[논문]차광처리가 눈개승마 유묘의 생장 및 생리적 특성에 미치는 영향

이경철; 한상균; 권영휴; 전성렬; 이창우; 서동진; 박완근

doi:10.7783/kjmcs.2019.27.1.30

차광처리가 눈개승마 유묘의 생장 및 생리적 특성에 미치는 영향
Effects of Shading Treatments on Growth and Physiological Characteristics of Aruncus dioicus var. kamtschaticus (Maxim.) H. Hara Seedling 원문보기

韓國藥用作物學會誌 = Korean journal of medicinal crop science, v.27 no.1, 2019년, pp.30 - 37

이경철 (국립한국농수산대학 산림학과) , 한상균 (국립한국농수산대학 산림학과) , 권영휴 (국립한국농수산대학 조경학화) , 전성렬 (한국산림복지진흥원 수목장림사업팀) , 이창우 (국립생태원 식물관리연구실) , 서동진 (국립생태원 식물관리연구실) , 박완근 (강원대학교 산림자원학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Background: This study was conducted to investigate the changes in the photosynthetic parameters, chlorophyll content, chlorophyll fluorescence, and growth characteristics of Aruncus dioicus var. kamtschaticus seedlings under different shading treatments. Methods and Results: The shading treatment was regulated with the shading level (non-shaded, 35%, 55%, and 75% shading). Photosynthetic activities, such as net photosynthetic rate, stomatal conductance, stomatal transpiration rate, and performance index on absorption basis ($PI_{ABS}$)were the highest under 35% shading ($4.36{\mu}mol\;CO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, $54.2mmol\;H_2O{\cdot}m^2{\cdot}s^{-1}$, $0.66mmol\;H_2O{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, and 1.3, respectively), and the lowest under 75% shading. This implies that the decrease in net photosynthetic rate may be due to an inability to regulate water and $CO_2$ exchanged through the stomata. Thechlorophylla, b, and a + b contents were increased with elevating shading level and the chlorophyll a/b ratio showed non-significant differences. It was found that the dry weight (leaf, shoot, and whole) was the highest (1.14 g, 0.49 g, and 2.31 g, respectively) under 35% shading and the t/R ratio was the highest under 75% shading. Conclusions: It is concluded that 75% shading exhibited a strong reduction of photosynthetic activity, and 35% shading showed the best conditions for the early growth and cultivation of A. dioicus var. kamtschaticus.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Changes of temperature during the experimental period (A) and light intensity (PPFD) on 20 June (B).
표 Table 1. Summary of chlorophyll fluorescence parameters from OJIP test.
표 Table 2. The photosynthetic parameters of A. dioicus var. kamtschaticus grown under four different shading treatments.
그림 Fig. 2. Changes of water use efficiency (A) and stomatal limitation (B) of A. dioicus var. kamtschaticus grown under four different shading treatments (on PPFD 1,000 μ㏖·m^-2·s^-1).
그림 Fig. 3. Changes of relative variable fluorescence (A) and performance index (B) of A. dioicus var. kamtschaticus grown under four different shading treatments.
표 Table 3. Change of chlorophyll contents in A. dioicus var. kamtschaticus grown under four different shading treatments.
표 Table 4. Change of chlorophyll fluorescence parameters in A. dioicus var. kamtschaticus grown under four different shading treatments.
표 Table 5. The growth characteristics of A. dioicus var. kamtschaticus grown under four different shading treatments.

AI 본문요약
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문제 정의

특히 노지재배와는 달리 시설재배의 경우 생육환경 제어가 매우 중요한 요소이며, 파종, 시비 방법 등 생산체계 개선뿐만 아니라 광, 온도 등 생육환경의 조절을 위한 기초 연구가 필수라 할 수 있다. 따라서 본 연구는 눈개승마를 포장에서 본격적으로 생산하는데 필요한 양질의 이식용 유묘를 생산하는 과정에서 차광처리가 초기 생육에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였으며, 우량 유묘를 효율적이고 안정적으로 공급하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.

