[논문]단감(Diospyros kaki)의 동상해 평가를 위한 엽록소 형광 이미지 분석법의 활용

유성영; 박소현; 이민주; 박종용; 강홍규; 강성구; 김태완

doi:10.5338/kjea.2015.34.3.32

단감(Diospyros kaki)의 동상해 평가를 위한 엽록소 형광 이미지 분석법의 활용
Application of Chlorophyll a Fluorescence Imaging Analysis for Selection of Rapid Frozen Sweet Persimmon Fruits 원문보기

한국환경농학회지 = Korean journal of environmental agriculture, v.34 no.3, 2015년, pp.210 - 216

유성영 (한경대학교 식물생태화학연구소) , 박소현 (한경대학교 식물생태화학연구소) , 이민주 (한경대학교 식물생태화학연구소) , 박종용 (한경대학교 식물생명환경과학과) , 강홍규 (한경대학교 식물생명환경과학과) , 강성구 (한국농수산대학교 과수학과) , 김태완 (한경대학교 식물생태화학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

BACKGROUND: In korea, sweet persimmon(Diospyros kaki) cultivation is front to abiotic stresses such as frost damage at fruit maturing stage. The cold and rapid freezing stresses are most damaging to fruit production which is most actively progressed in late fall. This study was performed to evaluate the validity of chlorophyll fluorescence imaging(CFI) technology to determine the degree of frost damage in sweet persimmon fruits. METHODS AND RESULTS: The sweet persimmon fruits were measured separately for each treatment(15, 30, 60 minutes) at 24 hours after treatment(HAT) rapid freezing. A CFI FluorCam (FC 1000-H, PSI, Czech Republic) was used to measure the fluorescence images of the fruits. In rapid freezing for 15 minutes, photochemical parameters were not changed. However, in rapid freezing for 30 and 60 minutes, photochemical parameters were lowered. Especially, $F_m$, $F_v$, $F_v/F_m$ and ${\Phi}PSII$ values were declined under rapid freezing. CONCLUSION: In our study, it was clearly indicated that the rapid freezing could be a stress in sweet persimmon fruits. The CFI analysis and its related parameters are applicable as a rapid assessing technique for the determination of frost damage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 엽록소 형광 이미지(CFI) 분석 기술을 활용해 단감‘부유’의 동상피해 평가의 적용 가능성을 알아보기 위해 실시하였다. 동상 피해과의 엽록소 형광 이미지 측정한 결과 15분 냉각 처리한 단감에서는 뚜렷한 피해 현상을 확인할 수 없었으며, 30분 및 60분 냉각 처리한 단감에서 동상 피해 부위에서 광화학 에너지 감소로 인한 색의 변화가 나타났다.
본 연구에서는 엽록소 형광 이미지 분석 기술을 이용하여 단감의 급속 냉각에 따른 광화학 반응 해석 및 동상해 평가에 활용하기 위해 실시하였다.

제안 방법

동상해 처리는 드라이아이스(Dry ice)를 단감 상단 중앙에 올려놓은 후 15분, 30분 및 60분간 급속 냉각하였다. 이 때, 드라이아이스가 완전히 승화되기 전 5분 간격으로 교체하여 냉각 처리가 유지되도록 하였다.

대상 데이터

동상해가 과실에 미치는 영향을 측정하기 위해 시중에 유통되는 단감 ‘부유’를 경기도 안성의 마트에서 구매 후 1일간 냉장(4℃) 보관하였다.

데이터처리

통계분석은 SAS package version 9.02(SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 동상해 처리별 광화학 반응 비교를 실시하였다.

이론/모형

단감의 동상해 처리 전, 처리 후 1시간, 처리 후 24시간 간격으로 엽록소 형광 이미지 측정기(FC 1000-H, PSI, Czech Republic)을 이용하여 암적응(엽록소 형광분석기 챔버에서 30분간 암처리) 상태에서 Quenching kinetics analysis 방법으로 측정하였다(Genty et al., 1990; Barbagallo et al., 2003). 이때, 단감은 동상해 처리 후 상온(20℃)에서 보관하여 엽록소 형광 측정에 사용하였다.
측정된 엽록소 형광 매개 변수는 FluorCam version 7.0(PSI, CZ)을 이용해 Gorbe 등 (2012)이 제시한 방법에 의해 분석하였다(Table 1).

