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문제 정의
- 이 연구는 병풍쌈의 광환경 변화로 인한 생리반응 및 생장특성을 구명하여 효율적이고 안정적인 재배가 가능하도록 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- Kazukiyo Yamato)을 이용하여 측정하였으며, 부위별 건중량은 건조기(Dry-oven)에 48시간동안 80℃로 건조하여 측정하였다. 건중량 및 엽면적 측정 결과에 의해 T/R율(지상부 dry weight/지하부 dry weight), 비엽면적(SLA; specific leaf area = leaf area/leaf dry weight), 엽면적비(LAR; leaf area ratio = leaf area/total dry weight), 엽건중비(LWR; leaf weight ratio = leaf dry weight/total dry weight)를 계산하였다(Cho et al., 2008; Choi et al., 2009).
- 광-광합성곡선(Fig. 4)을 통해 광보상점, 광포화점, 광합성 능력, 순양자수율을 산출하였다. 순양자수율은 약광 조건(0~100µmol·m−2·s−1 )에서 광합성 능력을 나타내는 지표로, 빛 에너지를 화학에너지로 변환시키는 광화학계의 활성을 반영하고 있다(Evans, 1987).
- 본 연구는 광환경 변화에 따른 병풍쌈의 엽록소 함량, 광합성 특성, 엽록소형광반응 그리고 생장 특성을 조사하기 위해 실시하였으며, 실험을 위해 병풍쌈을 무처리구(full sunlight)와 3개의 서로 다른 피음조건 (88~93%, 65~75% and 45%~55% of full sunlight)에서 생육시켰다. 병풍쌈은 피음수준이 증가할수록 총 엽록소 함량, 광화학반응효율, T/R율, SLA, LAR, LWR은 증가하고 암호흡은 감소하여, 낮은 광조건에서 빛의 흡수량과 광합성에 대한 이용효율을 높이는 반응을 나타냈다.
- 피음처리에 따른 엽록소 함량의 변화를 조사하기 위하여 5월부터 7월까지 월별로 엽록소 함량을 분석하였다. 분석을 위해 각 피음처리구에서 2매씩 엽을 채취하였고, 엽의 중앙과 좌,우 3부분에서 0.1g 엽편을 채취한 후 10ml의 DMSO(dimethyl sulfoxide) 용액이 들어있는 20ml 유리병에 넣어 60℃로 설정된 항온기에서 6시간 색소를 추출하였다(Hiscox and Israelstam, 1979). 추출한 용액은 자외선/가시광선 분광광도계(UV/ VIS Spectrophotometer, HP 8453, Hewlett-Packard, U.
- 엽록소 형광반응은 엽록소 형광반응 측정기(chlorophyll fluorometer, OSI 30P, ADC, UK)를 이용하여 조사하였으며, 광합성 측정과 동일한 잎을 대상으로 측정하였다. 측정 전 sample clip으로 약 20분간 광을 차단하였다.
- 피음처리에 따른 생장특성을 알아보기 위해 광합성 실험이 끝난 7월 23일 시료의 지상부와 지하부로 구분하여 엽면적, 건중 등을 측정하였다. 엽면적은 스캔하여 LIA 3.2 progrom(version 0.377e, copy. Kazukiyo Yamato)을 이용하여 측정하였으며, 부위별 건중량은 건조기(Dry-oven)에 48시간동안 80℃로 건조하여 측정하였다. 건중량 및 엽면적 측정 결과에 의해 T/R율(지상부 dry weight/지하부 dry weight), 비엽면적(SLA; specific leaf area = leaf area/leaf dry weight), 엽면적비(LAR; leaf area ratio = leaf area/total dry weight), 엽건중비(LWR; leaf weight ratio = leaf dry weight/total dry weight)를 계산하였다(Cho et al.
- 처리구의 주요 환경인자를 알아보기 위하여 2011년 4월 1일부터 7월 31일까지 온습도 측정기(HOBO H08-004-02, ONSET, USA)를 지상으로부터 2 m 높이에 각각 설치하였으며, 휴대용 광량측정기(HD 2102.1, Delta OHM, Italy)를 사용하여 7월 22일 피음망 하부에서 지면과 수평으로 10반복씩 광량을 측정하였다(Fig. 1).
- 측정시 휴대용 광합성 측정장치에 부착된 LED light source를 이용하여 PPFD(Photosyn-thetic Photon Flux Density)를 0, 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1,000, 1,200µmol·m−2·s−1 ,의 9단계로 조절하였으며, 온도는 25±2℃를 유지하여 오전 10시부터 오후 2시까지 처리구당 3반복으로 광합성을 측정하였다.
