캠식물

요약 밤에는 흡수한 이산화탄소(탄산가스)로 말산(酸)을 합성하고, 낮에는 말산으로부터 이산화탄소를 유리하여 당(糖)으로 동화(同化)하는 광합성 형태를 지니는 식물로 흔히 다육식물(多肉植物)이라 하지만 다육식물 모두가 CAM식물은 아니며, 다육식물이 아닌 것에도 CAM식물이 있다. 돌나물과 ·백합과 ·난초과 ·선인장과 ·용설란과 ·파인애플과 등 25개과의 속씨식물과 1개과의 겉씨식물, 그리고 2개의 양치식물에서 볼 수 있다.

CAM은 crassulacean acid metabolism의 약칭이다. 실론돌나물처럼 건조지역에 서식하는 비염생다육(非鹽生多肉)식물은, 밤에 (氣孔)을 통하여 이산화탄소를 흡수하고, 이로부터 산(酸)을 합성하여 액포에 축적하므로 세포액의 pH가 저하된다. 그러나 낮에는 산이 소실되어 pH가 상승한다. 이러한 현상이 돌나물과(Crassulaceae) 식물에서 많이 관찰되므로 이것을 돌나물형 유기산대사(CAM)라 하고, 이러한 식물을 CAM식물이라 한다. CAM식물에 밤에 축적되는 산은 고유한 화합물이 아니며, 이산화탄소가 C₄디카르복실산 회로에 의하여 고정되어 생성된 말산이다. 낮에는 말산의 소실과 동시에 이산화탄소가 생성되고, 이것은 엽록체에서 캘빈회로에 의하여 당으로 동화된다.

CAM식물에서 말산의 합성은 C₄식물의 엽육세포(葉肉細胞)에서 일어나는 반응과 원칙적으로 같으나, CAM식물의 경우 밤에만 C₄디카르복실산회로가 활성화하며, 이산화탄소의 수용체인 포스포엔올피르브산(PEP)의 공급을 해당과정(解糖過程)에서 받고, 낮에는 PEP를 다시 당으로 전환시킨다. 말산의 축적은 (飽和)에 달할 때까지 계속되며, 호흡에서 발생되는 이산화탄소 역시 말산으로 되기 때문에 이산화탄소가 식물체 밖으로 나가지 않는다. 그래서 수개월 동안 기공을 열지 못하는 환경 속에서도 생존할 수 있으며, 체내의 유기물량의 감소가 일어나지 않는다.

C₃식물은 야간에 호흡에서 발생하는 이산화탄소가 체외로 방출되므로 극도로 건조하여 낮에도 기공이 닫히면 체내의 유기물량의 감소가 일어나 생장이 크게 저해된다. CAM식물은 낮에 기온이 높고, 특히 토양이 건조하며, 밤의 기온이 상대적으로 크게 낮은 환경에 적응하기 위하여 특수화된 대사계(代謝系)를 구비하게 된 식물이라 할 수 있다. 이러한 지역에서 낮에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하여 광합성을 수행하려면 체내의 수분 손실이 극심하므로 결코 기공을 열 수가 없다. 그러나 밤이 되어 기온이 낮아지면 대기의 상대습도가 포화에 가까워질 경우, 기공을 열면 이산화탄소의 흡수는 물론 기공을 통하여 수분공급도 받을 수 있다.

CAM식물에서 말산의 합성은 야간에, 즉 광합성을 위한 이산화탄소의 축적은 밤에 수분의 손실 없이 진행시키고, 낮에는 역시 수분의 손실 없이 말산으로부터 이산화탄소의 공급을 받아 당을 합성한다. 그러나 실제로 아침 일찍 햇빛이 비치기 시작하면 아직도 열려진 기공으로 들어온 이산화탄소는 말산의 합성과 칼빈회로에 의한 동화에 모두 참여할 수가 있어서 이산화탄소의 흡수가 최대에 이른다. 한편, 늦은 오후에는 세포에 축적되었던 말산은 모두 소비되고, 아직 말산의 탈탄산(脫炭酸)반응의 활성이 높게 유지되고 있으므로, 다시 열려진 기공으로 흡수된 이산화탄소는 C₄식물과 같은 광합성 형태를 거쳐서 당으로 환원된다.

CAM식물은 흔히 다육식물(多肉植物)이라 하지만 다육식물 모두가 CAM식물은 아니며, 다육식물이 아닌 것에도 CAM식물이 있다. 돌나물과 ·백합과 ·난초과 ·명아주과 ·쇠비름과 ·선인장과 ·용설란과 ·파인애플과 등 25개과의 과 1개과의 , 그리고 2개의 양치식물에서 볼 수 있으나, 진화가 느린 원시식물에는 없는 것으로 미루어 보아, 기능상의 분화가 일어난 시기가 오래된 것으로 보기는 힘들다. CAM식물은 수분공급이 원활해지고 밤의 기온이 높으면 뿌리로 수분을 흡수하고, 낮에 기공을 열어 흡수한 이산화탄소로 C₃식물과 같이 광합성을 하게 된다.