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문제 정의
- 이 연구는 내륙형의 오대산 산마늘과 울릉도 산마늘을 대상으로 하여 효율적인 보육과 관리를 위한 기초자료를 제공하고자 엽의 광합성 속도, 증산속도, 기공전도도, 수분이용효율, 엽육세포간극의 CO2 농도 변화 등을 측정하여 비교 고찰하였다.
제안 방법
- 측정시 휴대용 광합성 측정장치에 부착된 LED light source를 이용하여 PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density)를 광도를 조절하였다. 4 m 높이의 공기유입안테나를 사용 하여 대기로부터 CO2를 공급받은 후 챔버안의 CO2 농도가 대기의 CO2농도와 비슷해지면, 엽챔버로 잎을 집은 다음 5분정도 경과 후 CO2 농도의 변화가 안정될 때 측정을 시작하였다.
- 오대산과 울릉도 산마늘의 초기광도에 따른 순광합성 속도를 Fig. 1에 나타내었으며, Fig. 2에서 광-광합성 속도를 비교하였다. PPFD 100 µmol·m-2·s-1 이하의 초기광도에서는 광도와 순광합성속도의 관계가 직선적이며(Kim and Lee, 2001a,b), 이 직선의 기울기는 순양자수율, 직선과 횡축이 만나는 점은 암호흡, 종축과 만나는 지점이 광보상점에 해당한다.
- 온도 변화에 따른 오대산과 울릉도 산마늘의 순광합성속도를 알아보기 위해 포화광도 1,200 µmol·m-2·s-1을 유지한 후 온도를 변화시켜 순광합성속도를 산출하였다(Fig. 3).
- 측정시 휴대용 광합성 측정장치에 부착된 LED light source를 이용하여 PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density)를 광도를 조절하였다. 4 m 높이의 공기유입안테나를 사용 하여 대기로부터 CO2를 공급받은 후 챔버안의 CO2 농도가 대기의 CO2농도와 비슷해지면, 엽챔버로 잎을 집은 다음 5분정도 경과 후 CO2 농도의 변화가 안정될 때 측정을 시작하였다.
- 측정은 오대산과 울릉도 산마늘의 5년생 건전엽을 대상으로 2010년 4∼5월에 맑은 날을 택하여 광합성이 활발한 09:00～15:00시경 까지 휴대용 광합성 측정장치(Ultra Compact Programmable Photosynthesis System, LCpro+, ADC, UK)를 이용하여 단위 엽면적당 순광합성 속도(net photosynthetic rate; Pn), 기공증산속도(stomatal transpi-ration rate; E), 기공전도도(stomatal conductance; gH2O), 수분이용효율(water use efficience; WUE), 엽육세포간극의 CO2 농도(intercellular CO2 concentration; Ci) 등을 엽당 50회 측정하여 평균값을 얻었다.
대상 데이터
- 본 연구의 시료는 강원도 춘천시 사북면 지암리 화악산 강원도 산림개발연구원 시험림에서(Table 1)에서 생육시킨 5년생의 오대산(Allium microdictyon prokh.)과 울릉도 산마늘(Allium ochotense prokh.)을 대상으로 생육이 양호한 개체를 사용하였다. 측정은 오대산과 울릉도 산마늘의 5년생 건전엽을 대상으로 2010년 4∼5월에 맑은 날을 택하여 광합성이 활발한 09:00～15:00시경 까지 휴대용 광합성 측정장치(Ultra Compact Programmable Photosynthesis System, LCpro+, ADC, UK)를 이용하여 단위 엽면적당 순광합성 속도(net photosynthetic rate; Pn), 기공증산속도(stomatal transpi-ration rate; E), 기공전도도(stomatal conductance; gH2O), 수분이용효율(water use efficience; WUE), 엽육세포간극의 CO2 농도(intercellular CO2 concentration; Ci) 등을 엽당 50회 측정하여 평균값을 얻었다.
성능/효과
- 15 ∼25℃에서는 오대산 산마늘이 울릉도 산마늘 보다 다소 높은 순광합성속도를 보였으며, 30℃ 이후의 고온에서는 울릉도산마늘의 순광합성속도가 오대산 산마늘과 비교해 더 높은 것을 알 수 있었다.
- Fig. 5에 나타낸 것처럼 오대산과 울릉도산마늘의 수분 이용효율은 온도가 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈고, 15℃에서 가장 높은 수분이용효율을 보였다. 온도가 15℃ 일 때 오대산 산마늘의 수분이용효율이 8.
- 산마늘의 순양자수율을 비교하여 보면 오대산 산마늘이 0.074 mol CO2·m-2·s-1, 울릉도 산마늘이 0.069 molCO2·m-2·s-1 의 값을 나타내어 비슷한 경향을 보였고, 이는 생육이 가장 활발한 시기에는 광조건이 약할 경우에도 높은 순양자수율로 인해 광합성이 활발히 일어나는 것을 알 수 있었다(Table 2).
