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문제 정의
- , 2009) 지구온난화 조건을 직접적으로 처리하여 한 경우는 없다. 따라서 본 연구는 지구 온난화 조건이 되었을 때 인삼의 생리･생태학적 반응이 어떻게 변하는지 알아보고자 시도하였다.
- 본 연구는 CO2농도와 온도가 상승함에 따라 인삼의 생육반응 및 광합성 특성의 변화를 알아보기 위해 실험하였다. 유리 온실 안에 대조구(대기중 CO2 농도)와 CO2 + 온도상승구(750-800 ppm, 2°C 상승)로 나누어 비교하였으며 다음과 같다.
제안 방법
- CO2농도와 온도가 상승함에 따라 우리나라의 약용식물인 인삼의 식물계절학적 반응과 생육 반응을 분석하였다. 인삼의 계절학적 반응에서 인삼의 꽃대가 보이는 시기는 대 조구보다 CO2 + 온도상승구에서 3일 먼저 빨랐고, 열매가 처음 보이는 시기와 열매가 성숙한 시기는 대조구와 CO2 + 온도상승구간 차이가 없었다(Table 1).
- 광량은 Quantum sensor(LI-250A, LI-COR, USA)를 이용하여 측정하였으며, 상대습도는 습도데이터로거(TR-72U, T&D, USA)로 30분 간격으로 24시간 동안 기록하였다.
- 나머지 환경요인인 광, 수분과 유기물은 모두 동일하게 처리하였다. 광은 온실 안의 광을 이용했으며, 수분공급은 3～4일을 간격으로 처리하였다. 토양은 동일 입자 크기의 모래를 사용하였다.
- 그리고 1년생 인삼의 지하부 생산량은 2010년 9월에 인삼을 수확하고 흐르는 물에 씻은 후 흡수지로 수분을 제거하여 저울(UX 420H, SHIMADZU, Japan)로 생중량을 측정하였다.
- 대조구(control)는 대기 중 CO2농도(360～ 370 ppm)와 온도를 그대로 반영하였다. 그리고 CO2 + 온도상승구는 유리온실 안에 gas regulator를 이용하여 CO2가스를 주입하였으며, CO2 농도 모니터링 장치(Telair 7001, Onset Computer Mexico)를 각각 설치하여 30분 간격으로 기록하였다. CO2 + 온도상승구의 CO2 농도는 대조구보다 약 2배인 750-800 ppm으로 유지시켰다(Fig.
- 광량은 Quantum sensor(LI-250A, LI-COR, USA)를 이용하여 측정하였으며, 상대습도는 습도데이터로거(TR-72U, T&D, USA)로 30분 간격으로 24시간 동안 기록하였다. 수분이용 효율(Water use efficiency, WUE)은 광합성률 / 증산률로 계산하였다.
- 온도는 온도데이터로거(TR-710, T & D, USA)를 두 곳에 설치하여 30 분 간격으로 기록하였다.
- 유리 온실 안에 대조구(대기중 CO2 농도)와 CO2 + 온도상승구(750-800 ppm, 2°C 상승)로 나누어 비교하였으며 다음과 같다.
- 인삼의 생리학적 반응을 알아보기 위해서는 2011년 6월, 오전 10～12시 사이에 1년생과 2년생 인삼을 대상으로 LCi Ultra Compact Photosynthesis System(ADC, 2005)을 이용해 광합성률과 증산률을 측정하였다. 광합성 측정 당시, 대조구와 CO2 + 온도상승구의 광량은 각각 472.
- 인삼의 생태학적 반응을 알아보기 위해 이식 후 약 1달간 개엽수를 세어 개엽율을 계산하였고, 2～3일 간격으로 줄기 길이(cm)와 잎 개수(장)를 측정하였다. 그리고 1년생 인삼의 지하부 생산량은 2010년 9월에 인삼을 수확하고 흐르는 물에 씻은 후 흡수지로 수분을 제거하여 저울(UX 420H, SHIMADZU, Japan)로 생중량을 측정하였다.
