본 연구는 C$_3$식물인 닭의장풀과 CAM식물인 돌나물이 수분스트레스에 대해 어떠한 생리적인 반응의 차이를 보이는가를 살펴본 것이다. 식물은 정상적인 환경 조건하에서 보여주는 대표적인 특징은 생장이다. 닭의장풀은 수분스트레스에 처해졌을 때 생장이 거의 멈추었으나 돌나물은 생장에 커다란 영향을 받지 못하였다. 닭의장풀의 수분함유량의 변화는 3주 째 12% 감소하였다. 수분 함유량의 변화는 식물의 고사와 밀접하게 관련되어 있다. 돌나물의 수분함유량의 변화는 거의 없었다. 이는 돌나물은 수분스트레스에 대한 저항 반응을 보여주었으나 닭의장풀은 그렇지 못했다는 것을 의미한다. 이어진 실험에서도 비슷한 양상이 나타났다. 엽록소 함량의 변화, 광합성 II의 활성을 나타내는 형광 Fv/Fm 비율수치는 닭의장풀에서 심각한 감소가 일어났다. 아울러 기공의 형태적인 특성과 생리적인 반응도 두 종이 다른 양상을 보여주었다. 따라서 돌나물은 수분스트레스에 대한 저항 능력을 가지고 있으나 닭의장풀은 수분 스트레스에 취약했다. 수분 스트레스 전 닭의장풀의 수분 함유량은 돌나물보다 약 6% 많으며, 생장률이 매우 빠르며 열매를 맺는다. 반면에 돌나물은 생장이 느리며, 줄기의 길이 증가도 닭의장풀에 비해 작았다. 잘 성숙된 닭의장풀은 키가 1m에 이르는 것도 있으나, 돌나물은 포복경의 특성으로 인해, 실제 줄기의 생장은 30cm를 넘지 못한다.
본 연구는 C$_3$식물인 닭의장풀과 CAM식물인 돌나물이 수분스트레스에 대해 어떠한 생리적인 반응의 차이를 보이는가를 살펴본 것이다. 식물은 정상적인 환경 조건하에서 보여주는 대표적인 특징은 생장이다. 닭의장풀은 수분스트레스에 처해졌을 때 생장이 거의 멈추었으나 돌나물은 생장에 커다란 영향을 받지 못하였다. 닭의장풀의 수분함유량의 변화는 3주 째 12% 감소하였다. 수분 함유량의 변화는 식물의 고사와 밀접하게 관련되어 있다. 돌나물의 수분함유량의 변화는 거의 없었다. 이는 돌나물은 수분스트레스에 대한 저항 반응을 보여주었으나 닭의장풀은 그렇지 못했다는 것을 의미한다. 이어진 실험에서도 비슷한 양상이 나타났다. 엽록소 함량의 변화, 광합성 II의 활성을 나타내는 형광 Fv/Fm 비율수치는 닭의장풀에서 심각한 감소가 일어났다. 아울러 기공의 형태적인 특성과 생리적인 반응도 두 종이 다른 양상을 보여주었다. 따라서 돌나물은 수분스트레스에 대한 저항 능력을 가지고 있으나 닭의장풀은 수분 스트레스에 취약했다. 수분 스트레스 전 닭의장풀의 수분 함유량은 돌나물보다 약 6% 많으며, 생장률이 매우 빠르며 열매를 맺는다. 반면에 돌나물은 생장이 느리며, 줄기의 길이 증가도 닭의장풀에 비해 작았다. 잘 성숙된 닭의장풀은 키가 1m에 이르는 것도 있으나, 돌나물은 포복경의 특성으로 인해, 실제 줄기의 생장은 30cm를 넘지 못한다.
The differences of several kinds of physiological responses between Commelina communis (C$_3$ plant) and Sedum sarmentosum (CAM plant: Crassulacean Acid metabolism) when both plants were exposed to water stress for 3 weeks were investigated. In case of Commelina it was shown a clear loss ...
