엽록소형광(Chlorophyll Fluorescence)은 광합성에 이용된 에너지가 치환되는 과정 중 방출되는 하나의 형태이다. 엽록소형광을 이용하면 비파괴적으로 광합성 수준을 평가할 수 있어, 다양한 비생물적 및 생물적 스트레스를 평가하는데 이용되고 있다.
본 연구는 토마토, 상추 및 수박의 유묘단계에서 비생물적 스트레스 내성을 평가하기 위한 시스템 개발에 있어, 평가 도구로 비파괴적인 엽록소형광 측정 기법의 적용 가능성을 모니터링한 연구에 관한 것이다. Part.Ⅰ은 토마토 상용품종의 접수와 대목 품종을 대상으로 염류, 건조, 온도(고온 및 저온) 스트레스를 각각 수준별로 부여하고, 민감한 엽록소형광 매개변수와 품종 간 비교 가능한 평가 기준을 선정하였다. Part. II는 Part. I에서 선정된 스트레스 부여 방법 및 엽록소형광 매개변수를 토마토 유전자원에 적용하였으며, 비생물적 스트레스 요인에 따른 평가를 실시하여 저항성, 중도저항성 및 감수성 유전자원 구분 가능성을 검토하였다. Part. I과 II에서 선발된 평가 기준을 Part. III의 상추와 Part. VI의 수박을 대상으로 토마토 이외에 다양한 원예작물에 대한 엽록소형광 측정 기법의 적용 가능성을 모니터링하였다.
Part.Ⅰ은 토마토 상용품종을 대상으로 염류, 건조, 온도(고온 및 저온) 스트레스를 다양한 수준별로 처리하고 유전자원을 대상으로 스트레스 내성을 평가할 수 있는 기준을 검토하였다. 염류 스트레스는 각 수준별로 400mM, 건조 스트레스는 무관수, 고온 스트레스는 40/36℃, 저온 스트레스는 8/4℃로 각각 선정하였다. 이후 각 스트레스 요인 별로 민감하게 반응하는 엽록소형광 매개변수는 염류 스트레스는 Fv/Fm과 Y(NO), 저온 스트레스는 F0, Fm, Fv/Fm, Fv''/Fm'', qP, NPQ, Rfd 및 Y(NO), 고온 스트레스는 qP, Fv''/Fm'', Y(PSII), NPQ, qN 및 Rfd는 고온 처리에서 2일째부터 대조군보다 신속하게 탐지하였다. 건조 스트레스는 유전자원 별로 뚜렷한 차이를 확인하지 못한 것으로 나타났다.
Part. Ⅱ는 Part. I에서 선정된 스트레스 처리 방법 및 민감하게 반응하는 엽록소형광 매개변수를 이용하여 대량 유전자원 내에서 저항성, 중도저항성 및 감수성 유전자원의 선발 가능성을 검토하였다. 염류 및 저온 스트레스는 저항성 및 감수성 유전자원을 구분하는데 효과적이였으며, 건조 및 고온 스트레스는 스트레스 내성 평가가 어려운 것으로 확인되었다.
Part. Ⅲ은 상추 유묘 단계에서 엽록소형광 매개변수, 생육조사 및 다양한 생리활성 물질 분석을 통해 염류, 건조, 온도(고온 및 저온) 스트레스에 노출된 생리활성 수준을 모니터링하였다. 염류 스트레스 하에서 대부분의 엽록소형광 매개변수는 실험 기간 동안 영향을 받았으며, 가장 높은 NaCl 농도(400mM)에서 Fv/Fm, Y(PSII), qP 및 Rfd는 감소하고 Y(NO)는 증가하였다. 건조 스트레스 하에서 일부 엽록소형광 매개변수(qP, qL 및 Y(PSII))는 다른 매개변수보다 건조 스트레스를 감지하였으나, 육안판단 시점 이전에 신속한 탐지의 적용 가능성은 낮은 것으로 판단되었다. 저온 스트레스에 민감한 F0, Fm, Fv/Fm, Fv''/Fm'' 및 Y(NO)를 포함한 매개변수가 대조군 및 고온 스트레스 처리보다 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났다. 실험 기간 내 대조군에 비해 고온 스트레스 처리구는 약간의 변화만 보였으나 저온 스트레스에 비해 큰 변화는 없는 것으로 나타났다.
