[논문]기후변화 지표종 구상나무(Abies koreana E. H. Wilson)의 생태학적 반응

김윤서; 김세희; 이정민; 박지원; 박여빈; 박재훈; 김의주; 조경미; 최윤경; 서지현; 서주현; 김규리; 이주선; 유도훈; 김민선; 유영한

doi:10.17663/jwr.2024.26.1.62

[국내논문] 기후변화 지표종 구상나무(Abies koreana E. H. Wilson)의 생태학적 반응
The ecological response of the climate change indicator species, Korean fir (Abies koreana E. H. Wilson)

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.26 no.1, 2024년, pp.62 - 71

김윤서 (공주대학교 생명과학과) , 김세희 (국립생태원 복원생태팀) , 이정민 (공주대학교 생명과학과) , 박지원 (공주대학교 생명과학과) , 박여빈 (공주대학교 생명과학과) , 박재훈 (공주대학교 생명과학과) , 김의주 (공주대학교 생명과학과) , 조경미 (공주대학교 생명과학과) , 최윤경 (공주대학교 생명과학과) , 서지현 (공주대학교 생명과학과) , 서주현 (공주대학교 생명과학과) , 김규리 (공주대학교 생명과학과) , 이주선 (공주대학교 생명과학과) , 유도훈 (공주대학교 생명과학과) , 김민선 (공주대학교 생명과학과) , 유영한 (공주대학교 생명과학과)

초록
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기후변화조건에서 구상나무의 생태적 변화를 파악하기 위해 5년 동안 대조구(야외)와 RCP 4.5에 근접하게 온도 및 CO2를 상승시킨 기후변화처리구에서 생육 및 생리적 반응을 분석하였다. 그 결과, 기후변화처리구에서 구상나무의 년생별 가지 길이는 시간이 지날수록 증가하는 경향이 나타났다. 그리고 기후변화 조건은 구상나무 잎의 형태적 차이에는 큰 영향을 주지 않지만, 잎의 생물량에는 영향을 주어, 기후변화가 진행될수록 구상나무의 잎 생산성이 저하될 것으로 예상되었다. 한편, 기후변화 조건에서 구상나무의 엽록소 함량은 기후변화처리구에서 높은 반면, 광합성률, 기공전도도, 증산율, 그리고 수분이용효율은 대조구가 더 높게 나타났다. 이는 온도와 CO2가 상승된 환경이 기공밀도 증가에 영향을 줄 수 있으나, 광합성 반응에는 부정적 영향을 주는 것으로 예상된다. 향후 이를 확인하기 위해 각각의 환경 처리에서 기공 밀도에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 한편, 본 연구에서는 잎의 생물량 변화만 관찰하였기 때문에 기후변화 조건 하에서 구상나무의 생물량 변화에 대한 추가적인 실증 연구가 고려되어야 할 것으로 사료된다. 결과적으로 장기간 상승된 온도와 CO2에서 구상나무의 환경 적응력은 약화될 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

To assess the ecological changes of Korean fir (Abies koreana E. H. Wilson) under climate change conditions, growth and physiological responses were analyzed over a 5-year period in a control group (outdoors) and in a treatment group where the temperature and CO2 levels were elevated to closely resemble RCP 4.5 conditions. The results showed an increasing trend in annual branch length of A.koreana in the climate change treatment group over time. While climate change conditions did not significantly impact the morphological differences of A.koreana leaves, they did influence the biomass of the leaves, suggesting that as climate change progresses, the productivity of A.koreana leaves may decline. On the other hand, the chlorophyll content in A.koreana under climate change conditions was higher in the climate change treatment group, whereas the photosynthesis rate, transpiration rate, water use efficiency and stomatal conductance was higher in the control group. This suggests that an environment with elevated temperature and CO2 could influence an increase in stomatal density, but having a negative impact on photosynthetic reactions. Further research on stomatal density under each environmental treatment will be required to confirm this hypothesis. Additionally, as this study only observed changes in leaf biomass, further empirical research should be considered to understand the changes in biomass of A.koreana under climate change conditions. In conclusion, the environmental adaptability of A.koreana is expected to weaken in the long term under elevated temperatures and CO2.

