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문제 정의
- , 1994). 따라서 본 연구는 오존에 노출된 자작나무류의 기공 반응, 광합성 및 내부 CO2 농도 변화간의 연관성을 밝히고자 수행하였다.
- 본 연구는 오존게 노출된 자작나무류의 기공 반응, 광합성 및 내부 co2 농도 변화간의 연관성을 밝히고자 수행하였다. 거제수나무, 물박달나무, 박달나무, 자작나무, 사스래나무는 온실에서 양묘하여 포트로 옮겨심고, lOOppb의 오존 농도에서 하루 8시간씩 5주 동안 오존에 노출시켰다.
제안 방법
- , 2001). 처리는 대조구인 clean room 과 우리나라 오존의 1시간 평균 환경기준인 lOOppb 처리구로 구분하였으며, 처리기간은 오전 "부터 오후 5시까지 하루 8시간 씩 5주 동안(7월 16일~8월 19일) 계속하여 실시하였다. 실험기간 동안 대조구와처리구 챔버내의 평균 오존 농도는 각각 5±lppb, 98 土 5ppb로 기록되었다.
- 인공광 온실의 광조건은 500|imol m2 s'1, 온도는 25±1℃, 습도는 70±5%를 유지하였다. 1주일간 온실에서 적응한 자작나무류 5개 수종의 묘목은 대조구와 오존 처리 구에 각각 25본씩 임의로 배치하였다.
- 동일한 조건에서 수행하였다. Leaf chamber에 공급되는 공기의 CO2 농도를 0, 50, 100, 200, 300, 360, 400, 500 |imol CO2 mor'로 조절하면서 광합성을 측정하였다. 엽육 내부의 CO2 농도는 Farquhar and Sharkey(1982>의 식을 적용하여 산출하였다.
- 수행하였다. 거제수나무, 물박달나무, 박달나무, 자작나무, 사스래나무는 온실에서 양묘하여 포트로 옮겨심고, lOOppb의 오존 농도에서 하루 8시간씩 5주 동안 오존에 노출시켰다. 순광합성은 오존 노출 초기부터 수종간, 처리간 차이가 있었으나, 기공전도도와 증산량은 오존 처리 3주 후부터 수종간, 처리간 차이가 있었다.
- 엽육 내부의 CO2 농도는 Farquhar and Sharkey(1982>의 식을 적용하여 산출하였다. 광합성 측정‘]의 leaf chamber에 공급되는 CO2 농도를변화시숴 측정한 광합성 속도의 결과를 사용하여 엽육 내 CO2 농도(C;)와 광합성 (A)의 관계를 나타내는 A-C, curve를 작성하고, 이 결과에서 탄소고정효율 (carboxylation efficiency), 광호흡속도를 산출하였다. 탄소고정효율은 C에 따른 광합성의 증가가 직선적으로 이루어지는 Cl 150 μmol CO2 moF이하에서의 회귀직선(y = a+bx)의 기울기(b)이다.
- , USA)를 이용하여 측정하였다. 광합성 측정시 leaf chamber의 조건은 온도 25℃, 상대습도 60%, 광량은 1, 100 μmol m-2s-1로 고정하였으며 , 줄기 끝에서 4~6번 잎을 3회씩 측정하여 평균치를 이용하였다.
- 광합성은 LI-6400 휴대용 광합성 측정기 (LI-COR Inc., USA)를 이용하여 측정하였다. 광합성 측정시 leaf chamber의 조건은 온도 25℃, 상대습도 60%, 광량은 1, 100 μmol m-2s-1로 고정하였으며 , 줄기 끝에서 4~6번 잎을 3회씩 측정하여 평균치를 이용하였다.
- 엽육내 CO2 농도 변화에 따른 광합성반응 측정은 광도 1, 100μmol m-2s-1에서 수행하였으며, leaf chambeH 유입되는 공기의 유량과 온도는 광합성 측정과 동일한 조건에서 수행하였다. Leaf chamber에 공급되는 공기의 CO2 농도를 0, 50, 100, 200, 300, 360, 400, 500 |imol CO2 mor'로 조절하면서 광합성을 측정하였다.
