국내 자생종 및 도입종 만병초의 내한성과 관련된 형태 및 생리적변화 Cold Tolerance of Native and Introduced Evergreen Rhododendron Species According to Morphological and Physiological Changes원문보기
상록활엽관목으로서 꽃이 화려하고 관상가치가 높으나 멸종위기 수종인 자생만병초와 원예도입종 만병초 품종을 공시하여 내한성의 기작을 잎 운동과 광합성 활성 등의 생리적 반응을 조사하여 구명하고자 하였으며 다음과 같이 요약된다. 월동 후의 엽소 피해 정도로 측정한 내한성 정도는 자생종인 만병초와 홍만병초에서 도입종보다 크게 높았으며, 도입종 중에서도 'Nova Zembla'에서 가장 낮았고, 'Cynosure'와 'Parker's Pink'는 이보다 다소 높았다. 저온에 의한 엽각의 변화는 자생종과 'Parker's Pink' 품종에서 크게 일어났으며, 'Nova Zembla'와 'Cunningham's White'에서의 변화는 적었다. 저온에 의한 잎말림 현상도 자생종에서 크게 일어났고 도입종은 이들보다 작았으며, 도입종 중에서는 'Parker's Pink'가 다소 컸고 나머지 품종들은 작았다. 자생종의 내한성은 저온에 의한 엽각변화와 잎말림현상이 관여하는 것으로 판단되며, 내한성이 약한 'Parker's Pink'에 있어서는 잎운동 활성과의 관련성이 적어 다른 요인이 관여하고 있는 것으로 생각된다. 내한성이 강한 만병초에서 월동 전 광합성 활성이 높았고 월동 후 광합성활성의 회복이 자생종 및 도입종의 'Cynosure'에서 비교적 빨랐으며, 내한성이 가장 약했던 'Nova Zembla'에서 월동 전 광합성 활성과 월동 후 광합성활성의 회복속도가 가장 낮았다. 기공전도도는 광합성활성과 유사한 경향을 보였으며, 내한성이 강한 자생종에서 월동 후 뿌리로부터 잎으로의 수분이동이 원활하여 엽소현상이 적었고, 월동 후 기공전도도가 가장 낮았고 수분이동에 크게 제한을 받은 'Nova Zembla'에서 엽소현상이 크게 나타난 것으로 생각된다. 이상의 결과로부터 만병초 종에 있어서 월동중의 잎 운동과 월동후의 수분이동 및 광합성에 의해 축적되는 수분스트레스 관련 물질들이 종합적으로 관여하여 엽소현상으로서 나타나는 내한성을 결정하는 것으로 생각된다.
상록활엽관목으로서 꽃이 화려하고 관상가치가 높으나 멸종위기 수종인 자생만병초와 원예도입종 만병초 품종을 공시하여 내한성의 기작을 잎 운동과 광합성 활성 등의 생리적 반응을 조사하여 구명하고자 하였으며 다음과 같이 요약된다. 월동 후의 엽소 피해 정도로 측정한 내한성 정도는 자생종인 만병초와 홍만병초에서 도입종보다 크게 높았으며, 도입종 중에서도 'Nova Zembla'에서 가장 낮았고, 'Cynosure'와 'Parker's Pink'는 이보다 다소 높았다. 저온에 의한 엽각의 변화는 자생종과 'Parker's Pink' 품종에서 크게 일어났으며, 'Nova Zembla'와 'Cunningham's White'에서의 변화는 적었다. 저온에 의한 잎말림 현상도 자생종에서 크게 일어났고 도입종은 이들보다 작았으며, 도입종 중에서는 'Parker's Pink'가 다소 컸고 나머지 품종들은 작았다. 자생종의 내한성은 저온에 의한 엽각변화와 잎말림현상이 관여하는 것으로 판단되며, 내한성이 약한 'Parker's Pink'에 있어서는 잎운동 활성과의 관련성이 적어 다른 요인이 관여하고 있는 것으로 생각된다. 내한성이 강한 만병초에서 월동 전 광합성 활성이 높았고 월동 후 광합성활성의 회복이 자생종 및 도입종의 'Cynosure'에서 비교적 빨랐으며, 내한성이 가장 약했던 'Nova Zembla'에서 월동 전 광합성 활성과 월동 후 광합성활성의 회복속도가 가장 낮았다. 기공전도도는 광합성활성과 유사한 경향을 보였으며, 내한성이 강한 자생종에서 월동 후 뿌리로부터 잎으로의 수분이동이 원활하여 엽소현상이 적었고, 월동 후 기공전도도가 가장 낮았고 수분이동에 크게 제한을 받은 'Nova Zembla'에서 엽소현상이 크게 나타난 것으로 생각된다. 이상의 결과로부터 만병초 종에 있어서 월동중의 잎 운동과 월동후의 수분이동 및 광합성에 의해 축적되는 수분스트레스 관련 물질들이 종합적으로 관여하여 엽소현상으로서 나타나는 내한성을 결정하는 것으로 생각된다.
