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CO2 농도 및 기온 상승에 대한 현사시나무의 광합성 반응
Photosynthetic Responses of Populus alba×glandulosa to Elevated CO2 Concentration and Air Temperature 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.16 no.1, 2014년, pp.22 - 28  

이솔지 (경북대학교 생태환경시스템학부) ,  오창영 (국립산림과학원 산림유전자원부) ,  한심희 (국립산림과학원 산림유전자원부) ,  김기우 (경북대학교 생태환경시스템학부) ,  김판기 (경북대학교 생태환경시스템학부)

초록
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지구온난화와 같은 기후변화에 적응력이 높은 조림수종을 탐색하는 연구의 일환으로 $CO_2$농도 및 기온상승이 현사시나무의 광합성생리에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 현사시나무는 $CO_2$농도 및 기온 상승에 의해서 줄기의 신장생장이 억제되고 광합성 능력이 저하되었다. 그리고 광합성능력과 관련된 색소(엽록소a, b, 카로티노이드)의 함량이 감소하였다. 특히 탄소고정계의 활성과 관련된 엽록소a의 감소가 현저하게 나타났다. 그리고 광-광합성곡선과 A-Ci곡선에서 광화학계의 활성을 나타내는 순양자수율이 7%, 전자전달속도가 14% 감소하고, 탄소고정계의 활성을 나타내는 탄소고정효율이 52%, 재인산화속도가 24% 감소하였다. 이러한 결과로 $CO_2$농도 및 기온 상승에 의한 현사시나무의 광합성능력 저하는 광화학계 및 탄소고정계의 활성저하에 기인하나, 탄소고정계의 활성저하가 더 크게 작용하였음을 알 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study was conducted to investigate the photosynthetic characters of Populus alba${\times}$glandulosa cuttings in response to elevated $CO_2$ concentration and air temperature for selecting tree species adaptive to climate change. The cuttings were grown in environment cont...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 농도 및 기온 상승이 수목의 생리적 특성에 미치는 연구를 수행하고 있다. 그리고 이 연구의 일환으로 CO2농도 및 기온 상승이 백합나무(Liriodendron tulipifera L.)에 미치는 영향을 연구하였다(Lee et al., 2013). 그 결과, 광합성과 관련된 색소의 함량, 광합성능력, 광화학계 및 탄소고정계의 활성 등의 생리적 특성 변화가 나타나지 않았고, 동화기관을 비롯한 모든 영양기관의 생장이 촉진되었다.
  • 본 연구에서는 선행연구와 동일한 방법으로, CO2농도 및 기온 상승이 바이오매스(biomass)림 조성에 적합한 수종으로 알려진 현사시나무(Populus alba × glandulosa)의 광합성생리 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
  • 2). 이러한 광합성 관련 생리적 활성 저하현상을 광화학계와 탄소고정계의 반응으로 구분하여 살펴보고자 한다.
  • 지구온난화와 같은 기후변화에 적응력이 높은 조림 수종을 탐색하는 연구의 일환으로 CO2농도 및 기온상승이 현사시나무의 광합성생리에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 현사시나무는 CO2농도 및 기온 상승에 의해서 줄기의 신장생장이 억제되고 광합성 능력이 저하되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
$CO_2$농도 및 기온상승이 현사시나무의 광합성생리에 미치는 영향을 조사한 결과는 무엇인가? 지구온난화와 같은 기후변화에 적응력이 높은 조림수종을 탐색하는 연구의 일환으로 $CO_2$농도 및 기온상승이 현사시나무의 광합성생리에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 현사시나무는 $CO_2$농도 및 기온 상승에 의해서 줄기의 신장생장이 억제되고 광합성 능력이 저하되었다. 그리고 광합성능력과 관련된 색소(엽록소a, b, 카로티노이드)의 함량이 감소하였다. 특히 탄소고정계의 활성과 관련된 엽록소a의 감소가 현저하게 나타났다. 그리고 광-광합성곡선과 A-Ci곡선에서 광화학계의 활성을 나타내는 순양자수율이 7%, 전자전달속도가 14% 감소하고, 탄소고정계의 활성을 나타내는 탄소고정효율이 52%, 재인산화속도가 24% 감소하였다. 이러한 결과로 $CO_2$농도 및 기온 상승에 의한 현사시나무의 광합성능력 저하는 광화학계 및 탄소고정계의 활성저하에 기인하나, 탄소고정계의 활성저하가 더 크게 작용하였음을 알 수 있다.
대기 중 CO2농도 상승이 야기하는 것은 무엇인가? 대기 중 CO2농도 상승은 대기와 식물의 동화기관과의 CO2분압을 증대시켜 대기에서 광합성기관까지의 CO2확산과 루비스코(rubisco)의 탄소고정반응을 촉진시켜, 광합성능력과 생장을 증대시킨다(Kim and Lee, 2001c). 그러나 식물이 CO2농도가 상승된 조건에 장기간 노출되면, 광합성 능력이 저하되는 생리적 반응과 다양한 생화학적, 형태적 변화가 나타난다(Kim et al.
CO2농도의 추이는 어떠한가? 기후변화의 주된 요인인 대기 중 CO2농도는 2012년 393.1µmol mol−1로 산업혁명 이전 278µmol mol−1 수준보다 141% 증가하였다(IPCC, 2013; WMO, 2013). 우리나라에서도 2012년도에 대기 중 CO2농도가 400.
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참고문헌 (23)

  1. Evans, J. R. 1989: Partitioning of nitrogen between and within leaves grown under different irradiances. Australian Journal of Plant Physiology 16, 533-548. 