- 측정할 때는 2,000µmol·m−2·s−1의 광을 조사하였으며(Choi and Kim, 1995; Demmig and Björkman, 1987; Cho et al., 2008), 초기형광반응(Fo), 최대형광반응(Fm), 최대변화치(Fv=Fm-Fo) 및 광화학반응효율(Fv/Fm) 변수를 측정하여 분석하였다.
- 피음처리구는 강원대학교 구내 묘포장에 노천광을 모두 수광하는 처리구(이하 전광처리구)와 시중에서 생산하는 검정색 차광막을 이용하여 45~55%(약피음), 65~75%(중피음), 88~92%(강피음)처리구를 각각 설치하고 2011년 4월 9일부터 2011년 7월 23일 까지 처리별로 10개체씩 피음처리를 실시하여 광환경 변화에 따른 생리 및 생장반응을 측정하였다.
- 피음처리에 따른 광합성 반응을 조사하기 위하여 건전엽을 대상으로 휴대용 광합성 측정장치(Ultra Compact Programmable Photosynthesis System, LCpro+, ADC, UK)를 이용하여 5월부터 7월까지 매월 20~25일 사이에 맑은 날 측정을 실시하였다.
- 피음처리에 따른 생장특성을 알아보기 위해 광합성 실험이 끝난 7월 23일 시료의 지상부와 지하부로 구분하여 엽면적, 건중 등을 측정하였다. 엽면적은 스캔하여 LIA 3.
- 피음처리에 따른 엽록소 함량의 변화를 조사하기 위하여 5월부터 7월까지 월별로 엽록소 함량을 분석하였다. 분석을 위해 각 피음처리구에서 2매씩 엽을 채취하였고, 엽의 중앙과 좌,우 3부분에서 0.
대상 데이터
- 실험에 사용된 재료는 강원도 홍천군 내면의 재배농가에서 병풍쌈(Parasenecio firmus) 종자를 분양받아 2010년초 마사토와 펄라이트(1:1)를 이용한 직경 25cm 포트에 파종하여 강원대학교 구내 온실에서 1년간 생육시킨 것으로 사용하였다.
데이터처리
- ***Means with different letters are significantly different at P<0.05, which are testified with one ANOVA test and Duncan's multiple range test.
- **Means with different letters are significantly different at P<0.05, which are testified with one ANOVA test and Duncan's multiple range test.
- Means with different letters are significantly different at P<0.05, which are testified with one ANOVA test and Duncan's multiple range test.
- 피음처리에 따른 측정결과를 분석하기 위해서 SPSS Statistics Program(Version 19.0)을 이용하여 Duncan's multiple range test로 유의성 분석을 실시하였다.
이론/모형
- 1g 엽편을 채취한 후 10ml의 DMSO(dimethyl sulfoxide) 용액이 들어있는 20ml 유리병에 넣어 60℃로 설정된 항온기에서 6시간 색소를 추출하였다(Hiscox and Israelstam, 1979). 추출한 용액은 자외선/가시광선 분광광도계(UV/ VIS Spectrophotometer, HP 8453, Hewlett-Packard, U.S.A)를 이용하여 663nm와 645nm의 파장에서 흡광도를 측정하고, Arnon(1949)의 방법에 따라서 엽중량당 엽록소 a, b 함량 및 엽록소 a+b 함량을 산출하였다.
- 로나타냈다(Sim and Han, 2003). 측정된 자료를 이용하여 Kume and Ino(1993)식에 의해 광-광합성곡선을 나타냈고, 이 곡선에 의해 광보상점, 광포화점, 암호흡, 최대광합성량을 구하였다. 광-광합성곡선 중 Kok 효과(Kok, 1948; Sharp et al.
성능/효과
- , 2008)은 5월 전광처리구에서 가장 낮았고, 피음처리 수준에 따라 증가하는 경향을 보였다. 6월 이후 피음 처리가 지속되면서 약피음처리 구의 총엽록소 함량이 감소하는 경향을 보였고 중피음 처리구는 크게 증가하는 경향을 보였다(Fig. 2). 일반적으로 낮은 광도조건에서 순화된 식물이나, 내음성이 강한 식물은 높은 광도의 광환경 조건이 주어지게 되면 낮은 총엽록소 함량을 나타내고(Hansen et al.
