[논문]아연섭취에 따른 적상추의 분광학적 반응: 중금속 오염토양에서의 반응실험

신지혜; 유재형; 김지은; 고상모; 이범한

doi:10.9719/eeg.2019.52.2.129

[국내논문] 아연섭취에 따른 적상추의 분광학적 반응: 중금속 오염토양에서의 반응실험
Spectral Response of Red Lettuce with Zinc Uptake: Pot Experiment in Heavy Metal Contaminated Soil 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.52 no.2, 2019년, pp.129 - 139

신지혜 (충남대학교 우주.지질학과) , 유재형 (충남대학교 지질환경과학과) , 김지은 (충남대학교 우주.지질학과) , 고상모 (한국지질자원연구원 DMR융합연구단) , 이범한 (한국지질자원연구원 DMR융합연구단)

초록
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본 연구는 적상추(Lactuca sativa var crispa L.)가 아연을 축적함에 따라 발생하는 분광학적 반응특성을 고찰하기 위해, 대조군(T0)과 1 mM(ZnT1), 5 mM(ZnT2), 10 mM(ZnT3), 50 mM(ZnT4), 100 mM(ZnT5)로 처리된 실험군을 제작하여 분실험을 실시하였다. 대조군의 아연함량은 134-181 mg/kg의 범위로 오염되지 않은 농작물이 갖는 정상수준의 아연함량을 보였다. 그러나 아연용액의 주입농도가 증가하고 시간이 경과함에 따라 실험군 내 아연함량은 증가하였다. 적상추의 분광반사도는 적색밴드에서 안토시아닌에 의한 높은 피크, 적외선 대역에서 세포구조의 산란효과로 인한 높은 반사도, 그리고 물에 기인한 흡광특성이 관찰되었다. 적상추 내 아연이 고농도로 축적됨에 따라 녹색과 적색밴드에서는 반사도가 증가하고 적외선 대역에서는 반사도가 감소하였다. 아연함량과 분광반사도 사이의 상관관계 분석결과는 700-1300 nm의 파장대역이 아연함량과 유의한 음의 상관관계를 가짐을 보여주었다. 해당 파장대역은 잎 중의 세포구조와 밀접한 관계가 있는 파장대역으로 아연함량이 증가함에 따라 잎 중의 세포구조가 파괴됨을 지시한다. 특히 적외선 대역 중 700-800 nm은 아연함량과 가장 강한 상관관계를 보여주었다. 본 연구는 적상추의 중금속 오염을 분광학적으로 인지하여 광업 및 농업지역 주변 토양 내 중금속 오염을 조사하는데 활용 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigates the spectral response of red lettuce (Lactuca sativa var crispa L.) to Zn concentration. The control group and the experimental groups treated with 1 mM(ZnT1), 5 mM(ZnT2), 10 mM(ZnT3), 50 mM(ZnT4), and 100 mM(ZnT5) were prepared for a pot experiment. Then, Zn concentration and spectral reflectance were measured for the different levels of Zn concentration in red lettuce. The Zn concentration of the control group had the range of 134-181 mg/kg, which was within the normal range of Zn concentration in uncontaminated crops. However, Zn concentration in the experimental group gradually increased with an increase in concentration of Zn injection. The spectral reflectance of red lettuce showed high peak in the red band due to anthocyanin, high reflectance in the infrared band due to the scattering effect of the cell structure, and absorption features associated with water. As Zn concentration in red lettuce leaves increased, the reflectance increased in the green and red bands and the reflectance decreased in the infrared band. The correlation analysis between Zn concentration and spectral reflectance showed that the reflectance of 700-1300 nm had a significant negative correlation with Zn concentration. The spectral band is a wavelength region closely related to the cell structure in the leaf, indicating possible cell destruction of leaf structure due to increased Zn concentration. In particular, 700-800 nm reflectance of the infrared band showed the strongest correlation with the Zn concentration. This study could be used to investigate the heavy metal contamination in soil around mining and agriculture area by spectroscopically recognizing heavy metal pollution of plant.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. A schematic flow diagram of the methods used in this study.
그림 Fig. 2. Pot experiment setting of red lettuce in six different levels of zinc sulfate heptahydrate injection from 0 to 100 mM. Physiological changes of red lettuce by Zn treatment were tested during pot experiment from September to November 2017.
표 Table 1. Measurement date conducted in chemical and spectroscopic analyses after injection of Zn solution
표 Table 2. Zn concentration in red lettuce foliage treated with Zn solution (unit: mg/kg)
그림 Fig. 3. The mean reflectance spectra of five experimental groups collected at different levels of Zn concentration with the control group collected in (a) the first week and (b) fifth week of the experiment.
그림 Fig. 4. Foliar reflectance spectra containing chlorophyll+ carotenoids (green line), antocyanin (red line), or a combination of these photosynthetic pigments (black line) (modified from Dunagan et al., 2007; Kochubey and Kazantsev, 2012).
그림 Fig. 5. The reflectance difference between control groups and five different Zn-treated groups collected on fifth week of the experiment: (a) visible-near infrared region from 400 to 1300 nm, and (b) shortwave infrared region from 1300 to 2500 nm.
그림 Fig. 6. A correlogram based on correlation coefficient between foliar Zn concentration and the spectral reflectance. Shaded area corresponds to |r|<0.60.
표 Table 3. The statistically significant wavelength to Zn concentration at ZnT4 and ZnT5 groups, the strongest statistically significant wavelength and its correlation coefficient

