증가된 이산화탄소 농도와 온도상승에 따른 멸종위기 수생식물독미나리의 생태학적 반응을 알아보기 위해 대조구, 온도상승구, 그리고 $CO_2$+온도상승구에서 생육시킨 결과를 비교하였다. 독미나리의 지상부 길이는 대조구, 온도상승구 그리고 $CO_2$+온도상승구간에 차이가 없었지만, 분얼 수는 대조구, 온도상승구, $CO_2$+온도상승구 순으로 증가했다. 복산형화서의 수는 대조구와 온도상승구에서 같았고, $CO_2$+온도상승구에서 감소했다. 소산형화서의 수는 대조구와 온도상승구, $CO_2$+온도상승구간에 차이가 없었다. 종자형성률은 온도상승구와 $CO_2$+온도상승구가 대조구보다 감소했고, 온도상승구와 $CO_2$+온도상승구간에 차이가 없었다. 이상으로 보면, $CO_2$농도와 온도상승은 길이생장에 영향을 주지 않은 반면, 분얼 수는 증가시키고 종자생산은 감소시킨다. 그러므로 독미나리는 지구 온난화 조건이 되면 종자생산보다 분얼을 늘려 무성번식 경향이 증가될 것이며, 이러한 개체군 생장을 연구하는 것은 멸종위기종 연구에 중요한 자료로 활용될 것이다.
증가된 이산화탄소 농도와 온도상승에 따른 멸종위기 수생식물 독미나리의 생태학적 반응을 알아보기 위해 대조구, 온도상승구, 그리고 $CO_2$+온도상승구에서 생육시킨 결과를 비교하였다. 독미나리의 지상부 길이는 대조구, 온도상승구 그리고 $CO_2$+온도상승구간에 차이가 없었지만, 분얼 수는 대조구, 온도상승구, $CO_2$+온도상승구 순으로 증가했다. 복산형화서의 수는 대조구와 온도상승구에서 같았고, $CO_2$+온도상승구에서 감소했다. 소산형화서의 수는 대조구와 온도상승구, $CO_2$+온도상승구간에 차이가 없었다. 종자형성률은 온도상승구와 $CO_2$+온도상승구가 대조구보다 감소했고, 온도상승구와 $CO_2$+온도상승구간에 차이가 없었다. 이상으로 보면, $CO_2$농도와 온도상승은 길이생장에 영향을 주지 않은 반면, 분얼 수는 증가시키고 종자생산은 감소시킨다. 그러므로 독미나리는 지구 온난화 조건이 되면 종자생산보다 분얼을 늘려 무성번식 경향이 증가될 것이며, 이러한 개체군 생장을 연구하는 것은 멸종위기종 연구에 중요한 자료로 활용될 것이다.
The effect of elevated $CO_2$ and temperature on ecological characteristics of Cicuta virosa L., the endangered plant were examined under ambient $CO_2$+ambient temperature(AC-AT), ambient $CO_2$+elevated temperature(AC-ET) and elevated $CO_2$+elevated tem...
The effect of elevated $CO_2$ and temperature on ecological characteristics of Cicuta virosa L., the endangered plant were examined under ambient $CO_2$+ambient temperature(AC-AT), ambient $CO_2$+elevated temperature(AC-ET) and elevated $CO_2$+elevated temperature for two years. Shoot length and the number of umbels were not different in three environmental gradients. The number of tillers was high in the order of EC-ET, AC-ET and AC-AT. The number of compound umbel was the lowest in the EC-ET. Fruit set rate was the highest in the AC-AT. These results mean that unsexual propagation of C. virosa may increase by promoting growth of tillers, rather than seed production under future global warming. This population growth study will be used as the important data for the research of Korean endangered species.
The effect of elevated $CO_2$ and temperature on ecological characteristics of Cicuta virosa L., the endangered plant were examined under ambient $CO_2$+ambient temperature(AC-AT), ambient $CO_2$+elevated temperature(AC-ET) and elevated $CO_2$+elevated temperature for two years. Shoot length and the number of umbels were not different in three environmental gradients. The number of tillers was high in the order of EC-ET, AC-ET and AC-AT. The number of compound umbel was the lowest in the EC-ET. Fruit set rate was the highest in the AC-AT. These results mean that unsexual propagation of C. virosa may increase by promoting growth of tillers, rather than seed production under future global warming. This population growth study will be used as the important data for the research of Korean endangered species.
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문제 정의
현재까지 독성을 띤 대사산물에 대한 연구가 많이 이루어져 있고, 최근에는 서식지의 특성과 생태형의 차이에 대해 연구된 바 있지만(Shin, 2013) CO2 농도와 온도 상승에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 독미나리가 지구온난화 조건이 되면 어떤 영향을 받는지 알아보기 위해 일반 대기조건보다 CO2와 온도가 증가된 환경에서 그 생태적 반응을 측정하였다.
