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문제 정의
- 벼과식물인 Miscnathus sinensis와 Pennisetum purpurascens의 광도차에 따른 각종 생육반응, 탄수화물 함량 및 가스교환능에 미치는 영향을 알아보고자 본 실험을 수행하였다.
- 외로 많이 보고되고 있으나(Kim, 2000; Lee, 1985) 관상가치가 높은 우수개체 선발이나 지속적 공급 및 원예적 이용을 위한 최적 생육환경 구명이나 대량번식 등에 관한 연구는 매우 미진한 실정이다. 이와 관련 본 실험에서는 광범위한 벼과식물 중에서 비교적 대중적이며 관상가 치가 높은 자생종 참억새와 수크령을 대상으로 원예적 이용과 관련, 최적 생장환경구명을 위한 기초연구로서 광도차에 따른 다양한 생육변화 및 가스교환에 미치는 영향을 살펴보았다.
제안 방법
- 이삭출현일수는 파종 일로부터 최초 이삭출현시기까지를 기준으로 하였다. 건물 중은각 처리이후 자란 지상부를 채취하여 dry oven의 70℃±5에서 48시간 건조하여 측정하였다. 이때 모든 생육조사는 참 억새 및 수크령의 생육쇠퇴 기인 9월말에서 10월초에 걸쳐 실시하였다.
- 이때 광도는 차광막(가리소, 50% 차광용)처리를 하지 않은 것을 양지, 차광막 1겹 처리 한것을 반음지, 2겹처리를 음지로 하였으며 이때의 광도는 청명한 날 정오를 기준으로 평균 양지는 2500～3500μmol·m-2·s-1, 반음지는 250～500μ mol·m-2·s-1, 음지는 25～50μmol·m-2·s-1였다. 생육조사로는 대표적 생육지표인 초장, 엽장, 엽폭, 이삭장, 이삭색, 이삭출현일수, 건물중 등을 조사하였는데 초장은 처리 당 10반복으로 지상 부에서 이삭 정단까지의 길이를 평균하여 측정했고, 엽장, 엽폭 및 이삭장은 초장을 조사한 식물체를 대상으로 역시 처리 당 10반복으로 조사하였다. 이삭출현일수는 파종 일로부터 최초 이삭출현시기까지를 기준으로 하였다.
- 생육조사로는 대표적 생육지표인 초장, 엽장, 엽폭, 이삭장, 이삭색, 이삭출현일수, 건물중 등을 조사하였는데 초장은 처리 당 10반복으로 지상 부에서 이삭 정단까지의 길이를 평균하여 측정했고, 엽장, 엽폭 및 이삭장은 초장을 조사한 식물체를 대상으로 역시 처리 당 10반복으로 조사하였다. 이삭출현일수는 파종 일로부터 최초 이삭출현시기까지를 기준으로 하였다. 건물 중은각 처리이후 자란 지상부를 채취하여 dry oven의 70℃±5에서 48시간 건조하여 측정하였다.
대상 데이터
- 공시된 식물은 국내 자생종인 참억새와 수크령 종자를 제주도 일대에서 2003년 1월 중순에서 하순에 걸쳐 종자를 채취한 후 동년 2월 초에서울여자대학교 포장에 각기 파종하여 재배하였다. 이때 광도는 차광막(가리소, 50% 차광용)처리를 하지 않은 것을 양지, 차광막 1겹 처리 한것을 반음지, 2겹처리를 음지로 하였으며 이때의 광도는 청명한 날 정오를 기준으로 평균 양지는 2500～3500μmol·m-2·s-1, 반음지는 250～500μ mol·m-2·s-1, 음지는 25～50μmol·m-2·s-1였다.
데이터처리
- 탄수 화물 함량은 Dubois법을 이용, glucose 표준곡선을 이용하여 측정하였다. 광합성률, 기공전도도, 수분 증산률 및 증기압 부족량은 portable photosynthesis analyzer(LI-6400, LI-COR, USA)를 이용하여 완전히 전개하고 스트레스를 받지 않은 건강한 잎을 대상으로 처리당 6반복의 평균 값으로 나타내었다.
