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Title Page 1

ABSTRACT 4

Contents 6

Nomenclature 11

1. Introduction 12

1.1. Climate change-induced reduction in crop productivity 12

1.2. Effects of climate change on mandarin 12

1.3. Damage to the photosynthetic device by high temperature 14

1.4. Thylakoid and chlorophyll fluorescence analysis 15

1.5. Research objectives 15

2. Materials and Methods 16

2.1. Sample collection 16

2.2. Leaf high-temperature stress analysis 16

2.2.1. Measuring the Chlorophyll Fluorescence Response 17

2.2.2. Measuring the Vegetation indices 17

2.2.3. Measuring Pigment Content in Leaves 17

2.3. Analysis of high temperature stress of thylakoid 22

2.3.1. Thylakoid isolation 22

2.3.2. Analysis of thylakoid content 22

2.3.3. Temperature treatment 23

2.4. Statistical analysis 23

3. Results and discussion 24

3.1. Evaluation of high temperature tolerance using leaves of each mandarin cultivar 24

3.1.1. Correlation between temperature and pigment 24

3.1.2. Correlation between temperature and vegetation indices 34

3.1.3. Analysis of chlorophyll fluorescence response by temperature 45

3.2. Evaluation of high temperature tolerance using thylakoid 68

3.2.1. Analysis of chlorophyll fluorescence response of thylakoid by temperature 70

3.2.2. Changes in Relative Variable Chlorophyll Fluorescence of thylakoid with Temperature 74

3.2.3. Changes in thylakoid JIP-test with temperature 78

3.2.4. Selection of high temperature tolerance cultivars 81

4. Conclusion 88

Bibliography 90

Summary in Korean 95

List of Tables 8

Table 2.1. Sampled late-ripening mandarin product name and scientific name 16

Table 2.2. Formulae and glossary of terms used by the JIP-test for the analysis of the fluorescence transient OJIP 18

Table 2.3. List of Vegetation indices calculated by PolyPen 20

Table 2.4. Pigment Equation 21

Table 2.5. Arnon's Equation (1949) 23

Table 3.1. Pigment content based on temperature treatments for different cultivars 31

Table 3.2. PCA rotation of selected indicators in mandarin cultivars 66

List of Figures 9

Fig. 2.1. Leaf temperature treatment 17

Fig. 3.1. Pigment correlation heatmap for 24 hour temperature treatments on mandarin cultivars 26

Fig. 3.2. Variation in Pigment content with temperature by cultivars 27

Fig. 3.3. Variation in Pigment ratio at high temperatures by cultivars 33

Fig. 3.4. Vegetative indices and Pigments correlation heatmap for 24 hour temperature treatments on mandarin cultivars 35

Fig. 3.5. Radar graphs of Vegetation indices after 24 hour temperature treatment by cultivars 38

Fig. 3.6. Simple linear regression of Pigments and Vegetation indices 41

Fig. 3.7. Variation in Vegetation indices at high temperatures by cultivars 43

Fig. 3.8. OJIP graph after 24 hour temperature treatment by cultivar 47

Fig. 3.9. Variation in maximum and minimum fluorescence with temperature treatment by mandarin... 49

Fig. 3.10. ∆VOK graph after 24 hour temperature treatment by cultivar[이미지참조] 51

Fig. 3.11. ∆VOJ graph after 24 hour temperature treatment by cultivar 53

Fig. 3.12. Variation in ∆WL and OEC Centers with temperature treatment by mandarin cultivars[이미지참조] 55

Fig. 3.13. JIP-test parameters correlation heatmap for 24 hour temperature treatments on mandarin cultivars 57

Fig. 3.14. Radar graphs of JIP-test after 24 hour temperature treatment by cultivars 60

Fig. 3.15. Simple linear regression of JIP-test parameters 63

Fig. 3.16. Variation in JIP-test parameters at high temperatures of leaves from mandarin cultivars 64

