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          Physiological Responses and Phytoextraction Potential of Pinus thunbergii on Cd-contaminated Soil

          한심희,김두현,ULTRA VENECIO JR,이재천 한국산림과학회 2010 한국산림과학회지 Vol.99 No.5

          We investigated physiological responses and phytoextraction ability of Pinus thunbergii in cadmium contaminated soil as part of our efforts in identifying plant materials for the restoration and revegetation of forest soil contaminated by heavy metals. Thirty seedlings (ten per treatment) were assigned to three treatments (control, 0.3 and 0.6 mM CdSO4 solution) at first year experiment. At second year, ten seedlings per treatment treated with Cd during the first year experiment were divided by two groups (no Cd-treated and consecutive Cd-treated group). At first experiment, photosynthetic pigment content, and superoxide dismutase (SOD) and glutathione reductase (GR) activities have significantly reduced by Cd application, and the reduction rate was increased much higher as the rate of Cd application increased. On the other hand, thiol and malondialdehyde (MDA) content were significantly increased at the application of 0.6 mM of Cd. At the second year experiment, a general increase in chlorophyll and carotenoid content was observed with Cd treatment while SOD and GR activities showed a relative reduction compared to the control. Similar to the first year measurement, thiol and MDA contents also increased considerably due to Cd treatment. At harvest, dry matter was significantly reduced by Cd treatment especially at the rate of 0.6 mM Cd, but dry yield of P. thunbergii treated with 0.3 mM Cd was less affected and it was comparable with the control seedling. Cadmium concentration in seedling tissues increased with increasing Cd application rate while Cd uptake was higher in seedlings supplied with 0.3 mM Cd, which could be ascribed to their high dry matter. Overall, our study has demonstrated the unique physiological response of P. thunbergii to Cd-prolonged exposure by showing that the changes in photosynthetic pigment content and antioxidative enzyme activities were dependent on the concentration and duration of treatment. In addition, our results have demonstrated the potential of P. thunbergii to withstand up to 0.3 mM Cd (equivalent to cumulative Cd concentration of 134.4 to 268 mg kg−1) without showing growth reduction, hence it might be used for phytoremediation of Cd contaminated areas.

        • KCI등재

          희귀,멸종위기 산개나리(Forsythia saxatilis) 화분의 최적 발아 조건

          한심희,강혜진,김길남,김두현 韓國林學會 2013 한국산림과학회지 Vol.102 No.1

          산개나리(Forsythia saxatilis Nakai)의 개화와 결실 특성을 구명하기 위하여, 개화 생리의 기초 연구로서 산개나리 화분의 적정 발아 조건을 제시하고자 본 연구를 실시하였다. 산개나리의 화분 시료는 3월말부터 4월 초 개화시기에 맞춰 채취하였다. 산개나리 화분의 적정 발아 조건을 결정하기 위하여, 최적 배양 온도, 배지 설탕 농도 및 배양 시간을 먼저 선정한 후, 가장 적당한 배지 pH를 결정하였다. 화분 발아율과 화분관 신장은 발아 온도, 배지 설탕 농도 및 발아 시간에 따라 뚜렷한 차이가 있었으며, 발아 온도와 발아 시간, 발아 온도와 배지 설탕 농도 및 발아 시간과 배지 설탕 농도 간에 상호 효과가 나타났다. 산개나리의 화분 발아율은 10oC에서 가장 높았으며, 배지 설탕 농도가 높을수록 발아율은 증가하였으나, 발아 시간과는 상관이 없었다. 또한, 15% 이상의 설탕 농도에서는 화분발아율과 화분관 신장이 큰 차이를 나타내지 않았고, 화분 살포 후 24시간 이상이 경과한 후에도 화분 발아율이 큰 차이를 보이지 않았다. 화분 발아율은 pH 5에서 20.8%로 가장 높았으며, pH 6에서 3.8%로 가장 낮았다. 따라서 산개나리 화분의 적정 발아 조건은 발아 온도 10oC, 배지 설탕 농도 15% 및 배지 pH 5인 것으로 나타났다. 또한, 화분 발아 조사는 화분 살포 24시간 후에 실시하는 것이 가장 바람직한 것으로 판단된다. Optimal condition for pollen germination was suggested as a basic research of flowering physiology in order to identify the characteristics of flowering and seed setting of rare and endangered Forsythia saxatilis Nakai. Pollen samples were collected during flowering time from the end of March to the beginning of April. First, a suitable germination temperature, medium sucrose concentration and germination time were determined for pollen germination and pollen tube elongation in vitro, and then an optimal pH of culture medium. Pollen germination and tube elongation were significantly different among the levels of germination temperature, sucrose concentration and germination time. Interactive effects were observed between germination temperature and time, germination temperature and sucrose concentration, germination time and sucrose concentration. Pollen germination was the highest at 10oC and increased with the increase of sucrose concentration, whereas it had no relation with germination time. In addition, pollen germination and tube elongation did not increase at more than 15% of sucrose concentration and 24 hours later. Pollen germination was the highest at pH 5 (20.8%) and the lowest at pH 6 (3.8%). In conclusion, 10oC, 15% sucrose and pH 5 were proposed as the optimal condition for pollen germination 24 hours later of pollen culture.