Cold tolerance of the native Rhododendron species which are on the verge of extinction in Korean nature were compared with the introduced species and its mechanism were studied physiologically with the investigation of the leaf angle, leaf curling, and photosynthetic activity. The degree of cold tol...
Cold tolerance of the native Rhododendron species which are on the verge of extinction in Korean nature were compared with the introduced species and its mechanism were studied physiologically with the investigation of the leaf angle, leaf curling, and photosynthetic activity. The degree of cold tolerance measured with the leaf burning after winter season was higher in the native species, Rhododendron brachycarpum and Rhododendron brachycarpum var. roseum than all the introduced species. 'Nova Zembla', an introduced species, showed high sensitivity to the low temperature. Changes in leaf angle by the low temperature were bigger in 2 native species and 'Parker's Pink' than the other introduced species and small comparatively in 'Nova Zembla' and 'Cunningham's White' cultivar. Leaf curling also occurred strongly in 2 native species by the low temperature. While, it was comparatively little and mild in the other introduced species. Therefore these results suggested that the leaf movement such as leaf angle change and curling adapted to the low temperature is positively related to the cold tolerance of 2 native species. By the way, such relationship is not explainable in the cold-sensitive 'Parker's Pink' cultivar showing comparatively stronger leaf movement. Photosynthetic activity measured before the winter season was high in the cold-tolerant R. brachycarpum and its recovery after winter season was faster in the 2 native species and the introduced 'Cynosure' cultivar than the other introduced species. They were the lowest in the most cold-sensitive 'Nova Zembla'. This phenomena occurred similarly even in the stomatal conductivity, suggesting that the movement of water from the roots to the leaves is better and then the leaf burning after winter season become small in the cold-tolerant species. The recovery of photosynthetic activity and stomatal conductivity was comparatively slower in the cold-sensitive 'Parker's Pink'. From the above results, leaf behavior adapted to the low temperature during the winter season and water movement to the leaves are related collectively to the cold tolerance represented as the leaf burning in the Rhododendron species is suggested.
Cold tolerance of the native Rhododendron species which are on the verge of extinction in Korean nature were compared with the introduced species and its mechanism were studied physiologically with the investigation of the leaf angle, leaf curling, and photosynthetic activity. The degree of cold tolerance measured with the leaf burning after winter season was higher in the native species, Rhododendron brachycarpum and Rhododendron brachycarpum var. roseum than all the introduced species. 'Nova Zembla', an introduced species, showed high sensitivity to the low temperature. Changes in leaf angle by the low temperature were bigger in 2 native species and 'Parker's Pink' than the other introduced species and small comparatively in 'Nova Zembla' and 'Cunningham's White' cultivar. Leaf curling also occurred strongly in 2 native species by the low temperature. While, it was comparatively little and mild in the other introduced species. Therefore these results suggested that the leaf movement such as leaf angle change and curling adapted to the low temperature is positively related to the cold tolerance of 2 native species. By the way, such relationship is not explainable in the cold-sensitive 'Parker's Pink' cultivar showing comparatively stronger leaf movement. Photosynthetic activity measured before the winter season was high in the cold-tolerant R. brachycarpum and its recovery after winter season was faster in the 2 native species and the introduced 'Cynosure' cultivar than the other introduced species. They were the lowest in the most cold-sensitive 'Nova Zembla'. This phenomena occurred similarly even in the stomatal conductivity, suggesting that the movement of water from the roots to the leaves is better and then the leaf burning after winter season become small in the cold-tolerant species. The recovery of photosynthetic activity and stomatal conductivity was comparatively slower in the cold-sensitive 'Parker's Pink'. From the above results, leaf behavior adapted to the low temperature during the winter season and water movement to the leaves are related collectively to the cold tolerance represented as the leaf burning in the Rhododendron species is suggested.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 우리나라 자생종인 만병초 및 홍만 병초와 도입만병초 품종들의 내한성을 비교하고, 월동중의 형태적 변화, 광합성 활성 등의 생리적 현상을 조사하여 내한성과의 관련성을 검토하였으며, 경기내륙의 수도권까지 활용 가능한 품종개발과 월동 중 재배관리 기술 개발의 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
LI-6400 휴대용 광합성 측정기(LI -6400, Li-Cor, Lincoln, NE, USA)를 사용하여 500μmol･m-2･s-1의 광도에서 측정하였다.
