$CO_2$ 농도와 온도 증가가 멸종위기식물 섬시호의 번식생태학적 특성에 미치는 영향 Effect of Elevated $CO_2$ Concentration and Temperature on the Phenology and Reproductive Ecological Characteristics of Bupleurum latissimum (Endangered plant)원문보기
지구온난화에 따른 멸종위기식물 섬시호의 식물계절과 번식생태학적 반응을 알아보기 위하여, 4년생 섬시호를 일반대기 조건인 대조구와 이산화탄소와 온도를 상승시킨 처리구로 나누어 유리온실에서 생육시켜 관찰 비교하였다. 개엽 시기는 처리구가 대조구보다 4일 빨랐고, 열매 개시일은 처리구가 대조구보다 1일 빨리 시작되었으며, 열매성숙 시기는 처리구가 대조구보다 2일 빨랐다. 그리고 개체 당 화경 수, 성숙한 열매 수, 쭉정이 수, 쭉정이 무게, 총 열매수와 결실율은 처리구와 대조구간의 차이가 없었다. 그러나 성숙한 열매 한 개 무게, 성숙한 열매무게와 총 열매무게는 대조구에서 처리구보다 높았다. 발아율은 대조구가 처리구보다 현저히 높았다. 이러한 결과는 지구온난화 조건이 되면 섬시호의 식물계절은 빨라지고, 번식생태학적 반응은 부정적인 영향을 받을 것이다.
지구온난화에 따른 멸종위기식물 섬시호의 식물계절과 번식생태학적 반응을 알아보기 위하여, 4년생 섬시호를 일반대기 조건인 대조구와 이산화탄소와 온도를 상승시킨 처리구로 나누어 유리온실에서 생육시켜 관찰 비교하였다. 개엽 시기는 처리구가 대조구보다 4일 빨랐고, 열매 개시일은 처리구가 대조구보다 1일 빨리 시작되었으며, 열매성숙 시기는 처리구가 대조구보다 2일 빨랐다. 그리고 개체 당 화경 수, 성숙한 열매 수, 쭉정이 수, 쭉정이 무게, 총 열매수와 결실율은 처리구와 대조구간의 차이가 없었다. 그러나 성숙한 열매 한 개 무게, 성숙한 열매무게와 총 열매무게는 대조구에서 처리구보다 높았다. 발아율은 대조구가 처리구보다 현저히 높았다. 이러한 결과는 지구온난화 조건이 되면 섬시호의 식물계절은 빨라지고, 번식생태학적 반응은 부정적인 영향을 받을 것이다.
The objective of this study is to investigate the effect of elevated $CO_2$ and temperature on the phenology and reproductive ecological characteristics of Bupleurum latissimum. We measured characteristics of 4-year-old B. latissimum grown under control (ambient $CO_2$+ambient ...
The objective of this study is to investigate the effect of elevated $CO_2$ and temperature on the phenology and reproductive ecological characteristics of Bupleurum latissimum. We measured characteristics of 4-year-old B. latissimum grown under control (ambient $CO_2$+ambient temperature, 340~370 ppm) and treatment (elevated $CO_2$+elevated temperature, 690~770 ppm) conditions in a glass house. The period of flowering, fruit appearance and fruit maturing was earlier by 4, 1, 2 days, respectively, under elevated $CO_2$ and temperature. The comparative weight of a single ripe fruit, all ripe fruits and total ripe and unripe fruits was higher per control than treated plants. However the other characteristics, such as no. of peduncle, matured fruits, total fruits per plant and fruit setting rate per plant of B. latissimum were not significantly affected by elevated $CO_2$ and temperature. The germination rate of B. latissimum was higher in control than in treatment plants. These results showed that the phenology of B. latissimuin might be well suited to an earlier growing season, and the response of reproductive characteristics of B. latissimuin is negatively influenced by global warming.
