Physiological Characteristics and Morphological Changes of Chinese Cabbage (Brassica rapa L. ssp. campestris) to Potassium Toxicity

칼륨 독성에 의한 배추의 생리적 특성과 형태적 변화

Overusing chemical fertilizers involves potassium accumulation in the soil, which can become a toxicity problem in agriculture. This study was conducted to investigate the effect of potassium (K) treatment on growth, physiological characteristics, and morphological changes using Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. campestris). With high (600 mM) K treatment, the plant growth traits of leaf length, leaf area, and fresh and dry weight of shoots and roots decreased, whereas chlorophyll content increased. As the concentration of K increasing, total N, P, and K increased in leaves, but concentrations of Ca, Mg, and Na decreased. However, Mn, Fe and Zn contents were highest in 100 mM K treatment. Chlorophyll a, b, and carotenoids increased with increasing K concentration. Maximum photochemical efficiency ($F_v/F_m$) was not significant in the all treatments, whereas $CO_2$ assimilation decreased with increasing K level due to stomatal degradation. Total free amino acids increased with the 10 and 100 mM K but decreased at 600 mM K treatments. Therefore, the growth and physiological characteristics of Chinese cabbage ascertained that tolerance up to 100 mM K when grown with nutrient solution in pot culture.

본 연구는 칼륨의 독성에 따른 배추의 생육과 생리적 특성 그리고 형태적 변화를 관찰하기 위하여 수행하였다. 100mM의 칼륨 농도 처리구까지 전체적인 생육이 증가한 반면, 600mM 처리구에서 생육이 가장 저조하였다. 칼륨 처리 농도가 높을수록 N, P, K, 함량은 증가하였지만 Ca, Mg, Na 함량은 감소하는 경향을 보였으며 미량원소, Fe, Mn, Zn의 경우 100mM의 처리구에서 가장 높은 함량을 나타내었다. 생체중당 Chl a, b와 carotenoid 함량은 600mM에서 가장 많이 증가하였으나 증가한 엽록소 함량에 비해 광합성효율($F_v/F_m$)은 처리구간에 차이가 없었고 $CO_2$ 동화율은 오히려 감소하였다. 이는 칼륨 과다에 의한 삼투스트레스의 결과로 기공의 퇴화와 $CO_2$ 동화능력과 밀접한 관계가 있는 것을 형태학적 관찰로 확인되었다. Total free amino acid의 경우 100mM 처리구까지 칼륨 처리 농도가 증가함에 따라 증가한 반면 600mM에서 급격히 감소하였다. 따라서 본 실험에서의 배추는100mM의 칼륨 농도까지는 긍정적인 효과가 있는 것으로 판단되었다.