제안 방법

OJIP 분석 결과를 통해 생물리학적 변수 (biophysical parameters; Φ PO , Ψ O , Φ EO , ABS/RC, DIo/RC, TRo/RC, ETo/RC, PI ABS )를 산출하여 제시하였다 (Strasser et al., 2000).
강원대학교 구내 유리온실에서 시중에서 판매하는 차광율 35%, 55%, 75%의 검정색 차광막을 설치하고 무차광 처리구를 포함하여 총 4 수준으로 처리를 하였으며, 4월 1일부터 6 월 28일까지 처리별로 20 개체씩 차광처리를 실시하여 광환경 변화에 따른 생장 및 생리반응을 알아보고자 하였다.
차광처리에 따른 생장특성을 알아보기 위해 광합성 실험이 끝난 6월 29일에 시료의 잎, 줄기, 뿌리를 구분하고 잎의 개수, 부위별 건조 중량 등을 측정하였다. 부위별 건조 중량은 건조기 (DS-80-5, Dasol Scientific Co., Ltd., Gyeonggido, Korea)에 48 시간 동안 80℃로 건조하여 조사하였고, 측정 결과에 따라 T/R률 (지상부 건중량/지하부 건중량)과 총건중량 대비 엽건중량비 (leaf weight ratio; LWR = leaf dry weight/ total dry weight)을 계산하였다.
실험기간 중 온실 내 기상환경을 알아보기 위해 온습도 측정기 (HOBO H08-004-02, Onset Computer Co., MA, USA)를 지상으로부터 2 m 높이에 설치하였으며, 광량은 광합성 유효광 (photosynthetically active radiation) 범위를 측정할수 있는 센서가 부착된 휴대용 광량측정기 (HD 2102.1, Delta OHM, Padova, Italy)를 사용하여 6월 20일 오전 6 시부터 오후 8 시까지 1 시간 간격으로 피음망 하부에서 지면과 수평으로 10 반복씩 조사하였다.
엽록소 형광반응을 조사하기 위해 6월 26일에 OJIP 분석 (polyphasic rise of chlorophyll a fluorescence transients)을실시하였으며, 측정은 엽록소 형광반응 측정기 (chlorophyll fluorometer, OS-5P, Opti-Sciences Inc., Hudson, NH, USA)를 이용하여 20 분간 암적응 시킨 엽에 3,500 μ㏖·m-2· s-1의 광량을 1 초간 조사하고, 50 ㎲ (O 단계), 2 ㎳ (J 단계), 30 ㎳ (I 단계), 300 ㎳ (P단계)의 엽록소 형광밀도를 조사하였다 (Oh and Koh, 2004).
차광처리에 따른 광합성과 기공반응을 조사하기 위해 5월 25일과 6월 25일에 건전 잎을 대상으로 휴대용 광합성 측정장치 (portable photosynthesis system, Li-6400, Li-Cor Inc., NE, USA)를 이용하여 순광합성속도 (net photosynthetic rate), 기공증산속도 (stomatal transpiration rate), 기공전도도 (stomatal conductance), 엽육세포 간극 내 CO_² 농도 (intercellular CO₂ concentration, Ci), 주변 공기의 CO₂ 농도 (ambient CO₂ concentration, Ca)를 측정하였다.
차광처리에 따른 생장특성을 알아보기 위해 광합성 실험이 끝난 6월 29일에 시료의 잎, 줄기, 뿌리를 구분하고 잎의 개수, 부위별 건조 중량 등을 측정하였다. 부위별 건조 중량은 건조기 (DS-80-5, Dasol Scientific Co.
차광처리에 따른 엽록소 함량의 변화를 조사하기 위하여 광합성 실험이 끝난 이후 각 처리구 마다 3 장의 엽을 채취하여 엽편 0.1 g을 10 ㎖ 의 DMSO (dimethyl sulfoxide) 용액이 들어있는 20 ㎖ 유리병에 넣어 65℃로 설정된 항온기에서 6 시간 색소를 추출하였다 (Hiscox and Israelstam, 1979).
, 온도를 20 ± 2℃로 유지하고 오전 10 시부터 12 시까지 측정 하였다. 측정된 결과를 통해 다음의 식을 이용하여 수분이용 효율 (water use efficiency, WUE) 및 기공제한 (stomatal limitation, L_S)을 산출하였다 (Zheng et al., 2011; Lee, 2018).
측정시 LED 광원을 이용하여 PPFD (photosynthetic photon flux density)를 1,000 μ㏖·m-2·s-1 로 고정하였으며, 공통된 측정 조건은 챔버로의 유입 공기유량을 500 μ㏖·s-1 , 온도를 20 ± 2℃로 유지하고 오전 10 시부터 12 시까지 측정 하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 재료는 강원도 홍천군 내촌면의 재배농가에서 눈개승마 [Aruncus dioicus var. kamtschaticus (Maxim.) H. Hara] 1년생 묘를 분양받아 원예용 상토 (horticulture nursery media, Punong, Gyeongju, Korea)를 이용한 높이 15 ㎝, 직경 10 ㎝ 포트에 이식하여 강원대학교 유리온실에서 1 년간 생육시킨 것으로 사용하였다.