제안 방법
구배별 온도는 온도 데이터로거(TR-71U, T&D corporation)를 이용하여 30분 간격으로 기록되었다.
독미나리의 식물계절 변화는 2011년 5월부터 8월까지 각 환경구배마다 꽃대형성, 개화기, 결실기를 관찰하여 기록하였다. 꽃대형성은 복산형화서의 화경이 처음으로 관찰되는 시기로, 개화는 꽃잎이 벌어지기 시작하는 시기로, 결실기는 꽃잎의 낙화가 완료되어 초록색 열매가 맺힐 때로 정하였다.
독미나리의 식물계절 변화를 알아보기 위해 2011년 5월 초순부터 8월 중순까지 일반적인 대기 환경인대조구, 온도가 증가된 온도상승구, 온도와 CO2농도가 증가된 CO2+온도상승구에서 각각 꽃대형성, 개화기, 종자형성 시기를 관찰하였다. 꽃대형성은 CO2+온도상승구에서 5월 20일에 가장 먼저 형성하였으며, 온도상승구와 대조구는 그보다 10일, 13일 늦은 5월 30일과 6월 2일에 각각 형성되었다.
또한, 독미나리가 수생식물이기 때문에 항상 물이 뿌리 위까지 잠기도록 유지하였다. 토양은 동일 입자크기의 모래를 사용하였고, 유기물은 토양 무게의 0.5%로 처리하였다. 본 실험은 2010년 4월부터 2011년 8월까지 진행되었다.
환경 구배에 따른 생식기관 반응을 알기 위해, 2년생 독미나리의 복산형화서의 수, 소산형화서의 수, 종자형성률을 조사하였다. 복산형화서의 수는 결실기가 거의 끝나는 2010년 8월 15일과 2011년 8월 15일에, 소산형화서의 수는 복산형화서를 무작위로 15개씩 채집하여 세었다.
환경 구배에 따른 생육특성을 알아보기 위해, 4년생 독미나리의 지상부 길이(cm)와 분얼 수(ea)를 기록하였으며, 2주 간격으로 2010년 4월 12일부터 2011년 8월 15일까지 관찰하였다.
환경구배는 온실 밖의 일반적인 대기 환경인 대조구(AC-AT, ambient CO2 and ambient temperature)와 온실을 두 구역으로 나누어 대조구보다 온도를 실험기간동안 평균 2℃ 상승시킨 온도상승구(AC-ET, ambient CO2 and elevated temperature), 대조구보다 CO2농도는 2배, 온도는 약 4℃ 상승시킨 CO2+온도상승구(EC-ET, elevated CO2 and elevated temperature)로 처리되었다 (Fig. 1.
대상 데이터
환경 구배에 따른 생식기관 반응을 알기 위해, 2년생 독미나리의 복산형화서의 수, 소산형화서의 수, 종자형성률을 조사하였다. 복산형화서의 수는 결실기가 거의 끝나는 2010년 8월 15일과 2011년 8월 15일에, 소산형화서의 수는 복산형화서를 무작위로 15개씩 채집하여 세었다. 독미나리는 꽃 하나당 두 개의 종자가 달리기 때문에, 전체 꽃 수를 바탕으로 열릴 종자의 수를 예측할 수 있다.
5%로 처리하였다. 본 실험은 2010년 4월부터 2011년 8월까지 진행되었다.
실험에 사용한 독미나리(C. virosa L.)는 환경부 지정 멸종위기 Ⅱ급 식물이며, 2010년 3월 7일과 4월 17일에 이식하여 사용하였다. 3월 7일에 이식한 것은 4년생으로, 각 환경구배(대조구, 온도상승구, CO2+온도상승구)마다 가로 150cm, 세로 70cm, 높이 50cm인 수조에 3개체씩 이식하였고, 4월 17일에 이식한 것은 2년생으로, 각 환경구배마다 가로 50cm, 세로 35cm, 높이 30cm인 수조에 4개체씩 이식하여 재배하였다.
데이터처리
측정된 변수들은 분산분석(analysis of variance, ANOVA)을 시행하여 각 집단간 평균차의 통계적 유의성을 검정하였다. 환경구배별 차이의 유의성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔 최소유의차범위(Fisher LSD)를 계산하였다(Noh and Jeong, 2002)
측정된 변수들은 분산분석(analysis of variance, ANOVA)을 시행하여 각 집단간 평균차의 통계적 유의성을 검정하였다. 환경구배별 차이의 유의성은 포스트-훅 검정에 의해 평균치의 피셔 최소유의차범위(Fisher LSD)를 계산하였다(Noh and Jeong, 2002)
성능/효과
3). 결과적으로 식물계절은 CO2농도와 온도가 증가할수록 꽃대형성, 개화, 종자형성시기가 빨라졌다. 김(2010)의 연구에서는 한국 특산식물인 섬자리공이 온도가 높아짐에 따라 개화와 종자형성이 더 빨라졌으며, 드럼불꽃과 독말풀은 대조구보다 높은 CO2+온도상승구에서 개화시기가 더 빨라졌다(Garbutt and Bazzaz 1984).