The objective of this study is to investigate the effect of elevated $CO_2$ and temperature on the phenology and reproductive ecological characteristics of Bupleurum latissimum. We measured characteristics of 4-year-old B. latissimum grown under control (ambient $CO_2$+ambient temperature, 340~370 ppm) and treatment (elevated $CO_2$+elevated temperature, 690~770 ppm) conditions in a glass house. The period of flowering, fruit appearance and fruit maturing was earlier by 4, 1, 2 days, respectively, under elevated $CO_2$ and temperature. The comparative weight of a single ripe fruit, all ripe fruits and total ripe and unripe fruits was higher per control than treated plants. However the other characteristics, such as no. of peduncle, matured fruits, total fruits per plant and fruit setting rate per plant of B. latissimum were not significantly affected by elevated $CO_2$ and temperature. The germination rate of B. latissimum was higher in control than in treatment plants. These results showed that the phenology of B. latissimuin might be well suited to an earlier growing season, and the response of reproductive characteristics of B. latissimuin is negatively influenced by global warming.
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문제 정의
이에, 본 연구에서는 지구온난화에 따른 멸종위기식물 섬시호의 식물계절과 번식생태학적 반응을 알아보기 위하여, 온실 내의 대조구(일반대기조건)와 이산화탄소농도∙온도를 상승시킨 처리구에서 섬시호의 개엽, 개화 및 결실의 시기, 발아와 종자생산 등의 특성을 측정하고 비교 분석하였다.
제안 방법
2010년 3월 5일에 섬시호 종자를 대조구와 처리구의 사각 플라스틱화분(가로 51 cm×세로 15.3 cm×높이 12 cm)에 각각 100립씩 파종하였다.
그 후, 9월 6일에 1 m×1 m 화단에 4개체씩 이식하여 재배하였다.
3 cm×높이 12 cm)에 각각 100립씩 파종하였다. 발아 개시일은 파종한 일로부터 첫 발아를 확인한 때로 하였고, 발아는 자엽이 지면 밖으로 나온 것을 발아로 간주하여 1주일 간격으로 5월 28일까지 육안으로 확인하였다.
섬시호 생식기관의 특성은 종자가 완전히 익은 7월에 수확하여 화경 수(ea), 성숙한 열매 수(ea), 총 열매 수 (ea), 성숙한 열매 한 개 무게(g), 성숙한 열매무게(g), 총 열매 무게와 결실율(%)을 측정하였다. 쭉정이는 종피 속이 비어있는 것으로 하였고, 결실율은 총 열매 개수에서 성숙한 열매의 수를 백분율로 표기하였다.
실험이 수행된 온실의 온도는 각각 식물체 높이에 디지털 데이터 온도계(TR71U, T&D Co., Japan)를 설치하여 측정하였다.
그 후, 9월 6일에 1 m×1 m 화단에 4개체씩 이식하여 재배하였다. 유리 온실에 입사되는 광은 자연광이고, 토양은 모래 부피(100%) 대비 비료의 비율 20%로 하였다. 비료의 영양소는 NH4+ 80~100 (mg L-1), NO3 150~200 (mg L-1), P2O5 230~330 (mg L-1)와 K2O 80~120 (mg L-1)인 홍농 바이오 상토(주, 몬산토 코리아)였다.
유리온실 내부를 대조구와 처리구로 나누어 실험하였다. 대조구는 일반대기의 온도와 이산화탄소농도(340~370 ppm)로 하였다.
지구온난화에 따른 멸종위기식물 섬시호의 식물계절과 번식생태학적 반응을 알아보기 위하여, 4년생 섬시호를 일반대기 조건인 대조구와 이산화탄소와 온도를 상승시킨 처리구로 나누어 유리온실에서 생육시켜 관찰∙비교 하였다. 개엽 시기는 처리구가 대조구보다 4일 빨랐고, 열매 개시일은 처리구가 대조구보다 1일 빨리 시작되었으며, 열매성숙 시기는 처리구가 대조구보다 2일 빨랐다.
대조구는 일반대기의 온도와 이산화탄소농도(340~370 ppm)로 하였다. 처리구는 CO2 농도를 대조구의 약 2배(690~770 ppm)로 상승시키고, 온도도 대조구보다 연평균 2℃ 상승시켰다(Figs. 1, 2). 이는 IPCC (2007)의 B1지구온난화 시나리오에 근거하였다.
, Japan)를 설치하여 측정하였다. 처리구의 온도는 환풍 장치와 해 가리개를 이용하여 조절하였고, CO2 농도 조절은 CO2 가스통(용량 4 kg) 2개를 설치하고 지름 0.2 mm인 호스를 연결하여 처리구 전체에 분사하였다. CO2 농도는 이산화탄소 농도 측정 로거(TEI7001, Onset computer, USA)로 측정한 후 Gas regulator로 조절하여 유지하였다.