The differences of several kinds of physiological responses between Commelina communis (C$_3$ plant) and Sedum sarmentosum (CAM plant: Crassulacean Acid metabolism) when both plants were exposed to water stress for 3 weeks were investigated. In case of Commelina it was shown a clear loss of water to 12% in three weeks, but no changes were observed in Sedum. Total chlorophyll content was also reduced to 57% in Commelina but not clear changes of chlorophyll content in Sedum. were observed for three weeks. In chlorophyll fluorescence experiments Fv/Fm ratios were reduced to 19% in Commelina, but no changes were observed in Sedum. There were very sensitive responses according to the different KCl concentrations and the stomatal aperture of epidermal strips was 12.8 ${\mu}m$ at 200 mM KCl in Commelina, but less than 3 ${\mu}m$ was observed at the same KCl concentration in Sedum. In addition, there were no chloroplasts in guard cells of Sedum, but most plants had chloroplasts including Commelina. From the above results, the ability of water stress resistance in Sedum. could be come from slow physiological metabolism including growth and less loss of water through unique stomatal characteristics.
The differences of several kinds of physiological responses between Commelina communis (C$_3$ plant) and Sedum sarmentosum (CAM plant: Crassulacean Acid metabolism) when both plants were exposed to water stress for 3 weeks were investigated. In case of Commelina it was shown a clear loss of water to 12% in three weeks, but no changes were observed in Sedum. Total chlorophyll content was also reduced to 57% in Commelina but not clear changes of chlorophyll content in Sedum. were observed for three weeks. In chlorophyll fluorescence experiments Fv/Fm ratios were reduced to 19% in Commelina, but no changes were observed in Sedum. There were very sensitive responses according to the different KCl concentrations and the stomatal aperture of epidermal strips was 12.8 ${\mu}m$ at 200 mM KCl in Commelina, but less than 3 ${\mu}m$ was observed at the same KCl concentration in Sedum. In addition, there were no chloroplasts in guard cells of Sedum, but most plants had chloroplasts including Commelina. From the above results, the ability of water stress resistance in Sedum. could be come from slow physiological metabolism including growth and less loss of water through unique stomatal characteristics.
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문제 정의
식물이 뿌리로부터 물과 무기물을 공급받지 못하는 심각한 경우 고사하게 된다. 따라서 광합성, 증산작용 및 수분 상태를 조사함으로써 식물이 수분스트레스에 대해 어떠한 내성을 보이는지 추측할 수 있다. 본 연구에서는 서로 다른 특이한 광합성회로를 가지는 C3 식물과 C4 식물이 수분 스트레스에 대해 어떠한 생리생태적 반응을 보이는 지를 관찰하여 그로부터 수분 부족에 대한 내성기작을 고찰하려 한다.
본 연구는 C3 식물인 닭의장풀과 CAM 식물인 돌나물이 수분스트레스에 대해 어떠한 생리적인 반응의 차이를 보이는가를 살펴본 것이다. 식물은 정상적인 환경 조건하에서 보여주는 대표적인 특징은 생장이다.
따라서 광합성, 증산작용 및 수분 상태를 조사함으로써 식물이 수분스트레스에 대해 어떠한 내성을 보이는지 추측할 수 있다. 본 연구에서는 서로 다른 특이한 광합성회로를 가지는 C3 식물과 C4 식물이 수분 스트레스에 대해 어떠한 생리생태적 반응을 보이는 지를 관찰하여 그로부터 수분 부족에 대한 내성기작을 고찰하려 한다. 그를 위해 한국에 자생하는 CAM 식물 인돌 나물과 C3 식물인 닭의장풀을 이용하여 수분 스트레스에 대한 광합성과 증산 작용의 변화를 관찰하기 위하여 광계II 반응중심의 활성, 엽록소 함량, 기공 개폐, 수분함유량, 기공의 형태학적 특징 등 비교 조사하였다.
사막의 우점종 인선 인장과 같은 다육식물인 돌나물의 출현 빈도와 밀도가 증가하는 것으로 보아 돌나물은 어떠한 서식지를 선호하는지 조사하여 돌나물의 생리 . 생태적 특성을 보고자 하였다.