이론/모형
- 이때 모든 생육조사는 참 억새 및 수크령의 생육쇠퇴 기인 9월말에서 10월초에 걸쳐 실시하였다. 탄수 화물 함량은 Dubois법을 이용, glucose 표준곡선을 이용하여 측정하였다. 광합성률, 기공전도도, 수분 증산률 및 증기압 부족량은 portable photosynthesis analyzer(LI-6400, LI-COR, USA)를 이용하여 완전히 전개하고 스트레스를 받지 않은 건강한 잎을 대상으로 처리당 6반복의 평균 값으로 나타내었다.
성능/효과
- 광도차에 따른 초장, 엽장의 경우 양지에서 30% 이상 증가되었으며 음지에서는 신장율이 매우 낮았으며 괴사묘도 관찰되어 미관적 가치가 저하되었다. 식물체의 대표적 생육척도인 건물중의 경우는 2품종 모두 양지구에서 월등히 높았으며 광도감소에 따라 비례적으로 감소하여 특히 음지에서는 50% 이상의 감소율을 나타내었다.
- 다양한 벼과식물의 이삭은 일반 화훼식물에서는 찾아보기 힘든 독특한 특성을 나타내어 원예 조경용으로 사용될 경우, 매우 효율적으로 사용될 수 있으나(Darke, 1999) 생육환경 등에 따른 이삭식물의 이삭형 변화 및 이삭출수 시기나 이삭색의 변화 등과 같은 생육변화를 조사한 연구는 거의 찾아 볼 수 없다. 따라서 본 연구에서는 이러한 특성을 특히 조사하였는데 Table 2에서 보는 바와 같이 이삭장의 경우 2품종 모두 양지에서 가장 월등하게 자랐으며 반음지 및 음지의 경우는 그 크기가 20% 이상 감소하였다. 아울러 특히 음지구에서는 이삭밀도도 엉성하여 미관적 가치는 크게 감소하였다.
- 식물체의 건물중은 대표적 생육척도로서 2품종 모두 반음지, 음지에서 보다 양지구에서 월등히 높았다. 반면 반음지 및 음지구에서는 현격히 건물중이 감소되었는데 특히 음지구의 경우, 2품종 모두에서 양지구에 비해 50% 이상의 건물중 감소를 초래하여 저조한 생육상태를 나타내었으며 이러한 경향은 참억새의 경우 더욱 현저한 것으로 나타났다. 전 탄수화물의 경우도 건물중변화와 동일한 경향을 나타내어 공시품종 모두 양지에서 가장 높은 전 탄수화물 함량을 나타내었으며 광도감소에 따라 급격히 감소하는 경향을 나타내었다.
- 잎 주변에서 수분을 받아들일 수 있는 정도를 나타내는 증기압 부족량(vapor pressure deficit)은 광합성률이 가장 높았던 고광도에서 가장 낮았고 품종별로는 참억새가 더욱 낮게 나타났다. 본 논문의 전체적인 결과를 살펴볼 때 양생식물이면서 대부분 C4식물로 알려진 자생 억새류의 참억새와 수크령의 경우, 양지구에서 양호한 초장, 엽장, 엽폭, 이삭장 및 이삭색 등의 특성과 생리적 생육지표인 광합성률, 기공전도도, 세포간극 내 CO2농도 및 증기압 부족량 등의 가스교환특성을 나타내어 원예적 이용 시 관상가치 등을 고려할 때 고광에서의 재배가 우선 시 됨을 알 수 있었다(남 등 1994). 그러나 본 논문에서 반 음지구로 제시된 250～500μmol·m-2 ·s-1 수준의 광도까지는 억새류의 각종 관상 및 생리적 생육 특성을 고려할 때 그다지 큰 영향은 없는 것으로 나타나 이상규(1985)가 차광정도가 50%정도 까지는 억새류의 초지수량 및 생육에 큰 영향이 없었다는 보고와 유사한 것으로 생각되었다.
- 식물체의 건물중은 대표적 생육척도로서 2품종 모두 반음지, 음지에서 보다 양지구에서 월등히 높았다. 반면 반음지 및 음지구에서는 현격히 건물중이 감소되었는데 특히 음지구의 경우, 2품종 모두에서 양지구에 비해 50% 이상의 건물중 감소를 초래하여 저조한 생육상태를 나타내었으며 이러한 경향은 참억새의 경우 더욱 현저한 것으로 나타났다.
