일년생 식물에 있어서 자원분배의 유형에 관한 연구

Abstract

식물의 생활사는 생명활동에 필요한 양분이나 에너지를 최적으로 분배하는 선택의 결과로 이루어진다. 일년생 초본 식물에 있어서 영양 성장에서 생식 성장으로의 최적의 에너지 분배를 Optimal control theory를 적용하여 성장 기간(T)에 영양 성장 상수(r1), 영양 손실 상수(m), 생식 손실 상수(n)를 측정함으로써, 그 최적의 전환시기를 t_s = T + 1 over μ-ν ℓn(1- μ-νover r_1 ) 로 제시하였다. 바랭이(Digitaria sanguinalis)는 생식성장이 시작될 때에는 영양 성장을 중지하여 생식 생산을 최대로 하기 위한 분배유형이 이 식에 의하여 추정된 최적의 에너지 전환시기(ts)와 거의 일치하였고 개여뀌(Persicaria blumei)는 영양 성장과 생식 성장의 중복기간이 길어 단계적으로 혼합되어 분배가 이루어지고 최적의 전환시기가 되기 전에 분배하였다. 환경구배를 달리한 토양 재배실험에서 붉은 강낭콩(Phaseolus multiflorus)은 광도 및 영양구배에 따라 다른 에너지분배 유형을 나타냈다. 광도가 낮아질수록 최적 에너지 전환시기는 지연되었고 인 처리구에서는 개화가 촉진되어 그 시기가 빨라졌고 질소 처리구에서는 영양 성장의 증가로 생식 성장으로의 에너지 전환이 늦어졌다. 생식으로의 에너지전환이 이루어지면서 각 기관별 무기 원소의 변화를 조사한 결과 무기 원소는 에너지 분배방식과는 차이를 보였다. 영양기관에서의 N, P, K농도는 감소하고 생식기관의 농도는 증가하였다. 광도에 의한 차이는 없었고 N과 P는 주로 생식기관에, K는 줄기에 Ca는 잎에, Mg는 비교적 균등한 분포를 이루고 Na는 많은 양이 뿌리에 축적되었다. ; Life histories of plants are the result of selection for an optimal allocation or resources or energy to life activities such as maintenance, growth and reproduction. In order to predict the optimal switching time of energy allocation from vegetative to reproductive growth in annual plants, the mathematical model was developed by applying the optimal control theory with several parameters. The established model for the optimal switching time was given by t_s = T + 1 over μ-ν ℓn(1- μ-νover r_1 ) the predicted ts values for D. sanguinalis and P. blumei are 84 days and 69 days after seedling appearance, respectively. In D. sanguinalis, pattern of energy allocation that maximize the final reproductive yield was agreed with the predicted optimal switching time. P. blumei having some overlapped intervals of vegetative and reproductive growth was followed by graded energy allocation pattern switched before the optimal time. P. multiflorus grown in the environmental gradients showed different energy allocation patterns according to light intensities and nutrients. The optimal switching time was delayed as decreasing light intensity. The ts values are 45 days, 48 days and 58 days after sowing under the relative light intensities, 100%, 70% and 30%, respectively. The switch of the shift to reproduction was timed earlier in phosphorus treatment and delayed in nitrogen treatment. The ts values in phosphorus treatment switched 2 days earlier than in control under the relative light intensity, 100% but 3 days later in nitrogen treatment. Analyzing the mineral elements to various organs, patterns of energy allocation were different from those of mineral allocation. There was no significant difference for allocation patterns in light intensity gradient. It was shown that N and P were distributed over the reproductive organs, K mainly in stems, Ca in leaves and Na in roots. Mg was evenly distributed in each organs.