        • KCI등재

          아연폐광산(亞鉛廢鑛山) 주변(周邊) 토양(土壤)의 중금속(重金屬) (Cd, Cu, Zn, Pb) 오염(汚染)에 따른 5개(個) 수종(樹種)의 부위별(部位別) 중금속(重金屬) 축적(蓄積)

          한심희,현정오,이경준,조덕현,Han, Sim Hee,Hyun, Jung Oh,Lee, Kyung Joon,Cho, Duck Hyun 한국산림과학회 1998 한국산림과학회지 Vol.87 No.3

          본 연구는 폐광지 주변에서의 토양내 중금속(Cd, Cu, Zn, Pb) 오염 정도와 토양내 중금속 농도와 수목내 중금속 축적 농도와의 관계를 규명하여, 오염지역의 정화에 수목을 이용할 수 있는지를 확인하는 것을 목적으로 수행하였다. 경기도 화성군에 위치한 삼보광산과 광명시에 있는 가학광산에서 1997년 4월부터 9월에 걸쳐 토양 시료와 주변의 난티잎개암나무, 리기다소나무, 현사시나무, 진달래, 아까시나무를 채취하여 중금속 농도를 측정하였다. 두 광산지역의 광구에서 500m 이내 주변 토양은 중금속에 의한 오염 정도가 28~143ppm으로써 심각하지 않았으나, Zn(143ppm), Pb(97ppm)과 같은 중금속 농도는 독성을 나타낼 수 있는 수준이었다. 토양내 중금속의 농도는 Zn>Pb>Cu>Cd의 순이었으며, 광구의 중심에서 1.5km 이상 멀어질수록 증금속 농도는 10ppm 이내로 감소하였다. 각 수종별 중금속의 농도는 Pb를 제외하고, 현사시나무에서 가장 높았으며, 특히 잎에 고농도로 축적되어 있었고, Zn의 경우 91ppm이 검출되었다. 난티잎개암나무의 뿌리에서는 Cu와 Pb의 높은 농도로 검출되었다. 토양의 중금속과 수목 조직내 중금속 농도는 매우 높은 정의 상관을 보여주었으며, 리기다소나무에서 가장 높은 상관계수를 나타냈다. 토양에 대한 수목 조직의 중금속 농도비(Concentration Factors : CF)는 Zn이 가장 높은 값을 보였고 Pb이 가장 낮은 값을 보여주었다. 현사시나무는 CF값이 가장 높아서 중금속을 가장 많이 축적하고 있었다. 특히 토양의 중금속 농도에 대한 식물체의 농도비가 가장 높은 현사시나무는 중금속의 흡수 능력이 뛰어나 중금속 오염지에서 정화식물로 이용할 수 있으며, 리기다소나무는 토양의 오염 정도를 가장 잘 반영하는 수종으로 판단된다. This study was conducted to evaluate heavy metal concentrations(Cd, Cu, Z, and Pb) in the soil of two zinc mines and to correlate heavy metal contents between the soils and trees growing near the mines. Soils and leaves, stems, and roots of five tree species(Corylus heterophylla, Pinus rigida. Populus alba${\times}$glandulosa, Rhododendron mucronulatum, and Robinia pseudoacacia) were collected from Sambo Zinc Mine located in Hwasung and Gahak Zinc Mine in Kwangmyung city in Kyonggido. Soils near two zinc mines were not seriously contaminated by heavy metals, but Zn and Pb concentrations were at toxic level. The heavy metal concentration in soils decreased in the order of Zn, Pb, Cu, and Cd, and decreased with increasing distance from zinc mining sites. Among the five tree species, Populus alba ${\times}$ glandulosa showed the highest heavy metal concentrations in the tissue except for Pb. Particulars, leaves of the species contained the high concentrations of heavy metals to reach the maximum of 91ppm Zn. The roots of Corylus heterophylla contained high concentrations of Cu and Pb. The order of heavy metal concentrations in the tree species was Zn, Cu, Pb and Cd. The concentration of heavy metals in the tree tissues showed a positive correlation with that in soil in which trees are growing. The ratio of heavy metal concentration of trees to that of soils(concentration factor : CF) was highest in Zn and lowest in Pb. Populus alba${\times}$glandulosa had the highest CF value among the five tree species. It was concluded that Populus alba${\times}$glandulosa, based on the high metal uptake ability, could be used for decontaminating of heavy metals from contaminated soils, and Pinus rigida could be used to reflect the level of contamination in soils.