- 광도차에 따른 초장, 엽장의 경우 양지에서 30% 이상 증가되었으며 음지에서는 신장율이 매우 낮았으며 괴사묘도 관찰되어 미관적 가치가 저하되었다. 식물체의 대표적 생육척도인 건물중의 경우는 2품종 모두 양지구에서 월등히 높았으며 광도감소에 따라 비례적으로 감소하여 특히 음지에서는 50% 이상의 감소율을 나타내었다. 탄수화물 함량의 경우도 건물중과 동일한 경향을 나타내었다.
- 특히 참억새의 경우, 음지구에서는 양지구의 경우보다 30% 이상의 초장 감소율을 보였으며 괴사된 묘도 눈에 띠게 증가하여 미관상 많은 지장을 초래하였다. 엽장의 경우도 광도증가에 따른 신장 경향를 나타내었으며 반대로 광도가 감소할수록 엽장은 감소하였으며 특히 음지에서는 20～30%정도의 감소경향을 나타내었다. 엽폭의 경우는 2종류 모두 광도에 따른 큰 변화는 없었으나 양지구에 비해 반음지 혹은 음지구에서 약간 증가된 것으로 나타났다.
- 엽장의 경우도 광도증가에 따른 신장 경향를 나타내었으며 반대로 광도가 감소할수록 엽장은 감소하였으며 특히 음지에서는 20～30%정도의 감소경향을 나타내었다. 엽폭의 경우는 2종류 모두 광도에 따른 큰 변화는 없었으나 양지구에 비해 반음지 혹은 음지구에서 약간 증가된 것으로 나타났다. 식물의 초장, 엽장 및 엽폭 등은 관상원예용 식물의 균형을 잡아주는 중요한 지표로서 본 실험의 공시식물인 참억새와 수크령의 경우, 양생식물로서 광적응에 따른 양지에서의 우수한 생육상을 나타내었으나 25～50μmo l·m-2·s-1정도의 음지에서는 30～40% 정도의 초장 및 엽장 감소로 원예식물로서의 관상가치가 크게 소실되어 양생식물로서의 벼과식물 생육특성을 나타내었다(Kim, 2000).
- 그러나 250～500μmol·m-2·s-1 까지의 반음지에서는 생육 및 관상가치 정도에 큰 영향은 없었다. 이삭출현일수는 양지로 갈수록 빨랐으며 이삭장의 경우도 양지에서 가장 높게 나타났다. 이삭의 색은 양지로 갈수록 뚜렷했으며 음지에서는 탈색되는 경향을 나타내었다.
- 잎의 세포간극 내 CO2농도는 광합성률이 가장 높았던 양지구에서 자란 식물체가 가장 높았고 음지구에서 가장 낮게 나타났다. 잎 주변에서 수분을 받아들일 수 있는 정도를 나타내는 증기압 부족량(vapor pressure deficit)은 광합성률이 가장 높았던 고광도에서 가장 낮았고 품종별로는 참억새가 더욱 낮게 나타났다. 본 논문의 전체적인 결과를 살펴볼 때 양생식물이면서 대부분 C4식물로 알려진 자생 억새류의 참억새와 수크령의 경우, 양지구에서 양호한 초장, 엽장, 엽폭, 이삭장 및 이삭색 등의 특성과 생리적 생육지표인 광합성률, 기공전도도, 세포간극 내 CO2농도 및 증기압 부족량 등의 가스교환특성을 나타내어 원예적 이용 시 관상가치 등을 고려할 때 고광에서의 재배가 우선 시 됨을 알 수 있었다(남 등 1994).
- 특히 C4식물의 경우는 C3식물과 비슷한 광보상점을 가지고 있지만 C3식물과는달리 거의 광포화에 달하지 않고 높은 광도에서도 계속 광합성이 증가되는 경향이 조사된 바있어(Choi 등, 2003; Nam과 Kwack, 1997) 본 논문의 Miscanthus와 Pennisetum의 경우, 낮은 광도에 비하여 양지에서 월등히 증가된 광합성율에 대한 원인과 공시된 2500～3500μmol·m-2·s-1이상 광도에서의 정상적인 생육도 기대할 수 있었다. 잎의 세포간극 내 CO2농도는 광합성률이 가장 높았던 양지구에서 자란 식물체가 가장 높았고 음지구에서 가장 낮게 나타났다. 잎 주변에서 수분을 받아들일 수 있는 정도를 나타내는 증기압 부족량(vapor pressure deficit)은 광합성률이 가장 높았던 고광도에서 가장 낮았고 품종별로는 참억새가 더욱 낮게 나타났다.
