자연상태에서 대기 중 오존 농도에 상이한 민감성을 가진 Black Cherry(Prunus serotina)의 상이한 광합성 반응

Abstract

오존은 식물에 가장 큰 피해를 주는 대기 오염원 중 하나로 알려져 있으며, 현재 대기 중 오존 농도만으로도 민감한 종에서는 피해가 관찰된다. 기공을 통해 유입된 실제 오존량이 식물의 잎에 상당한 피해를 입히며, 광합성률의 저하를 일으키는 것으로 알려져 있다. 식물의 오존에 대한 반응은 식물의 생리적 연령과 민감성에 따라 다양하며, 잎의 성숙과 밀접하게 연관되어 있다. 가장 최근에 성숙한 잎이 이미 성숙한 잎들이나 빠르게 성장하는 어린 잎들과 비교해 보았을 때 오존에 가장 예민한 것으로 알려져 있다. Black Cherry(Prunus serotina)는 경제적, 생태적으로 중요한 수종중의 하나이다. 또한 오존에 민감한 수종중의 하나이며, 대기 중 오존 농도에 의해 피해를 보여, 오존의 생물지표로 이용되기도 한다. 상이한 오존 민감성은 유전적 차이에 기인하는 것으로 알려져 있으며, 이 점으로 인해 대기 중 오존 농도가 식물의 광합성 및 PSII 기능에 미치는 영향을 연구하기에 이상적인 수종으로 여겨진다. 이에 본 연구는 3년간 버지니아 주 Giles County에 위치해 있는 Horton 연구센터 실험 숲에서, Black Cherry 중 상이한 두 민감성을 보이는 품종을 이용하여 대기 중 오존 농도가 민감한 품종과 저항성을 지닌 품종에 미치는 영향을 연구하였다. 대기 중 오존에 노출된 채로 식물의 생장이 가장 빠른 성장기를 거친 결과, 대기 중 오존에 의해 민감한 품종은, 가시적인 피해와 함께 최대 순 광합성이나 탄소 동화에 대한 양자 수득율이 크게 감소되었으나 저항성을 지닌 품종은 가시피해의 부재와 함께 소폭의 최대 순광합성 및 양자 수득률의 피해가 관찰되었다. 오존에 민감한 품종에서 잎의 가시피해는 광합성 기능과 밀접하게 연관되어 있으며, 잎의 생리적 연령이 늘어남에 따라 더욱 커지는 것으로 관찰되었다. 오존에 저항성이 있는 품종에서도 잎의 연령 증가에 따른 광합성 기능의 저하가 관찰 되었으나, 가시피해는 관찰되지 않았다. 오존에 의한 총 광합성률의 감소는 오존에 민감한 품종에서 더욱 현저하게 관찰되었다. Two different sensitivity classes of black cherry (Prunus serotina) under the natural growing environmental conditions were assessed adjacent to Air Monitoring Station located at Horton research center in Giles County, Virginia, USA. Ambient ozone concentrations, leaf gas exchange, and visible foliar injury were measured on-site during the growing seasons of 2000, 2001, and 2002. Ambient ozone exposures were sufficient to induce typical foliar visible injury corresponding with the reduction in photosynthetic activities only in sensitive black cherry. There were positive correlations between increasing cumulative ozone concentration and percent reduction in maximum net photosynthetic rates (<TEX>$Pn_{MAX}$</TEX>) under saturating light conditions and in quantum yield for carbon reduction (<TEX>${\Phi}</TEX><TEX>CO_2$</TEX>) of sensitive black cherry compared to tolerant black cherry. There was a negative correlation between chlorophyll content and percent leaf injury in sensitive black cherry. Furthermore, <TEX>$Pn_{MAX}$</TEX> was inversely related to percent leaf injury.