꺼운 표피로 덮어 있고. 잎은 가시로 변해 있다. 줄기는 굴고, 녹색이며, 광합성을 한다.
이러한 선인장이 구조는 건조 지대에 살므로 수분이 증발되는 것을 될 수 있는 대로 줄이기 위해서이다. 즉, 비가 올 때 다육의 줄기에 물을 많이 저장해 두었다가 비가 오지 않을 때 그 물을 비가 적고 건조한 곳에서 살아갈 수 있다.
사막에 사는 그 밖의 식물로는 용설란ㆍ밀짚쑥ㆍ쑥류 및 키 작은 나무들이 있는데, 대부분 씨앗의 상태로 건조함을 견디어 내며, 뿌리를 깊고 넓게 내린다.
여러 가지 겨울나기
소나기ㆍ전나무 등 늘푸른나무는 잎이 지지 않은 상태로 겨울을 난다. 그러나 갈잎나무는 잎이 모두 떨어뜨리고 겨울눈의 상태로 겨울을 난다. 나무의 겨울눈이 털 또는 비늘잎으로 덮이거나 단단한 껍질에 쌓여서 추운 겨울을 지내고, 풀은 땅위에 있는 부분이 죽어도 씨를 남기거나 땅속 부분이 살아남아 겨울을 난다. 즉, 한해살이풀은 가을에 씨앗을 남긴 후 겨울에 시들어 버리고, 여러해살이풀은 잎을 땅위에 남겨 놓은 채로 겨울을 나거나, 땅속줄기나 땅속뿌리에 눈을 만들어 겨울을 나기도 한다. 이처럼 식물의 겨울눈이나 씨앗이 싹을 틔우지 않고 쉬고 있는 상태를 휴면이라고 한다.
어떤 식물의 경우, 땅 위로 노출된 부분은 겨울 동안에 얼어 죽지만, 땅 속 부분은 살아 남는다. 그 다음 해 봄이 되면 이 땅 속에 남은 부분에서 물질 대사가 이루어져 새로이 땅 위 부분을 만들어 낸다. 또한 많은 식물들은 낙엽성으로 휴면기 동안에는 잎을 떨어뜨린다. 이렇게 잎을 떨어뜨리는 것은 실제로 건조한 겨울에 적응하기 위한 것이다. 이것은 식물의 뿌리가 얼거나 차가운 땅으로부터는 수분을 흡수할 수 없으므로, 잎을 떨어뜨림으로써 토양으로부터 수분을 획득하는 것이 불가능한 추운 겨울 시기에 잎을 통한 수분 손실을 감소시킬 수 있기 때문이다.
생존을 위한 식물의 반응
1. 바람에 맞서기
사람이 서 있기조차 힘들 만큼 강한 바람에 잎이 떨어지거나 찢기고, 가지가 꺾이거나 뿌리째 뽑힐 뿐만 아니라 살인적인 추위와 바람을 피해 살아남기 위한 최선의 선택이다. 키를 낮추어 눈 속에 파묻히는 것은 추위를 피하기 위한 생존 전략이다. 관목을 덮은 눈은 부전도체로써 지열의 방출을 차단하기 때문에 마치 푹신푹신한 솜이불을 덮은 것 같은 보온 효과를 낸다. 뿐만 아니라 적절한 수분을 공급하여 건조를 방지하고 강한 바람을 막아줘 혹독한 긴 겨울 추위를 견디고 살아남을 수 있게 한다.
2. 추위 이기기
식물이 혹심한 고산 툰드라의 겨울을 무사히 넘길 수 있는 가장 안전한 장치는 눈이다. 고산에 내리는 눈은 고산식물들에게 있어서는 따뜻한 솜이불과 같은 것이다. 눈은 열을 전도하지 못하는 부전도체이므로 온실과 같은 보온 효과가 있어 눈 속에 묻혀 있는 식물은 동사를 면할 수 있다. 식물이 극심한 추위를 이기고 살아남기 위한 또 한 가지 방법은 식물 자신의 생리적 저항이다. 고산식물은 추위에 안전한 인지질을 세포의 생체막 안에 많이 집어넣거나 당이나 올리고당, 아미노산이나 폴리아민과 같은 저분자 질소 함유 물질, 수용성 단백질 등으로 만든 부동액을 세포에 축적하여 추위를 견디고 동결을 막는다.
