영상 분석 기법을 활용한 버드나무류 클론의 생육 및 생리반응 특성 평가 = Evaluation of Growth and Physiological Response Characteristics of Salix spp. Clones Through Image-Based Analytical Methods

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 버드나무류(Salix spp.) 교잡종 클론 6종(Bio3, Bom, B×Z, HMS×HB, Red1, SC×SK)을 대상으로 다분광 영상 기반 식생지수와 생리학적 지표를 결합하여 수분 스트레스 조건에서의 반응을 평가하고, 클론 간 내건성 차이를 구명하고자 하였다. 포장용수량(Field capacity, FC)이 100%, 75%, 50%, 25%, 0%의 각 수준에 도달 시 다분광영상을 촬영하고 생리학적 지표를 측정하였 다. 영상분석을 통해 NDVI와 NDRE를 산출하였으며, 광합성 측정 장비를 이 용해 ΦPSII·ETR·gsw를 측정하였다. 이를 바탕으로 NDVI와 NDRE, 잎 면적 비율을 통합한 복합 스트레스 지수(composite stress index, CSI)와 생리학적 지표를 통합한 복합 생리 지수(composite leaf-physiology index, CLI)를 구성 하였다. NDVI와 NDRE는 FC 50% 이하에서 클론 간 유의한 차이가 나타났으 며(p < 0.001), 생리학적 지표는 FC 75% 수준에서부터 유의한 차이가 나타나 영상 지수보다 빠르게 수분 스트레스에 반응하였다. CLI와 CSI의 상관관계를 분석한 결과, HMS×HB 클론을 제외한 5개 클론에서 평균 상관계수 r = -0.93 의 강한 음의 상관관계가 나타나 영상 기반 지수와 생리 반응의 경향성이 확 인되었고, HMS×HB 클론은 두 지표 간 반응의 시차가 존재하여 r = -0.24로 상관관계가 낮게 나타났다. 영상지수와 생리 반응의 연관성을 건조 진행 과 정(FC 100→0%)에서 통계적으로 검정하기 위해, FC의 비선형 효과는 스플라 인으로 유연하게 추정하였고, 개체 내 반복측정 구조와 클론 수준의 변동성 까지 반영할 수 있도록 혼합효과모형을 추가로 적용하였다. 스플라인 기반 혼합효과모형은 FC에 따른 곡선형 반응을 유연하게 추정하며, FC×영상지수 (FC×NDVI, FC×NDRE) 상호작용을 통해 FC 감소 과정에서 영상지수 수준에 따른 생리 반응의 변화를 평가할 수 있다. NDVI와 NDRE를 이용해 CLI를 예 측하는 Ridge 회귀모형(α = 0.1)을 통해 5-fold 교차검증을 실시한 결과, 전 체 데이터 기준 R²는 0.194로 나타났다. 설명력(R²)은 낮았으나, FC의 비선 형 효과와 FC×영상지수 상호작용은 통계적으로 유의하였다. 이는 생리지표 의 전체 변동 요인 중 상당 부분은 기타 요인(개체 차이, 잡음, 미측정 요인) 에 의해 설명할 수 있다. 추가적으로 GMA 수지 절편법으로 잎 조직 구조를 관찰한 결과, 주맥과 엽맥의 관다발 조직 폭과 세포 간극이 영상 지수 및 생 리 지표에서 관찰된 스트레스 반응과 일치하는 경향을 보였다. 본 연구에서 제시한 영상 기반 분석 접근법은 향후 실제 조림지 조건에서 수분 스트레스 모니터링 기술로 확장될 수 있으며, 영상 기반 분석과 생리 지표를 결합한 비 파괴적 통합 평가 체계의 적용 가능성을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 재료 및 방법 4
• 2.1 실험재료 및 클론 교잡 정보 4
• 2.2 건조처리 5
• 2.3 영상획득 및 분석 6
• 2.4 스트레스 지표 산출 8
• 2.5 생리학적 지표 측정 10
• 2.6 복합 생리 지수 10
• 2.7 통계 분석 방법 11
• 2.8 해부학적 분석 방법 11
• Ⅲ. 결과 12
• 3.1 영상 기반 식생지수 분석 12
• 3.2 생리학적 지표 분석 17
• 3.3 식생지수와 생리학적 지표간 상관분석 25
• 3.4 클론별 내건성 평가 27
• 3.5 혼합효과모형 29
• 3.6 예측모델 성능평가 31
• 3.7 해부학적 분석 33
• Ⅳ. 고찰 35
• Ⅴ. 결론 37
• Ⅵ. 참고문헌 39