AI 본문요약
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문제 정의

가시-근적외선 파장대역은 원격 감지 센서의 설계에 있어 일반적으로 사용되는 대역이므로 700-800 nm 파장은 적상추 내의 아연함량을 원격에서도 효율적으로 감지될 수 있을 것으로 기대된다. 게다가 본 연구는 분실험을 수행함으로써 적상추에 작용할 수 있는 다른 환경적인 요인을 분리하고 오직 아연의 효과에 대해 연구하였다는 점에서 큰 이점을 갖는다. 본 연구를 기반으로 하여 보다 많은 중금속 원소와 다양한 식물체에서의 분광학적 반응 특성을 분석한다면 광산지역 혹은 농업지역에서 식물체를 활용한 중금속 오염 탐지를 성공적으로 수행할 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구는 적상추 내 아연을 축적함에 따라 발생하는 적상추 잎의 분광학적 반응특성을 분석하기 위해 12주 동안 분실험을 실시하였다. 5개의 농도로 처리된 아연용액은 적상추 정식 후 6주차에 주입되었다.
화학분석에서 실시된 방법과 동일하게 2-4일 간격으로 산출된 적상추의 분광반사도는 주 단위의 평균 반사 도로 재산출되었다(Table 1). 주별로 평균된 분광반사도는 아연 처리군과 대조군 사이에 발현되는 적상추의 분광학적 반응 특성을 분석하기 위해 사용되었다. 또한 적상추가 갖는 내제적인 분광학적 특성을 제거하고 아연함량에 따른 분광학적 반응의 신호를 향상시키기위해 아연 처리군과 대조군 사이의 분광반사도 차이 (reflectance difference)를 계산하였다.
아연 함량에 따른 분광반사도를 면밀히 비교하기 위해 적상추 잎 중의 아연함량은 휴대용 X선 형광분석기를 이용하여 측정하였고 화학분석이 실시된 동일 지점에 대하여 분광곡선을 취득하였다. 최종적으로 본 연구는 아연함량과 분광반사도의 상관관계 분석을 실시하여 적상추 내 아연이 축적함에 따라 민감하게 반응하는 파장대역을 제시하고자 한다.