데이터처리

본 실험의 시험구배치는 완전임의배치 6 반복으로 하였으며, SPSS Statistics program 19.0 (SPSS Inc., Chicago,. IL, USA)을 이용하여 일원분산분석 (One-way ANOVA)을 실시하 였다. 각 처리간의 유의성은 DMRT (Duncan's Multiple Range Test) 5％ 수준에서 실시하였다 (p < 0.

이론/모형

각 처리간의 유의성은 DMRT (Duncan's Multiple Range Test) 5％ 수준에서 실시하였다 (p < 0.05).
추출한 용액은 자외선/가시광선 분광광도계 (UV/ VIS Spectrophotometer, HP 8453, Hewlett Packard, Wilmington, DE, USA)를 이용하여 663 ㎚, 645 ㎚ 의 파장에서 흡광도를 측정하고, Lichtenthaler (1987)의 식에 따라 엽록소 a, b, a+ b 함량을 산출하였다.

성능/효과

차광처리에 따른 엽수, 부위별 건중량, T/R율, 엽중비 (LWR)를 Table 5에 나타냈다. 눈개승마는 35% 차광 처리구 에서 잎의 개수, 잎과 줄기 등 지상부 건중량, 총 건중량이 각각 13.3 개, 1.63 g, 2.31 g로 가장 높은 경향을 보여 상대 적으로 우수한 생장을 나타냈다. 이와 반대로 75% 차광 처리 구의 경우 잎의 수 8.
눈개승마의 경우 35% 차광 처리구에서 전반적으로 가장 높은 값을 보였으며, 이와 반대로 75% 차광 처리구에서 ΦPO, ΨO, ΦEO 모두 크게 감소한 경향을 나타내어 광이 매우 부족한환경에서 효율적인 에너지 전달이 이루어지지 않고 있음을 알수 있다.
일반적으로 낮은 광도 조건하에서 순화된 식물일 경우 수광 량을 높이기 위해 잎 내 질소를 엽록소 단백질에 투자하여 틸라코이드 (thylakoid)내의 집광 반응에 치중함으로서 전자전달계 단백질이나 루비스코 (rubisco) 효소의 질소 배분은 상대적 으로 줄어들게 되어 전반적인 광합성 기능의 저하를 가져오지만 다른 한편으로는 양자수율은 높이고 호흡에 의한 에너지손실은 줄이면서 효율적으로 환경에 적응하려는 생존 기작을 보인다 (Ellsworth and Reich, 1992; Kim and Lee, 2001). 눈개승마의 경우에도 75% 차광 처리시 기공전도도와 광합성 속도는 가장 낮은 경향을 보였고, 엽육세포 간극 내 CO₂ 농도는 높게 유지되고 있어 효율적으로 CO₂ 를 소비하지 못하고 있는 것으로 나타나 광합성 기능의 저하를 생각할 수 있다(Fig. 2).
또한 오전 7 시부터 오후 7 시까지 처리구별 평균 광도는 무차광 처리구에서 1,285.5 μ㏖· m-2·s-1, 35% 차광 처리구는 720.0 μ㏖·m-2·s-1, 55% 차광 처리구는 472.6 μ㏖·m-2·s-1, 75% 차광 처리구는 170.0 μ㏖·m-2 ·s-1로 조사되어 실제 차광막 내부의 광합성 유효광량 (Photosynthetically active radiation)은 판매 규격에 비해 8.2 - 11.8% 더 차광이 되는 것으로 나타났다 (Fig 1).
또한 차광 처리구의 월별 총 엽록소 함량 변화는 5 월에 비해 6 월의 총 엽록소 함량이 다소 증가된 경향을 보였으나, 무차광 처리구에서는 모두 감소된 경향을 보였다. 이러한 경향은 식물이 고온과 강한 광 환경에 지속적으로 노출되면 광합성 산물의 소모가 커지고 생육감소를 초래할 수 있기 때문에 (Kim et al.