  2. Farquhar, G. D., and T. D. Sharkey, 1982: Stomatal conductance and photosynthesis. Annual Review Plant Physiology 33, 317-345. 

  3. Hikosaka, K., 1996: Effects of leaf age, nitrogen nutrition and photon flux density on the organization of the photosynthetic apparatus in leaves of a vine (Ipomoea tricolor Cav.) grown horizontally to avoid mutual shading of leaves. Planta, 198, 144-150. 

  4. Hikosaka, K., and I. Terashima, 1995: A model of the acclimation of photosynthesis in the leaves of C3 plants to sun and shade with respect to nitrogen use. Plant Cell and Environment 18, 605-618. 

  5. Hiscox, J. D., and G. F. Israelstam, 1978: A method for the extraction of chlorophyll from leaf tissue without maceration. Canadian Journal of Botany 57, 1332-1334. 

  6. IPCC, 2013: Climate Change 2013: the Physical Science Basis, Intergovermental Panel on Climate Change. 

  7. Kim, K. W., C. Y. Oh, J. C. Lee, S. Lee, and P. G. Kim, 2013: Alteration of leaf surface structures of poplars under elevated air temperature and carbon dioxide concentration. Applied Microscopy 43, 110-116. 

  8. Kim, P. G., and E. J. Lee, 2001a: Ecophysiology of photosynthesis 1: Effects of light intensity and intercellular $CO_2$ pressure on photosynthesis. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 3, 126-133. (in Korean). 

  9. Kim, P. G., and E. J. Lee, 2001b: Ecophysiology of photosynthesis 2: Adaptation of the photosynthetic apparatus to changing environment. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 3, 171-176. (in Korean) 

  10. Kim, P. G., and E. J. Lee, 2001c: Ecophysiology of photosynthesis 3: Photosynthetic responses to elevated atmospheric $CO_2$ concentration and temperature. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 3, 238-243. (in Korean) 

  11. KMA, 2013: Roport of Global Atmosphere Watch 2012, Korea Meteorological Administration, 25pp. 

  12. Lee, H. S., S. Lee, J. C. Lee, K. W. Kim, and P. G. Kim, 2013: Effects of elevated $CO_2$ concentration and temperature on physiological characters of Liriodendron tulipifera. Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology 15, 145-152. (in Korean with English abstract) 

  13. Makino, A., and T. Mae, 1999: Photosynthesis and Plant Growth at Elevated Levels of $CO_2$ Plant Cell Physiology 40, 999-1006. 

  14. McCree, K. J., 1970: An equation for the rate of respiration of white clover plants grown under controlled conditions. Prediction and measurements of photosynthetic productivity Proc. IBP/PP Tech. Meet., I. Setlik (ed), Trebon, 1969, 221-230. 

  15. Nakamura, I., Y. Onoda, N. Matsushima, J. Yokoyama, M. Kawata, and K. Hikosaka, 2011: Phenotypic and genetic differences in a perennial herb across a natural gradient of $CO_2$ concentration. Oecologia 165, 809-818. 

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  17. Ro, H. M., P. G. Kim, I. B. Lee, M. S. Yiem, and S. Y. Woo, 2001: Photosynthetic characteristics and growth responses of dwarf apple (Malus domestica Borkh. cv. Fuji) saplings after 3 years of exposure to elevated atmospheric carbon dioxide concentration and temperature. Trees 15, 195-203. 

  18. Sage, R. F., T. D. Sharkey, and J. R. Seemann, 1989: Acclimation of photosynthesis to elevated $CO_2$ in five C3 Species. Plant Physiology 89, 590-596. 

  19. Terashima, I., and J. R. Evans, 1988: Effects of light and nitrogen nutrition on the organization of the photosynthetic apparatus in spinach. Plant and Cell Physiology 29, 143-155. 

  20. Terashima, I., and K. Hikosaka, 1995: Comparative ecophysiology of leaf and canopy photosynthesis. Plant and Cell Physiology 18, 1111-1128. 

  21. Usuda, H., and K. Simogawara, 1998: The effects of increased atmospheric carbon dioxide on growth, carbohydrates, and photosynthesis in radish, Raphanus sativus. Plant and Cell Physiology 39, 1-7. 

  22. Wellburn, A. R., 1994: The spectral determination of chlorophylls a and chlorophyll b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometer of different resolution. Plant physiology 144, 307-313. 

  23. WMO, 2013: The Global Climate 2001-2010, World Meteorological Organization. 

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