잔디가 건조 스트레스를 받은 상태에서 잔디의 생리학적 메커니즘과 건조 상태에서 식물이 회복하는 생리학적 메커니즘을 보다 깊이 이해하고자 한다. 증산작용과 Stomatal Conductance의 상호 관계로 인한 광합성량의 변화, 식물 세포 내부의 변화, 삼투압 조절능력의 변화, 호르몬의 변화, 단백질 변성 등의 생리학적 반응들을 이해하고 건조 스트레스 상태에서 회복하는데 세포내부의 적응 과정, 뿌리의 반응과 같은 생리학적인 측면에 대해 이해하고 건조 스트레스 상태에서 엽록소가 흡수하고 반사하는 Spectral Reflectance의 변화를 이해하고자 한다. 하지만 건조스트레스로 인한 식물의 생리학적 메커니즘에는 아직 많은 의문점을 가지고 있으며 향 후 외부환경 스트레스에 의한 식물의 Self-defense 메커니즘을 더욱 깊게 이해하여 보다 수준 높은 관리기법들을 연구하는데 초점을 맞추어야 할 것이다.
수분 공급을 제한하여 수분 부족 스트레스를 처리한 상추식물에서 산화적 스트레스와 관련된 monodehydroascorbate reductase (MDHAR)의 활성도, 엽록소 함량, 과산화수소의 함량 등과의 상관관계를 조사한 결과, 생육배지의 수분의 함량이 감소함에 따라 식물체내 과산화수소의 생성량이 증가($R^2$=0.8851)하였으며, 수용성단백질 함량은 점차 감소($R^2$=0.9826)하는 경향을 나타내었다. 총 엽록소함량은 수분 부족 스트레스를 처리한 공시작물에서의 함량이 정상 생육시 보다 그 함량이 대체적으로 낮은 경향을 보였으며, 엽록소 a와 엽록소 b함량 변화도 총 엽록소의 함량변화와 비슷한 경향을 보였다. 그러나 총 엽록소에 대한 카로티노이드의 비율은 수분 부족 스트레스를 처리한 식물에서 정상생육 시 보다 더 높은 경향을 보였다. 수분 부족 스트레스가 진행됨에 따라 아스코브산의 함량은 정상 생육 시 보다 더 높은 경향을 보였으나 환원형인 디하이드로아스코브산의 함량은 수분 부족 스트레스를 처리한 초기에 정상생육 시 보다 더 낮은 경향을 보였다. MDHAR의 활성도는 사이토졸(cytosolic) 분획과 엽록체(chloroplastic) 분획에서 공히 크게 증가하였으며 MDHAR의 mRNA 전사 정도도 수분 부족 스트레스가 진행됨에 따라 크게 증가하였다. 수분함량이 감소함에 따라 MDHAR의 활성도가 크게 증가하였으며, 또한 과산화수소의 함량이 증가함에 따라서도 MDHAR의 활성도가 크게 증가($R^2$=0.9937과 0.8645)되어 수분 부족 스트레스로 나타나는 요인들과 MDHAR 사이에 밀접한 관련이 있음을 확인할 수 있었다.
The effects of salicylic acid(SA) and water deficit on growth and proline accumulation were investigated in cucumber(Cucurmis sativus L.) seedlings. Exogenous application of SA(100 $\mu$M-1 mM) led to a noticeable decrease in root and shoot growth, and dry weight of seedlings. Anatomical observation on leaf of cucumber revealed that the thickness of all leaf tissue components decreased in SA-treated plants. The effect was most pronounced on the width of the adaxial epidermis. In the separate effects of SA(0, 100, 500 and 1000 $\mu$M) and water deficit induced by PEG(0, 4.4, 7.0 and 9.6 %) on growth, the water deficit treatments had greater effects on growth traits than SA. Combinations of SA and PEG(SA+PEG) decreased shoot and root dry matter, and root length. Proline increased slightly in SA-treated seedlings, but exhibited a marked increase in water deficit application. Combinations of SA+PEG induced higher proline in both shoots and roots than SA stress alone. Shoots had higher proline than roots. Our data support a role of SA potentiating the osmotic stress response of germinating cucumber seedling.
To investigate lignification process and its physiological significance under water-deficit condition, the responses of peroxidases, polyphenol oxidase (PPO) and phenylalanine ammonia-lyase (PAL) in relation to leaf water status to the short term of water deficit treatment in the leaves with different maturities in forage rape were measured. The significant decrease in relative water content (RWC) and leaf osmotic potential (${\Psi}{\pi}$) were apparent after 5 d of water-deficit treatment. The activity of guaiacol peroxidase (GPOD), ascorbate peroxidase (APOD), coniferyl alcohol peroxidase (CPOD), and syringaldazine peroxidase (SPOD) was depressed especially in middle and old leaves when compared with that of control leaves. On the other hand, in young leaves, a significant increase in CPOD (+34%) and SPOD (+24%) activity as affected by water-deficit treatment was apparent. The activation of PAL and PPO was observed in middle and old leaves for PAL and in young and middle leaves for PPO. These results suggest that peroxidases in middle and old leaves did not involve in lignification under mild water-deficit stress, whereas CPOD and SPOD in young leaves participate in lignification by a coordination with PAL and PPO to incorporate phenol and lignin into the cell walls.