제안 방법

North Sutton, NH)을 사용하여 분광곡선을 최적화하고 보정하였다. 그 후 할로겐 소스와 센서로 구성된 contact probe를 휴대용 X선 형광분석기가 조사한 동일한 지점에 밀착하여 분광곡선을 취득하였다(Shin et al., 2017). 이때 전자기선이 잎을 통해 투과되어 발생할 수 있는 배경효과를 제거하기 위해 시료는 검정색플랫폼 위에 위치되었다(Eitel et al.
아연용액을 주입한 이후 휴대용 X선 형광분석기와 휴대용 분광계를 사용하여 적상추 잎의 아연함량과 분광학적 특성을 분석하였다. 또한 적상추 내 아연이 축적함에 따라 민감하게 반응하는 파장대역을 고찰하기 위해 측정된 아연함량과 분광반사도의 상관관계 분석을 실시하였다. 분실험기간 동안 아연을 주입하지 않은 대조군(T0)의 평균 아연함량은 134 mg/kg에서 181 mg/kg까지의 분포를 보였다.
주별로 평균된 분광반사도는 아연 처리군과 대조군 사이에 발현되는 적상추의 분광학적 반응 특성을 분석하기 위해 사용되었다. 또한 적상추가 갖는 내제적인 분광학적 특성을 제거하고 아연함량에 따른 분광학적 반응의 신호를 향상시키기위해 아연 처리군과 대조군 사이의 분광반사도 차이 (reflectance difference)를 계산하였다. 아연함량과 밀접한 관련이 있는 파장대역을 선정하기 위하여 아연함량과 분광반사도 사이의 피어슨 상관계수(Pearson’s correlation coefficient, r)가 산출되었으며 이를 기반으로 전 파장대역에 따른 상관관계 그래프(correlogram)를 구축하였다.
본 연구는 분실험(pot experiment)를 통해 5개의 농도로 조절된 아연을 토양에 주입하여 적상추 잎 중의 아연함량에 따른 분광학적 반응 변이를 살펴보았다. 해당 연구는 다른 환경적인 요인을 제어하고 아연함량에 의한 적상추의 분광학적 반응 특성에 대해 연구한 논문으로 국내에서 시도된 최초의 연구사례이다.
본 연구는 올림푸스사의 휴대용 X선 형광분석기 (Olympus Innov-X, Waltham, MA, USA)를 사용하여 적상추 내의 아연함량을 측정하였다. 해당 분석기기는 40 kV의 X선관을 갖으며 <165 eV 해상도의 실리콘 유동식검출기로 원소를 측정한다.
, 2007). 분실험은 대조군(T0)과 아연용액으로 처리된 실험군을 4개의 식물체로 복제하여 실시하였으며 아연용액은 적상추 정식 후 6주차에주입하였다.
해당 연구는 다른 환경적인 요인을 제어하고 아연함량에 의한 적상추의 분광학적 반응 특성에 대해 연구한 논문으로 국내에서 시도된 최초의 연구사례이다. 아연 함량에 따른 분광반사도를 면밀히 비교하기 위해 적상추 잎 중의 아연함량은 휴대용 X선 형광분석기를 이용하여 측정하였고 화학분석이 실시된 동일 지점에 대하여 분광곡선을 취득하였다. 최종적으로 본 연구는 아연함량과 분광반사도의 상관관계 분석을 실시하여 적상추 내 아연이 축적함에 따라 민감하게 반응하는 파장대역을 제시하고자 한다.
5개의 농도로 처리된 아연용액은 적상추 정식 후 6주차에 주입되었다. 아연용액을 주입한 이후 6주 동안 휴대용 X선 형광분석기와 휴대용 분광계를 사용하여 적상추 잎의 아연농도와 분광학적 특성을 분석하였다. 적상추 잎 중에 아연이 축적됨에 따라 민감하게 반응하는 파장대역은 상관관계분석을 바탕으로 분석되었다(Fig.
아연용액은 황산아연 7수화물을 1 mM(ZnT1), 5 mM(ZnT2), 10 mM(ZnT3), 50 mM(ZnT4), 100 mM(ZnT5)와 같이 5개의 농도로 조절하여 제작되었으며 아연용액의 주입은 분실험의 6주차에 수행되었다. 아연용액을 주입한 이후 휴대용 X선 형광분석기와 휴대용 분광계를 사용하여 적상추 잎의 아연함량과 분광학적 특성을 분석하였다. 또한 적상추 내 아연이 축적함에 따라 민감하게 반응하는 파장대역을 고찰하기 위해 측정된 아연함량과 분광반사도의 상관관계 분석을 실시하였다.
, 2007). 아연용액을 주입함에 따라 발생하는 기간별 평균 아연함량의 차이는 주단위로 분석하였다(Table 1).
아연용액을 주입함에 따라 변화하는 적상추 잎의 분광곡선을 취득하기 위하여 ASD사의 Labspec 5100 휴대용 분광계(Analytical Spectral Devices Inc., Boulder, Colorado, USA)를 사용하였다. 해당 기기는 3-6 nm의 분광해상도로 350-2500 nm의 연속적인 파장을 측정한다.
아연함량에 따른 적상추의 분광학적 반응변이를 살펴보기 위해 각 아연처리군의 아연함량과 분광반사도 사이의 상관관계를 분석하였다(Fig. 6). 적상추 잎의 아연함량에 따른 분광반사도는 ZnT4와 ZnT5 처리군에서 상관계수(|r|)가 0.
아연함량의 측정은 캘리브레이션 검사용 표준물 (316 calibration steel coin)을 사용하여 기기를 보정한 후 실시하였으며 측정 시 X선의 에너지 손실을 줄이기 위하여 시료와 기기의 구경을 밀착하였다 (Sacristán et al., 2016).
6 mm 이었다. 영양결핍에 따른 분광학적 변이를 배제하기 위하여 질소전량 0.07%, 수용성인산 0.05%, 수용성가리 0.05%, 수용성붕소 0.001%, 수용성망간 0.002%, 수용성고토 0.01%의 구성 비율을 갖는 영양액을 2주마다 식물체에 공급하였다.
적상추 잎 중의 아연이 축적됨에 따라 발현하는 분광특성을 살펴보기 위해 아연을 주입한 후 주별 평균 분광반사도를 분석하였다. 이 때 사용한 자료는 아연의 축적에 큰 영향을 미치지 않은 1주차와 ZnT5 실험군이 고사하기 전 마지막 주인 5주차의 평균 분광반 사도를 사용하였다(Fig.
해당 기기는 3-6 nm의 분광해상도로 350-2500 nm의 연속적인 파장을 측정한다. 적상추 잎의 반사도를 측정하기 위해 황산바륨(BaSO₄)로 코팅된 보정판(LabSphere, Inc. North Sutton, NH)을 사용하여 분광곡선을 최적화하고 보정하였다. 그 후 할로겐 소스와 센서로 구성된 contact probe를 휴대용 X선 형광분석기가 조사한 동일한 지점에 밀착하여 분광곡선을 취득하였다(Shin et al.

