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Characterization of Effects of High Temperature and CO2 Concentration on Soybean (Glycine max) Growth and Flowering Time

노동현 (No, Dong Hyeon, 경상대학교 대학원 응용생명과학부)

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  • 주제(키워드) Soybean
  • 발행기관 경상대학교 대학원 응용생명과학부
  • 지도교수 김민철
  • 발행년도 2021
  • 학위수여년월 2021. 2
  • 학위명 석사
  • 소속대학원 및 학과 대학원 응용생명과학부
  • 전공 응용생명과학부
  • 원문페이지 vii, 38 p.
  • 본문언어 영어
초록/요약moremore
작물이 생장하고 번식하기 위해서는 적절한 시기와 환경이 필요하다. 그러나 인류의 산업화에 따른 화석 연료의 사용량이 급증하고, 온실 가스의 배출이 증가하는 등의 이유로 급격한 기후변화를 겪고있다. 이러한 기후변화는19세기 후반부터 시작되어 전세계적으로 대기 온도가 상승하는 지구온난화 현상을 야기하였고 앞으로도 지속될 것으로 예측된다. 지구온난화로 인한 가뭄, 염분, 고온 등 농작물 재배 환경이 급변하고 있는 만큼 본 연구에서는 기후온난화가 콩의 생육과 개화에 미치는 영향을 조사하였다. 조생종인 ‘Williams 82’와 중생종인 ‘...
작물이 생장하고 번식하기 위해서는 적절한 시기와 환경이 필요하다. 그러나 인류의 산업화에 따른 화석 연료의 사용량이 급증하고, 온실 가스의 배출이 증가하는 등의 이유로 급격한 기후변화를 겪고있다. 이러한 기후변화는19세기 후반부터 시작되어 전세계적으로 대기 온도가 상승하는 지구온난화 현상을 야기하였고 앞으로도 지속될 것으로 예측된다. 지구온난화로 인한 가뭄, 염분, 고온 등 농작물 재배 환경이 급변하고 있는 만큼 본 연구에서는 기후온난화가 콩의 생육과 개화에 미치는 영향을 조사하였다. 조생종인 ‘Williams 82’와 중생종인 ‘IT153414’ 품종을 일반 포장 조건과 기후온난화 조건(대기 온도 +3℃, +CO2 200ppm, Climatron)에서 생육했을 때 개화시기 및 생육 특성을 조사하였다. 유리온실 구조의 Climatron시설에 의해 대기보다 높은 온도가 유지 될 수 있었고, 시설 내부 중앙에 있는 센서로 CO2 농도를 실시간으로 측정하여 대기 보다 200ppm높게 유지할 수 있었다. 천장이 뚫려 있는 구조 때문에 대조구와 시험구의 강우량 차이는 없었기 때문에 온도와 CO¬2 농도가 콩의 개화와 생육에 미치는 영향을 관찰 할 수 있었다. 조사한 생육 특성으로는 초장, 엽록소 형광, 꼬투리 수, 종자 수, 백립중을 조사하였다. 두 품종 모두 Climatron에서 초장이 더 큰 것을 확인 할 수 있었고, 조생종인Williams 82 품종에서 중생종인 IT153414 품종보다 더 큰 차이를 보이는 것을 확인하였다. 두 품종 모두 Climatron에서 일반 포장 조건보다 엽록소 형광 측정값이 큰 것을 확인하였다. 꼬투리 수와 종자 수 또한 Climatron에서 더 많은 것을 확인 할 수 있었다. 그러나 백립중을 측정하였을 때 Climatron에서 두 품종 모두 낮은 값을 나타내었다. 개화시기는 두 품종 모두 Climatron에서 일반 포장조건 보다 빠른 것을 확인하였다. 높은 농도의CO2와 고온 조건에서 콩의 개화가 촉진된다는 본 연구의 결과와CO2농도의 증가는 개화시기에 영향을 미치지 않는다는 기존에 보고된 연구결과를 바탕으로, 고온조건에서 개화가 촉진되는 것에 대한 분자메커니즘을 이해하기 위하여 고온이 콩 개화조절 유전자들의 발현에 미치는 영향을 조사하였다. 콩의 파종 시기인 5월 말에서 6월 초의 평균 온도인 20℃를 대조구로 설정하고 고온 조건인 시험구를30℃로 정하였고, 일장 조건도 단일, 장일 조건으로 나누어 식물생육장에서 온도를 설정하여 생육시켰다. 온도 상승이 다양한 개화 유전자의 발현에 미치는 영향을 조사하기 위해 콩의 첫 삼출엽이 완전히 펴졌을 때 잎을 채취하여 RNA를 추출하고, RT-PCR 및 qRT-PCR방법을 통하여 개화 유전자들의 발현을 확인하였다. RT-PCR분석 결과 콩의 개화 유전자는 고온에 반응하여 다른 발현 양상을 보인 것을 확인하였다. 정확한 분석을 위해 qRT-PCR을 진행하였으며, 장일 조건에서 개화를 억제하는 기능을 하는 E1, E2 (GmGI2, GmGI3) 유전자들의 발현이 고온 조건에서 감소되는 결과를 확인하였다. 개화 억제 유전자의 하위에서 기능을 하고, 단일 조건에서 개화를 유도하는 것으로 알려진 GmFT2a및 GmFT5a유전자의 발현은 고온 조건에서 증가하는 결과를 보였다. 또한 현재까지 콩의 개화시기 조절과정에서 기능이 알려져 있지 않은 GmCOL5a/5b및 GmCOL6a/6b 유전자들의 발현이 고온조건에서 증가함을 확인하였다. 이상의 결과를 종합하면, 기후온난화는 콩의 생육과 개화를 촉진함을 확인하였고, 고온에 의한 개화 촉진은 콩에서 일장에 따른 개화시기를 조절하는 주요 유전자들의 발현을 서로 다르게 조절함으로써 나타남을 확인하였다.
목차moremore
I. INTRODUCTION 1
II. MATERIALS AND METHODS 5
1. Plant materials and growth conditions 5
...
I. INTRODUCTION 1
II. MATERIALS AND METHODS 5
1. Plant materials and growth conditions 5
2. Measurement of soybean physiological traits 5
3. Semi-quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and quantitative real time PCR (qRT-PCR) 6
4. Statistical analyses 6
III. RESULTS 9
1. Elevated temperature and CO2 concentration affect soybean growth and flowering time. 9
2. The Climatron environment influences physiological characteristics of soybean. 12
3. High temperature regulated expression of soybean flowering genes in photoperiod pathway. 15
IV. DISCUSSION 25
V. REFERENCES 30
ACKNOWLEDGEMENT 38