성능/효과

3A, B). 15분 냉각 처리한 단감은 엽록소 형광 이미지에서 냉각 피해 확인이 어려웠으나 형광량을 정량화한 분석에서 처리 1시간 후의 F_o, F_m, F_v 형광량에서 각각 23~29% 감소했고, 24시간 후 무피해과 수준으로 회복하였다. 그리고 30분과 60분 냉각처리한 단감의 1시간 후 F_o, F_m, F_v 형광량은 동일한 감소 경향을 보였으며, F_m과 F_v 형광량이 크게 감소(43~54%) 하는 것으로 나타났다.
본 연구는 엽록소 형광 이미지(CFI) 분석 기술을 활용해 단감‘부유’의 동상피해 평가의 적용 가능성을 알아보기 위해 실시하였다. 동상 피해과의 엽록소 형광 이미지 측정한 결과 15분 냉각 처리한 단감에서는 뚜렷한 피해 현상을 확인할 수 없었으며, 30분 및 60분 냉각 처리한 단감에서 동상 피해 부위에서 광화학 에너지 감소로 인한 색의 변화가 나타났다. 또한, 광화학적 매개변수(Parameter) 분석 결과 냉각 처리구 (15분, 30분, 60분)에서 공통적으로 F_o, F_m, F_v가 감소했으며, F_v/F_m ratio, NPQ 및 R_fd는 30분과 60분 냉각 처리구에서 감소하는 것으로 나타났다.
또한, 광화학적 매개변수(Parameter) 분석 결과 냉각 처리구 (15분, 30분, 60분)에서 공통적으로 F_o, F_m, F_v가 감소했으며, F_v/F_m ratio, NPQ 및 R_fd는 30분과 60분 냉각 처리구에서 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 F_o, F_m, F_v, F_v/F_m ratio, NPQ 및 R_fd 등 6개의 매개변수가 단감의 동상해에 대한 광화학 생리지표로 활용 가능한 것으로 판단된다.
또한 F_o, F_m 및 F_v는 동상해에 대해 민감하게 반응하며 약한 수준의 동상해에도 적용 가능할 것으로 사료되었다.
동상 피해과의 엽록소 형광 이미지 측정한 결과 15분 냉각 처리한 단감에서는 뚜렷한 피해 현상을 확인할 수 없었으며, 30분 및 60분 냉각 처리한 단감에서 동상 피해 부위에서 광화학 에너지 감소로 인한 색의 변화가 나타났다. 또한, 광화학적 매개변수(Parameter) 분석 결과 냉각 처리구 (15분, 30분, 60분)에서 공통적으로 F_o, F_m, F_v가 감소했으며, F_v/F_m ratio, NPQ 및 R_fd는 30분과 60분 냉각 처리구에서 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 F_o, F_m, F_v, F_v/F_m ratio, NPQ 및 R_fd 등 6개의 매개변수가 단감의 동상해에 대한 광화학 생리지표로 활용 가능한 것으로 판단된다.
본 연구에서 냉각 처리한 단감의 암적응 최소 형광량(F_o) 는 0~500, 암적응 최대 형광량(F_m), 암적응 광계II 최대 양자 수율(F_v/F_m), 명적응 광계II 광화학 에너지 전환 효율(ΦPSII) 및 비광화학적 소광(NPQ)는 0~1.0, 그리고 엽록소 형광 감소율(R_fd)는 0~3.0의 범위에서 분포하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	엽록소 형광 현상이란 무엇인가?	엽록소 형광 현상은 Kautsky와 Hirsch(1931)의 광합성 과정 중 빛의 섬광에 의한 CO2 흡수동화의 변화원인에 대한 연구에서 비롯되었으며, 비파괴적 방법을 통한 식물체의 비생물학적 스트레스(abiotic stress) 지표 및 건전생장에 관한 정량적인 평가를 할 수 있는 분석법이다. 지금까지 chlorophyll a의 형광현상을 응용하여 광합성 기구의 일련반응을 해석하려는 연구가 많이 시도되어 왔다(Govindjee, 1995; Strasser et al.
	식물의 잎 이외에서 엽록소 형광 이미지 분석 기술로 무엇이 가능한가?	엽록소 형광 이미지 분석 기술은 식물의 잎뿐만 아니라 과일 색소(Pigment)의 광화학 반응 측정 및 광합성 능력 평가가 가능한 것으로 보고되었다(Nedbal and Whitmarsh, 2004; Zushi et al., 2012).
	우리나라의 기후변화에 따른 이상기상 현상은 어떠한가?	최저 기온의 상승으로 우리나라 대부분의 지역에서 서리현상일수가 감소하는 추세에 있으나 몇몇 지역의 경우 오히려 증가(Kwon, 2006)하는 것으로 보고되었으며, 국지적으로 발생하는 이상저온으로 인한 농작물의 피해가 우려되고 있는 실정이다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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