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문제 정의
- ) 괴경의 자주색 육색은 안토시아닌 색소의 축적에 기인한다. 본 연구는 이러한 '자심, 감자의 괴경 조직에 안토시아닌이 축적될 때 결정적으로 관여하는 기상 환경요인을 분석하고 색소 함량 증대를 위한 질소시비 기준을 설정하기 위하여 수행되었다. 기상환경요인이 뚜렷하게 다른 3개 지역에서 파종시기 또는 재배 작형을 달리하여, 자심, 감자를 재배하고 수확된 괴경의 안토시아닌 함량을 분석한 결과, 수확일을 기준으로 수확전 30일 동안의 야간온도가 낮을수록 괴경 내 안토시아닌 축적이 왕성한 것으로 나타났다.
- 연구가 진행되고 있지 못한 실정이다. 본 연구에서는 전국적인 재배면적 확대를 위해 필수적인 재배 지역별 안토시아닌 축적의 특성, 축적에 결정적으로 관여하는 환경요인 등을 구명코자 하였으며, 아울러 질소질 비료 시비량 조절에 의한 함랑증진 방법을 개발코자 하였다.
제안 방법
- 그러나 강릉의 경우 작형을 달리하여 봄재배에서는 4월 3일, 가을재배에서는 8월 14일 파종하여 실험을 수행하였다. 각 지역 및 파종기별 파종 80일 후부터 10일 간격으로 총 4회 괴경을 수확하여 실험재료로 이용하였다. 시험구는 각 실험별로 반복 당 20개 화분을 대상으로 3반복 배치하였다.
- 준하여 분석하였다. 각 처리별 20개 괴경을 취하여 세척하고 잘게 잘라 괴경 조직이 골고루 섞이게 한 후 30g의 시료를 평량하였다. 평량한 시료에 90% ethanol과 IM HCl이 85:15 비율로 섞인 추출용 매를 넣어 마쇄하고, TC에 1.
- 약 20L 정도 크기의 포트에 고령지농업연구소에서 기본종 감자 재배 시 사용하는 감자전용 상토를 담아 씨감자를 파종하였다. 각 포트에는 점적관수 시스템을 설치하여 일정수준 이하로 건조될 경우 자동으로 관수되는 시스템을 활용하였다. 약제 살포 등 기타 경종법은 관행적인 재배법에 준하였다.
- 5시간동안 보관한 후 4℃에서 15분간 14, 000g의 속도로 원심분리하여 상등액을 취하였다. 분리된 상등액을 적당한 농도로 희석한 후 spectrophotometer(Agilent 8453, Agilent Tech., USA) 를 이용 545nm에서 흡광도를 측정하고, 안토시아닌 함량(mg/100g FW)을 산출하였다.
- 약제 살포 등 기타 경종법은 관행적인 재배법에 준하였다. 생육단계별 조우되는 환경조건을 달리하기 위하여 지역별로 2개의 파종기를 두었는데, 대관령의 경우 적정 파종기인 5월 6일과 10일 후인 5월 16일, 진부는 적정 파종기인 4월 24일과 10일 후인 5월 4 일 각각 파종하였다. 그러나 강릉의 경우 작형을 달리하여 봄재배에서는 4월 3일, 가을재배에서는 8월 14일 파종하여 실험을 수행하였다.
- 파종 후 처리별 생육. 수량 및 안토시아닌 함량을 분석하였다.
- 포트시험을 수행하였다. 약 20L 정도 크기의 포트에 고령지농업연구소에서 기본종 감자 재배 시 사용하는 감자전용 상토를 담아 씨감자를 파종하였다. 각 포트에는 점적관수 시스템을 설치하여 일정수준 이하로 건조될 경우 자동으로 관수되는 시스템을 활용하였다.
- 질소시비 수준은 검정 시비량을 대조 구로 하여 1/2 감량구, 1/3 감량구 및 1/3 증량 구 등을 두어 요소를 이용 시비한 한 후 처리간 비교하였다. 이때 인산은 용과린, 칼리는 염화가리를 질소 시비 처리구에 모두 동일하게 검정시비량을 기준으로 시비하였는데, 질소를 비롯한 모든 비료는 전량 기비로 처리하였다. 이때 시험구는 50m2를 처리구로 하여 난괴법 3반복 배치하였다.
