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Application of Chlorophyll Fluorescence Imaging for Assessing the Recovery of Kimchi Cabbage Seedlings from Drought Stress KCI 등재

엽록소 형광 이미지를 활용한 유묘기 배추의 건조 스트레스 회복평가

  • 언어ENG
  • URLhttps://db.koreascholar.com/Article/Detail/449296
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생물환경조절학회지 (Journal of Bio-Environment Control)
한국생물환경조절학회 (The Korean Society For Bio-Environment Control)
초록

본 연구는 배추의 내건성 평가지표 개발을 위해 엽록소 형광 이미지 파라미터, 형태 및 생리적 특성을 활용 하여 유묘기 배추의 건조 스트레스 후 회복을 평가하였다. ‘불암3호’와 ‘휘파람’ 두 품종을 이용하여, 5일동안 단수 처리 후 재관수 후, 12일간 회복기간을 가졌다. 건조 스트레스는 엽면적, 생체중, 엽수분함량을 감소시켰으나, 건물 함량은 증가하였다. 순광합성률, 증산률, 기공전도도는 건조 스트레스에 따라 유의하게 감소하였고, 엽육세포 내의 CO2 농도는 증가한 뒤 회복기에 점차 감소하여, 이는 광합성 제한요인이 기공적 요인(stomatal limitation)에서 비 기공적 요인(non-stomatal limitation)으로 전환된 것으로 판단하였다. 엽록소 형광 파라미터 중 Fv/Fm과 Fv/Fo는 건 조 스트레스에 따라 감소하였으나, 재관수 후 점차 회복되어 광계II의 가역적 광저해(photoinhibition)를 나타냈다. 회복 양상은 품종 간에 차이를 나타냈고, ‘불암3호’는 생육과 광합성 지표에서 빠른 회복을 보였으며, ‘휘파람’은 회복속도는 느리지만 광화학적 안정성이 더 크게 나타냈다. CF 파라미터는 형태적 및 생리적 특성과 높은 상관관 계를 보였고, 건조 스트레스 및 회복 평가에 있어 객관적이고 신뢰할 수 있는 평가지표로서 활용 가능성을 나타냈으 며, 이는 고속대량 피노타이핑(High-throughput phenotyping) 기술을 활용한 내건성 품종 선발 및 육성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

This study aimed to develop drought tolerance indicators in kimchi cabbage (Brassica rapa ssp. pekinensis) seedlings by integrating chlorophyll fluorescence (CF) imaging parameters with morphological and physiological traits during post-drought recovery. Seedlings of two cultivars, ‘Bulam3ho’ and ‘Hwipalam’, were exposed to 5 days of water deficit treatment followed by 12 days re-watering period. Drought stress markedly reduced plant leaf area, plant fresh weight, and leaf water content, while increasing dry matter content. Gas exchange traits, including the net photosynthetic rate, transpiration, and stomatal conductance, declined significantly, whereas the intercellular CO2 concentration increased under drought stress and gradually decreased during the recovery period, indicating a transition from stomatal to non-stomatal limitation of photosynthesis. CF parameters, particularly Fv/Fm and Fv/F0, decreased under drought but gradually recovered upon re-irrigation, which indicated reversible photoinhibition of photosystem II. Following re-irrigation, the two cultivars showed distinct recovery dynamics. ‘Bulam3ho’ recovered more rapidly in terms of growth, development, and photosynthetic activity, whereas ‘Hwipalam’ recovered slowly with greater photochemical stability. These results demonstrate distinct recovery strategies between the two cultivars, reflecting their different physiological responses to drought. Moreover, significant correlations among CF indices, gas exchange traits, and morphological parameters demonstrate that CF imaging parameters serve as reliable and non-destructive indicators of drought response and recovery. These findings highlight the potential of CF-based phenotyping for high-throughput screening and breeding of drought-resilient kimchi cabbage cultivars.

목차
Abstract
Introduction
Materials and Methods
    1. Experimental materials and growing conditions
    2. Drought treatment and drought response assessmentof kimchi cabbage seedlings
    3. Growth measurement and photosynthetic parameters
    4. CF Imaging Parameters
Results
    1. Morphological characteristics during water deficittreatment and recovery period
    2. Photosynthetic and recovery responses to droughtstress
    3. Changes in CF parameters and their correlationwith physiological and morphological characteristicsduring drought stress
Discussion
    1. Growth and development responses to droughtstress and recovery
    2. Cultivar variation in recovery dynamics afterre-irrigation
    3. Photosynthetic responses and recovery
    4. CF as a stress and recovery indicator
    5. Implications on breeding and crop management
Conclusion
Acknowledgement
Literature Cited
적 요
저자
  • Gyu-Hyeon Park(Postdoctoral Researcher, Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Wanju 55365, Korea) | 박규현 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 박사후연구원) Corresponding author
  • Junho Lee(Researcher, Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Wanju 55365, Korea) | 이준호 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 농업연구사)
  • Dong Soo Lee(Researcher, Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Wanju 55365, Korea) | 이동수 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 농업연구사)
  • Hyo In Yoon(Researcher, Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Wanju 55365, Korea) | 윤효인 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 농업연구사)
  • Su-Hyun Choi(Researcher, Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Wanju 55365, Korea) | 최수현 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 농업연구사)
  • Yun Soo Choi(Researcher, Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Wanju 55365, Korea) | 최윤수 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 농업연구사)
  • Me Hea Park(Senior Researcher, Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Wanju 55365, Korea) | 박미희 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소기초기반과 농업연구관)