대상 데이터

이에 따라 36일째에 측정한 아연함량의 자료를 이상값으로 판단하였고 추후 분석에서 제외하였다. 6주차에 제시한 적상추 잎의 화학분석 값은 4개 자료의 평균치를 나타내며 이외의 기간은 6개의 자료를 사용하였다.
아연함량과 밀접한 관련이 있는 파장대역을 선정하기 위하여 아연함량과 분광반사도 사이의 피어슨 상관계수(Pearson’s correlation coefficient, r)가 산출되었으며 이를 기반으로 전 파장대역에 따른 상관관계 그래프(correlogram)를 구축하였다. 본 연구에서는 상관계수(|r|)가 0.6 이상인 파장대역을 아연함량에 따른 분광학적 반응이 유의하게 관찰되는 파장영역으로 선정하였다(Dunagan et al., 2007).
적상추는 직사각형의 플라스틱 화분에 배양토(Floradur, Floragard, Germany)를 넣은 뒤 9월에 정식되었다. 분실험은 2017년 9월부터 11월까지 충남대학교 기초과학 1호관 4층 옥상에서 실시하였다(Fig. 2). 실험기간 중 대전시의 평균 기온은 14.
아연농도에 따른 적상추의 분광학적 반응 특성을 평가하기 위하여 적상추(Lactuca sativa var crispa L.)의 모종은 지역의 상업 품종을 사용하였다. 적상추는 직사각형의 플라스틱 화분에 배양토(Floradur, Floragard, Germany)를 넣은 뒤 9월에 정식되었다.
본 연구는 적상추 내 아연을 축적함에 따라 발생하는 적상추 잎의 분광학적 반응특성을 분석하기 위해 12주 동안 분실험을 실시하였다. 아연용액은 황산아연 7수화물을 1 mM(ZnT1), 5 mM(ZnT2), 10 mM(ZnT3), 50 mM(ZnT4), 100 mM(ZnT5)와 같이 5개의 농도로 조절하여 제작되었으며 아연용액의 주입은 분실험의 6주차에 수행되었다. 아연용액을 주입한 이후 휴대용 X선 형광분석기와 휴대용 분광계를 사용하여 적상추 잎의 아연함량과 분광학적 특성을 분석하였다.
아연의 오염원으로 99.0%의 황산아연 7수화물(ZnSO4 ·7H2O)을 사용하였으며 1 mM(ZnT1), 5 mM (ZnT2), 10 mM(ZnT3), 50 mM(ZnT4), 100 mM(ZnT5)로 처리한 아연용액을 하루에 100 mL씩 화분에 주입하였다(Sridhar et al., 2007).
적상추 잎 중의 아연이 축적됨에 따라 발현하는 분광특성을 살펴보기 위해 아연을 주입한 후 주별 평균 분광반사도를 분석하였다. 이 때 사용한 자료는 아연의 축적에 큰 영향을 미치지 않은 1주차와 ZnT5 실험군이 고사하기 전 마지막 주인 5주차의 평균 분광반 사도를 사용하였다(Fig. 3).
본 기기의 아연 검출한계는 2-5 mg/kg이다. 적상추 잎은 중금속 주입 후 2-4일 간격으로 2개의 잎을 무작위로 선정하여 채취되었다. 아연함량의 측정은 캘리브레이션 검사용 표준물 (316 calibration steel coin)을 사용하여 기기를 보정한 후 실시하였으며 측정 시 X선의 에너지 손실을 줄이기 위하여 시료와 기기의 구경을 밀착하였다 (Sacristán et al.