가시적 피해증상의 측정은 월동후인 2010년 3월 12일과 이듬해인 2011년 3월 22일에 피해엽이 육안으로 구분이 되는 시점에, 동일한 만병초 7종에 대하여 조사하였다. Nilsen(1992)의 조사방법에 의해서 다음 식과 같이 총 엽수 중 동해를 입어 갈변증상이 있는 피해엽의 엽수를 백분율로 환산하여 상대적 피해엽율(RDC: the relative damage content)을 측정하였다.
겨울철 일조량은 하루 평균 약 190μmol･m-2･s-1였고, 오후 1시쯤이 약 670μmol･m-2･s-1로 가장 강한 일조량이었고, Quantum Light Sensor(SKP 215, UK)로 측정하였다.
공시 식물의 순광합성 능력은 월동 전인 2010년 11월 17일에 1차 측정하였고, 월동 직후인 3월 2일과 4월 1일에 2차 및 3차 측정을 하였다. LI-6400 휴대용 광합성 측정기(LI -6400, Li-Cor, Lincoln, NE, USA)를 사용하여 500μmol･m-2･s-1의 광도에서 측정하였다.
광합성 측정시 leaf chamber 내부 온도는 20℃, CO2 농도는 400μmol･mol-1로 유지하였고, 순광합성량과 호흡률을 계산하였다(Caemmerer et al., 1981).
본 실험에서는 포화광량인 1,000μmol･m-2･s-1에서 측정한 기공전도도의 값을 비교하였다.
세 블록에 의한 난괴법으로 7반복으로 수행하였다. 자료분석은 SAS 통계분석(SAS version 8/2, NC, USA)을 이용하여 분산분석하였고, 평균간 유의차 검증은 Duncan’s multiple range test로 95% 수준에서 분석하였다.
LI-6400 휴대용 광합성 측정기(LI -6400, Li-Cor, Lincoln, NE, USA)를 사용하여 500μmol･m-2･s-1의 광도에서 측정하였다. 실험대상인 만병초들을 각 품종별 2년생 잎을 대상으로 신초 기부에서 5번째 잎의 중단부를 동일하게 측정하였다. 광합성 측정시 leaf chamber 내부 온도는 20℃, CO2 농도는 400μmol･mol-1로 유지하였고, 순광합성량과 호흡률을 계산하였다(Caemmerer et al.
엽각(Leaf angle)의 변화를 오전에 영하 10℃부터 오후의 영상 8℃까지 3℃씩 간격으로 측정하였다. 이는 자연상태에서 위 범위의 온도보다 더 떨어지거나 상승하여도 추가적인 엽각의 변화는 일어나지 않았기 때문이다.
이렇게 7단계의 온도에 반응하여 아래로 떨어진 각도를 Nilsen(1987, 1992)의 방법에 의해 측정하였다(90° = vertical, 0° = horizontal). 잎 말림(Leaf curling)의 변화측정은 엽각의 측정과 동일하게 온도(영하 10-8℃)에 따라 잎의 가장자리가 말리는 변화를 주맥을 기준으로 양분하여서 말리는 각도를 측정하였고, 각도계와 사진판독을 통한 AutoCAD 2010(Autodesk Inc., San Rafael, CA, USA)으로 각도를 측정하여 나중에 합산하였다.
실험포장의 해발고도는 170m 경사도는 평균 35°이고, 상층 식생은 침엽수인 잣나무가 우점종이며, 소나무와 산단풍, 생강나무가 분포하고 있었다. 토양은 잣나무 부엽성분이 많은 점질 토양이 실험포지내에는 동일하였으며, 관수는 주로 자연 강우량에 의지하였고, 미스트 관수시설을 설치하여 아주 건조한 날에는 추가 관수를 실시하였다. 이 지역의 2010년 1월 최저 평균 온도는 영하 21℃였고(Fig.
대상 데이터
본 연구는 2009년 4월에 경기도 가평군에 위치한 아침고요수목원에 실험포장(Latitude: N37°73.992’, Longitude: E127°35.505’)을 조성하고 2011년 4월까지 실시하였다.
