Drought Stress Influences Photosynthesis and Water Relations Parameters of Synurus deltoides

건조스트레스가 수리취의 광합성 및 수분관련 특성에 미치는 영향

This study was conducted to find out the influence of drought stress on physiological responses of Synurus deltoides. Drought stress was induced by withholding water for 25 days. Leaf water potentials were decreased of both predawn (${\Psi}_{pd}$) and mid-day (${\Psi}_{mid}$) with increasing drought stress, but water saturation dificit (WSD) was 7 times increased. ${\Psi}_{pd}-{\Psi}_{mid}$ showed the significant difference of 0.22~0.18 MPa in stressed before 10 days, and nonsignificant as treatment time became longer. A strong reduction of stomatal conductance ($gH_2O$) and stomatal transpiration rate (E) were observed after 15 days of drought stress Significant reductions of net apparent quantum yield (${\Phi}$) and maximum photosynthesis rate ($Pn_{max}$) were observed after 20 days of drought stress; However, water use efficiency (WUE) was shown the opposite trend. This implies that decrease of photosynthesis rate may be due to an inability to regulate water and $CO_2$ exchanged through the stomata. From JIP analysis, flux ratios (${\Psi}_O$ and ${\Phi}_{EO}$) and performance index on absorption basis ($PI_{ABS}$) were dramatically decreased withholding water after 15 days, which reflects the relative reduction of photosystem II activity. The leaf of S. deltoides showed osmotic adjustment of -0.35 MPa at full turgor and -0.40 MPa at zero turgor, and also cell-wall elastic adjustment of 9.4 MPa, indicating that S. deltoides tolerate drought stress through osmotic adjustment and cell-wall elastic adjustment. The degree of change in water relations parameters such as Vo/DW, Vt/DW decreased with increasing drought stress. This result showed that S. deltoides was exhibited a strong reduction of photosynthetic activity to approximately -0.93 MPa of predawn leaf water potential, and both of osmotic adjustment and cell-wall elastic adjustment in drought stress condition appears to be an important adaptation for restoration in this species.

이 연구는 건조스트레스가 수리취의 생리적 반응에 미치는 영향을 알아보고자 수행하였으며, 건조스트레스는 25일 간의 단수처리를 통해 유도하였다. 건조스트레스가 진행됨에 따라 새벽 녘 수분포텐셜(${\Psi}_{pd}$)과 정오의 수분포텐셜(${\Psi}_{mid}$)이 모두 감소하였으며, 수분불포화도(WSD)는 약 7배 증가하였다. 특히 일중 수분포텐셜차(${\Psi}_{pd}-{\Psi}_{mid}$)는 처리 후 10일까지 0.22~0.18 MPa 범위로 큰 차이를 나타냈으나 이후에는 차이가 크게 줄어드는 경향을 보였다. 수리취는 건조스트레스 처리 후 15일부터 기공전도도와 기공증산속도의 감소가 두드러졌고, 처리 20일 이후에는 최대광합성 속도와 순양자수율 역시 큰 폭으로 감소한 반면 수분이용효율은 반대의 경향을 보였다. 이것은 기공을 통한 $CO_2$와 수분의 조절이 원활하지 못해 광합성량의 감소가 일어난 것을 의미한다. JIP 분석을 통해 단수처리 15일 이후에 기능지수($PI_{ABS}$) 및 에너지전달 효율의 감소가 두드러진 것으로 나타났으며, 광계 2의 활성이 감소한 것을 보여준다. 엽의 원형질 분리시 삼투포텐셜 ${\Psi}_o{^{tlp}}$은 -0.4 MPa, 최대포수시의 삼투포텐셜 ${\Psi}_o{^{sat}}$은 -0.35 MPa의 삼투적 적응 반응을 나타냈으며, 최대탄성계수($E_{max}$)의 탄성적 적응은 9.4 MPa로 나타나 수리취는 건조스트레스에 따라 삼투적 적응과 탄성적 적응이 모두 나타나는 것을 알 수 있었다. Vo/DW, Vt/DW와 같은 수분특성인자는 건조스트레스에 따라 증가되는 것으로 나타났다. 결과적으로 수리취는 새벽녘 엽수분포텐셜이 -0.93 MPa 이하로 저하되면 광합성 활성의 감소가 크게 나타나고, 건조스트레스에 따라 삼투적 적응과 탄성적 적응이 나타나 이것이 이 식물의 중요한 적응방법임을 알 수 있었다.