- 반면 반음지 및 음지구에서는 현격히 건물중이 감소되었는데 특히 음지구의 경우, 2품종 모두에서 양지구에 비해 50% 이상의 건물중 감소를 초래하여 저조한 생육상태를 나타내었으며 이러한 경향은 참억새의 경우 더욱 현저한 것으로 나타났다. 전 탄수화물의 경우도 건물중변화와 동일한 경향을 나타내어 공시품종 모두 양지에서 가장 높은 전 탄수화물 함량을 나타내었으며 광도감소에 따라 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 특히 음지의 경우 50% 이상의 감소율을 나타내었으며 이러한 경향은 참억새에서 역시 더욱 뚜렷하게 나타났다.
- 초장의 경우, 2종류 모두 양지에서 월등히 높은 것으로 나타났으며 광도가 감소할수록 초장은 급격히 감소하였다(Table 1). 특히 참억새의 경우, 음지구에서는 양지구의 경우보다 30% 이상의 초장 감소율을 보였으며 괴사된 묘도 눈에 띠게 증가하여 미관상 많은 지장을 초래하였다.
- 이삭색의 경우도 양지로 갈수록 탈색되는 경향을 나타내었으며 특히 수크령은 양지에서는 짙은 흑갈색을 띄었으나 음지에서는 탈색된 듯한 회갈색을 나타내어 관상가가 감소되었다. 최초 이삭 출수 시까지의 소요일수는 2품종 모두 양지에서 가장 빨랐으며 광도가 감소할수록 출수시기는 늦어지는 경향을 나타내었다. 이와 관련, Armitage (1993)와 Gertsson(1990) 등이 Trahcelium과 Aeschynanthus 등의 생육 및 개화시기와 탄수화물량간에는 서로 밀접한 관련성이 있음을 시사한 바 있는데 본 실험에서도 이삭반응과 관계된결과들은 앞서 언급된 참억새와 수크령의 광도 차에 따른 생육 정도와 탄수화물 함량 등과 높은 상관성이 있음을 알 수 있었다.
- 원예조경용 식물로 공시된 벼과식물 2종의 가스교환에 미치는 영향을 살펴보면 Figure 1에서 보는 바와 같이 광합성율의 경우, 품종에 관계없이 양지에서 생장한 식물체가 반 음지, 음지에 비해 광합성 율이 평균 2배 이상 높은 것으로 나타났다. 특히 음지의 경우, 광합성 율이 양지에 비해 4배정도 감소하였으며 기공전도도 역시 양지 하에서 약간 증가되는 경향을 나타내었다. 광도에 따른 차이는 광합성률이 가장 높았던 2500～3500μmol·m-2·s-1에서 기공전도도가 가장 높았다.
후속연구
- 그러나 본 논문은 광도차에 따른 억새류의 전생활사에 걸친 광범위한 생장상을 고찰하지 못한 제한점이 있으므로 추후 생활사 전반에 걸친연구분석과 고찰이 필요할 것으로 생각된다.
- 그러나 본 논문에서 반 음지구로 제시된 250～500μmol·m-2 ·s-1 수준의 광도까지는 억새류의 각종 관상 및 생리적 생육 특성을 고려할 때 그다지 큰 영향은 없는 것으로 나타나 이상규(1985)가 차광정도가 50%정도 까지는 억새류의 초지수량 및 생육에 큰 영향이 없었다는 보고와 유사한 것으로 생각되었다. 따라서 본 연구결과들은 모든 생육범위(life span) 을 통합하지는 못했지만 대표적 환경인자인 광도에 따른 자생 억새 류 2품종의 원예적 이용및 광합성 수행능력 등을 예측할 수 있는 모델이 될 수 있을 것으로 고려된다.
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