가설 설정
Fig. 5(b)를 보면 공변세포 가장자리에 둥그런 원들이 배열되어 있는데, 이들이 엽록체 이다. 반면에 돌나물 (c) 은공변세포 내에 엽록체가 없었으며 기공의 모양과 빈도도 큰 차이를 보여주었다.
제안 방법
90분간 분리 표피 배양 후 표피는 슬라이드 글라스 위에 놓고 비디오 카메라를 거쳐 모니터와 연결시킨 현미경을 통하여 관찰하였다. 기공의 크기는 모니터 상에서 보정한 자를 이용하여 20개의 기공을 측정한 후 평균한 값이다.
공변세포 내에 엽록체가 있는지 없는지 알아내기 위하여 Zeiss Epifluorescence Microscope (Zeiss, Jena, Ger- many)를 사용하였다.
본 연구에서는 서로 다른 특이한 광합성회로를 가지는 C3 식물과 C4 식물이 수분 스트레스에 대해 어떠한 생리생태적 반응을 보이는 지를 관찰하여 그로부터 수분 부족에 대한 내성기작을 고찰하려 한다. 그를 위해 한국에 자생하는 CAM 식물 인돌 나물과 C3 식물인 닭의장풀을 이용하여 수분 스트레스에 대한 광합성과 증산 작용의 변화를 관찰하기 위하여 광계II 반응중심의 활성, 엽록소 함량, 기공 개폐, 수분함유량, 기공의 형태학적 특징 등 비교 조사하였다.
닭의장풀ccmmmis)과 돌나물(Sed“m sar- inentosum', 의 표피 를 Lee and Bowling (1992) 방법에 따라 분리한 후 기포가 들어가지 않도록 커버글라스를 이용하여 슬라이드글라스를 덮은 후 여과지를 이용하여 수분을 제거한 후 컴퓨터, 디지털 카메라와 연결된 광학현미경 (BX51, Oympus, Japan)을 Motic images plus 2.0 프로그램을 이용하여 촬영하였다. 기공 측정은 표피를 벗긴 후 39분 이내에 이루어졌다.
상징액은 저온 암소에 보관하고, pellet는 5mL의 aceton 용액을 첨가하여 재 현탁한 다음 4, 000 rpm에서 10분간 원심분리 하였다. 두 상징 액을 혼합한 후 spectrometer (C>ptizen2120UV, Mecasys. Korea)에 연결된 컴퓨터 Optizen view 3.2 프로그램을 사용하여 645 nn、와 663 nm에서 흡광도 및 흡수스펙트럼 (200~800 nm)을측정하였다. 다음의 식에 의해 전체의 엽록소 함량과 엽록소 a 및 엽록소》의 함량을 각각 계산하였다.
과거에는 쉽게 관찰할 수 없었던 돌나물이 높은 빈도로 출현하는 것으로 보아 한반도의 기후가 변화하고 있다는 것을 실감할 수 있다. 사막의 우점종 인선 인장과 같은 다육식물인 돌나물의 출현 빈도와 밀도가 증가하는 것으로 보아 돌나물은 어떠한 서식지를 선호하는지 조사하여 돌나물의 생리 . 생태적 특성을 보고자 하였다.
생장률은 수분 스트레스를 준 후 1주 간격으로 3개의 시료를 가지고 2번 측정하였다.
엽록소 함량의 측정 방법과 똑 같은 방법으로 재배한 식물을 재료로 하였으며, 엽록소 형광 측정은 Teaching Pam Chlorophyll Fluorometer (OS-30p, OPTI-Science, USA) 를 이용하여 측정하였다.
같은 재료도 채취장소마다 토양환경은 다양하였다. 재료 채취 시 스트레스를 줄이기 위해 토양과 함께 화분으로 옮긴 후 14시간의 명기와 10시간의 암기, 30/20℃의 온도, 50% 습도와 200 |imole m-2 s-1 (metal halides lamp) 광도의 식물 생장실 (Wisecube, Korean Scientific, Korea)에서 수분 공급을 끊고 재배하였다.
