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문제 정의
- 본 연구에서는 3년간 차광처리하여 재배한 가시오갈피의 광합성 특성과 생장특성을 조사하여, 차광처리에 의한 가시오갈피의 생장촉진 현상을 구명하고자 하였다.
제안 방법
- 각 차광 시험구에서 평균적 생장을 나타내는 3개체를 세근까지 굴취한 다음, 잎, 엽병, 줄기, 뿌기로 구분하여 시료를 채취하였다. 개체내의 모든 잎은 엽면적계(Li-3100C, Li Cor Inc.
- 개체내의 모든 잎은 엽면적계(Li-3100C, Li Cor Inc.)를 사용하여 엽면적을 조사하고, 엽면적당 건물중(specific dry mass) 를 조사하기 위해서 송풍식 건조기로 건조시킨 후, 건물중을 조사하였다,
- 광도를 서로 달리하면서 측정한 광합성속도를 광-광합성 곡선으로 나타내고(Fig. 1), 이 곡선을 토대로 하여 미토콘드리아 호흡(암호흡), 광보상점, 광포화점, 광합성능력, 순양자수율을 산출하였다(Table 4).
- 광도에 따른 광합성속도 변화를 측정한 결과를 활용하여, 광합성에 대한 수분이용효율을 증산속도에 대한 광합성의 비율로 산출하였다(Fig. 3).
- 광합성측정기의 leaf chamber에 유입되는 공기의 CCh 농도를 조절하면서 광합성속도를 측정하여 엽육내 COz 농도와 광합성 속도와의 관계 (/-Ci curve)를 나타내고(Fig. 2), 이를 토대로 CCh 보상점, 광호흡속도, 최대 광합성속도, 탄소고정효율를 산출하였다(Table 5).
- 광도변화에 대한 광합성반응과 엽육내 CO? 농도 변화에 대한광합성반응을 수분 스트레스의 영향을 작게 받는 오전 7:0J 10:00사이에 측정하였다. 측정은 LED light source와 CO injector system을 부착한 휴대용 광합성 측정기 (Li-6400, Li Cor)를 사용하였다.
- 잎의 질소함량 및 광합성 능력과 양(+)의 상관관계에 있는 엽록소 a, b 함량(Terashima and Evans 1988, Hikosaka and Tera- shima 1995)과, 음엽화와 노화의 지표가 되는 엽록소 alb를 조사하였다(Table 3).
- 차광에 의한 가시오갈피의 생장촉진 현상이 광합성산물의 지상부(terrestrial part; T)와 지하부(root; R)에 대한 분배에 기 인하는지를 검토하기 위해서 기관별 건물중을 조사하고, 이 값을 사용하여 T/R을 산출하였다(Table 1).
- 차광처리가 동화기관의 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해서 개체 및 개엽의 면적, 착엽매수, 엽면적 당의 건물중(specific dry mass)를 조사하였다(Table 2).
- 채취한 시료의 중앙 엽맥을 중심으로 선단부의 좌우에서 1cm2 엽편을 채취하였다. 채취한 절편을 1(nl의 DMSO (dimethyl sulfbxide)가 들어있는 vial병(20ml)에 넣은 후, 60℃로 설정된 항온수조에서 8기간동안 색소를 추출하였다(His cox and Israelstam 1979). 추출한 용액의 흡광도를 UV/VIS spectrophotometer (Unicon 933/942, Kotron)로 측정한 다음, Amon(1949)의 방법에 따라서 추출용액 에 함유된 엽록소 함량을 산출하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 임업연구원 서부임업시험장 춘천 시험림관리소(강원도 춘천시 사농동 663-1) 구내에 조성된 가시오갈피 차광재배시험지에서 실시하였다(홍 등 2000, 허 등 2001). 차광재배 시험지는 노천광을 모두 수광하는 대조구, 차광막으로 55%를 차광처리한 시험구, 75% 차광한 시험구, 90% 차광한 시험구로 모두 4개의 처리구가 설치되어 있다.
- 엽록소함량을 조사하기 위해서 각 시험구에서 평균적 생장을 나타내는 6개체에서 동일한 시기에 전개한 성숙엽 2매씩를 남쪽 수관에서 채취하였다. 채취한 시료의 중앙 엽맥을 중심으로 선단부의 좌우에서 1cm2 엽편을 채취하였다.
- 수관에서 채취하였다. 채취한 시료의 중앙 엽맥을 중심으로 선단부의 좌우에서 1cm2 엽편을 채취하였다. 채취한 절편을 1(nl의 DMSO (dimethyl sulfbxide)가 들어있는 vial병(20ml)에 넣은 후, 60℃로 설정된 항온수조에서 8기간동안 색소를 추출하였다(His cox and Israelstam 1979).