- 재배 지역별 환경요인의 차이에 따른 감자 괴경 내 안토시아닌 축적 양상을 비교하기 위하여 대관령 (800m), 진부(600m) 및 강릉(10m 내외) 등 3개 지역에서 포트시험을 수행하였다. 약 20L 정도 크기의 포트에 고령지농업연구소에서 기본종 감자 재배 시 사용하는 감자전용 상토를 담아 씨감자를 파종하였다.
- 양 지역의 실험 포장 토양시료를 채취하여 분석한 후 작물별 시비 처방기준 (NAIST, 1999)에 준하여 각 포장별 3요소의 검정 시비량을 결정하였다. 질소시비 수준은 검정 시비량을 대조 구로 하여 1/2 감량구, 1/3 감량구 및 1/3 증량 구 등을 두어 요소를 이용 시비한 한 후 처리간 비교하였다. 이때 인산은 용과린, 칼리는 염화가리를 질소 시비 처리구에 모두 동일하게 검정시비량을 기준으로 시비하였는데, 질소를 비롯한 모든 비료는 전량 기비로 처리하였다.
- 질소시비 수준이 감자 괴경의 안토시아닌 색소 축적에 관여하는 효과를 분석하기 위하여 대관령과 강릉의 2개 지역에서 시비실험을 수행하였다. 양 지역의 실험 포장 토양시료를 채취하여 분석한 후 작물별 시비 처방기준 (NAIST, 1999)에 준하여 각 포장별 3요소의 검정 시비량을 결정하였다.
- 토양환경 요인에 의한 영향을 배제하기 위하여 포트실험을 통해 기상환경이 상이한 3개 지역에서 파종시기 또는 작형을 달리하여 재배한 후, 자심, 감자 괴경에 축적되는 안토시아닌 함량을 분석한 결과는 Fig. 1 과 같다. 모든 처리구에서 괴경내 안토시아닌 함량은동일 생체 중량을 기준으로 비교할 때 괴경 비대가 진행될수록 서서히 감소되는 결과를 보였다.
대상 데이터
- 파종시기 및 일반적인 재배관리는 해당 지역의 관행적인 시기와 재배법에 준하였다. 모든 실험에서 파종 100일 후 감자 괴경을 수확하였으며, 수확된 괴경 중 100~200g 크기의 괴경만을 선별하여 시험재료로 이용하였다.
- 본 실험은 2002년 고랭지대인 대관령(해발 800m) 과평난지대인 강릉(해발 10m)에 위치한 고령지농업연구소 실험포장에서 수행되었다. 실험에 사용된 감자 품종은, 자심, 이었으며, 씨감자는 전년도에 대관령에서 생산된 기본식물급이었다.
- 각 지역 및 파종기별 파종 80일 후부터 10일 간격으로 총 4회 괴경을 수확하여 실험재료로 이용하였다. 시험구는 각 실험별로 반복 당 20개 화분을 대상으로 3반복 배치하였다.
- 실험포장에서 수행되었다. 실험에 사용된 감자 품종은, 자심, 이었으며, 씨감자는 전년도에 대관령에서 생산된 기본식물급이었다. 파종시기 및 일반적인 재배관리는 해당 지역의 관행적인 시기와 재배법에 준하였다.
이론/모형
- 지역에서 시비실험을 수행하였다. 양 지역의 실험 포장 토양시료를 채취하여 분석한 후 작물별 시비 처방기준 (NAIST, 1999)에 준하여 각 포장별 3요소의 검정 시비량을 결정하였다. 질소시비 수준은 검정 시비량을 대조 구로 하여 1/2 감량구, 1/3 감량구 및 1/3 증량 구 등을 두어 요소를 이용 시비한 한 후 처리간 비교하였다.
- 총 안토시아닌 함량은 Fuleki와 Francis (1968)의 방법에 준하여 분석하였다. 각 처리별 20개 괴경을 취하여 세척하고 잘게 잘라 괴경 조직이 골고루 섞이게 한 후 30g의 시료를 평량하였다.