Part. Ⅳ는 수박접목묘를 이용하여 비생물적 스트레스인 염류, 고온, 저온 및 건조 스트레스를 탐지하기 위한 엽록소형광 적용 가능성을 탐색하였다. 저온 스트레스는 고온 스트레스에 비해 대부분의 엽록소형광 매개변수[Fv/Fm, F0, Y(PSII) 및 NPQ 등]에 유의성 있게 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 저온이 다른 스트레스 요인에 비해 심각한 광합성의 부정적인 요인임을 확인하였다. 수박 역시 고농도의 염류 스트레스인 200mM 수준에서 엽록소형광 매개변수 Fv/Fm이 감소하는 것을 확인하였으며, 건조 스트레스 처리 시 엽록소형광 매개변수에서 민감하게 반응하지 않은 것으로 나타났으며, 이러한 결과는 토마토와 상추의 결과와도 동일하였다.
본 연구는 엽록소형광 측정 기법을 이용하여 대상 작물 및 생육 단계에 따라 스트레스 수준이 달라질 수 있으나, 염류 및 저온 스트레스에 따른 장해를 효과적으로 진단할 수 있었으며, 토마토 유전자원에 따른 염류 및 저온 스트레스 내성이 다름을 확인하였다. 또한 엽록소형광 기술을 이용하여 토마토, 상추 및 수박의 유묘 단계에서 건조 스트레스를 탐지하기에는 어려움을 발견하였으며, 이는 관련 연구결과와 유사하였다.
최종적으로 본 연구는 비파괴적으로 엽록소형광 측정 기법을 이용하여 토마토, 상추 및 수박의 유묘 단계에서의 비생물적 스트레스를 진단할 수 있는 평가 시스템 구축을 위한 기초 자료를 제공하였다. 향후 엽록소형광을 이용하여 다양한 작물의 생육단계 및 유전자원 평가 등 관련 연구에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
주요어: 비생물적 스트레스, 비파괴 진단, 엽록소형광, 유묘, 유전자원평가

Chlorophyll fluorescence (CF) analysis has been widely used as a major non-destructive technique to detect abiotic and biotic stresses in horticultural crops.
This study was performed to test the CF technique and to identify the CF parameter indices for the evaluation of abiotic stresses (salt, drought, and temperature) in several vegetable seedlings. Tomato, lettuce and watermelon plug seedlings grown under controlled conditions were exposed to each stress: salt stress was induced by drenching NaCl solution up to 400 mM, drought stress was induced by stopping irrigation up to the wilting point, and high and low temperature stresses induced with 40º/36 ºC (day/night) and 8º/4 ºC, respectively. Salt and temperature stresses were performed for 14 days and drought stress was induced for 7 days. Twelve CF parameters were measured using quenching act 2 protocol just before treatment and at 1-5 day intervals after treatment. Regardless of plant species tested, salt stress influenced most of the CF parameters showing significant changes in Fv/Fm, Y(PSII), qP, Rfd, and Y(NO) especially at the highest salinity level suggesting the photo?inhibition occurred in photosystem II at that level. Drought stress showed significant reduction in qP, qL, and Y(PSII); however the precise detection was not possible using these parameters. All the CF parameters were significantly affected at low temperature, while only qP, Fv''/Fm'', Y(PSII), NPQ, qN, and Rfd were highly sensitive to high temperature stress. CF parameters showing significant responses to the stress were used to segregate tomato genetic resources for the level of resistance to each stress. The results showed that the significant CF parameters in response to salinity and low temperature stresses were effective in segregating tomato genetic resources according to the level of resistance, while the CF responses to drought and high temperature stresses were not useful. This study provides the basic data on CF parameters to establish an evaluation system for non-destructive diagnosis of abiotic stresses in the plug seedlings of tomato, lettuce, and watermelon.