산업혁명 이전까지 대기의 CO2 농도는 약 280 ppm이었으나 1959년 Mauna Loa에서 측정한 농도는 315.8 ppm, 현재(2012)는 396.8 ppm이다. 우리나라에서는 지난 20년간(1990 – 2010) CO2가 45.8 ppm 증가하였고, 연간 평균 증가율은 1.81 ppm(1991 – 2000년)에 이른다. 세계 평균보다 1.2배 더 높은 이러한 CO2 농도 증가율은 우리나라에서 CO2 증가에 대한 식물의 반응 연구가 시급함을 강조한다.
CO2 농도의 증가는 식물의 발달, 식물계절, 형태학적 구조뿐만 아니라 식물의 광합성과 생장을 촉진한다. 기공은 CO2 흡수와 증산속도를 조절하므로 CO2 증가는 기공에도 영향을 미칠 것으로 보인다. 특히 CO2 증가의 효과는 C4보다는 C3 식물에서 보다 현저한 것으로 알려져 있다. 그러나 우리나라에서는 CO2 증가에 따른 생물량 변화, 식물계절 변화 등에만 초점이 맞춰져 있으며, CO2 증가에 따른 기공특성의 변화에 대한 연구는 존재하지 않는다. 따라서, 본 연구에서는 CO2 농도의 증가가 우리나라에서 흔한 ...
산업혁명 이전까지 대기의 CO2 농도는 약 280 ppm이었으나 1959년 Mauna Loa에서 측정한 농도는 315.8 ppm, 현재(2012)는 396.8 ppm이다. 우리나라에서는 지난 20년간(1990 – 2010) CO2가 45.8 ppm 증가하였고, 연간 평균 증가율은 1.81 ppm(1991 – 2000년)에 이른다. 세계 평균보다 1.2배 더 높은 이러한 CO2 농도 증가율은 우리나라에서 CO2 증가에 대한 식물의 반응 연구가 시급함을 강조한다.
CO2 농도의 증가는 식물의 발달, 식물계절, 형태학적 구조뿐만 아니라 식물의 광합성과 생장을 촉진한다. 기공은 CO2 흡수와 증산속도를 조절하므로 CO2 증가는 기공에도 영향을 미칠 것으로 보인다. 특히 CO2 증가의 효과는 C4보다는 C3 식물에서 보다 현저한 것으로 알려져 있다. 그러나 우리나라에서는 CO2 증가에 따른 생물량 변화, 식물계절 변화 등에만 초점이 맞춰져 있으며, CO2 증가에 따른 기공특성의 변화에 대한 연구는 존재하지 않는다. 따라서, 본 연구에서는 CO2 농도의 증가가 우리나라에서 흔한 사초과 C3와 C4 식물의 기공특성 – 기공밀도, 표피세포 밀도, 기공지수, 기공크기 –에 미치는 영향을 조사하였다. 계통효과를 통제하기 위해 사초과에서 두 번째로 큰 속이며 C3와 C4 종이 섞인 Cyperus에서 C3 1종(C. difformis)과 C4 2종(C. iria와 C. microiria)을 선택하였다. 특히 본 연구에서는 1) CO2 농도가 증가하면서 C3와 C4 식물이 보인 시간적 반응을 조사하기 위해 중부지방(36-38°N)에서 1950-1999년에 채집된 C. difformis, C. iria, C. microiria 의 표본을 이용하였다. 2) 공간적으로 널리 분포하는 C4 식물의 기공특성이 지역에 따라 다른 반응을 보이는지를 확인하기 위해, 일정 시간대에(1970–1999) 중부(36 - 38°N)와 남부(33 - 36°N) 지방에서 채집된 C. microiria의 기공특성을 비교하였다.
1950년대에서 현재까지 CO2 농도는 80 ppm이 증가하였고, 그 동안에 사초과 C3와 C4 식물 표본의 기공밀도와 기공지수는 감소하였다. 이에 반해, 표피세포 밀도와 기공크기는 최근으로 올수록 증가하는 경향을 보였다. C3와 C4 식물의 시간적 변이 양상은 상당한 차이를 보인다. 즉, 지난 50년간 C3 식물은 C4 식물에 비해 기공밀도 변화의 폭이 컸으나(55.6%와 32.9%) 기공 크기는 반대의 양상을 보였다(9.3%와 18.3%). 다시 말해, C3 식물은 많은 수의 작은 기공들로, C4 식물은 소수의 큰 기공들로 특징지어 진다. 또한 기공의 밀도는 크기와 역으로 상관되어 있었고 이는 선행연구들에서 보고된 바와 일치한다. 기공크기의 증가는 기공밀도 감소로 인해 가스교환과 증산의 감소를 보상하려는 생리학적 반응으로 보인다.