Fig. 3.17. High temperature PCA analysis of OJIP, Vegetative indices, Pigment in leaves 67

Fig. 3.18. JIP-test parameters correlation heatmap for 5 minutes temperature treatments on isolated thylakoids from mandarin cultivars 69

Fig. 3.19. OJIP graph after 5 minutes temperature treatment of isolated thylakoid from mandarin cultivars 71

Fig. 3.20. OJIP Parameters after 5 minutes temperature treatment of isolated thylakoid from mandarin cultivars 73

Fig. 3.21. ∆VOK graph after 24 hour temperature treatment of isolated thylakoid from mandarin cultivars[이미지참조] 75

Fig. 3.22. Variation in ∆WL and OEC Centers with temperature treatment of isolated thylakoid from mandarin cultivars[이미지참조] 77

Fig. 3.23. Variation in JIP-test parameters at 40℃ of isolated thylakoid from mandarin cultivars 79

Fig. 3.24. The HFI graph depicting the effects of abrupt high-temperature stress on leaves and... 83

Fig. 3.25. The HFI graph depicting the effects of sustained high-temperature stress on leaves and... 85

초록보기

제주도에서 계속해서 상승하는 기온으로 인해 감귤의 품질이 저하되고 있다. 고온에 대한 식물의 영향을 이해하는 것은 내열성이 뛰어난 품종을 선택하는 데 매우 중요하다. 본 연구에서는 감귤의 고온 스트레스 지표를 평가하여 내열성 품종을 선정하였다. 뿐만 아니라 잎에서 분리한 틸라코이드 막을 사용하여 내열성 평가를 수행하였다. 40℃에서의 고온 처리 후 24 시간 동안 부지화, 신예감, 남진해는 고 색소 보유 능력을 유지하는 반면 세토카는 색소 보유 능력이 낮았다. 남진해와 신예감을 제외하고는, 산소 발생 복합체 (OEC)와 광계 II (PSII) 간의 에너지 연결성 (WL)과 OEC 의 활력은 온도가 증가함에 따라 감소하였다. 광합성 효율성 (PI_ABS)은 남진해, 감평, 탐빛 1 호에서 비교적 높게 유지되었다. 고온에서 색소 유지 능력과 광합성 효율성에서 우월성을 보인 감귤 품종은 다르며, 높은 온도 스트레스 내구성을 고려하여 색소와 광합성 효율성을 모두 고려한 종합적인 평가가 수행되었다. 감평과 탐빛 1 호는 색소 보유 능력과 광합성 효율성이 높은 품종으로 확인되었으며, 신예감과 남진해는 색소 보유 능력이 낮지만 역설적으로 에너지 연결성, OEC 활력 및 광합성 효율성이 높은 품종으로 확인되었다. 반면 부지화는 고 색소 보유 능력을 가졌지만 광합성 효율성이 낮았으며, 세토카는 색소 보유 능력과 광합성 효율성이 모두 낮은 품종으로 확인되었다. 5 분 동안의 고온 처리 후 틸라코이드 막에서 감평, 신예감, 남진해가 더 높은 에너지 연결성, OEC 활력 및 광합성 효율성을 가지고 있음이 확인되었다. 가중 온도 및 지속적인 처리 기간을 기준으로 감평과 남진해의 열 스트레스 지표 (HFI)는 잎과 틸라코이드 모두에서 빠른 온도 스트레스에 내구성을 나타내었으며, 신예감과 남진해는 지속적인 고온 스트레스에 대해서도 내구성을 나타내었다. 잎과 틸라코이드 막의 동일한 온도 실험 결과에서 세토카와 부지화는 민감한 품종으로 나타났다. 잎과 틸라코이드의 광화학적 온도 실험을 통해 온도 내구성과 민감성 간의 차이가 동일한 결과를 보여주었다. 결론적으로, 잎에서 분리한 틸라코이드 막의 광합성 및 광화학적 효율성을 분석함으로써 내열성을 간단히 평가할 수 있음이 확인되었다.

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