Keyword

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Schematic diagram of glasshouse(right) with A. koreana under climatic change treatment(lower left) and control(upper left).
그림 Fig. 2. Annul average of temperature(a) and CO₂ concentration(b) in control and climate change treatment.
그림 Fig. 3. Current twig length of A. koreana by year in control and climate change treatment. Letters on the bars indicate significant differences among year (p < 0.05). The asterisks between the bars signify significant differences between the control and the climate change treatment within year(p<0.05).
그림 Fig. 4. Yearly growth response of leaves of A. koreana in control and climate change treatment. Moisture content of leaves (a), Leaf dry mass (b), leaf length (c), and leaf width (d). Letters on the bars indicate significant differences among years (p < 0.05). The asterisks between the bars signify significant differences between the control and the climate change treatment within year (p<0.05).
그림 Fig. 5. Chlorophyll content of leaves from branches by year of A. koreana in control and climate change treatment. Letters on the bars indicate significant differences among year (p < 0.05). The asterisks between the bars signify significant differences between the control and the climate change treatment within year (p<0.05).
그림 Fig, 6. Physiological responses of A. koreana in control and climate change treatment. Photosynthetic rate (a), transpiration rate (b), water use efficiency (c), and stomatal conductance (d). Letters on the bars indicate significant differences between control and climate change treatment (p < 0.05).
그림 Fig, 7. Principal components analysis results of 10 variables (triangle) and each A.koreana individuals (circular) of growth and physiological responses of A.koreana in climate change treatment group (red circle) and control group (yellow circle). Abbreviations refer to table 1.
표 Table 1. Correlation matrix of 24 variables with the first and two principle component scores of PCA analysis. (Statistically significant factors with values greater than 0.5 are marked in*)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기후변화처리와 대조구에서 아고산 식물인 구상나무의 유식물을 4년간 키우면서 나타나는 생육 및 생리적 반응을 상호비교하여 기후변화가 이 종의 생태적 반응에 미치는 영향을 알아보고자 시도되었다.

제안 방법

Wilson)는 2015년 국립산림과학원 난대아열대연구소에서 분양 받은 3년생 유식물이다. 크기가 유사한 유식물을 2017년 3월에 지름 24㎝, 높이 23.5 cm 화분에 하나씩 심고, 각 처리구 별로 5개의 화분을 배치하여(Fig. 1) 2021년 12월까지 처리하였다.
생육의 측정은 생육기 말인 1월에 매년 소지 길이(cm, (twig length; tl), 1-3년생 침엽의 수분함량(%, moisture content of leaf; mcl), 건중량(g, leaf dry mass; ldm), 잎몸 길이(mm, leaf length; ll) 그리고 잎폭 길이(mm, leaf width; lw)를 각각 측정하였다.
매년 자란 소지의 (cm)는 개체마다 2017년도에 처음 나온 가지(5년생)부터 2021년도에 처음 나온 가지(1년생)까지 개체마다 정단부1개와 가지 2개에서 총 7개씩 측정하였다. 잎의 수분함량(%)은 생중량(g)에서 건중량(g)은 뺀 후 백분율로 계산하였다.
잎의 수분함량(%)은 생중량(g)에서 건중량(g)은 뺀 후 백분율로 계산하였다. 이 때, 잎의 생중량은 매년 개체마다 잎 7장을 수확하여 식물체에 있는 먼지 등을 완전히 제거한 후 전자저울(UX400H)을 이용하여 무게를 측정하였고, 건중량(g)은 65℃ 건조기에서 48시간 건조시킨 후 무게를 측정하였다.

데이터처리

대조구와 기후변화처리구에서 자란 구상나무의 생태적 반응은 샘플수를 고려하여 비모수 Kruskal-Wallis test를 통해 비교 분석하였다. 또한 주성분 분석(principal component analysis, PCA)을 통해 환경 조건과 생육 및 생리 변수 간의 상호관계를 파악하였다(Noh and Chung, 2002).
대조구와 기후변화처리구에서 자란 구상나무의 생태적 반응은 샘플수를 고려하여 비모수 Kruskal-Wallis test를 통해 비교 분석하였다. 또한 주성분 분석(principal component analysis, PCA)을 통해 환경 조건과 생육 및 생리 변수 간의 상호관계를 파악하였다(Noh and Chung, 2002). 이상의 통계분석은 STATISTICA 7 프로그램(Statsoft Co.