실험에 사용된 식물재료는 우리나라 고산지대에 자생하는 만병초(Rhododendron brachycarpum) 및 울릉도에 자생하고 있는 홍만병초(Rhododendron brachycarpum var. roseum)와 도입원예품종 ‘Nova Zembla’, ‘Parker’s Pink’, ‘Cynosure’, ‘Cunningham’s White’ 모두 5종을 공시하였다.
roseum)와 도입원예품종 ‘Nova Zembla’, ‘Parker’s Pink’, ‘Cynosure’, ‘Cunningham’s White’ 모두 5종을 공시하였다. 충청남도 공주시 만병초농장에서 구입하여 사용하였고 모두 10년생 이상이며 2009년 3월에 식재하였다. 대체로 평균 수고는 1m 전･후이었고, 수관폭은 70-100cm으로 종에 따라 약간씩 차이가 있었다.
데이터처리
자료분석은 SAS 통계분석(SAS version 8/2, NC, USA)을 이용하여 분산분석하였고, 평균간 유의차 검증은 Duncan’s multiple range test로 95% 수준에서 분석하였다.
이론/모형
가시적 피해증상의 측정은 월동후인 2010년 3월 12일과 이듬해인 2011년 3월 22일에 피해엽이 육안으로 구분이 되는 시점에, 동일한 만병초 7종에 대하여 조사하였다. Nilsen(1992)의 조사방법에 의해서 다음 식과 같이 총 엽수 중 동해를 입어 갈변증상이 있는 피해엽의 엽수를 백분율로 환산하여 상대적 피해엽율(RDC: the relative damage content)을 측정하였다.
이렇게 7단계의 온도에 반응하여 아래로 떨어진 각도를 Nilsen(1987, 1992)의 방법에 의해 측정하였다(90° = vertical, 0° = horizontal).
성능/효과
‘Cunningham’s White’ 품종도 5%에서 55%로 엽소피해엽이 많이 늘어났으며, ‘Parker’s Pink’ 품종도 역시 24%에서 56%로 늘어났다(Fig. 3).
이러한 도입종들에 반하여 우리나라 자생종인 만병초와 홍만병초는 피해를 받지 않고 건전한 푸른 잎 상태를 유지하고 있었다. 따라서 자생종 만병초와 홍만병초의 내한성이 도입 품종들 보다 월등히 높은 것으로 판명되었다. 특히 평년에 비해 혹한이었던 2011년에도 이들 자생종이 피해를 받지 않은 점은 주목할 만하였다.
또한, 기공전도도에 있어서도 광합성 활성과 같은 경향으로 나타났으며 월동 후에 자생종인 만병초와 홍만병초에서 빠르게 회복되었으며, 다음으로 도입종인 ‘Cynosure’에서 비교적 빠른 회복을 보여주었고 ‘Nova Zembla’에서 가장 낮은 회복 정도를 나타냈다(Fig. 10).
상록성인 만병초의 잎은 월동 전인 11월 중순에는 높은 광합성 활성을 보이다가 월동 중에는 낮아져서 월동 직후인 3월 중순까지도 광합성이 이루어지지 않았으며, 호흡대사의 반응만 하며 살아 있고 4월이 되어서야 광합성 활성이 회복되는 것으로 나타났다(Fig. 9). 월동 전 광합성 활성이 높았던 것은 자생종인 홍만병초가 10.
실험포장의 해발고도는 170m 경사도는 평균 35°이고, 상층 식생은 침엽수인 잣나무가 우점종이며, 소나무와 산단풍, 생강나무가 분포하고 있었다.
온도가 -10℃에서 8℃로 올라감에 따라 일어나는 엽각의 변화 정도는 자생종인 만병초 및 홍만병초와 도입종인 ‘Parker’s Pink’에서 컸고, ‘Cynosure’와 ‘Cunningham’s White’에서 작았다.
온도반응에 따른 엽각의 변화가 가장 활발한 종은 홍만병초로 90°에서 15°까지 반응을 하였고, 만병초도 비슷한 양상을 보여주었으나, 5℃ 이상에서는 홍만병초보다 느리게 회복되었다.
온도에 따라 가장 민감하게 반응하여 말리는 각도가 가장 큰 품종은 -10℃에서 자생종인 만병초(720°)와 홍만병초(703°) 2종이었으며, 만병초의 경우 주맥을 기점으로 양분되어 각각 360°씩 말려서 두 각을 합해 720°가 되었고, 홍만병초도 비슷한 모양이었다.