- ermaniie 이용하였으며 , 국립산림과학원 산림유전자원부의 온실에서 종자를 파종하여 양묘한 후포트로 옮겨 심었다. 오존 처리 1주일 전에 생장이 균일하고 활력이 있는 묘목을 수종별로 50본씩 선발하여 인공광 온실 내에서 적응시켰다. 인공광 온실의 광조건은 500|imol m2 s'1, 온도는 25±1℃, 습도는 70±5%를 유지하였다.
대상 데이터
- japonica), 사스래나무(B. ermaniie 이용하였으며 , 국립산림과학원 산림유전자원부의 온실에서 종자를 파종하여 양묘한 후포트로 옮겨 심었다. 오존 처리 1주일 전에 생장이 균일하고 활력이 있는 묘목을 수종별로 50본씩 선발하여 인공광 온실 내에서 적응시켰다.
- 오존 처리는 국립산림과학원 산림유전자원부 환경제어실에 설치된 환경제어실의 인공광 챔버를 이용하였다(Lee et al., 2001). 처리는 대조구인 clean room 과 우리나라 오존의 1시간 평균 환경기준인 lOOppb 처리구로 구분하였으며, 처리기간은 오전 "부터 오후 5시까지 하루 8시간 씩 5주 동안(7월 16일~8월 19일) 계속하여 실시하였다.
이론/모형
- Leaf chamber에 공급되는 공기의 CO2 농도를 0, 50, 100, 200, 300, 360, 400, 500 |imol CO2 mor'로 조절하면서 광합성을 측정하였다. 엽육 내부의 CO2 농도는 Farquhar and Sharkey(1982>의 식을 적용하여 산출하였다. 광합성 측정‘]의 leaf chamber에 공급되는 CO2 농도를변화시숴 측정한 광합성 속도의 결과를 사용하여 엽육 내 CO2 농도(C;)와 광합성 (A)의 관계를 나타내는 A-C, curve를 작성하고, 이 결과에서 탄소고정효율 (carboxylation efficiency), 광호흡속도를 산출하였다.
성능/효과
- 그러나 3주와 5주에서는 수종간 또는 처리간 차이를 나타냈다. 3주에서의 기공전도도는 거제수나무가 가장 높았으며, 자작나무가 가장 낮게 나타났다. 특히 거제수나무와 박달나무의 기공전도도는 1주 후보다 증가하였으나 다른 수종은 감소하였다.
- 그러나 5주의 거제수나무, 박달나무의 증산속도는 다시 감소하였으며 , 자작나무와 사스래나무의 증산속도는 다시 증가하는 경향을 나타냈다. 5 주 후의 증산속도는 거제수나무, 박달나무, 자작나무에서 대조구의 192.2%, 125.8%, 1114.%로 증가하였으나, 물박달나무와 사스래나무의 증산속도는 대조구의 96.9%, 94.3%로 감소하였다.
- 특히 거제수나무와 박달나무의 기공전도도는 1주 후보다 증가하였으나 다른 수종은 감소하였다. 5주 후의 거제수나무, 물박달나무, 박달나무, 자작나무의 기공전도도는 대조구보다 증가하였으나, 사스래나무의 기공전도도는 대조구의 86.0%로 감소하였다.
- 오존 처리 3주에서 증산속도가 가장 높은 수종은 거제수나무였으며 , 자작나무가 가장 낮은 증산속도를 나타냈으며 , 물박달나무, 자작나무, 사스래나무의 증산속도는 1주보다 감소한 반면, 거제수나무와 박달나무의 증산속도는 1주보다 증가하였다. 그러나 5주의 거제수나무, 박달나무의 증산속도는 다시 감소하였으며 , 자작나무와 사스래나무의 증산속도는 다시 증가하는 경향을 나타냈다. 5 주 후의 증산속도는 거제수나무, 박달나무, 자작나무에서 대조구의 192.