- 인삼의 식물 계절학적 반응은 꽃이 처음 보이는 시기와 열매가 처음 보이는 시기 그리고 열매 성숙시기를 관찰하였다. 꽃이 처음 보이는 시기는 화서의 수술이 나올 때, 열매가 처음 보이는 시기는 꽃이 떨어지고 열매가 둥글게 나왔을 때를 기록하였다.
- 지구온난화 조건의 처리는 자연광이 입사되는 유리 온실에서 수행하였다. 대조구(control)는 대기 중 CO2농도(360～ 370 ppm)와 온도를 그대로 반영하였다.
대상 데이터
- 인삼(Panax ginseng C.A. Meyer)은 금산의 한 농가에서 종자를 파종하여 1년간 키운 종삼을 구입하였고, 구배 당 1 개 화분(가로 15 cm × 세로 26 cm × 높이 13.5 cm)에 8개체씩 이식하여 실험하였다.
- 광은 온실 안의 광을 이용했으며, 수분공급은 3～4일을 간격으로 처리하였다. 토양은 동일 입자 크기의 모래를 사용하였다.
데이터처리
- 각 항목별 분산 분석을 실시해 구배별 차이의 유의성을 검정하였으며, 구배별 차이의 유의성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔 최소 유의차 범위(Fisher LSD)를 계산하였다(Noh & Jeong, 2002).
- 대조구와 CO2 + 온도상승구간 인삼의 생리･생태학적 반응의 차이는 수집한 데이터가 정규분포를 이루지 못해 비모수적 통계분석(Kurskal-Wallis)을 실시하였다. 각 항목별 분산 분석을 실시해 구배별 차이의 유의성을 검정하였으며, 구배별 차이의 유의성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔 최소 유의차 범위(Fisher LSD)를 계산하였다(Noh & Jeong, 2002).
- 각 항목별 분산 분석을 실시해 구배별 차이의 유의성을 검정하였으며, 구배별 차이의 유의성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔 최소 유의차 범위(Fisher LSD)를 계산하였다(Noh & Jeong, 2002). 이상의 통계 분석은 Statistica 통계패키지(Statsoft Co. 2006)를 이용하였다.
이론/모형
- 본 실험에서 사용한 환경 조건은 2040년대 온실가스(CO2) 배출량이 현재보다 약 2배 증가하고, 그로 인하여 현재 대기의 온도보다 2.4℃상승한다는 시나리오(IPCC, 2007) 를 바탕으로 하였다.
성능/효과
- 1. 인삼의 개엽율은 1년생 인삼을 이식한 후 1주일 이후인 4월 6일에 CO2 + 온도상승구의 개엽율이 대조구보다 더 높았다. 그러나 최종 개엽율은 CO2 + 온도상승 구간 차이가 없었다.
- 수분이용효율은 대조구와 CO2 + 온도상승구에서 모두 1년생과 2년생간 차이가 있었다. 1년생은 대조구와 CO2 + 온도상승구간 차이가 없었고, 2년생은 대조구 보다 CO2 + 온도상승구가 높았다.
- 2. 꽃이 나오는 시기는 대조구보다 CO2 + 온도상승구가 3일 빨랐고, 열매관찰시기와 열매 성숙시기는 대조구와 CO2 + 온도상승구간 차이가 없었다.
- 3. 인삼의 줄기길이는 대조구보다 CO2 + 온도상승구에서 길었고, 잎수는 대조구보다 CO2 + 온도상승구에서 많았다.
- 4. 지하부 생량무게는 대조구와 CO2 + 온도상승구간 차이가 없었다.
- 5. 광합성은 모두 대조구보다 CO2 + 온도상승구가 높았다. 대조구 내에서는 년도별 광합성이 차이가 있었다.
