한국농림기상학회지, 제 18권 제4호(2016) (pISSN 1229-5671, eISSN 2288-1859)
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, Vol. 18, No. 4, (2016), pp. 357~365
DOI: 10.5532/KJAFM.2016.18.4.357
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대기 중 CO2 농도의 상승에 대한 배추의 광합성과 생장 반응

오순자(1), 손인창(1), 위승환(1), 송은영(1), 고석찬(2)
(1)농촌진흥청 국립원예특작과학원 온난화대응농업연구소
(2)제주대학교 생물학과

(2016년 10월 06일 접수; 2016년 12월 25일 수락)

Photosynthetic and Growth Responses of Chinese Cabbage to Rising Atmospheric CO2

Soonja Oh(1), In-Chang Son(1), Seung Hwan Wi(1), Eun Young Song(1), Seok Chan Koh(2)
(1)Agricultural Research Institute for Climate Change, National Institute of Horticultural and Herbal Science, RDA, Jeju 63240, Korea
(2)Department of Biology, Jeju National University, Jeju 63243, Korea

(Received October 06, 2016; Accepted December 25, 2016)

ABSTRACT
The effects of elevated atmospheric CO2 on photosynthesis and growth of Chinese cabbage (Brassica campestris subsp. napus var. pekinensis) were investigated to predict productivity in highland cropping in an environment where CO2 levels are increasing. Vegetative growth, based on fresh weight of the aerial part, and leaf characteristics (number, area, length, and width) of Chinese cabbage grown for 5 weeks, increased significantly under elevated CO2 (800 μmol⋅mol-1) compared to ambient CO2 (400 μmol⋅mol-1). The photosynthetic rate (A), stomatal conductance (gs), and water use efficiency (WUE) increased, although the transpiration rate (E) decreased, under elevated atmospheric CO2. The photosynthetic light-response parameters, the maximum photosynthetic rate (Amax) and apparent quantum yield (φ), were higher at elevated CO2 than at ambient CO2, while the light compensation point (Qcomp) was lower at elevated CO2. In particular, the maximum photosynthetic rate (Amax) was higher at elevated CO2 by 2.2-fold than at ambient CO2. However, the photosynthetic CO2-response parameters such as light respiration rate (Rp), maximum Rubisco carboxylation efficiency (Vcmax), and CO2 compensation point (CCP) were less responsive to elevated CO2 relative to the light-response parameters. The photochemical efficiency parameters (Fv/Fm, Fv/Fo) of PSII were not significantly affected by elevated CO2, suggesting that elevated atmospheric CO2 will not reduce the photosynthetic efficiency of Chinese cabbage in highland cropping. The optimal temperature for photosynthesis shifted significantly by about 2oC under elevated CO2. Above the optimal temperature, the photosynthetic rate (A) decreased and the dark respiration rate (Rd) increased as the temperature increased. These findings indicate that future increases in CO2 will favor the growth of Chinese cabbage on highland cropping, and its productivity will increase due to the increase in photosynthetic affinity for light rather than CO2.

Keyword: Elevated CO2, Optimal temperature, Photosynthetic rate (A), Vegetative growth

MAIN

적요

본 연구는 대기 중 CO2 농도의 증가가 배추(B. campestris subsp. napus var. pekinensis)의 광합성과 생리적 특성에 미치는 영향을 조사하여 미래의 대기중 CO2 농도 증가로 인한 고랭지 배추의 생산성을 예측해 보고자 수행하였다. 대기 CO2 농도를 달리하여 배추를 5주 동안 재배하였을 때, 지상부 생체량, 엽수, 엽면적, 엽장, 엽폭은 모두 대기 CO2 농도 조건(400 μmol⋅mol-1)에서 재배된 배추에서보다 고농도의 CO2 조건(800 μmol⋅mol-1)에서 재배된 배추에서 더 높게 나타났다. 그리고 증산률(E)이 다소 낮았지만, CO2 고정률(A), 기공전도도(gs)와 수분이용효율(WUE)도 고농도의 CO2에서 높았다. 최대광합성률(Amax)은 대조구인 대기 중 CO2 농도에서보다 고농도의 CO2 조건에서 2.2배 더 높았다. 광보상점(Qcomp)은 대조구에서보다 고농도의 CO2 조건에서 다소 낮았다. 순양자수율(φ)은 고농도의 CO2 조건에서 재배된 배추에서 높았다. 그러나, CO2반응 곡선으로부터 얻은 광호흡률(Rp), 최대카르복실화속도(Vcmax), CO2 보상점(CCP), 최대전자전달률(Jmax), 탄소고정효율(ACE) 등은 CO2 농도에 따라서 차이가 없거나 있더라도 미미하였다. 그리고, 광계II의 최대 광화학적 효율(Fv/Fm)과 잠재적 광합성능(Fv/Fo)이 CO2 농도에 따라 유의한 차이를 보이지 않아 고농도 CO2 조건이 고랭지 재배시 배추의 생육에 스트레스로 작용하지 않는 것으로 보인다. 배추의 광합성을 위한 최적 온도는 고농도 CO2에서 2℃ 정도 더 높았으며, 최적온도 이상의 조건에서는 대기 CO2와 고농도 CO2에서 모두 CO2 고정률은 감소하고 암호흡은 증가하는 양상을 보였다. 이상의 결과로부터 미래의 대기 중 CO2 증가는 고랭지 재배시 배추의 생육에 있어서 스트레스 요인으로 작용하지는 않으며 수광량의 증가가 생산성을 향상시킬 것으로 보인다.

REFERENCES