중부와 남부지역에서 채집된 C4 식물인 C. microiria의 모든 기공특성 – 기공밀도, 표피세포 밀도, 기공지수, 기공크기 -은 지역에 따라 유의한 차이를 보이지 않았다. 기공특성의 변이가 서식지의 국지적 환경에 대한 반응이라면 본 연구에서 설정된 중부와 남부 지역간 기공특성의 차이를 확인하기 어려울 것으로 보인다. 기공 변이의 지역적 차이를 확인하기 위해서는 아마도 보다 많은 종에서, 서식지 정보를 고려한 자료 분석이 필요할 것으로 보인다.
산업혁명 이전까지 대기의 CO2 농도는 약 280 ppm이었으나 1959년 Mauna Loa에서 측정한 농도는 315.8 ppm, 현재(2012)는 396.8 ppm이다. 우리나라에서는 지난 20년간(1990 – 2010) CO2가 45.8 ppm 증가하였고, 연간 평균 증가율은 1.81 ppm(1991 – 2000년)에 이른다. 세계 평균보다 1.2배 더 높은 이러한 CO2 농도 증가율은 우리나라에서 CO2 증가에 대한 식물의 반응 연구가 시급함을 강조한다.
CO2 농도의 증가는 식물의 발달, 식물계절, 형태학적 구조뿐만 아니라 식물의 광합성과 생장을 촉진한다. 기공은 CO2 흡수와 증산속도를 조절하므로 CO2 증가는 기공에도 영향을 미칠 것으로 보인다. 특히 CO2 증가의 효과는 C4보다는 C3 식물에서 보다 현저한 것으로 알려져 있다. 그러나 우리나라에서는 CO2 증가에 따른 생물량 변화, 식물계절 변화 등에만 초점이 맞춰져 있으며, CO2 증가에 따른 기공특성의 변화에 대한 연구는 존재하지 않는다. 따라서, 본 연구에서는 CO2 농도의 증가가 우리나라에서 흔한 사초과 C3와 C4 식물의 기공특성 – 기공밀도, 표피세포 밀도, 기공지수, 기공크기 –에 미치는 영향을 조사하였다. 계통효과를 통제하기 위해 사초과에서 두 번째로 큰 속이며 C3와 C4 종이 섞인 Cyperus에서 C3 1종(C. difformis)과 C4 2종(C. iria와 C. microiria)을 선택하였다. 특히 본 연구에서는 1) CO2 농도가 증가하면서 C3와 C4 식물이 보인 시간적 반응을 조사하기 위해 중부지방(36-38°N)에서 1950-1999년에 채집된 C. difformis, C. iria, C. microiria 의 표본을 이용하였다. 2) 공간적으로 널리 분포하는 C4 식물의 기공특성이 지역에 따라 다른 반응을 보이는지를 확인하기 위해, 일정 시간대에(1970–1999) 중부(36 - 38°N)와 남부(33 - 36°N) 지방에서 채집된 C. microiria의 기공특성을 비교하였다.
1950년대에서 현재까지 CO2 농도는 80 ppm이 증가하였고, 그 동안에 사초과 C3와 C4 식물 표본의 기공밀도와 기공지수는 감소하였다. 이에 반해, 표피세포 밀도와 기공크기는 최근으로 올수록 증가하는 경향을 보였다. C3와 C4 식물의 시간적 변이 양상은 상당한 차이를 보인다. 즉, 지난 50년간 C3 식물은 C4 식물에 비해 기공밀도 변화의 폭이 컸으나(55.6%와 32.9%) 기공 크기는 반대의 양상을 보였다(9.3%와 18.3%). 다시 말해, C3 식물은 많은 수의 작은 기공들로, C4 식물은 소수의 큰 기공들로 특징지어 진다. 또한 기공의 밀도는 크기와 역으로 상관되어 있었고 이는 선행연구들에서 보고된 바와 일치한다. 기공크기의 증가는 기공밀도 감소로 인해 가스교환과 증산의 감소를 보상하려는 생리학적 반응으로 보인다.
중부와 남부지역에서 채집된 C4 식물인 C. microiria의 모든 기공특성 – 기공밀도, 표피세포 밀도, 기공지수, 기공크기 -은 지역에 따라 유의한 차이를 보이지 않았다. 기공특성의 변이가 서식지의 국지적 환경에 대한 반응이라면 본 연구에서 설정된 중부와 남부 지역간 기공특성의 차이를 확인하기 어려울 것으로 보인다. 기공 변이의 지역적 차이를 확인하기 위해서는 아마도 보다 많은 종에서, 서식지 정보를 고려한 자료 분석이 필요할 것으로 보인다.
Atmospheric CO2 concentration was about 280 ppm before the Industrial Revolution, but rapidly increased since then and currently reaches 396.8 ppm. The fact that the rate of CO2 increase over the past ten years in Korea is 1.2 times higher than the global mean emphasize that it is urgent to understa...