데이터처리

아연함량과 밀접한 관련이 있는 파장대역을 선정하기 위하여 아연함량과 분광반사도 사이의 피어슨 상관계수(Pearson’s correlation coefficient, r)가 산출되었으며 이를 기반으로 전 파장대역에 따른 상관관계 그래프(correlogram)를 구축하였다.
아연용액을 주입한 이후 6주 동안 휴대용 X선 형광분석기와 휴대용 분광계를 사용하여 적상추 잎의 아연농도와 분광학적 특성을 분석하였다. 적상추 잎 중에 아연이 축적됨에 따라 민감하게 반응하는 파장대역은 상관관계분석을 바탕으로 분석되었다(Fig. 1).

이론/모형

1. A schematic flow diagram of the methods used in this study.

성능/효과

ZnT4에서 아연함량과 높은 상관관계를 갖는 파장대역은 711-801 nm이며 724 nm에서 상관계수가 –0.736으로 아연함량과 음의 상관관계를 보였다(Table 3).
736으로 아연함량과 음의 상관관계를 보였다(Table 3). ZnT5은 711-1386 nm와 1562-1844 nm 영역의 분광 반사도가 아연함량과 유의한 상관관계를 가졌다. 각 파장대역에서 강한 상관성을 보인 파장은 749 nm와 1692 nm로 상관계수는 각각 –0.
5에 도시하였다. 가시광선 대역에서 아연처리군의 분광반사도는 대조군 대비 녹색과 적색밴드에서 증가하였으며 그 경향은 ZnT5 실험군에서 뚜렷하게 관찰되었다(Fig. 5a). 근적외선 대역에서는 대조군 대비 ZnT4 및 ZnT5 실험군의 분광반사도가 감소하였다(Fig.
5a). 단파적외선 대역에서는 대조군 대비 ZnT1-ZnT3의 반사도는 증가하고 ZnT5의 반사도는 감소한 반면, ZnT4는 대조군과 뚜렷한 차이가 발생하지않았다(Fig. 5b).
또한 잎의 세포구조의 강한 산란효과에 의한 높은 반사도가 700-1300 nm 대역에서 발견되었으며 식물 내부에 존재하는 물로 인한 흡광특성이 970 nm, 1180 nm, 1450 nm, 1780 nm, 1920 nm에서 관찰되었다. 대조군과 실험군의 분광반사도 차이를 분석한 결과, 분광반사도의 변화양상은 1주차에서 뚜렷하지 않은 반면 5주차에서 뚜렷하게 관찰되었다. 아연이 고농도로 축적된 ZnT4와 ZnT5의 실험군은 녹색과 적색밴드에서 반사도의 증가를, 근적외선과 단파적외선 대역 에서 분광반사도의 감소를 보여주었다.
아연함량과 분광반사도의 상관분석 결과 탐지할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 적상추의 중금속 오염을 분광학적으로 , ZnT4와 ZnT5 처리 군은 아연함량에 유의하게 변화하였다. ZnT4은 711-801 nm에서, ZnT5는 711-1386 nm와 1562-1844 nm영역에서 음의 상관관계를 보여주었다.
, 2010). 본 연구에서 관찰된 적상추 내 아연 함량에 따른 분광학적인 반응은 ZnT1-ZnT3 실험군보다 ZnT4-ZnT5 실험군에서 두드러지게 관찰되었다(Fig. 5). 이러한 결과는 ZnT1-ZnT3 처리군의 평균 아연함량인 149-236 mg/kg가 적상추에게 필수미량영양소로 작용하여 분광반사도 변이에 영향을 끼치지 못하여 발생한 것으로 사료된다.
분실험기간 동안 휴대용 X선 형광분석기를 이용하여 측정한 적상추 잎에 대한 아연의 함량을 주간으로 정리하여 Table 2에 제시하였다. 아연용액 주입 후 6 주차에 해당하는 36일에 측정한 T0의 평균 아연함량은 327 mg/kg으로 모든 실험기간 동안에 측정한 T0 의 아연함량 대비 2배 이상의 값을 보였다. 이에 따라 36일째에 측정한 아연함량의 자료를 이상값으로 판단하였고 추후 분석에서 제외하였다.