Effects of the enhanced level of L-ascorbic acid (AA) on the water deficit-induced oxidative damage were studied in rice (Oryza sativa L.) seedlings. The seedlings sprayed with 20 to 80 mM L-galactono-${\gamma}$-lactone (GL), a putative precursor of AA, showed 2 to 5-fold higher levels of AA compared with controls. Pretreatment of the seedlings with GL prior to water stress imposition caused virtually no effect on dehydration of tissues during water deficit but substantially mitigated oxidative injury, as accessed by 2-thiobarbituric acid-reactive substances, ${\alpha}$-tocopherol, chlorophylls and ${\beta}$-carotene. Proline accumulation during water stress was also significantly lowered in the treated seedlings. In a complementary experiment, AA retarded photodegradation of ${\alpha}$-tocopherol in isolated thylakoids far more efficiently than glutathione. GL in itself did not show any noticeable reactivity toward ${\alpha}$-tocopheroxyl radical. The results demonstrate the antioxidative function of AA in rice seedlings encountering water-limited environments, suggesting a critical role of AA as a defense against oxidative stress in plants.
This study was conducted to determine the extent of drought resistance based on physiological responses of Calystegia soldanella under water deficit. In order to investigate the changes of plant growth, stomatal density, photosynthesis, chlorophyll fluorescence, the contents of chlorophyll and carotenoid, osmolality, total ion contents, the contents of carbohydrate and proline, C. soldanella was grown under well watered and drought stressed conditions for 12 days. In this study, water-deficit resulted in remarkable growth inhibition of C. soldanella. The effect of water-deficit on plant growth was associated with low osmotic potential of soil. On day 12 after drought treatment, dry weight, relative water contents, number and area of leaves and stem length were lower than those of control. The stomatal conductance and net photosynthetic rate were significantly reduced in water stressed plant to regulate inner water contents and $CO_2$ exchange through the stomatal pore. Chlorophyll fluorescence and chlorophyll contents were not different in comparison with the control, indicating that the efficiency of photosystem II was not affected by drought stress. This results could be explained that water-deficit in C. soldanella limits the photosynthetic rate and reduces the plant's ability to convert energy to biomass. A significant increase in total ion contents and osmolality was observed on day 7 and day 12. Accumulation of proline in leaves is associated with the osmotic adjustment in C. soldanella to soil water-deficit. Consequently, this increase in osmolality in water stressed plant can be a result in the increase of ion contents and proline.
The objectives of this study were to understand the tolerance mechanism of woody plants to water stress and tolerance changes in relation to mycorrhizal formation. Lespedeza cyrtobotrya Miq. commonly used for erosion control in slopes were raised from seeds and transplanted to 120 plastic pots. Sixty pots received the top soil of a Fraxinus americana forest, while remaining 60 pots received the autoclaved top soil. The forest soil contained 1,200 spores per 100g of arbuscular endomycorrhizal fungus, mostly Glomus sp. The plants were raised outside with regular supply of water and mineral nutrients. Two kinds of water deficit treatment and a control were started at the middle of July : cyclic water deficit treatment with 3 cycles of sequential water stress at the point of xylem water potential of about -0.6, -0.6, and -1.7 MPa and recovery, and non-cyclic water deficit treatment with single water stress at about -1.5 MPa. The non-stressed plants received plenty of water throughout the period. In late August the plants were harvested for measurements of dry weight, N, P, carbohydrate contents, net photosynthesis and superoxide dismutase(SOD) activities. Both cyclic and non-cyclic water deficit treatments reduced dry weight by 60% and 40%, respectively, and reduced nitrogen absorption, while increased SOD activities. Water-stressed plants also showed increased carbohydrate contents in the leaves and lowered stomatal conductance. Mycorrhizal inoculation resulted in an average of 40% infection of roots and 2-3 times increase in P absorption in water-stressed as well as non-stressed plants. Mycorrhizal formation also increased shoot-root ratio. The results that SOD activities of water-stressed plants with mycorrhizal infection were significantly lower than those of non-mycorrhizal plants suggest the possibility of improvement of water-stressed condition by mycorrhizal formation. It was concluded that endomycorrhizal formation increased tolerance of Lespedeza cyrtobotrya seedlings to water stress.