Atmospheric CO2 concentration was about 280 ppm before the Industrial Revolution, but rapidly increased since then and currently reaches 396.8 ppm. The fact that the rate of CO2 increase over the past ten years in Korea is 1.2 times higher than the global mean emphasize that it is urgent to understand responses of plants to CO2 increase.
Atmospheric CO2 increases affect not only plant development, phenology, and morphology, but also photosynthesis and growth of plants. Stomata control the rate of CO2 absorption and transpiration. Thus, CO2 increase may affect stomatal traits as well. In particular, the effects of CO2 increases tend to be greater in C3 than in C4 plants. Despite the importance of stomata in photosynthesis, little studies have been conducted in Korea regarding the relationship between CO2 increases and stomatal traits. Thus, in this study, I examined variation in stomatal traits – stomatal density, epidermal cell density, stomatal index, and stomatal size - among C3 and C4 Cyperus species, which are common in Korea. In order to control potentially confounding phylogenetic effects, three Cyperus (Cyperaceae) species were selected: one C3 (Cyperous difformis) and two C4 (C. iria and C. microiria) species. First, I examined the temporal pattern of stomatal traits using specimens of the three species collected between 1950 – 1999 from a number of sites (36 - 38°N). I then compared C. microiria specimens collected from the central and southern regions of Korea collected between 1970 – 1999.
Over the last 50 years, CO2 concentration increased by 80 ppm. During this period stomatal density and index of both C3 and C4 plants declined, while epidermal cell density and stomatal size increased in more recent years. However, C3 and C4 plants exhibited quite different patterns. During the last 50 years, reduction in stomatal density was greater in C3 plants than in C4 plants (55.6% and 32.9%, respectively) with an opposite pattern in stomatal size (9.3% and 18.3%, respectively). Therefore, C3 palnts are characterized by many, small sized stomata, and C4 plants are defined by smaller numbers of large sized stomata. Similarly to previous studies, stomatal density and size were inversely correlated among the three Cyperus species. The increase in stomatal size is likely to be a physiological response to compensate the decline of gas exchange and transpiration due to reduction in stomatal density. When comparing C. microiria plants collected from central and southern regions, none of stomatal traits showed significant differences. If stomatal traits vary with local environment, it may be difficult to find significant differences in stomatal traits between regions. In order to assess the regional differences in stomatal variation, analyses incorporating habitat information for more number of species may be needed.
Atmospheric CO2 concentration was about 280 ppm before the Industrial Revolution, but rapidly increased since then and currently reaches 396.8 ppm. The fact that the rate of CO2 increase over the past ten years in Korea is 1.2 times higher than the global mean emphasize that it is urgent to understand responses of plants to CO2 increase.
Atmospheric CO2 increases affect not only plant development, phenology, and morphology, but also photosynthesis and growth of plants. Stomata control the rate of CO2 absorption and transpiration. Thus, CO2 increase may affect stomatal traits as well. In particular, the effects of CO2 increases tend to be greater in C3 than in C4 plants. Despite the importance of stomata in photosynthesis, little studies have been conducted in Korea regarding the relationship between CO2 increases and stomatal traits. Thus, in this study, I examined variation in stomatal traits – stomatal density, epidermal cell density, stomatal index, and stomatal size - among C3 and C4 Cyperus species, which are common in Korea. In order to control potentially confounding phylogenetic effects, three Cyperus (Cyperaceae) species were selected: one C3 (Cyperous difformis) and two C4 (C. iria and C. microiria) species. First, I examined the temporal pattern of stomatal traits using specimens of the three species collected between 1950 – 1999 from a number of sites (36 - 38°N). I then compared C. microiria specimens collected from the central and southern regions of Korea collected between 1970 – 1999.
Over the last 50 years, CO2 concentration increased by 80 ppm. During this period stomatal density and index of both C3 and C4 plants declined, while epidermal cell density and stomatal size increased in more recent years. However, C3 and C4 plants exhibited quite different patterns. During the last 50 years, reduction in stomatal density was greater in C3 plants than in C4 plants (55.6% and 32.9%, respectively) with an opposite pattern in stomatal size (9.3% and 18.3%, respectively). Therefore, C3 palnts are characterized by many, small sized stomata, and C4 plants are defined by smaller numbers of large sized stomata. Similarly to previous studies, stomatal density and size were inversely correlated among the three Cyperus species. The increase in stomatal size is likely to be a physiological response to compensate the decline of gas exchange and transpiration due to reduction in stomatal density. When comparing C. microiria plants collected from central and southern regions, none of stomatal traits showed significant differences. If stomatal traits vary with local environment, it may be difficult to find significant differences in stomatal traits between regions. In order to assess the regional differences in stomatal variation, analyses incorporating habitat information for more number of species may be needed.
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