성능/효과
- 재배지역별 비교에서는 강릉의 봄재배 또는진부와 대관령의 여름재배에서는 재배지역의 고도가 높을수록 안토시아닌 함량이 높은 결과를 보였으며 , 파종 적기에 파종한 감자 괴경이 10일 늦게 파종한 것에 비해 높은 함량을 보였다. 그러나 특이하게 강릉의 가을 재배를 통해 생산된 괴경에서는 타 지역 혹은 타작 형에 비해 월등하게 높은 안토시아닌 함량을 보였다.
- 본 연구는 이러한 '자심, 감자의 괴경 조직에 안토시아닌이 축적될 때 결정적으로 관여하는 기상 환경요인을 분석하고 색소 함량 증대를 위한 질소시비 기준을 설정하기 위하여 수행되었다. 기상환경요인이 뚜렷하게 다른 3개 지역에서 파종시기 또는 재배 작형을 달리하여, 자심, 감자를 재배하고 수확된 괴경의 안토시아닌 함량을 분석한 결과, 수확일을 기준으로 수확전 30일 동안의 야간온도가 낮을수록 괴경 내 안토시아닌 축적이 왕성한 것으로 나타났다. 안토시아닌 축적에 영향을 미치는 질소시비 수준의 효과를 분석한 결과 고랭지인 대관령에서는 권장시비량 처리 구에 비해 감량시비 혹은 증량시비 처리구에서 안토시아닌 함량이 낮은 결과를 보였다.
- 1 과 같다. 모든 처리구에서 괴경내 안토시아닌 함량은동일 생체 중량을 기준으로 비교할 때 괴경 비대가 진행될수록 서서히 감소되는 결과를 보였다. 이와 같은결과는 표피가 자주색인 Borland5 감자의 표피 조직면적당 안토시아닌 함량이 괴경 비대 단계가 진행될수록 감소한다는 보고(Hung 등, 1997)와 일치하는 것이었다.
- 작용한다고 알려져 있다(Chaluts, 1973). 본 실험에서 재배지대, 파종기 및 작형별로 재배된, 자심, 감자괴경의 PAL 활성을 측정한 결과(Table 2), 괴경내 안토시아닌 축적과의 어떤 관련성을 발견할 수 없었다. 이러한 결과는, 자심, 감자의 경우 괴경내 안토시아닌 축적은 괴경 자체의 생화학적인 기작보다 지상부 생장 도중 이미 상당량 생합성 되어 동화물질과 함께 괴경으로 전이되는 것임을 강력하게 시사하는 것이라 판단된다.
- 출현율에서는 재배지역 및 시비처리 간 차이를 보이지 않았으나 강릉에서 다소 경수가 많고 경장도 큰 것으로 나타나 지상부 생육은 강릉지역에서 비교적 양호한 결과를 보였다. 수량성 비교에서는 대관령보다 강릉이 다소 높은 경향을 보였고, 강릉의 경우 권장시비량에 비해 다소 감량시비 할 경우 수량성이 높았으나 대관령은 시비수준 간에 차이를 보이지 않았다. 괴경의 충실도를 나타내는 비중의 경우 수량성과는 반대로 대관령에서 높았으나 두 지역 공히 질소 시비 수준 간에는 차이를 보이지 않았다.
- 기상환경요인이 뚜렷하게 다른 3개 지역에서 파종시기 또는 재배 작형을 달리하여, 자심, 감자를 재배하고 수확된 괴경의 안토시아닌 함량을 분석한 결과, 수확일을 기준으로 수확전 30일 동안의 야간온도가 낮을수록 괴경 내 안토시아닌 축적이 왕성한 것으로 나타났다. 안토시아닌 축적에 영향을 미치는 질소시비 수준의 효과를 분석한 결과 고랭지인 대관령에서는 권장시비량 처리 구에 비해 감량시비 혹은 증량시비 처리구에서 안토시아닌 함량이 낮은 결과를 보였다. 그러나 평난지인 강릉에서는 시비수준간 뚜렷한 차이를 보이지 않았다.