- 따라서 병풍쌈은 피음처리 수준에 따라 엽록소 함량, 엽록소형광반응, 순양자효율 등을 증가시켜(Table 1) 낮은 광환경 조건에서 빛의 흡수와 광합성에 대한 효율을 높이는 내음성 적응반응과 T/R율, SLA, LAR, LWR을 증가시켜 부족한 광환경에서 수광량을 늘리기 위한 형태적인 변화가 같이 나타나고 있음을 알 수 있었다.
- 또한 강피음처리구에서는 5월부터 7월까지 점진적으로 광화학반응효율이 저하된 것으로 보아 병풍쌈은 비교적 음지성 식물의 특징을 나타냈으나, 부족한 광 조건이 계속되면 광화학반응효율이 점차 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 본 연구는 광환경 변화에 따른 병풍쌈의 엽록소 함량, 광합성 특성, 엽록소형광반응 그리고 생장 특성을 조사하기 위해 실시하였으며, 실험을 위해 병풍쌈을 무처리구(full sunlight)와 3개의 서로 다른 피음조건 (88~93%, 65~75% and 45%~55% of full sunlight)에서 생육시켰다. 병풍쌈은 피음수준이 증가할수록 총 엽록소 함량, 광화학반응효율, T/R율, SLA, LAR, LWR은 증가하고 암호흡은 감소하여, 낮은 광조건에서 빛의 흡수량과 광합성에 대한 이용효율을 높이는 반응을 나타냈다. 5월의 중피음처리구에서 가장 높은 최대 광합성속도와 순양자수율을 나타냈으며, 피음처리구보다 전광처리구에서 가장 낮은 최대광합성속도, 광화학 반응효율, 엽록소 함량을 나타냈다.
- 일반적으로 낮은 광도에서 생장한 식물은 부족한 광도를 극복하기 위해 뿌리로 분배시키는 광합성 산물의 비율을 상대적으로 낮추게 되어(Kim, 2000; Loach, 1970), T/R율이 증가하게 된다. 병풍쌈의 피음처리에 따른 T/R율 역시 피음수준이 높아질수록 점차 증가하였으며, 강피음처리구에서 가장 큰 값을 나타냈다(Table 2).
- , 2003). 본 실험에서 얻어진 광화학반응 효율의 변화는 전반적으로 피음처리에 따라 높아지는 경향을 보였으며, 5월의 전광처리구에서는 약 0.5 정도의 가장 낮은 광화학반응효율을 보였다(Fig. 3). 이는 음수성이 강한 함박꽃나무가 전광 처리구에서 지나치게 강한 광도로 인해 광저해(photoinhibition) 현상을 일으킨 것과 유사한 결과로(Kim et al, 2010) 볼 수 있다.
- 5월의 중피음처리구에서 가장 높은 최대 광합성속도와 순양자수율을 나타냈으며, 피음처리구보다 전광처리구에서 가장 낮은 최대광합성속도, 광화학 반응효율, 엽록소 함량을 나타냈다. 위의 결과에 따라 병풍쌈은 음지식물로 강한 광에 대한 민감성이 매우 높고, 광을 제한하여도 강피음 상태를 지속하게 되면 광합성 능력이 크게 감소될 수 있으며, 건전한 생육을 위해서는 노천광의 65~75%를 차단시킨 광환경 조건이 적합하다고 생각된다.
- 순양자수율은 약광 조건(0~100µmol·m−2·s−1 )에서 광합성 능력을 나타내는 지표로, 빛 에너지를 화학에너지로 변환시키는 광화학계의 활성을 반영하고 있다(Evans, 1987). 피음 처리 후 1개월이 지난 5월의 최대광합성속도와 순양자 수율이 6월과 7월에 비해 높아 이 시기가 생육에 필요한 광합성 반응이 활발한 것을 알 수 있었다.
- 피음처리에 따른 오전6시부터 오후 8시까지 주간의 평균온도와 상대습도 차이를 조사한 결과 온도의 경우 전광처리구가 27.7℃이며, 피음수준이 높아짐에 따라 27.0℃, 26.6℃, 26.1℃로 낮아지는 경향을 보였고, 상대습도는 54.5%, 60.1%, 63.2.%, 64.1%로 약간씩 높아지는 것을 알 수 있었다. 피음처리에 따른 온도와 상대습도는 오전 12시경 가장 큰 차이를 보였으며, 전광 처리구에 비해 강피음처리구에서 온도는 3.
- 1%로 약간씩 높아지는 것을 알 수 있었다. 피음처리에 따른 온도와 상대습도는 오전 12시경 가장 큰 차이를 보였으며, 전광 처리구에 비해 강피음처리구에서 온도는 3.23℃낮았고, 습도는 12.9% 높게 나타났다(Fig. 1).
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