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          지베렐린 처리에 따른 서어나무 16년 저장 종자의 휴면타파 및 발아촉진 효과

          한심희,구자정,김두현,임효인 한국산림과학회 2019 한국산림과학회지 Vol.108 No.4

          This study assessed the vitality of Carpinus laxiflora seeds stored for more than 15 years in order to discover optimal pre-treatment conditions for removingthe causes of seed dormancy and improving revitalization rate. Seeds were collected in October 2000 and stored at -18°C for 16 years. Experiments to assess the revitalization ability of the seeds were performed under the following conditions: a controlled environment; in warm stratification (30 days at 23°C); in cold stratification (30 days at 4°C andfor 30, 45, 60, and 120 days); gibberellin (GA3) treatment (24 hours per day in GA3 solutions of 100, 500, 1000, 2000, and 3000 mg·L-1); and both cold stratification and GA3 treatment (30 days at 4°C, then in a GA3 solution of 100, 500, and 1000 mg·L-1 for 2 hours). The average germination percentage(GP) of untreated seeds was 2%, and the average GP of warm-stratification seeds was 10%. Coldstratification seeds had the highest GP at 81% for the 45-day process, while the 120-day cold-stratification seeds had the lowest GP at 67.3%. The average GP of seeds treated with GA3 ranged from 77% (100 mg·L-1) to 99% (1000 mg·L-1), indicatingsignificant differences between the treatment concentrations. The treatment effect of GA3 was highest at 500 mg·L-1 and 1000 mg·L-1, and lowest at 100 mg·L-1. The average GP of seeds treated with GA3 following cold stratification was 68%, which was lower than the cold stratification-only (73.2%) and GA3-only (88.4%) treatments. A comprehensive comparison of the seed germination characteristics according to the four treatments determined that a GA3 500 mg·L-1 pre-treatment, with the highest average GP, was ideally suited to the revitalization of long-term stored C. laxiflora seeds. Consequently, C. laxiflora stored at -18°C for 16 years indicated strong vitality and could be regenerated by proper pre-treatment. 본 연구에서는 15년 이상 장기 저장된 서어나무 종자의 활력 평가와 동시에, 서어나무 종자의 휴면 원인 제거와재생률 개선을 위한 최적 전처리 조건을 찾고자 하였다. 서어나무 종자는 2000년 10월에 채집하여 16년간 -18°C에 냉동보관되었던 것을 사용하였다. 종자의 재생 능력을 평가하기 위한 실험은 대조구, 온습 처리구(23℃에서 30일간), 냉습 처리구(4℃에서 30, 45, 60, 120일간), 호르몬 처리구(100, 500, 1000, 2000, 3000 mg·L-1의 GA3 용액에 24시간 침지), 냉습과호르몬 병행 처리구(4℃에서 30일간 냉습 처리 후, 100, 500, 1000 mg·L-1 GA3 용액에 24시간 침지)로 구분하여 실시하였다. 무처리 종자의 평균 발아율은 2%였고, 온습 처리 종자의 평균 발아율은 10%였다. 냉습 처리한 종자는 45일간 처리에서 가장 높은 81%의 발아율을 나타냈으며, 120일 냉습 처리한 종자는 가장 낮은 67.3%의 발아율을 나타냈다. 지베렐린처리된 종자의 평균 발아율은 77%(100 mg·L-1)에서 99%(1000 mg·L-1)의 범위를 나타냈으며, 처리 농도 간 통계적으로 차이가 뚜렷하였다. 지베렐린 처리 효과는 500 mg·L-1과 1000 mg·L-1에서 가장 높았으며, 100 mg·L-1에서 가장 낮았다. 냉습처리 후 지베렐린을 병행 처리 한 종자의 평균 발아율은 68%로, 냉습 단독 처리(73.2%)와 지베렐린 단독 처리(88.4%)보다낮은 값을 나타냈다. 네 가지의 처리에 따른 서어나무 종자의 발아 특성을 종합적으로 비교한 결과, 평균 발아율이 가장높은 지베렐린 500 mg·L-1 전처리가 장기 저장된 서어나무 종자의 재생을 위해 가장 적합한 것으로 판단되었다. 즉, -18℃ 에서 16년간 저장된 서어나무 종자는 높은 활력을 유지하고 있으므로 적절한 전처리를 하면 재생할 수 있다.