- 오대산 산마늘은 온도가 20∼25℃일 때 수분이용효율이 거의 차이가 없었으나 울릉도 산마늘은 온도가 올라갈수록 직선적으로 감소하는 경향을 보였다.
- 오대산과 울릉도 산마늘의 광-광합성 곡선은 광도가 0∼200 µmol·m-2·s-1, 까지 급격히 증가하다가 광도가 200 µmol·m-2·s-1 이상에서는 서서히 증가하는 경향을 보였다.
- 오대산과 울릉도 산마늘의 광합성 반응을 측정한 결과 오대산 산마늘의 광보상점은 4.2 µmol·m-2·s-1로 울릉도 산마늘의 5.2 µmol·m-2·s-1 보다 다소 낮게 측정되었으며, 오대산과 울릉도 산마늘 모두 약 800 µmol·m-2·s-1에서 광포화가 일어났고, 최대 광합성 능력은 오대산 산마늘이 14.3µmolCO2·m-2·s-1로 나타나 울릉도 산마늘의 13.9 µmolCO2·m-2·s-1 보다 높게 나타났다.
- 9 µmolCO2·m-2·s-1 보다 높게 나타났다. 오대산과 울릉도 산마늘의 순광합성속도가 가장 높은 온도는 25℃로 나타났으며, 30℃ 이상의 고온에서는 울릉도산마늘의 순광합성속도가 더 높은 것을 알 수 있었다. 이는 오대산 산마늘이 울릉도 산마늘과 비교해 온도가 30∼35℃일 때 기공전도도와 기공증산 속도가 크게 감소하여 순광합성속도에 제한적인 인자로 작용하였으며, 오대산 산마늘이 울릉도 산마늘 보다 서늘한 환경조건에서 생육시켜야 함을 알 수 있었다.
- 온도가 15℃ 일 때 오대산 산마늘의 수분이용효율이 8.15 µmolCO2·mmolH2O-1 의 값을 나타내어 울릉도 산마늘의 6.84 µmol CO2·mmolH2O-1 보다 높았으나, 20℃에서는 울릉도 산마늘의 수분이용효율이 더 높은 값을 보였다.
- 온도가 15℃일 때 오대산과 울릉도 산마늘의 기공증산속도는 약 1.06∼1.16 mmolH2O·m-2·s-1로 비슷한 값을 보였고, 오대산 산마늘은 25℃에서 3.78 mmolH2O·m-2·s-1로 가장 높은 기공증산속도를 보였으며, 30∼35℃에서는 급격하게 감소하였다.
- 온도가 15℃일 때 오대산과 울릉도 산마늘이 거의 비슷한 값을 나타냈으며, 30∼35℃의 고온에서는 울릉도 산마늘의 기공전도도는 완만히 감소하는 반면 오대산 산마늘의 기공전도도는 큰 폭으로 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 온도변화에 따른 대기중 이산화탄소 농도에 대한 엽육세포간극의 CO2 농도(Ci/Ca)는 오대산과 울릉도 산마늘 모두 온도가 20℃일 때 가장 높은 값을 보였으며, 오대산 산마늘이 0.68∼0.76, 울릉도 산마늘은 0.68∼0.77의 범위를 나타내어 온도변화로 인한 차이는 크지 않았다.
- 울릉도 산마늘의 기공전도 도는 115∼379 mmol·m-2·s-1의 범위를 나타냈고, 오대산 산마늘은 60∼550 mmol·m-2·s-1의 범위를 나타내어 오대산 산마늘이 울릉도 산마늘보다 온도변화에 매우 민감한 반응을 보인 것을 알 수 있었다.
- 위의 결과를 통해 오대산 산마늘이 울릉도 산마늘과 비교해 온도가 30 ∼35℃일 때 기공전도도와 기공증산속도가 크게 감소하므로 고온이 순광합성속도에 제한적인 인자로 작용하였을 것이라 생각된다.
- 94 µmolCO2·mmolH2O-1의 값을 나타냈다. 이 결과를 통해 오대산과 울릉도 산마늘은 온도가 증가 할수록 순광합성 속도는 감소하고, 수분소비량이 빠르게 증가하여 수분이용 효율의 감소를 가져왔다는 것을 알 수 있었다.
- 이는 오대산 산마늘이 울릉도 산마늘과 비교해 온도가 30∼35℃일 때 기공전도도와 기공증산 속도가 크게 감소하여 순광합성속도에 제한적인 인자로 작용하였으며, 오대산 산마늘이 울릉도 산마늘 보다 서늘한 환경조건에서 생육시켜야 함을 알 수 있었다.
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