3. 세대 이어가기
고산식물의 꽃은 작지만 아름다운 모양의 꽃을 피우는 것이 일반적이다. 식물체에 비해 꽃이 크고 화려하며 짙은 색 꽃을 피우는 식물도 많다. 꽃색이 유난히 짙고 화려한 것은 안토시아닌 색소의 양이 많기 때문이다. 저지대 식물의 꽃색보다 안토시아닌의 양이 많아 꽃색을 아름답게 하는 것은 짧은 개화 기간에 곤충을 빨리 불러들여 꽃가루받이를 하기 위해서지만 안토시아닌의 쓴맛은 초식곤충의 기피물질로 그리고 자외선으로부터 꽃을 보호하는 역할도 한다. 식물이 곤충을 유혹하여 꽃가루받이를 성공시키려는 노력은 아주 다양하다. 꽃의 가장 중요한 목적인 후손을 남겨야 하기 때문이다. 꽃 모양과 꽃색, 독특한 향기, 맛있는 꿀을 생산하는 것은 오로지 성공적인 꽃가루받이를 위해 곤충을 끌어들이려는 것이다.
4. 영토 확장
식물이 세계에서도 삶의 터전을 놓고 같이 살든가 아니면 한쪽을 몰아내고 자리를 차지하는 생존 경쟁을 해야 할 때가 많이 있다. 한 종의 식물이 자리잡고 있는 삶의 터전에 다른 종의 식물이 침입하여 이미 살고 있는 식물을 몰아내고 삶의 터전을 차지해버리는 것이다.
경작하지 않고 논을 버려두면 얼마가지 않아 잡초가 우거지고, 어느새 버드나무 숲으로 변해버리고 만다. 백두산의 수목한계선은 해발 1800∼2100m에 걸쳐 있고, 수목한계선의 최전방에 사스래나무, 그 아래 자락에 전나무를 비롯한 침엽수가 숲을 이루고 있다. 하지만 사스래나무 숲의 아래 부분과 전나무 숲의 윗부분이 만나는 경계 지역에는 두 나무가 서로 섞여 있는 전나무와 사스래나무의 혼합림을 이룬다.
사스래나무 숲에 전나무의 어린 씨앗이 떨어지면, 추위를 잘 견디는 사스래나무를 바람막이로 삼아 강한 바람과 추위를 극복하고 살아남는다. 원래 큰 키로 자라는 전나무는 결국 사스래나무의 키보다 더 커지고 점점 위쪽으로 가지를 펼쳐 사스래나무의 주변을 감싸안으면서 마음껏 공간과 했볕을 차지하게 된다.
전나무의 그늘에 가려진 사스래나무는 광합성 양이 감소하고 탐욕스러운 전나무에 땅속의 물과 양분마저도 빼앗겨버린다. 전나무의 무서운 생명력은 사스래나무의 영토를 빼앗고, 전나무의 자손들은 그들의 조상이 그랬던 것처럼 사스래나무를 바람막이로 이용해 조금씩 그리고 서서히 산 위를 행해 영토를 확장해간다.
여러 환경에 따른 식물들의 방어
1. 가시로 보호하는 식물
밤나무, 아까시나무, 음나무, 찔레나무, 두릅나무, 오가피나무, 오가피나무, 장미, 선인장, 엉겅퀴, 환삼덩굴 등
2. 날카로운 잎을 이용하는 식물
벼, 잔디, 강아지풀, 억새, 갈대, 현삼
3. 톱니를 이용하는 식물
밤나무잎, 상수리나무잎, 해바라기류 등
5. 털을 이용하는 식물
쇄기풀, 진득찰, 도깨비바늘
6. 화학물질 발산을 통해 자기방어 하는 식물
식물은 어떤 화학물질을 발산하여 다른 식물(때로는 자기 자신)의 생장을 억제하는 작용을 한다. 이 현상을 알렐로파시라 하며, 타감작용 혹은 화학적 식물간 상호작용이라고 부른다. 어떤 식물은 딱정벌레가 공격해오면, 암컷딱정벌레 냄새와 비슷한 물질을 배출한다. 그러면 가짜 냄새인줄도 모르고 딱정벌레는 암컷을 찾는다.
1) 고추 : 고추에는 매운 맛을 내는 알칼로이드의 일종인 캡사이신이라는 화학 물질 때문이다.
2) 버드나무 : 살릭스 버드나무는 곤충의 침입을 받으면 맛없는 식물로 보이기 위해 떨어뜨린다.
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