꽃대형성은 CO2+온도상승구에서 5월 20일에 가장 먼저 형성하였으며, 온도상승구와 대조구는 그보다 10일, 13일 늦은 5월 30일과 6월 2일에 각각 형성되었다. 그리고 개화는 CO2+온도상승구에서 5월 28일에 가장 먼저 시작되었고, 온도상승구와 대조구는 그보다 4일, 18일 늦은 6월 1일과 6월 15일에 각각 시작되었으며, 종자형성 또한 CO2+온도상승구에서 6월 13일에 가장 먼저 형성되었고, 온도상승구와 대조구는 그보다 12일, 17일 늦은 6월 25일과 6월 30일에 각각 형성되었다(Fig. 3). 결과적으로 식물계절은 CO2농도와 온도가 증가할수록 꽃대형성, 개화, 종자형성시기가 빨라졌다.
). 대조구와 온도상승구에서의 CO2 농도는 평균 370ppm~400ppm이었고 CO2+온도상승구에서의 CO2 농도는 대조구와 온도상승구의 약 2배인 평균 750ppm~800ppm이었다(Fig. 2.
9%로 대조구에서 유의적으로 가장 높았으며, 온도상승구가 CO2+온도상승구보다 더 높았지만 유의적인 차이는 없었다. 따라서 대조구보다 온도상승구, CO2+온도상승구에서 감소했다(Fig. 8). 섬자리공의 종자형성률은 CO2 농도와 온도가 증가했을 때 감소했으며 (Shin and You 2012), 개엽, 꽃대형성, 개화, 열매 발달 및 열매의 성숙시기가 빨라졌다(Kim 2010).
복산형화서의 수는 대조구, 온도상승구, CO2+온도 상승구가 각각 평균 78.8±13.3개, 64.7±5.1개, 56.8±9.9개로 대조구에서 가장 많았지만 온도상승구와 유의적 차이는 나타나지 않았으며, CO2+온도상승구에서 유의적으로 감소했다(Fig. 6).
소산형화서의 수는 대조구, 온도상승구, CO2+온도상승구가 각각 평균 10.5±1.9개, 11.3±2.5개, 10.9±2.4개로 온도상승구에서 가장 많았지만 모든 환경 구배에서 유의적인 차이는 나타나지 않았다(Fig. 7).
(2012)은 토마토, 후추, 콩, 사탕 옥수수와 같은 작물들의 생식생장은 고온 스트레스에 극도의 영향을 받았음을 밝혔다. 이 결과를 종합해보면, 독미나리는 지구온난화가 진행될수록 식물계절이 빨라지고, 분얼 수는 늘어나며, 종자 생산을 억제하여 무성번식 경향을 증가시킨다.
종자형성률은 대조구, 온도상승구, CO2+온도상승구가 각각 평균 92.3±8.2%, 63.8±23.0%, 62.1±16.9%로 대조구에서 유의적으로 가장 높았으며, 온도상승구가 CO2+온도상승구보다 더 높았지만 유의적인 차이는 없었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지구온난화란 무엇인가?
CO2 농도와 기온 상승으로 나타나는 지구온난화는 온실가스의 과다한 대기 방출로 인해 지구 내부에 유입되는 복사열 형태의 에너지가 재흡수 되어, 지구 표면의 기온이 상승하는 것을 말한다. 과거의 약 20세기 이전 1000년간의 기온을 추정한 결과, 지구의 연평균 기온은 약 0.
본 논문의 연구 결과, 지구온난화가 독미나리에게 미치는 영향은?
(2012)은 토마토, 후추, 콩, 사탕 옥수수와 같은 작물들의 생식생장은 고온 스트레스에 극도의 영향을 받았음을 밝혔다. 이 결과를 종합해보면, 독미나리는 지구온난화가 진행될수록 식물계절이 빨라지고, 분얼 수는 늘어나며, 종자 생산을 억제하여 무성번식 경향을 증가시킨다.
지구온난화로 인해 식물들은 어떠한 영향을 받는가?
, 2013). 초본식물들은 종에 따라 CO2 농도가 증가했을 때 생산성이 증가하거나 감소했다(Kim, 2012; Cho et al., 2012). 또, C4식물은 C3식물보다 높은 CO2농도에서 순 광합성 속도가 감소하여 물질생산력이 저하되므로 야생의 서식처에서 쇠퇴될 것이다(Kim, 2012).
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