- 측정하였다. 측정은 LED light source와 CO injector system을 부착한 휴대용 광합성 측정기 (Li-6400, Li Cor)를 사용하였다. 측정조건은 김 등(2002a)과 동일하며, 엽육내 CCh 농도는 Farquhar and Sharkey (1982)의 식을 적용하여 산출하였다.
데이터처리
- 0means standard deviation. Differences in letters in vertical columns indicate differences at 5% level for Duncan's multiple range test.
이론/모형
- 측정조건은 김 등(2002a)과 동일하며, 엽육내 CCh 농도는 Farquhar and Sharkey (1982)의 식을 적용하여 산출하였다. 이들 측정치를 사용한 광-광합성 곡선 및 엽육내 CO2농도-광합성 (A-G) 곡선의 작성과 이에 대한 해석은 김과 이(2001 &b, c), Ro et 泌(2001)의 방법을 토대로 하였다. 그리고 휴대용 광합성측정기에 의해서 동시에 측정되는 증산속도(匚)와 광합성속도(Pn)의비율(R/L)을 산출하여 김 등(2002b)과 마찬가지로 광합성에 대한 수분이용효율(water use efficiency)로 하였다.
- 채취한 절편을 1(nl의 DMSO (dimethyl sulfbxide)가 들어있는 vial병(20ml)에 넣은 후, 60℃로 설정된 항온수조에서 8기간동안 색소를 추출하였다(His cox and Israelstam 1979). 추출한 용액의 흡광도를 UV/VIS spectrophotometer (Unicon 933/942, Kotron)로 측정한 다음, Amon(1949)의 방법에 따라서 추출용액 에 함유된 엽록소 함량을 산출하였다. 산출된 값을 사용하여 엽면적(g m)당 엽록소 함량을 구하고, 이를 사용하여 엽록소 a/3와 b를 산출하였다.
- 측정은 LED light source와 CO injector system을 부착한 휴대용 광합성 측정기 (Li-6400, Li Cor)를 사용하였다. 측정조건은 김 등(2002a)과 동일하며, 엽육내 CCh 농도는 Farquhar and Sharkey (1982)의 식을 적용하여 산출하였다. 이들 측정치를 사용한 광-광합성 곡선 및 엽육내 CO2농도-광합성 (A-G) 곡선의 작성과 이에 대한 해석은 김과 이(2001 &b, c), Ro et 泌(2001)의 방법을 토대로 하였다.
성능/효과
- 광도 점차 증가하면서 수분이용효율도 증가하였는데, 55% 차광 처리구는 다른 세 시험구에 비하여 낮은 값을 나타내며 증가속도도 완만하였다. 광포화점보다 높은 광도에서는 모든 시험구가 일정한 수분이용효율을 나타내거 나 매우 완만하게 저하하는 경향을 나타냈는데, 55% 차광처리구는 다른 세 시험구에 비하여 낮은 값을 나타냈다.
- 광보상점은 모든 차광처 리구가 대조구에 비해서 낮은 광도에서 나타났으며, 차광처리구 내에서는 차광율이 높을수록 낮은 값을 나타냈다. 광포화점은 개체간에 편차가 컸으나, 75%와 55% 차광처리구가 다른 두 시험구에 비하여 높은 값을 나타냈다.
- 그 결과, 단위 면적당의 엽록소 e+b 함량은 모든 차광처리구가 대조구에 비하여 낮은 값을 나타냈으며, 차광율에 따라서는 차광도가 높은 시험구일수록 낮은 값을 나타냈다. 그리고 이러한 경 향은 엽록소 以)에서도 유사하게 나타나, 음엽에서 나타나는 엽록소 a/b의 저하를 확인할 수 있었다.
- 그 결과, 모든 차광처리구가 대조구에 비하여 개엽의 면적과 개체당의 엽면적, 그리고 착엽매수가 높은 값을 나타냈다. 특히 가장 높은 생장량을 나타내는 75% 차광처리구는 다른 시험구에 비하여 현저하게 높은 값을 나타내, 受光 및 동화 기관의 증가가 있었음을 알 수 있었다.
- 그 결과, 지상부의 건물중은 75% 차광처리된 시험구가 가장 높은 값을 나타냈으며, 다른 3시험구는 75% 차광처리구의 3 54%에 불과한 값을 나타냈다. 이러한 경향은 지하부의 생장에서도 유사하게 나타났으나, 처리구 간의 차이가 지상부에 비해서는 작았다.