온도에 따른 각 품종의 엽각의 변화를 보면, 품종별로 약간의 차이는 있었지만 모든 품종에서 온도가 낮을수록 최대의 엽각이 나타나고 온도가 올라 8℃가 되면 회복되는 양상을 보여 주었다(Fig. 4). 품종간의 차이를 보면 -10℃였을때 세 품종(만병초, 홍만병초, ‘Parker’s Pink’)이 가장 급격한 반응을 나타내 90° 가까이(83-88°) 수직의 변화를 나타냈다.
이러한 결과로부터 월동 전의 광합성활성과 월동 후의 광합성의 회복능력은 자생종 만병초와 홍만병초의 월동 후의 엽소현상 즉 내한성과 일부는 관련이 되는 것으로 생각되며, 도입종 ‘Nova Zembla’에서 엽소현상이 큰 것과도 관련된다고 볼 수 있다.
이러한 도입종들에 반하여 우리나라 자생종인 만병초와 홍만병초는 피해를 받지 않고 건전한 푸른 잎 상태를 유지하고 있었다. 따라서 자생종 만병초와 홍만병초의 내한성이 도입 품종들 보다 월등히 높은 것으로 판명되었다.
자생종인 만병초도 6.9μmol･CO2･m-2･s-1로 다른 도입종들에 비해 다소 낮게 나타나서 월동 전의 광합성활성과 공시한 만병초의 내한성과는 관련성이 낮았다.
하지만 도입종인 ‘Cunningham’s White’는 ‘Nova Zembla’보다 잎 운동이 활발하지 않은 것에 비해 엽소 피해가 50% 정도로 ‘Nova Zembla’보다 낮았다.
한편, 월동 후 광합성 활성은 자생종인 만병초(6.5μmol･CO2･m-2･s-1)와 홍만병초(7.7μmol･CO2･m-2･s-1)에서 높았고, 월동 전과 비교했을 때 회복되는 정도도 높았다.
후속연구
(2008)의 보고와 같이 본 연구에 공시된 자생종의 내한성은 겨울동안 엽각변동과 잎말림 운동을 통해 면적을 최소화함으로 광저해 감소와 증산감소에 기인하는 것으로 생각할 수 있으나, ‘Parker’s Pink’와 같은 품종은 엽각 변화가 컸음에도 불구하고 내한성이 낮아 잎 운동만으로는 설명할 수 없어, 앞으로 추가적인 연구가 더 필요하다.
이것은 ‘Cunningham’s White’ 종의 엽소피해 현상이 잎 운동에 의해서 결정되지 않는 것을 시사하며, 추후에 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다(Figs. 7 and 8).
따라서 뿌리로부터 잎으로의 수분이동이 자생종에서 원활이 이루어지고 있으며, 결과적으로 엽소현상이 적게 일어나 내한성이 있는 것으로 판단된다. 이러한 현상은 다시 월동중의 저온에 의한 세포의 손상과 대사활성의 저하를 가져오고 이는 관련물질과의 관계에서 결정될 것으로 판단되며, 이에 대하여는 다시 자세하게 검토할 필요가 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
만병초란?
만병초는 진달래과(Ericaceae), 진달래속(Rhododendron)에 속하는 상록활엽관목으로 남북 양 반구의 온대에서 한대에 이르기까지 널리 분포하며, 일부는 열대의 고산지대에도 서식하고 있다(Sean, 2003). 상록활엽수인 만병초는 꽃이 화려하고 잎의 관상가치가 높아 미국과 유럽 등 정원이 발달한 나라에서 정원식물로 널리 식재되어 각광받고 있는 식물이다(Hong et al.
상록 활엽수인 만병초의 월동 피해 회피 기작은 어떤 차이를 가져올 수 있다고 보고되고 있는가?
, 2008). 이러한 월동피해 회피기작은 품종간의 내한성의 차이를 가져 올 수 있다고 보고되고 있다(Sakai, 2003). 또한 이러한 형태적 적응은 월동중 뿐만 아니라 늦은 봄에 발생하기 쉬운 서리피해를 회피하는 것과도 관련되는 것으로 보고되고 있다(Kong and Watts, 1993).
상록활엽수인 만병초는 무엇으로 각광받고 있는 식물인가?
만병초는 진달래과(Ericaceae), 진달래속(Rhododendron)에 속하는 상록활엽관목으로 남북 양 반구의 온대에서 한대에 이르기까지 널리 분포하며, 일부는 열대의 고산지대에도 서식하고 있다(Sean, 2003). 상록활엽수인 만병초는 꽃이 화려하고 잎의 관상가치가 높아 미국과 유럽 등 정원이 발달한 나라에서 정원식물로 널리 식재되어 각광받고 있는 식물이다(Hong et al., 1984).
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