위의 결과를 통해 눈개승마 유묘는 35% 차광막을 이용한 차광 처리시 순광합성속도, 기공증산 및 기공전도도, 광계의에너지 전달 효율 등 전반적인 생리활성이 높으며, 지상부와 뿌리가 우수한 생장을 하는 것으로 나타났고, 반면에 75％ 이상의 75% 처리시 생장에 필요한 최소한의 광도보다 매우 부족한 광 환경에서 생육함으로 광합성 기능과 생장이 크게 저하되는 것으로 나타났다. 이를 통해 눈개승마의 건전한 유묘생산을 위해서는 35％ 수준의 적정 차광처리가 필요할 것으로 생각된다.
31 g로 가장 높은 경향을 보여 상대 적으로 우수한 생장을 나타냈다. 이와 반대로 75% 차광 처리 구의 경우 잎의 수 8.67개, 지상부 건중량 1.11g 및 지하부 건중량 0.44 g로 나타나 35% 차광 처리구에 비해 총 건중량이 1.5 배 낮았으며, 전체적으로 가장 저조한 생장을 보였다. 특히 차광수준이 높아짐에 따라 지하부의 건중량은 점진적으로 감소하는 반면 T/R율은 증가하는 경향을 보였는데, 이는부족한 광 조건을 극복하기 위해 뿌리로 분배시켜광합성 산물의 비율을 상대적으로 낮추게 되어 (Song et al.
차광처리 기간의 월 평균기온과 상대습도 변화를 살펴보면, 4 월과 5 월은 각각 18.5℃, 19.7℃로 나타났으나, 6 월의 경우 23.8℃를 나타내어 평균기온이 비교적 큰 폭으로 증가된 것을 알 수 있었다 (Fig 1). 또한 오전 7 시부터 오후 7 시까지 처리구별 평균 광도는 무차광 처리구에서 1,285.
차광처리에 따른 눈개승마 [Aruncus dioicus var. kamtschaticus (Maxim.) H. Hara]의 순광합성속도 (net photosynthetic rate)의변화는 전반적으로 5 월에 비해 6 월에 다소 감소된 경향을 보였으며, 차광수준별로는 5 월과 6 월 모두 35% 차광 처리구 > 무차광 처리구 > 55% 차광 처리구 > 75% 차광 처리구 순으로 나타났다.
기공전도도 (stomatal conductance)는 기공개폐의 척도이며, 기공전도도의 감소는 증산속도의 조절을 통해 광합성 능력에영향을 미치게 된다 (Andrew and Wiliam, 1998). 차광처리에 따른 눈개승마의 기공전도도와 기공증산속도 (stomatal transpiration rate) 역시 6 월에 비해 5 월에 더 높은 경향을 나타냈으며, 차광수준별로는 무차광 처리구와 35% 차광 처리 구에서 비교적 높은 경향을 보인 반면, 55% 차광 처리구와 75% 차광 처리구는 유의적으로 낮은 값을 보였다. 특히 75% 차광 처리구에서 상대적으로 낮은 순광합성속도, 기공증산 및기공전도도를 나타냈는데 이는 정상적인 생장에 필요한 광도 보다 크게 낮은 광 환경에서 생장함으로 광합성 기능이 저하되었기 때문으로 생각된다 (Lee et al.
차광처리에 따른 눈개승마의 엽록소 a, b 및 총 엽록소 함량 (a + b)은 차광 수준이 높아질수록 유의적으로 증가하는 경향을 나타냈으며, 특히 총 엽록소 함량의 경우 75% 차광 처리구가 무차광 처리구에 비해 5 월에는 약 2.7 배, 6 월에는약 3.3 배 높은 값을 보였다 (Table 3). 이러한 경향은 광량이 부족한 환경에서 광 수용능력을 지속하고자 엽록소 함량을높게 유지할 필요가 있기 때문이며, 수리취 (Lee et al.

