아연섭취에 따른 적상추의 분광학적 반응

Spectral Response of Red Lettuce with Zinc Uptake: Pot Experiment in Heavy Metal Contaminated Soil

본 연구는 적상추(Lactuca sativa var crispa L.)가 아연을 축적함에 따라 발생하는 분광학적 반응특성을 고찰하기 위해, 대조군(T0)과 1 mM(ZnT1), 5 mM(ZnT2), 10 mM(ZnT3), 50 mM(ZnT4), 100 mM(ZnT5)로 처리된 실험군을 제작하여 분실험을 실시하였다. 대조군의 아연함량은 134-181 mg/kg의 범위로 오염되지 않은 농작물이 갖는 정상수준의 아연함량을 보였다. 그러나 아연용액의 주입농도가 증가하고 시간이 경과함에 따라 실험군 내 아연함량은 증가하였다. 적상추의 분광반사도는 적색밴드에서 안토시아닌에 의한 높은 피크, 적외선 대역에서 세포구조의 산란효과로 인한 높은 반사도, 그리고 물에 기인한 흡광특성이 관찰되었다. 적상추 내 아연이 고농도로 축적됨에 따라 녹색과 적색밴드에서는 반사도가 증가하고 적외선 대역에서는 반사도가 감소하였다. 아연함량과 분광반사도 사이의 상관관계 분석결과는 700-1300 nm의 파장대역이 아연함량과 유의한 음의 상관관계를 가짐을 보여주었다. 해당 파장대역은 잎 중의 세포구조와 밀접한 관계가 있는 파장대역으로 아연함량이 증가함에 따라 잎 중의 세포구조가 파괴됨을 지시한다. 특히 적외선 대역 중 700-800 nm은 아연함량과 가장 강한 상관관계를 보여주었다. 본 연구는 적상추의 중금속 오염을 분광학적으로 인지하여 광업 및 농업지역 주변 토양 내 중금속 오염을 조사하는데 활용 가능할 것으로 판단된다.

This study investigates the spectral response of red lettuce (Lactuca sativa var crispa L.) to Zn concentration. The control group and the experimental groups treated with 1 mM(ZnT1), 5 mM(ZnT2), 10 mM(ZnT3), 50 mM(ZnT4), and 100 mM(ZnT5) were prepared for a pot experiment. Then, Zn concentration and spectral reflectance were measured for the different levels of Zn concentration in red lettuce. The Zn concentration of the control group had the range of 134-181 mg/kg, which was within the normal range of Zn concentration in uncontaminated crops. However, Zn concentration in the experimental group gradually increased with an increase in concentration of Zn injection. The spectral reflectance of red lettuce showed high peak in the red band due to anthocyanin, high reflectance in the infrared band due to the scattering effect of the cell structure, and absorption features associated with water. As Zn concentration in red lettuce leaves increased, the reflectance increased in the green and red bands and the reflectance decreased in the infrared band. The correlation analysis between Zn concentration and spectral reflectance showed that the reflectance of 700-1300 nm had a significant negative correlation with Zn concentration. The spectral band is a wavelength region closely related to the cell structure in the leaf, indicating possible cell destruction of leaf structure due to increased Zn concentration. In particular, 700-800 nm reflectance of the infrared band showed the strongest correlation with the Zn concentration. This study could be used to investigate the heavy metal contamination in soil around mining and agriculture area by spectroscopically recognizing heavy metal pollution of plant.