[논문]저온처리에 의한 국내 품종 차나무 저온 내성 및 생리적 반응

임현정; 용성현; 최명석; 김상근; 김양수; 이재선; 송기선

doi:10.14578/jkfs.2022.111.2.251

저온처리에 의한 국내 품종 차나무 저온 내성 및 생리적 반응
Cold Tolerance and Physiological Response of Camellia sinensis Cultivars by Low-Temperature Treatment 원문보기

한국산림과학회지 = Journal of korean society of forest science, v.111 no.2, 2022년, pp.251 - 262

임현정 (국립백두대간수목원) , 용성현 (경상국립대학교 농업생명과학연구원) , 최명석 (경상국립대학교 농업생명과학연구원) , 김상근 (국립백두대간수목원) , 김양수 (국립백두대간수목원) , 이재선 (국립백두대간수목원) , 송기선 (국립백두대간수목원)

초록
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본 연구는 기후변화에 대응하여 남부지역에서 주로 재배되는 차나무 품종인 '참녹', '보향', '상녹', '명녹'을 대상으로 다수의 내한성 지표를 이용하여 신뢰성 있는 평가를 통해 내한성 차나무를 선발하고자 수행하였다. 저온 피해도 조사결과, -10℃에서 '참녹'과 '보향'은 청고 피해가 조사되었고, '상녹'과 '명녹'은 적고 피해가 조사되었다. 전해질 용출량은 처리 온도가 낮아질수록 그 값이 증가하였다. 비선형 회귀 분석을 통해 치사온도를 예측한 결과 '참녹'(-9.344℃), '보향'(-8.883℃)은 '명녹'(-8.092℃), '상녹'(-7.632℃) 보다 상대적으로 내한성이 강한 것으로 나타났다. Proline 분석 결과 '보향'은 다른 품종들에 비교하여 높게 조사되었고, 항산화 활성도 조사 결과 '참녹'과 '보향'이 저온 처리 시 다른 품종과 비교하여 항산화 활성 수치가 높게 나타났다. 지질과산화 반응 측정 결과 '상녹'과 '명녹'은 저온 처리시 다른 품종과 비교하여 MDA 축적 함량이 높았다. 본 연구 결과 '참녹'과 '보향'은 비선형 회귀 분석을 통해 치사온도를 예측한 결과와 저온피해도, 항산화 활성도, 지질과산화 반응과도 일관성 있게 조사되어 내한성이 강한 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 기후변화에 대응한 차나무의 내한성 평가와 선발 뿐만 아니라 내한성 식물의 육성에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We selected a cold-tolerant tea tree (Camellia sinensis L.) through reliable evaluation using a number of cold-tolerance indicators targeting tea tree cultivars such as "Chamnok," "Bohyang," "Sangnok," and "Myungnok" in response to climate change. We conducted a low-temperature damage investigation, "Chamnok" and "Bohyang" were damaged investigated with small amounts of green and bright green. "Sangnok" and "Myungnok" were damaged investigated red and dark red at -10℃. The extent of electrolyte leakage increased as the treatment temperature decreased in all cultivars. We predicted lethal temperatures through non-linear regression analysis, finding relatively higher tolerance to low temperature in "Chamnok" (-9.344℃) and "Bohyang" (- 8.883℃) than that in "Myungnok" (-8.092 ℃) and"Sangnok" (-7.632℃). "Bohyang" showed higher levels of antioxidant activity compared to other cultivars. The lipid peroxidation reaction revealed that "Sangnok" and "Myungnok" had higher MDA content than that of other cultivars when treated at low temperatures. Consequently, predictions of the lethal temperature through non-linear regression analysis of "Chamnok" and "Bohyang" were consistent with their tolerance to low-temperature damage, and antioxidant activity and lipid peroxidation reactions were likewise consistent. The results of this study can be used not only for evaluation and selection of cold-tolerance of tea trees in response to climate change, but also in the cultivation of cold-tolerant plants.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. The sample used for low-temperature treatment of C. sinensis cultivars A,'Chamnok'; B,'Bohyang'; C,'Sangnok'; D,'Myungnok'.
그림 Figure 2. The incubator used for low-temperature treatment to determine the cold resistance of C. sinensis cultivars.
그림 Figure 3. The visual damage under low-temperature treatment of C. sinensis cultivars. A, 'Chamnok'; B, 'Bohyang'; C, 'Sangnok'; D, 'Myungnok'. * Visual damage (%) was the value of the number of visual damaged objects compared to the number of total number of cold temperature treatment objects.
그림 Figure 4. The visual damage to leaves under low-temperature treatment of C. sinensis cultivars. A, 'Chamnok'; B, 'Bohyang'; C, 'Sangnok'; D, 'Myungnok'.
그림 Figure 5. The electrolyte leakage (%) under low-temperature treatment of C. sinensis cultivars. Different capital (according to cultivars) and small (according to temperature) letters above bar indicate significant differences according to Duncan's multiple range test (p=0.05). Bars indicate SE.
그림 Figure 6. The electrolyte leakage curves with a four-parametric sigmoid function under low-temperature treatment of C. sinensis. A, 'Chamnok'; B, 'Bohyang'; C, 'Sangnok'; D, 'Myungnok'.
표 Table 1. The predicted lethal temperature for C. sinensis cultivars.
그림 Figure 7. The proline concentration (mg/g) under low-temperature treatment of C. sinensis cultivars. Different capital(according to cultivars) and small(according to temperature) letters above bar indicate significant differences according to Duncan’s multiple range test(p=0.05). Bars indicate SE.
그림 Figure 8. The DPPH radical scavenging activity (%) under low-temperature treatment of C. sinensis cultivars. Different capital(according to cultivars) and small(according to temperature) letters above bar indicate significant differences according to Duncan's multiple range test(p=0.05). Bars indicate SE.
그림 Figure 9. The malondialdehyde (MDA) production under low-temperature treatment of C. sinensis cultivars. Bars indicate SE.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 기후변화에 대응하여 차나무 내한성 품종을 선발하고자 남부지역 주 재배 품종인 ‘참녹’, ‘보향’, ‘상녹’, ‘명녹’을 대상으로 인공 저온처리에 따른 내한성을 비교 평가하였다