- 오존 처리 후 3주에 측정된 순광합성은 모든 수종에서 처리 후 1주의 순광합성보다 감소하였다. 그러나 오존 치리 후 5주에서의 순광합성은 모든 수종에서 처리 후 3주의 순광합성보다 증가하는 경향을 보였다. 오존 처리 후 5주에 측정된 거제수나무, 물박달나무, 박달나무.
- 순광합성은 오존 노출 초기부터 수종간, 처리간 차이가 있었으나, 기공전도도와 증산량은 오존 처리 3주 후부터 수종간, 처리간 차이가 있었다. 내부 CO2 농도는 수종간 차이가 없었으나, 처리간 차이는 크게 나타났으며 , 물박달나무를 제외한 4개 수종의 내부 CO2 농도는 오존 처리구가 대조 구보다 높았다. 탄소고정효율과 광호흡속도는 수종간 또는 처리 간에 큰 차이를 나타냈으며, 모든 수종에서 대조 구보다 오존 처리구가 낮았다.
- 또한 자작나무류의 탄소고정효율과 광호흡속도는 오존 처리로 감소하였다. 오존 처리로 인한 광합성 효율감소와 광호흡속도의 감소 현상은 잎의 피해 정도와 관련되는 것으로 볼 수 있다.
- 반면 순광합성은 초기 오존 노출시 체내로 유입된 오존의 독성에 의해 내부적인 광합성 기구의 손상이나 기타 생화학적 기작들의 손상이 발생하면서 크게 영향을 받으며, 오존 노출이 지속되면 순광합성은 기공 조절과 해독 기작에 의해 좌우되는 것으로 판단된다. 또한 장기적인 오존 노출로 광합성과 관련된 rubisco 활성이 감소하여, 내부 CO2 농도가 증가하면서 기공이 닫히는 것으로 보인다. 그러나 오존에 대한 식물의 반응은 수목의 내성과 해독 능력에 따라 매우 다르게 조절되는 것으로 판단된다.
- 즉 기공이 닫히면 체내로의 CO2 흡수가 감소하여 순광합성이 감소하고, 증산속도 또한 감소한다’ 이러한 반응은 오존이 공변세포와 엽육 조직에 동시에 영향을 주기 때문에 나타나는 현상이다 (Lee and Kim, 1997). 본 연구에서는 기공전도도의 반응과 광합성 간에는 밀접한 상관을 보여 주지 않았으나, 기공전도도와 증산속도와는 뚜렷한 상관을 나타냈다.
- 거제수나무, 물박달나무, 박달나무, 자작나무, 사스래나무는 온실에서 양묘하여 포트로 옮겨심고, lOOppb의 오존 농도에서 하루 8시간씩 5주 동안 오존에 노출시켰다. 순광합성은 오존 노출 초기부터 수종간, 처리간 차이가 있었으나, 기공전도도와 증산량은 오존 처리 3주 후부터 수종간, 처리간 차이가 있었다. 내부 CO2 농도는 수종간 차이가 없었으나, 처리간 차이는 크게 나타났으며 , 물박달나무를 제외한 4개 수종의 내부 CO2 농도는 오존 처리구가 대조 구보다 높았다.
- 순광합성은 측정시기 모두에서 수종간, 처리간 차이를 나타냈으며, 처리 후 1주에서의 순광합성은 거제수나무가 가장 높은 반면 자작나무가 가장 낮았다. 오존 처리 후 3주에 측정된 순광합성은 모든 수종에서 처리 후 1주의 순광합성보다 감소하였다.