- 6. 증산률은 대조구와 CO2 + 온도상승구에서 모두 년생 간 차이가 있었다. 1년생은 대조구보다 CO2 + 온도상 승구가 높았고, 2년생은 대조구와 CO2 + 온도상승구간 차이가 없었다.
- 7. 수분이용효율은 대조구와 CO2 + 온도상승구에서 모두 1년생과 2년생간 차이가 있었다. 1년생은 대조구와 CO2 + 온도상승구간 차이가 없었고, 2년생은 대조구 보다 CO2 + 온도상승구가 높았다.
- 온도는 온도데이터로거(TR-710, T & D, USA)를 두 곳에 설치하여 30 분 간격으로 기록하였다. CO2 + 온도상승구의 온도는 대조구의 것보다 연 평균 2℃ 높게 유지되었다(Fig. 2). 이 때의 온도는 냉온방기(Paraus System Co, 2009)를 통하여 조절되었다.
- + 온도상승구보다 온도상 승구가 가장 높은 연구결과가 있다(Kim, 2010b). CO2농도와 온도를 증가시킨 CO2 + 온도상승구에서는 지상부 길이, 잎수, 지하부의 생중량, 광합성률, 수분이용효율이 대조구보다 CO2 + 온도상승구에서 20～30% 증가하였고, 증산률은 50%로 가장 크게 증가하였다(Fig. 10).
- 결과적으로 대조구보다 CO2 + 온도상승구에서 인삼의 광합성률, 증산률 그리고 수분이용효율이 증가하였다. CO2 농도가 증가하면 일반적으로 광합성률과 수분이용효율은 증가하지만, 증산률은 낮아진다(Morison, 1987; Ainsworth & Rogers, 2007).
- 광합성률은 1년생과 2년생 인삼 모두 대조구보다 CO2 + 온도상승구에서 높았다(p < 0.05, Fig. 7).
- 17mmol-2s-1) 에서 차이가 없었다. 그리고 1년생 인삼의 증산률은 2년생보다 대조구와 CO2 + 온도상승구에서 모두 높았다(Fig. 8).
- 그리고 대조구에서 광합성률은 1년생(1.72 ± 0.68mmol-2s -1)보다 2년생(2.917 ± 0.81mmol-2s -1)이 높은 반면 CO2 + 온도상승구에서는 1년생(6.5 ± 1.2mmol-2s -1)과 2년생(5.85 ± 1.59mmol-2s -1)간 차이를 보이지 않았다(Fig. 7).
- 수분이용효율은 1년생에서는 대조구(10.49 ± 5.01umCO2mmd H2O-1)와 CO2 + 온도 상승구(19.92 ± 5.83umCO2mmdH2O-1)가 차이가 없었고, 2년생에서는 대조구(2.52 ± 0.52umCO2mmdH2O-1) 보다 CO2 + 온도상승구(5.35 ± 1.57umCO2mmdH2O-1)가 높았다.
- 위의 결과를 종합해 보면, CO2농도와 온도상승은 인삼의 식물계절시기를 앞당기고 지상부의 생육반응에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.
- 이를 종합해 보면, CO2농도와 온도 상승은 인삼의 지상부 생장과 지하부 생물량을 높이고, 광합성률과 수분이용효 율을 증가시킨다. 따라서 지구온난화는 인삼의 생리･생태 학적 반응에 다소 긍정적인 영향을 미칠 것으로 판단된다.
- 이상으로 볼 때 지구온난화는 인삼의 생육과 생리･생태학적 반응에 다소 긍정적인 영향을 준다.
- 인삼의 개엽율은 1년생 인삼을 이식한 후 1주일 이후인 4월 6일에 대조구와 CO2 + 온도상승구에서 각각 12.5%, 19%으로 CO2 + 온도상승구의 개엽율이 대조구보다 더 높았다. 그러나 최종 개엽율은 대조구와 CO2 + 온도상승구에서 차이가 없었다(Fig.
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