성능/효과

5 cm 화분에 하나씩 심고, 각 처리구 별로 5개의 화분을 배치하여(Fig. 1) 2021년 12월까지 처리하였다.
2020의 소지 길이는 기후변화처리구(7.66±1.41)에서가 대조구(6±1.04)보다 약 1.3배, 2021년의 소지 길이는 기후변화처리구(9.2±2.12)에서가 대조구(7.35±1.62)보다 약 1.3배 높았고, 모두 통계적으로 유의한 차이를 보였다(Fig
구상나무의 소지길이는 실험을 시작한 초기 3년(2017-2019) 동안에는 대조구와 처리구간에 차이가 없었으나 4년차부터는 차이가 있게 나타났다(Fig. 3).
대조구와 기후변화처리구 간 구상나무(A. koreana)의 매년 자라는 소지 길이(cm)는 2019년생 가지 길이를 제외하고는 기후변화처리구가 대조구보다 더 높은 경향을 보였다(Fig. 3).
2019년생 잎 건중량은 대조구(0.008±0.003)에서가 기후변화처리구(0.005±0.002)보다 약 1.5배, 2020년생은 대조구(0.006±0.001)에서가 기후변화처리구(0.005±0.001)보다 약 1.3배, 2021년생 잎 건중량은 대조구(0.009±0.003)에서가 기후변화처리구(0.005±0.002)보다 약 2배 높았다(Fig
또한, 증산율은 대조구(0.29±0.01)에서 기후변화처리구(0.18±0.01)보다 약 1.7배 더 높았고, 수분이용효율은 대조구(6.91±0.25)에서 처리구(6.20±0.58)보다 약 1.1배 더 높았으며, 기공전도도도 대조구(0.02±0.002)에서 기후변화처리구(0.01±0.002)보다 약 1.8배 더 높게 나타났다(Fig
광합성률은 대조구(1.08±0.07)에서 기후변화처리구(1.99±0.13)보다 약 1.8배 더 높게 나타났다(Fig
2020년생 엽록소 함량은 기후변화처리구(315.53±30.63)에서가 대조구(109.2±31.36)보다 약 2.9배 높았고, 2021년생은 기후변화처리구(243.47±25.3)에서가 대조구(183.67±44.59)보다 약 1.3배 높았으며, 2019년생은 기후변화처리구(241.08±30.6)에서가 대조구(82.75±33.66)보다 약 2.9배 높았다(Fig
대조구와 기후변화처리구 간 구상나무의 년생별 잎의 엽록소 함량(mg·m2)은 모든 년생이 대조구보다 기후변화처리구에서 더 높게 나타났다(Fig
잎폭 길이는 대조구의 2021년생에서 가장 길게 나타났고, 2019년생(1.877±0.184)과 2020년생(1.794±0.112)에서보다 약 1.2배 길었고, 2020년생과만 차이가 나타났다(Fig
잎몸 길이(mm)는 2021년생에서 가장 길게 나타났고, 대조구의 2021년생 잎몸 길이(21.303±5.278)는 2019년생(17.801±3.792)이나 2020년생(17.669±3.434)에 비해 약 1.2배 높았지만 통계적으로 차이는 없었다(Fig
잎 건중량(g)은 모든 나이의 잎(2019~2021년생)에서 대조구가 기후변화처리구보다 더 무거웠다(Fig. 4b).
대조구와 기후변화처리구 간 구상나무의 광합성 반응을 비교한 결과, 대조구가 기후변화처리구보다 4가지 요인에서 모두 높게 나타났다(Fig. 6).
구상나무의 생육 및 생리 생태반응은 기후변화조건과 대조구 간에 뚜렷하게 다르게 나타났다. 기후변화처리구에서 구상나무의 개체들의 생육 및 생리반응은 대조구의 것보다 더 좁게 분포하였다.
구상나무의 생육 및 생리 생태반응은 기후변화조건과 대조구 간에 뚜렷하게 다르게 나타났다. 기후변화처리구에서 구상나무의 개체들의 생육 및 생리반응은 대조구의 것보다 더 좁게 분포하였다. 이는 기후변화조건에서는 구상나무가 생태적으로 볼 때 불리하게 영향을 받음을 의미한다.
이는 기후변화조건에서는 구상나무가 생태적으로 볼 때 불리하게 영향을 받음을 의미한다. 한편 기후변화조건이 되면 2년생 잎의 수분함량, 2년차 소지길이, 2년생과 3년생 잎의 엽록소 함량과 같은 형질이 크게 영향을 받는 반면(그림7의 오른쪽 상단), 잎의 건중량, 1년생 잎 폭 길이, 3년차 소지길이, 증산율, 기공전도도와 같은 형질들은 대조구 조건에서 안정적으로 반응하였다(그림 7의 왼쪽 중앙에서 하단). 1, 4, 5년차 소지길이, 1년생 잎의 엽록소 함량, 1, 2, 3년생 잎 몸 길이, 1년생과 3년생 잎의 건중량, 광합성률과 수분이용효율이 중앙에 분포하였다.