대상 데이터
유리온실 내부를 대조구와 처리구로 나누어 실험하였다. 대조구는 일반대기의 온도와 이산화탄소농도(340~370 ppm)로 하였다. 처리구는 CO2 농도를 대조구의 약 2배(690~770 ppm)로 상승시키고, 온도도 대조구보다 연평균 2℃ 상승시켰다(Figs.
비료의 영양소는 NH4+ 80~100 (mg L-1), NO3 150~200 (mg L-1), P2O5 230~330 (mg L-1)와 K2O 80~120 (mg L-1)인 홍농 바이오 상토(주, 몬산토 코리아)였다. 모래는 세척하여 유기물이 제거된 것을 사용하였다. 수분은 여름에는 2~3일 간격으로 그 외에는 4~5일 간격으로 공급하였다.
수분은 여름에는 2~3일 간격으로 그 외에는 4~5일 간격으로 공급하였다. 본 실험은 2010년 3월부터 2011년 7월까지 진행되었다.
유리 온실에 입사되는 광은 자연광이고, 토양은 모래 부피(100%) 대비 비료의 비율 20%로 하였다. 비료의 영양소는 NH4+ 80~100 (mg L-1), NO3 150~200 (mg L-1), P2O5 230~330 (mg L-1)와 K2O 80~120 (mg L-1)인 홍농 바이오 상토(주, 몬산토 코리아)였다. 모래는 세척하여 유기물이 제거된 것을 사용하였다.
실험에 사용한 섬시호(B. latissimum Nakai)는 종자를 분양 받아 공주대학교 온실 내 플라스틱 사각화분(가로 51 cm×세로 15.3 cm×높이 12 cm)에 발아 시켰다.
데이터처리
측정 항목의 대조구와 처리구간 차이는 Statistica 통계패키지(Statsoft Co. 2006, Tulsa, USA)를 사용하여 독립표본 T-test를 하였다(Nho and Jeong, 2002).
성능/효과
지구온난화에 따른 멸종위기식물 섬시호의 식물계절과 번식생태학적 반응을 알아보기 위하여, 4년생 섬시호를 일반대기 조건인 대조구와 이산화탄소와 온도를 상승시킨 처리구로 나누어 유리온실에서 생육시켜 관찰∙비교 하였다. 개엽 시기는 처리구가 대조구보다 4일 빨랐고, 열매 개시일은 처리구가 대조구보다 1일 빨리 시작되었으며, 열매성숙 시기는 처리구가 대조구보다 2일 빨랐다. 그리고 개체 당 화경 수, 성숙한 열매 수, 쭉정이 수, 쭉정이 무게, 총 열매수와 결실율은 처리구와 대조구간의 차이가 없었다.
3). 결론적으로 섬시호의 식물계절현상은 CO2 농도와 온도의 증가에 의해 개화, 열매 개시일과 열매 성숙시기가 빨라졌다.
그리고 개체 당 화경 수, 성숙한 열매 수, 쭉정이 수, 쭉정이 무게, 총 열매수와 결실율은 처리구와 대조구간의 차이가 없었다. 그러나 성숙한 열매 한 개 무게, 성숙한 열매무게와 총 열매무게는 대조구에서 처리구보다 높았다. 발아율은 대조구가 처리구보다 현저히 높았다.
발아율 (%)은 처리구가 7%이고 대조구는 38%이였다. 대조구는 파종 후 55일째부터 더 이상 발아가 되지 않는 시점까지 처리구와의 발아율 차이가 계속 증가하였다(Fig. 5).
, 1996)와 대조구(360~370 ppm) 보다 처리구(750~800 ppm+2℃ 상승)에서 낮은 발아율을 보인 단양쑥부쟁이(Han, 2012) 연구와 같았다. 따라서 CO2 농도와 온도 상승은 장기적으로 섬시호의 생식기관 특성과 발아에 영향을 미칠 것이며, 이상의 결과로 볼 때, CO2 농도와 온도 상승에 따른 섬시호의 식물계절은 빨라질 것이고, 번식생태학적 반응은 부정적인 영향을 받을 것으로 사료된다.