제안 방법

스트레스에 반응하는 유리아미노산 중 proline 함량을 저온 스트레스의 생화학적 지표로 사용하고자 하였다. 25℃, 4℃, -10℃, -15℃에서 인공 저온처리한 차나무 품종별로 정단부에서 3~5번째 성엽 조직을 0.05 g 칭량한 다음 5 ml의 3% sulfosalicylic acid 용액과 함께 막자사발로 갈아준 후, 추출액(상등액)을 2 ml 취하여 ninhydrin 용액과 acetic acid 용액을 각각 2 ml씩 첨가 하여 100℃에서 반응시켰다. 이후 4℃의 차가운 물에서 반응을 정지시켜 toluene 용액을 4 ml 첨가하여 교반 후 toluene 용액층만 취하여 흡광도 측정기(Libra S22, Biochrome, England)를 이용하여 520 nm 파장에서 측정하였다.
스트레스에 반응하는 유리아미노산 중 proline 함량을 저온 스트레스의 생화학적 지표로 사용하고자 하였다. 25℃, 4℃, -10℃, -15℃에서 인공 저온처리한 차나무 품종별로 정단부에서 3~5번째 성엽 조직을 0.

대상 데이터

모든 식물체는 품종별 규격이 일정한 묘목을 선정하여 시판 바이오 상토(신성미네랄)를 담은 플라스틱 포트(W 11 cm × L 11 cm × H 21 cm)에 옮겨 심은 후, 활착을 위해 경상북도 봉화군 소재 국립백두대간수목원 양묘장 온실(37°00′21.1″N 128°47′32.2″E)에서 2020년 5월부터 7월까지 3개월간 순화하였다(Figure 1).
인공 저온처리에 따른 차나무의 생리 반응을 비교 조사하고자 남부지역의 재배품종인 ‘참녹’, ‘보향’, ‘상녹’, ‘명녹’의 삽목묘(3년생)를 전라남도 농업기술원 차산업연구소에서 분양받아 사용하였다