대조군과 실험군의 분광반사도 차이를 분석한 결과, 분광반사도의 변화양상은 1주차에서 뚜렷하지 않은 반면 5주차에서 뚜렷하게 관찰되었다. 아연이 고농도로 축적된 ZnT4와 ZnT5의 실험군은 녹색과 적색밴드에서 반사도의 증가를, 근적외선과 단파적외선 대역 에서 분광반사도의 감소를 보여주었다. 아연함량에 따른 적상추의 분광학적 반응은 ZnT1-ZnT3 실험군보다 ZnT4-ZnT5 실험군에서 두드러지게 관찰되었다.
이들의 연구에 의거하면 ZnT1-ZnT3의 함량은 적상추의 아연함량이 독성임계치에 도달하지 못하였으며, ZnT4와 ZnT5는 독성임계치에 도달한 것으로 사료된다. 이 사실을 본 연구의 결과와 연계하면 독성임계치를 초과한 아연함량은 적상추의 생태학적인 변화를 야기하고 이는 분광학적 특성으로 발현되어 ZnT4와 ZnT5 처리군에서 분광학적 반응이 두드러지게 발생한 것으로 판단한다. 실제로 보리가 잎 중에 아연을 축적함에 따른 분광학적 반응을 관찰한 Shidhar et al.
특히 실험의 6주차에서는 동일조건에서 자란 실험군 중 가장 높은 주입 농도에 해당하는 실험군인 ZnT5가 고사함을 확인하였다. 적상추 잎 중의 발현하는 분광특성을 고찰한 결과, 안토시아닌의 존재로 기인한 적색피크가 630 nm 에서 관찰되었다. 또한 잎의 세포구조의 강한 산란효과에 의한 높은 반사도가 700-1300 nm 대역에서 발견되었으며 식물 내부에 존재하는 물로 인한 흡광특성이 970 nm, 1180 nm, 1450 nm, 1780 nm, 1920 nm에서 관찰되었다.
6). 적상추 잎의 아연함량에 따른 분광반사도는 ZnT4와 ZnT5 처리군에서 상관계수(|r|)가 0.6이상으로 유의한 수준으로 변화하였다. ZnT4에서 아연함량과 높은 상관관계를 갖는 파장대역은 711-801 nm이며 724 nm에서 상관계수가 –0.
단파적외선 대역(1300-2500 nm)은 물과 리그닌, 셀룰로오즈와 같은 생화학물질의 흡광특성이 나타난다고 보고된 바 있지만(Peñuelas and Filella, 1998), 적상추의 분광반사도에서 생화학물질의 흡광특성은 뚜렷하게 발현되지 않았다. 적상추에서 관찰된 분광특성을 종합하면 광합성 색소, 잎의 세포구조, 물의 존재로 발현된 분광특성이 적상추 잎에서 관찰되었으며 이들은 1주차와 5주차의 모든 실험군에서 공통적으로 발현되었다(Fig. 3).
, 2001). 즉 본 연구에서 관찰된 630 nm의 분광특성은 적상추 내 안토시아닌의 존재에 기인한 것으로 판단된다.
분실험기간 동안 아연을 주입하지 않은 대조군(T0)의 평균 아연함량은 134 mg/kg에서 181 mg/kg까지의 분포를 보였다. 토양이 오염되지 않은 장소에서 재배된 농작물의 아연함량과 비교한 결과, 대조군의 평균 아연함량은 오염되지 않은 정상범위에 해당하였다. 그러나 아연용액의 주입 농도가 증가함에 따라 각 실험군(ZnT1-ZnT5)의 평균 아연함량은 증가하였다.
(2007)은 식물체 내 아연축적정도가 증가함에 따라 700-1300 nm 대역의 반사도가 감소함을 발견하였으며 이는 잎 중의책상세포와 상피세포 내의 엽록소의 감소, 세포크기의 감소, 잎 두께의 감소에 기인한다고 보고하였다. 특히 본 연구에서 ZnT4와 ZnT5 실험군은 적외선 대역 중 700-800 nm에서 가장 강한 상관관계를 보여주었다 (Table 3). 이 파장대역은 식물체에 발생할 수 있는 환경변화에 민감하게 반응하는 파장대역으로 보고된 바있다(Thenkabail et al.
화학분석에서 실시된 방법과 동일하게 2-4일 간격으로 산출된 적상추의 분광반사도는 주 단위의 평균 반사 도로 재산출되었다(Table 1). 주별로 평균된 분광반사도는 아연 처리군과 대조군 사이에 발현되는 적상추의 분광학적 반응 특성을 분석하기 위해 사용되었다.

