Relationship between Leaf Thickness, Photosynthesis, and Water Use = 식물잎의 두께가 광합성과 수분이용에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

식물잎의 두께는 광합성과 밀접한 관련이 있으나 수분증산과는 무관할 것이라는 가설을 검증하기 위해 온실조건에서 실험을 수행하였으며, 보다 광범위한 미기후조건에서 그 반응을 구명하기 위해 컴퓨터모형에 의한 모의실험을 실시하였다. 재배 콩(Glycine max)과 어저귀속의 잡초(Abutilon theophrasti)를 일정온도와 일장조건의 생장상에서 세가지 광도처리(200, 400, 600 μ㏖ m-2s-1 PAR)로 재배하여 서로 다른 잎 두께를 유도한 다음, 강광(1000∼1200 μ㏖ m-2s-1 PAR) 및 약광(150-250 μ㏖ m-2s-1 PAR)조건에서 각각 잎의 수증기 및 이산화탄소 교환속도를 측정하였다. 강광하에서는 잎의 두께(엽육세포의 체적 및 표면적) 증대에 따라 광합성속도가 증가하였으나 약광하에서는 변화가 없었으며, 증산속도는 강광 및 약광조건에서 잎의 두께와 무관하였다. 엽육세포의 표면적과 체적이 기체교환에 미치는 영향을 설며하기 위해 에너지수지식과 광합성계산식으로 구성된 잎의 생태학적 모형을 작성하여 여러 조건에서 기체교환속도를 계산한 결과, 햇빛에 노출된 환경조건에서는 두꺼운 잎이 얇은 잎에 비해 높은 광합성 속도 및 수분이용효율을 보이며 이러한 효과는 기공저항이 낮은 잎에서 더욱 두드러지는 것으로 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A greenhouse experiment was conducted to evaluate the hypothesis that leaf thickness may have a significant effect on photo synthesis but little if any related effect on transpiration. Simulation studies were used to delineate interactive responses of leaves to a wider range of microdimatic conditions. Glycine max and Abutilon theophrasti grown under 200, 400, and 600μ㏖ m₂s^(-)¹ (PAR) were subjected to H₂O and CO₂ gas exchange measurement under sunny and shaded conditions. Under high PAR(1000 to 1200μ㏖ m^(-)²s^(-)¹, apparent photosynthesis of all leaves increased with increasing leaf thickness (cell volume and total cell surface area), but transpiration rates were little affected by the thickness. Under low PAR(150 to 250μ㏖ m^(-)²s^(-)¹), neither photosynthesis nor transpiration was influenced by leaf thickness. A model, consisting of photosynthesis and energy balance elements, was formulated to describe the influence of mesophyll cell surface area and volume with respect to gas exchange. Model computations predict thick leaves to have higher photosynthetic water use efficiency in many exposed environments than thin leaves(on leaf area basis), and the effect is enhanced at low leaf resistance to diffusion of water vapor.