성능/효과

반면 ‘상녹’과 ‘명녹’은 -10℃와 -15℃에서 적고 피해가 조사되었는데, 이러한 결과는 ‘참녹’과 ‘보향’이 ‘상녹’과 ‘명녹’보다 저온에 대한 내성이 강할 것으로 판단된다.
본 실험에서는 ‘참녹’과 ‘보향’은 -10℃에서 저온에 의한 청고 피해가 조사되었고, -15℃에서 청고 및 적고 피해가 나타났다
이러한 결과는 저온피해도, 항산화 활성도, 지질과산화 반응과도 일관성 있게 나타나 차나무 품종 ‘참녹’과 ‘보향’은 ‘상녹’과 ‘명녹’에 비해 상대적으로 내한성이 강한 것으로 판단된다
이상의 저온 피해도 조사 결과, ‘참녹’과 ‘보향’의 경우 -10℃에서 잎이 청색으로 변하여 동해 피해가 발생하였고 [Figure 4(A), 4(B)], ‘상녹’과 ‘명녹’의 경우 -10℃에서 전체 개체의 잎이 붉은색으로 변하여 동해가 조사되었다[Figure 4(C), 4(D)].
인공 저온 처리 후 지질과산화 반응 측정 결과 ‘참녹’, ‘보향’, ‘상녹’, ‘명녹’은 온도가 낮아질수록 지질과산화 반응에 의한 MDA 축적 함량이 증가하였다(Figure 9)
인공 저온 처리 후 항산화 활성도 측정 결과, ‘참녹’과 ‘보향’은 온도가 낮아질수록 항산화 활성이 높게 나타났고, ‘상녹’과 ‘명녹’은 온도가 낮아질수록 항산화 활성도가 비슷하거나 낮은 값으로 조사되었다(Figure 8).
인공 저온처리 후 proline 함량은 ‘참녹’, ‘보향’, ‘상녹’, ‘명녹’ 모든 품종은 처리 온도가 낮아질수록 proline 함량이 증가하였고, 그 중 ‘참녹’과 ‘보향’은 -15℃ 처리에서 proline 함량이 21.6 mg/g 및 24.4 mg/g으로, ‘상녹’, ‘명녹’은 19.2 mg/g, 20.4 mg/g으로 조사되어, ‘참녹’과 ‘보향’의 proline 함량이 ‘상녹’, ‘명녹’ 보다 높은 것으로 조사되었다(Figure 7).
본 연구는 기후변화에 대응하여 차나무 내한성 품종을 선발하고자 남부지역 주 재배 품종인 ‘참녹’, ‘보향’, ‘상녹’, ‘명녹’을 대상으로 인공 저온처리에 따른 내한성을 비교 평가하였다. 인공 저온처리에 따른 4 수종 차나무 품종의 전해질 용출량을 측정한 결과 처리 온도가 낮아질수록 그 값이 증가하였다. 전해질 용출량과 저온 처리 온도의 관계를 비선형회귀 분석을 통해 치사온도를 예측한 결과, ‘참녹’은 -9.
저온처리 후 품종별 잎의 전해질 용출량은 처리 온도가 낮아질수록 증가하였고, 4℃에서 -10℃ 처리 구간 사이에 급격하게 증가하였다. 이를 통해 전해질 용출량의 뚜렷한 변화를 보인 4℃에서 -10℃ 처리 구간 사이에 차나무 품종별 저온에 대한 내성 한계점이 있을 것으로 추정된다.
전해질 용출량과 저온 처리 온도의 관계를 비선형회귀 분석을 통해 치사온도를 예측한 결과, ‘참녹’은 -9.34℃, ‘보향’ -8.88℃로 예측되어 저온에 대한 저항성이 ‘명녹’(-8.09℃), ‘상녹’(-7.63℃) 보다 상대적으로 높게 나타났다
특히 4℃ 처리구에서 전해질 용출량이 가장 높았던 ‘상녹’은 -10℃ 처리구 에서도 가장 높게 증가하여, 다른 품종들 보다 온도변화에 민감한 수종일 것으로 판단된다
특히, ‘참녹’과 ‘보향’의 항산화 활성은 4℃에서 24.9%, 31.7%로 조사되었고, -15℃에서 58.8%, 56.9%로 조사되어, 4℃의 항산화 활성도와 비교했을 때 항산화 활성 수치가 2배 증가하는 것을 알 수 있었다
특히, 저온에 내성을 보인 ‘참녹’과 ‘보향’은 -10℃에서 MDA 축적 함량이 각각 0.9 μM, 0.8 μM로 나타나, 저온에 민감성을 보인 ‘상녹’(1.3 μM)과‘명녹’(1.6 μM)을 비교했을 때 MDA 축적 함량이 훨씬 적은 것으로 조사되었다.

후속연구

이러한 지표들은 기후변화에 대응한 차나무의 내한성 평가와 선발에 중요한 생리적 지표로 이용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 본 연구 결과는 내한성 차나무 외 다른 내한성 식물의 육성에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
이러한 결과는 저온피해도, 항산화 활성도, 지질과산화 반응과도 일관성 있게 나타나 차나무 품종 ‘참녹’과 ‘보향’은 ‘상녹’과 ‘명녹’에 비해 상대적으로 내한성이 강한 것으로 판단된다. 이러한 지표들은 기후변화에 대응한 차나무의 내한성 평가와 선발에 중요한 생리적 지표로 이용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 본 연구 결과는 내한성 차나무 외 다른 내한성 식물의 육성에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
저온처리 후 품종별 잎의 전해질 용출량은 처리 온도가 낮아질수록 증가하였고, 4℃에서 -10℃ 처리 구간 사이에 급격하게 증가하였다. 이를 통해 전해질 용출량의 뚜렷한 변화를 보인 4℃에서 -10℃ 처리 구간 사이에 차나무 품종별 저온에 대한 내성 한계점이 있을 것으로 추정된다.

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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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