그러나 성숙한 열매 한 개 무게, 성숙한 열매무게와 총 열매무게는 대조구에서 처리구보다 높았다. 발아율은 대조구가 처리구보다 현저히 높았다. 이러한 결과는 지구온난화 조건이 되면 섬시호의 식물계절은 빨라지고, 번식생태학적 반응은 부정적인 영향을 받을 것이다.
이러한 종자 무게의 감소는 유식물의 정착이나 초기생장에 영향을 주고(Shin and You, 2011), 종자의 발아 정도는 종자의 무게에 비례한다(Hendrix, 1984; Dornbos and Mullen, 1990). 섬시호의 발아 실험 결과를 보면, 발아 개시일은 처리구가 대조구보다 1일 빨랐지만, 파종 후 처리구는 68일에 더 이상 발아가 일어나지 않았고 대조구는 82일 이후부터 발아가 일어나지 않 았다. 발아율은 처리구가 대조구보다 31% 낮았다.
섬시호의 생식기관 측정 결과는 개체 당 화경 수, 성숙한 열매 수, 쭉정이 수, 총 열매 수, 쭉정이 무게 그리고 결실율에서 모두 차이가 없었지만, 개체 당 성숙한 열매 한 개 무게, 성숙한 열매무게 그리고 총 열매무게는 처리 구보다 대조구에서 더 무거웠다. 전체적으로 볼 때, CO2농도와 온도 상승에 따라 섬시호의 종자무게가 줄어 종자의 질이 감소하였다.
본 연구에서 섬시호의 개화기는 4~5월이였고, 결실기는 5~6월이다. 이러한 식물계절은 다양한 환경요인에 의해 그 시기가 결정되는데, 본 실험에서 섬시호의 개화 시기, 열매 개시일 그리고 열매의 성숙 시기는 처리구가 대조구보다 4일, 1일 그리고 2일 빨랐다. 식물의 개화 및 개엽에는 겨울과 봄철의 온도가 가장 민감한 요인으로 알려져 있다(Chmielewski et al.
섬시호의 생식기관 측정 결과는 개체 당 화경 수, 성숙한 열매 수, 쭉정이 수, 총 열매 수, 쭉정이 무게 그리고 결실율에서 모두 차이가 없었지만, 개체 당 성숙한 열매 한 개 무게, 성숙한 열매무게 그리고 총 열매무게는 처리 구보다 대조구에서 더 무거웠다. 전체적으로 볼 때, CO2농도와 온도 상승에 따라 섬시호의 종자무게가 줄어 종자의 질이 감소하였다.
번식생태학적 항목 중 종자 수는 식물의 서식지 확장에 크게 기여하며(Baker, 1974), 식물이 종자를 많이 생산할수록 개개의 종자 크기는 작아진다고 한다(Werner and Platt, 1976; Harper, 1977). 하지만 우리 연구에서 종자 수는 차이가 없고, 쭉정이를 제외한 열매 무게 항목만이 처리구에서 대조구보다 더 낮았으며 통계적으로도 유의성이 있었다. 이러한 종자 무게의 감소는 유식물의 정착이나 초기생장에 영향을 주고(Shin and You, 2011), 종자의 발아 정도는 종자의 무게에 비례한다(Hendrix, 1984; Dornbos and Mullen, 1990).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
CO2 배출이 증가 할 경우 평균 기온은 어떻게 상승할 것인가?
, 2009). 이와 같은 경향으로 CO2 배출이 증가 할 경우, 지구의 평균기온은 2100년에 최대 약 6.4℃까지 상승할 것으로 예측되고 있다(Korea Meteorological Administration, 2010). 우리나라의 2010년 평균 CO2 농도는 394.
CO2의 전 지구 대기 농도는 어떻게 변화했는가?
CO2의 전 지구 대기 농도는 2009년(385 ppm)에 산업화 이전(280 ppm)보다 38% 증가했다(IPCC, 2007; Hönisch et al., 2009).
지구온난화로 인해 식물계절은 어떻게 변화하고 있는가?
, 2011). 최근 우리나라의 봄철 식물계절은 기후변화로 인해 빨리지는 경향이 뚜렷하고, 가을철 식물계절은 늦어지고 있다(Lee, 2011). CO2 농도와 온도의 증가는 목본부터 초본 식물에 이르기 까지 모든 식물의 생장과 생식에 영향을 미치고 있고 (Idso et al.
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