후속연구

857으로(Table 3), 본 연구는 700-800 nm 파장대역이 적상추 내 고농도의 아연 함량 탐지에 효율적으로 이용될 수 있음을 제시한다. 가시-근적외선 파장대역은 원격 감지 센서의 설계에 있어 일반적으로 사용되는 대역이므로 700-800 nm 파장은 적상추 내의 아연함량을 원격에서도 효율적으로 감지될 수 있을 것으로 기대된다. 게다가 본 연구는 분실험을 수행함으로써 적상추에 작용할 수 있는 다른 환경적인 요인을 분리하고 오직 아연의 효과에 대해 연구하였다는 점에서 큰 이점을 갖는다.
게다가 본 연구는 분실험을 수행함으로써 적상추에 작용할 수 있는 다른 환경적인 요인을 분리하고 오직 아연의 효과에 대해 연구하였다는 점에서 큰 이점을 갖는다. 본 연구를 기반으로 하여 보다 많은 중금속 원소와 다양한 식물체에서의 분광학적 반응 특성을 분석한다면 광산지역 혹은 농업지역에서 식물체를 활용한 중금속 오염 탐지를 성공적으로 수행할 수 있을 것으로 기대한다.
아연용액 주입 후 6 주차에 해당하는 36일에 측정한 T0의 평균 아연함량은 327 mg/kg으로 모든 실험기간 동안에 측정한 T0 의 아연함량 대비 2배 이상의 값을 보였다. 이에 따라 36일째에 측정한 아연함량의 자료를 이상값으로 판단하였고 추후 분석에서 제외하였다. 6주차에 제시한 적상추 잎의 화학분석 값은 4개 자료의 평균치를 나타내며 이외의 기간은 6개의 자료를 사용하였다.
특히 아연함량과 적외선 대역 내 분광반사도의 상관관계는 ZnT4의 경우 724 nm에서 –0.736, ZnT5의 경우 749 nm에서 –0.857으로(Table 3), 본 연구는 700-800 nm 파장대역이 적상추 내 고농도의 아연 함량 탐지에 효율적으로 이용될 수 있음을 제시한다.
857의 상관계수를 가졌다. 해당 파장영역은 식물체에 반응하는 환경변화에 민감한 파장영역으로, 700-800 nm의 파장영역이 적상추 내 고농도의 아연함량을 효율적으로 인지하여 광업 및 농업지역에서 광범위하게 발생하는 토양 내 중금속 오염을 조사하는데 활용 가능할 것으로 판단한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	토양 중의 아연함량은 어떻게 증가하는가?	전 세계 토양에 분포하는 아연은 암석의 풍화작용에 의해 자연적으로 존재하며, 아연의 배경농도는 평균 55 mg/kg에 해당한다(Alloway, 2013). 그러나 토양 중의 아연함량은 광산, 제련소, 하수 오니, 축산 분뇨, 무기질 비료 등과 같은 인위적인 오염원에 의해 증가한다(Nicholson et al., 2003).
	분광학적 기법은 어떠한 메커니즘을 토대로 하는가?	, 2005). 중금속과 같은 외부 환경 요인은 식물의 생화학 함량 및 세포조성을 변화시키고 이는 식물의 반사도 변화를 일으킨다 (Wang et al., 2018).
	아연이란?	아연은 지구상에 존재하는 원소 중 24번째로 풍부한 원소이다. 전 세계 토양에 분포하는 아연은 암석의 풍화작용에 의해 자연적으로 존재하며, 아연의 배경농도는 평균 55 mg/kg에 해당한다(Alloway, 2013).

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저자의 다른 논문 :

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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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