- 한편, 엽육내 CO2 농도가 높은 영역에서의 광합성 속도(maximum photosynthesis rate)는 탄소고정계의 재인산화속도에 의해서 좌우되는데, 이때의 광합성 속도는 75% 차광처리구가 다른 시험구에 비해서 높은 값을 나타냈다. 그리고 RuBP (rubisco)의 함량과 활성을 나타내는 탄소 고정효율에서도 75% 차광처리구가 다른 시험구에 비해서 현저하게 높은 값을 나타냈다. 이러한 결과는 생장량과 대응되는 결과로서, 차광처리에 의한 생장촉진효과가 탄소고정계의 효소(RuBP) 활성에 기인하고 있음을 나타내고 있다.
- 본 연구에서는 차광처 리구에서 T/R 값이 상승되 어, 지상부에 대한 광합성산물의 분배가 증가되었음이 시사되었으나(Table 1), T/R 값의 상승뿐만 아니라 개체(지상부, 지하부)의 건물중도 함께 증가되어, 차광처리에 의해서 생장이 촉진되었음이 실증되었다. 차광에 의한 생장촉진효과는 우선 동화기관인 잎의 양적 증대(Table 2)를 통한 수광면적의 증대를 하나의 요인으로 생각할수 있고, 또 하나는 광합성의 광화학계와 탄소고정계의 활성 증가(Fig.
- 본 연구에서도 가시오갈피는 차광처리에 의해서 단위면적 당의 엽록소함량과 무게는 감소하였으나(Table 3), 엽면적이 증가하여(Table 2) 수광 면적이 넓어지고, 개체 당의 엽록소 함량이 증가하였다. 그리고 집 광성 단백 질복합체(light harvesting com- pound)를 구성 하는 엽록소 方가 a에 비하여 상대적으로 증가하여 엽록소 a/Z)가 낮아지는 등의 낮은 광도에 대한 적응반응이 시사된다.
- 광포화점은 개체간에 편차가 컸으나, 75%와 55% 차광처리구가 다른 두 시험구에 비하여 높은 값을 나타냈다. 생명유지와 새로운 조직을 구성하기 위한 에너지를 획득하는 과정인 암호흡은 차광처리구가 대조구에 비하여 낮은 값을 나타냈으며, 차광처리구 중에서는 생장이 좋은 75% 차광처리구가 통계적 유의성은 없었으나, 가장 높은 값을 나타냈다. 한편 광합성에서 빛 에너지를 화학에너지로 변환시키는 광화학계의 활성을 반영하고 있는 순양자수율(Farquhar and Sharkey 1982)은 모든 차광처리구가 대조구에 비하여 높은 값을 나타내, 차광처리에 의해서 광화학계의 반응이 상승됨을 알 수 있었다.
- 차광처리구의 CO2 보상점은 대조구에 비하여 낮은 값을 나타냈으며, 차광처리구 중에서는 75% 차광처리구가 다른 두 시험구에 비하여 약간 높은 값을 나타냈다. 이러한 경향은 광호흡에서도 유사하게 나타났다.
- 한편, 광합성산물이 지상부와 지하부에 분배된 비율을 반영 하고 있는 T/R 값은 모든 차광처 리구가 대조구에 비 하여 높은 값을 나타냈다. 특히 75% 차광처리구는 90% 차광처리 구와는 유사한 값을 나타냈으나, 대조구에 비해서는 무려 1.7배 이상의 높은 값을 나타냈다. 이러한 결과는 차광처리로 인하 여지 상부에 대한 광합성산물의 분배 가 증가하였음을 나타내고 있다.
- 특히 가장 높은 생장량을 나타내는 75% 차광처리구는 다른 시험구에 비하여 현저하게 높은 값을 나타내, 受光 및 동화 기관의 증가가 있었음을 알 수 있었다. 한편 잎의 두께를 반영하고 있는 엽면적당의 건물중은 75%차광처리구가 대조구나 다른 처리구에 비하여 낮은 값을 나타내, 음엽과 유사한 특성(김과 이 2001b)을 나타냈다.
- 이러한 경향은 광호흡에서도 유사하게 나타났다. 한편, 엽육내 CO2 농도가 높은 영역에서의 광합성 속도(maximum photosynthesis rate)는 탄소고정계의 재인산화속도에 의해서 좌우되는데, 이때의 광합성 속도는 75% 차광처리구가 다른 시험구에 비해서 높은 값을 나타냈다. 그리고 RuBP (rubisco)의 함량과 활성을 나타내는 탄소 고정효율에서도 75% 차광처리구가 다른 시험구에 비해서 현저하게 높은 값을 나타냈다.
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