적 당한 양의 잎을 0.3 g의 석 영사(sea sand)와 10 mL의 80% aceton (0.1% CaCCh)으로 마쇄한 후 4, 000 rpm에서 10분간 원심분리 하였다(Union55R, Hanil, Korea). 상징액은 저온 암소에 보관하고, pellet는 5mL의 aceton 용액을 첨가하여 재 현탁한 다음 4, 000 rpm에서 10분간 원심분리 하였다.
대상 데이터
채취한 실험재료의 서식지 환경을 조사한 결과 C3 식물인 닭의 장풀과 CAM 식물인 돌나물의 토양 pH (토양 pH meter, Windaus, Germany), 토양 온도 (지 온계, Win- daus, Germany)와 토양 수분퍼 텐셜 (토양 수분포텐셜 측정 기 , Windaus, Germany)은 Table 1에 나타나 있다. 실험재료는 7월에서 9월까지 여름에 채취하여 사용하였다. 충북대학교 캠퍼스 내 야산이나 나대지 어디에서든 닭의장풀과 돌나물을 쉽게 발견 할 수 있었으며 채취 장소가 제한된 지역이라 자라는 토양 환경은 큰 차이가 없었다.
이론/모형
엽록소 함량의 측정은 Holden (1965)의 방법을 기초로 하였다. 적 당한 양의 잎을 0.
성능/효과
5(b)를 보면 공변세포 가장자리에 둥그런 원들이 배열되어 있는데, 이들이 엽록체 이다. 반면에 돌나물 (c) 은공변세포 내에 엽록체가 없었으며 기공의 모양과 빈도도 큰 차이를 보여주었다. 돌나물 공변세포 내에 엽록체가 없으며 아울러 형태학적 차이는 이들의 기공 개폐기작이 디를 수 있다는 것을 나타낸다.
있다. 과거에는 쉽게 관찰할 수 없었던 돌나물이 높은 빈도로 출현하는 것으로 보아 한반도의 기후가 변화하고 있다는 것을 실감할 수 있다. 사막의 우점종 인선 인장과 같은 다육식물인 돌나물의 출현 빈도와 밀도가 증가하는 것으로 보아 돌나물은 어떠한 서식지를 선호하는지 조사하여 돌나물의 생리 .
따라서 공변세포 내 엽록체의 유무는 형광현미경을 이용하여 쉽게 판단할 수 있다. 닭의장풀의 공변세포 내에는 12개 이상의 엽록체가 있음을 확인할 수 있으며 형광현미경을 사용하지 않아도 광학 현미경상에서 뚜렷하게 관찰할 수 있다. Fig.
돌나물은 수분스트레스 시 수분 함유량의 변화가 미약하였다. 수분 손실 감소에 대한 저항은 식물 대사의 정상적인 반응을 연장하여 내성의 가장의 가장 중요한 요인으로 추정되었다. 이에 따라 엽록소 함량 및 광계 II 중심부의 활성에 급격한 변화가 일어나지 않았다고 추측되었다.
부정 적 인 효과를 극복할 수 있다. 첫째 PEP (phosphoenolpyruvate) 카르복시화 효소의 기질 HCO「에 대한 친화도는 대기 수준의 CO 농도 조건하에서 효소를 포화시킬 정도로 높다. 이와 같이 PEP 카르복시화 효소의 활성이 높기 때문에 C4 식물은 기공의 열림 정도가 낮은 상태에서도, C3 식물의 CO2 고정 속도 이상으로 CO2를 고정하면서도 수분손실량은 적다.
광합성 이 일어나지 않아 CO2가 필요 없는 야간의 경우, 기공 열림 정도는 낮아 수분 손실이 적다. 충분한 수분흡수로 식물체내의 수분 퍼텐셜이 충분히 높아진 아침, 태양광의 강도증가에 따라 광합성 속도는 최대치를 향해 증가하며 그에 필요한 CO2를 공급하기 위해 기공을 열림 정도는 커지며 결과적으로 외부 공기에서 기공 공극 내부로의 CO2 확산에 대한 기공의 저항은 감소한다. 하지만 이러한 상황 하에서 기공 열림 정도의 증가는 증산에 의한 수분 손실을 증가시키나, 수분 공급이 충분할 경우 식물은 수분이 소실되어도 광합성 속도는 높게 유지된다.
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