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          광량 차이에 의한 산개나리의 엽 특성과 광색소 함량 및 광합성 변화

          한심희,김두현,김길남,변재경 韓國林學會 2011 한국산림과학회지 Vol.100 No.4

          본 연구의 목적은 우리나라 특산식물이면서 희귀식물인 산개나리의 유전자원 보존 및 복원을 위한 생육 환경 특성을 구명하기 위한 것으로, 서로 다른 광 조건을 가진 환경에 식재된 산개나리의 생장과 생리적 특성을 조사분석하였다. 산개나리 시험구내 광량은 전광의 20%, 60%로 구성되었다. 산개나리의 생리적 특성으로 당년지 길이. 잎 크기 및 무게, 광색소 함량 및 잎 내 질소 함량, 광합성 특성을 분석하였다. 광량이 다른 두 시험구에서 측정한 산개나리의 잎 무게는 전광의 60% 광량을 가진 시험구의 잎이 20% 시험구 잎보다 무거웠으며, 잎 무게와 크기의 비율은 전광의 60% 시험구가 20% 시험구보다 1.47배 컸다. 산개나리 잎의 엽록소 a와 b 함량과 카로테노이드 함량 모두 전광의 60% 광량을 가진 시험구에서 높게 나타났으며, 총 엽록소 함량과 카로테노이드 함량의 비는 전광의 20% 시험구가 60% 시험구보다 높았다. 산개나리의 두 시험구에서 측정한 광합성 속도는 전광의 60% 광량을 가진 시험구가 20% 시험구보다 2.5배 이상 높았으며, 기공전도도와 증산 속도도 광합성 속도와 마찬가지로 전광의 60% 시험구가 20% 시험구보다 각각 2.65배와 1.79배 높았다. 그러나 수분이용효율은 전광의 20% 광량을 가진 시험구가 60% 시험구보다 높았다. 산개나리 잎의 질소 함량에 대한 총 엽록소 함량의 비는 20% 시험구가 60% 시험구보다 1.83배 높았으나, 총 엽록소 함량에 대한 순 광합성 량의 비는 60% 시험구가 20% 시험구보다 2.58배 높은 값을 나타냈다. 결론적으로 산개나리의 생장과 생리적 특성에 영향을 주는 가장 큰 요인은 광량이며, 광량이 높은 조건에서 산개나리의 생장과 생리적 특성은 개선될 수 있다고 판단된다. Forsythia saxatilis is a Korean endemic plant designated as rare and endangered by the Korea Forest Service (KFS). Growth and physiological characteristics of F. saxatilis were investigated under two different light intensities in order to figure out an appropriate growth environment for conservation and restoration of the species in its natural habitat. Shoot length, leaf size and weight, photosynthetic pigment content and photosynthetic parameters were measured for F. saxatilis grown at two experimental plots under relative light intensities (RLI) of 20% and 60% of the full sun, respectively. Fresh leaf weight of plants grown under high relative light intensities (RLI-60) exceeded that of plants grown at 20% RLI. The ratio of fresh leaf weight to leaf size at RLI-60 was 1.47 times superior comparing to that recorded at RLI-20. The content of photosynthetic pigments such as chlorophyll a, b and carotenoid were higher in plants grown at RLI-60, whereas the ratio of total chlorophyll to carotenoid content was higher in the leaves at RLI-20. Photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate at RLI-60 were, respectively, 2.5, 2.65 and 1.79 times higher comparing to those recorded at RLI-20. Water use efficiency, however, was higher at RLI-20. The chlorophyll/nitrogen ratio was 1.83 times higher at RLI-20 than at RLI-60. In contrast, the ratio of net photosynthesis to chlorophyll content at RLI-60 was 2.58 times higher than that of RLI-20. In conclusion, light intensity might be the major factor affecting growth and physiological characteristics of F. saxatilis grown under canopy of tall tree species.

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