The effect of water deficits on soybean [Glycine max (L.) Merr.] could appear on seed quality through changes of morphological plant characteristics. Two Korean genotypes, Hwangkeum (determinate growth habit) and Muhan (indeterminate growth habit), were used to examine the influences of treatment stage and method of water deficit during reproductive growth period on yield and seed quality of soybean. Water deficit at R5 or R6 stages was as damaging to seed quality as double water-deficit treatments at R2+R5 or R2+R6. However, seed from double water-deficit treatment tended to have lower oxidation-reduction potential compare to the corresponding single water-deficit treatment. In comparison with Muhan, Hwangkeum had significantly greater oxidation-reduction potential value. Seed yield per plant in both genotypes depended greatly on seed yield of branches. However, the proportion of number of branch seed to total seed umber in Hwangkeum was increased as the water deficit was applied during later reproductive stage, whereas, in Muhan the proportion was lower. Water-deficit treatments including the single and double water-deficit treatments and non-stressed treatment were able to be classified into five groups for Hwangkeum and four groups for Muhan based on the influences on yield components, number of pod, number of seed, and single seed weight, using principal component analysis. In both genotypes, R2+R5 water-deficit treatment decreased number of pod and seed, but increased single seed weight. On the contrary, R6 or R2+R6 stress increased the pod and seed number, but decreased single seed weight.
본 연구는 토마토의 토양 수분결핍조건에서의 생장과 생리적인 반응을 근본적으로 조사하기 위하여 수행되었다. 토양에 두가지 수분조건, 심한 수분결핍(-100kPa)과, 대조구인 약한 수분결핍 처리(-25kPa)는 실시간 토양수분함량을 모니터링을 할 수 있는 토양센서와 관수 모듈을 갖춘 micro-irrigation 시스템을 고안, 온실에서 유지되었다. 토양수분함량은 30일동안 변동되었으며, -25kPa로 맞춰진 처리구는 평균 -47kPa, -100kPa 처리구는 평균 -119kPa로 차이를 나타냈다. 이 두 가지 다른 토양수분상태에서 자란 식물체 사이의 생육을 비교해 본 결과 수분결핍상태(-100kPa)에서 자란 식물체가 대조구인 약한 수분결핍(-25kPa) 처리구에 비해 절간수의 차이없이 신장이 유의하게 감소하였으며 건물중의 축적은 더 높게 나타났다. 또한 건물중 당 엽면적의 차이 없이, 엽면적과 엽건중이 수분 결핍이 약한 처리구에 비해 수분결핍이 심한 처리구가 더 높게 나타났다. 이러한 생육상의 차이는 심한 수분스트레스가 엽두께의 변화없이 생체중의 증가와 엽면적 확보를 통해 토마토의 수분스트레스에 적응을 야기시킬 수 있음을 제시했다. 수분결핍에 따른 토마토 생육기간동안, 생리적변화를 조사한 결과, -100kPa 처리구에서 자란 토마토가 대조구인 -25kPa 처리구에 비해 엽의 상대수분함량의 증가와 잎의 삼투압이 낮게 나타났다. 이는 수분스트레스아래서 토마토의 더 나은 수분상태를 유지하기 위한 생리적인 적응을 설명해준다. 아울러 심한 수분스트레스는 대조구에 비해 PSII 활성과 수분활용도를 증가되었으며, 낮은 기공저항도를 나타내었다. 처리간의 광합성의 차이는 없었으며, 토마토 과실의 수와 생육량의 차이는 없었다. 이러한 결과는 토마토 'Picco'가 엽형태의 변형과 삼투압, 수분활용도와 PSII의 활성을 통해 수분결핍상태에서 적응할 수 있게 만들 능력을 보여준다. 본 연구결과에서 나타난 토마토의 수분스트레스 적응 메커니즘은 토마토의 가뭄저항성 스크린에 있어서 고려되어져야 할 것으로 보인다.
Edible canna is a productive starch source in some tropical and semitropical regions. In these regions, water deficit stress is one of factors that limit the crop yield. In the present study, we investigated seven physiological indexes and photosynthetic responses of three edible canna (Canna edulis Ker.) cultivars ('PLRF', 'Xingyu-1', and 'Xingyu-2') under 35 days drought stress. Our results indicated that drought treatment caused visible wilting symptoms in all cultivars, especially in 'Xingyu-1'. Coupled with the increase of wilting symptoms, relative water content (RWC) and chlorophyll content decreased progressively, malondialdehyde (MDA) content gradually increased, and key antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) activities increased first and then decreased in all three cultivars. The effect of water stress was more pronounced in 'Xingyu-1' than in 'PLRF' and 'Xingyu-2', and in lower leaves than in upper leaves. In addition, 35 days drought stress also significantly reduced the photosynthetic capacity. Consistent with antioxidant parameters, photosynthetic changes of 'Xingyu-2' were less than those of the other cultivars under water deficit stress. Drought stress caused a significant increase of water use efficiency (WUE) in 'Xingyu-2', but little in 'PLRF', and obvious decrease in 'Xingyu-1'. These results indicated that 'Xingyu-2' was more tolerant to drought stress than 'PLRF' and 'Xingyu-1' by maintaining lower lipid peroxidation and higher antioxidant enzyme activities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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