한편 기후변화조건이 되면 2년생 잎의 수분함량, 2년차 소지길이, 2년생과 3년생 잎의 엽록소 함량과 같은 형질이 크게 영향을 받는 반면(그림7의 오른쪽 상단), 잎의 건중량, 1년생 잎 폭 길이, 3년차 소지길이, 증산율, 기공전도도와 같은 형질들은 대조구 조건에서 안정적으로 반응하였다(그림 7의 왼쪽 중앙에서 하단). 1, 4, 5년차 소지길이, 1년생 잎의 엽록소 함량, 1, 2, 3년생 잎 몸 길이, 1년생과 3년생 잎의 건중량, 광합성률과 수분이용효율이 중앙에 분포하였다. 두 구배의 분포면적은 대조구 개체들이 기후변화처리구에 비해 더 넓게 나타났으나, 대조구에 비해 기후변화처리구에 많은 형질이 인접하게 나타났다(Fig.
1, 4, 5년차 소지길이, 1년생 잎의 엽록소 함량, 1, 2, 3년생 잎 몸 길이, 1년생과 3년생 잎의 건중량, 광합성률과 수분이용효율이 중앙에 분포하였다. 두 구배의 분포면적은 대조구 개체들이 기후변화처리구에 비해 더 넓게 나타났으나, 대조구에 비해 기후변화처리구에 많은 형질이 인접하게 나타났다(Fig. 7).
7). 이러한 결과는 두 구배의 생태학적 반응이 어떤 핵심적인 소수의 형질에 의한 것이 아니라, 식물체의 여러 다양한 형질이 종합적으로 관여하고 있음을 의미한다. 한편, 요인 1과 상관성이 높은 변수는 15가지였고, 요인 2와 상관성이 높은 변수는 10가지였다(Table 1).
한편, 요인 1과 상관성이 높은 변수는 15가지였고, 요인 2와 상관성이 높은 변수는 10가지였다(Table 1). 특히, 수분이용효율을 제외한 4가지 생리 변수(엽록소 함량, 광합성률, 증산율, 기공전도도)는 요인1에 높은 상관성을 보였다(Fig. 7, Table 1).
7, Table 1). 생리 변수간의 상관관계는 대조구에서는 기공전도도와 증산율이 양의 상관관계를, 처리구에서는 엽록소 함량, 광합성률 그리고 수분이용효율이 양의 상관관계를 보였다(Fig. 7, Table 1).
7, Table 1). 생육 변수는 대조구에서는 잎의 건중량이 높은 양의 상관관계를 보였으나, 처리구에서는 년생별 가지 길이와 잎 수분 함량이 높은 양의 상관관계를 보였고 잎의 건중량은 음의 상관관계를 보였다(Fig. 7, Table 1).
2019년생부터 2021년생까지 기후변화처리구와 대조구 간 구상나무의 잎의 수분함량(%)은 2020년생 잎에서는 차이를 보였고, 나머지는 기후변화처리구(63.93±7.39)에서가 대조구(59.47±3.75)보다 약 1.1배 높았다(Fig
이러한 결과는 두 구배의 생태학적 반응이 어떤 핵심적인 소수의 형질에 의한 것이 아니라, 식물체의 여러 다양한 형질이 종합적으로 관여하고 있음을 의미한다. 한편, 요인 1과 상관성이 높은 변수는 15가지였고, 요인 2와 상관성이 높은 변수는 10가지였다(Table 1). 특히, 수분이용효율을 제외한 4가지 생리 변수(엽록소 함량, 광합성률, 증산율, 기공전도도)는 요인1에 높은 상관성을 보였다(Fig.

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Yuan, J., Yan, Q., Wang, J., Xie, J. and Li, R. (2022). Different？responses of growth and physiology to warming and？reduced precipitation of two co-existing seedlings in a？temperate secondary forest. Front. Plant Sci. 13, 946141.

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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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