후속연구

고급 산채자원으로 기능성과 토양보전 효과가 뛰어난 눈개 승마의 보급을 확대하고, 생산 효율성을 높이기 위해서는 다양한 환경조건에 대한 생육반응, 체계적인 육묘생산을 위한 연구 등이 진행될 필요가 있다. 특히 노지재배와는 달리 시설재배의 경우 생육환경 제어가 매우 중요한 요소이며, 파종, 시비 방법 등 생산체계 개선뿐만 아니라 광, 온도 등 생육환경의 조절을 위한 기초 연구가 필수라 할 수 있다.
, 2012a) 으로 설명하기도 하며, 한편에서는 차광 처리시 무차광 처리에 비해잎의 노화 진행을 늦추게 되어 상대적으로 높은 엽록소 함량을 유지할 수 있다고 설명하기도 한다 (Lee and Won, 2007). 이와 같이 무차광 처리에 따른 점진적인 엽록소 함량의 감소는 보다 장기간의 관찰을 통한 추가적인 실험을 통해 검토할 필요가 있다고 여겨진다 (Table 3).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	눈개승마란 무엇인가?	) H. Hara]는 고산지대에서 자라는 장미과의 다년생 초본으로 민간에서는 삼나물로 불리고, 어린 순을 식용하는데 탄수화물과 무기질 함량이 풍부하여 국거리나 무침 등에 쓰이는 고급 산채이다 (Kim et al., 1998).
	눈개승마의 전초는 어떤 성분을 가지고 있는가?	눈개승마의 전초에는 사포닌, 살리실알데히드, 스파린, 인회분 지질, 비타민 A, 칼슘 등의 다양한 성분과 기능성 물질인 flavonoid 및 polyphenol 등을 함유하고 있어, 유망 산채자원 으로 중요성이 부각되고 있는 식물이다 (Kim et al., 2011).
	초기 생육에 필요한 요소는 무엇인가??	고급 산채자원으로 기능성과 토양보전 효과가 뛰어난 눈개 승마의 보급을 확대하고, 생산 효율성을 높이기 위해서는 다양한 환경조건에 대한 생육반응, 체계적인 육묘생산을 위한 연구 등이 진행될 필요가 있다. 특히 노지재배와는 달리 시설재 배의 경우 생육환경 제어가 매우 중요한 요소이며, 파종, 시비 방법 등 생산체계 개선뿐만 아니라 광, 온도 등 생육환경의 조절을 위한 기초 연구가 필수라 할 수 있다. 따라서 본 연구는 눈개승마를 포장에서 본격적으로 생산하는데 필요한 양질의 이식용 유묘를 생산하는 과정에서 차광처리가 초기 생육에 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였으며, 우량 유묘를 효율적이고 안정적으로 공급하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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