- 수종간, 처리간 차이를 나타냈다. 오존 처리 3주에서 증산속도가 가장 높은 수종은 거제수나무였으며 , 자작나무가 가장 낮은 증산속도를 나타냈으며 , 물박달나무, 자작나무, 사스래나무의 증산속도는 1주보다 감소한 반면, 거제수나무와 박달나무의 증산속도는 1주보다 증가하였다. 그러나 5주의 거제수나무, 박달나무의 증산속도는 다시 감소하였으며 , 자작나무와 사스래나무의 증산속도는 다시 증가하는 경향을 나타냈다.
- 오존 처리 5주 후에 측정한 자작나무류의 내부 CO2 농도는 증가한 것으로 나타났다. 이것은 오존 초기 노출시와는 다른 반응으로 볼 수 있는데, 오존 노출 초기에 기공이 폐쇄되는 현상은 기공의 공변세포에 대한 직접적인 오존 효과로 볼 수 있지만, 본 연구 결과처럼, 오존 노출이 오랫동안 지속되거나 더 높은 오존 농도가 처리되면 광합성 기작이 손상되며, 내부 co2 농도가 증가되어 기공이 닫히게 된다.
- 오존 처리 후 3주에 측정된 순광합성은 모든 수종에서 처리 후 1주의 순광합성보다 감소하였다. 그러나 오존 치리 후 5주에서의 순광합성은 모든 수종에서 처리 후 3주의 순광합성보다 증가하는 경향을 보였다.
- 오존 처리구가 낮았다. 오존 처리구에서 탄소 고정효율이 가장 높은 수종은 거제수나무와 사스래나무로 각각 36.6 mmol CO2 mol'과 35.7 mmol CO2 mol」였으나, 사스래나무는 오존 처리구의 탄소 고정효율이 대조구의 57.7% 수준으로 오존 노출로 인해 크게 감소하였다. 반면 오존 처리구의 탄소 고정효율이 비교적 낮았던 물박달나무는 대조구의 92.
- 위와 같은 결과들을 종합해 볼 때, 초기 오존 노출 시 자작나무류의 기공 반응은 잎의 노화 정도에 매우 큰 영향을 받지만, 오존 노출이 장기간 지속되면서 오존에 대한 기공 반응이 증가하는 것으로 판단된다. 반면 순광합성은 초기 오존 노출시 체내로 유입된 오존의 독성에 의해 내부적인 광합성 기구의 손상이나 기타 생화학적 기작들의 손상이 발생하면서 크게 영향을 받으며, 오존 노출이 지속되면 순광합성은 기공 조절과 해독 기작에 의해 좌우되는 것으로 판단된다.
- 탄소고정효율과 광호흡속도는 모든 수종에서 대조 구보다 오존 처리구가 낮았다. 오존 처리구에서 탄소 고정효율이 가장 높은 수종은 거제수나무와 사스래나무로 각각 36.
- 내부 CO2 농도는 수종간 차이가 없었으나, 처리간 차이는 크게 나타났으며 , 물박달나무를 제외한 4개 수종의 내부 CO2 농도는 오존 처리구가 대조 구보다 높았다. 탄소고정효율과 광호흡속도는 수종간 또는 처리 간에 큰 차이를 나타냈으며, 모든 수종에서 대조 구보다 오존 처리구가 낮았다. 자작나무류는 장기적인 오존 노출로 광합성과 관련된 rubisco 활성이 감소하여, 내부 CO2 농도가 증가하면서 기공이 닫히는 것으로 판단된다.
- 3주에서의 기공전도도는 거제수나무가 가장 높았으며, 자작나무가 가장 낮게 나타났다. 특히 거제수나무와 박달나무의 기공전도도는 1주 후보다 증가하였으나 다른 수종은 감소하였다. 5주 후의 거제수나무, 물박달나무, 박달나무, 자작나무의 기공전도도는 대조구보다 증가하였으나, 사스래나무의 기공전도도는 대조구의 86.
- 오존 처리구에서 대조구보다 증가하였다. 특히 오존 처리된 박달나무의 내부 CO2 농도는 303.6 (imol moF로 대조구보다 12.6%나 증가하였다.
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