- 본 실험에서 재배지대, 파종기 및 작형별로 재배된, 자심, 감자괴경의 PAL 활성을 측정한 결과(Table 2), 괴경내 안토시아닌 축적과의 어떤 관련성을 발견할 수 없었다. 이러한 결과는, 자심, 감자의 경우 괴경내 안토시아닌 축적은 괴경 자체의 생화학적인 기작보다 지상부 생장 도중 이미 상당량 생합성 되어 동화물질과 함께 괴경으로 전이되는 것임을 강력하게 시사하는 것이라 판단된다. 따라서 금후 지상부의 안토시아닌 생합성 기작과 아울러 지상부 및 지하부의 상호 관련성에 대한 추가연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 이상의 결과를 종합해 볼 때, 실용적인 측면에서, 자심, 감자를 활용하여 기능성 물질인 안토시아닌이 높은 농도로 축적된 고품질 자주 감자를 생산하기 위해서는 적절한 재배지대 및 작형의 선정이 무엇보다 중요할 것으로 생각된다. 즉, 봄재배 혹은 여름재배 작형을 이용해야 할 경우에는 가능한 재배기간 온도가 낮게 유지되는 고랭지 지역을 선택하는 것이 유리하며, 평난지에서는 씨감자 확보 방안을 마련한 후 7]을재배를 통해 생산하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.
- 자심' 감자의 안토시아닌 함량은 여러가지 기상요인 중 온도요인들과 밀접한 상관관계를 보였는데, 특히 수확 30일전부터 수확기까지의 평균온도 및 최저온도와 고도의 부의 상관관계를 보였다. 즉, 이 시기의 야간온도가 낮을수록 괴경내 안토시아닌 축적이 왕성하게 이루어진 것으로 추정된다.
- 2). 재배지역별 비교에서는 강릉의 봄재배 또는진부와 대관령의 여름재배에서는 재배지역의 고도가 높을수록 안토시아닌 함량이 높은 결과를 보였으며 , 파종 적기에 파종한 감자 괴경이 10일 늦게 파종한 것에 비해 높은 함량을 보였다. 그러나 특이하게 강릉의 가을 재배를 통해 생산된 괴경에서는 타 지역 혹은 타작 형에 비해 월등하게 높은 안토시아닌 함량을 보였다.
- 3). 질소 시비수준 간 차이 비교에서 강릉지역의 경우 권장 시비 처리(A)와 감량 시비처리(Ax 1/2량과 Ax2/3 량) 간에는 안토시아닌 함량이 차이를 보이지 않았으나 다소 증량시비(Ax3/2량)한 처리구에서는 다소 높게 나타났다. 그러나 대관령 지역의 경우 감량시비 혹 ' 은 증량시비한 처리구에서 모두 권장시비 처리구에 비해 현저히 낮은 안토시아닌 함량을 보였다.
- 3과 같다. 출현율에서는 재배지역 및 시비처리 간 차이를 보이지 않았으나 강릉에서 다소 경수가 많고 경장도 큰 것으로 나타나 지상부 생육은 강릉지역에서 비교적 양호한 결과를 보였다. 수량성 비교에서는 대관령보다 강릉이 다소 높은 경향을 보였고, 강릉의 경우 권장시비량에 비해 다소 감량시비 할 경우 수량성이 높았으나 대관령은 시비수준 간에 차이를 보이지 않았다.
- 한편, 질소 시비수준을 달리하여 재배된, 자심, 감자괴경의 안토시아닌 함량을 분석한 결과, Fig. 1에서의 결과와 마찬가지로 대관령에서 재배된 괴경이 강릉에서 재배된 괴경보다 안토시아닌 함량이 높았다(Fig. 3). 질소 시비수준 간 차이 비교에서 강릉지역의 경우 권장 시비 처리(A)와 감량 시비처리(Ax 1/2량과 Ax2/3 량) 간에는 안토시아닌 함량이 차이를 보이지 않았으나 다소 증량시비(Ax3/2량)한 처리구에서는 다소 높게 나타났다.
후속연구
- 이러한 결과는, 자심, 감자의 경우 괴경내 안토시아닌 축적은 괴경 자체의 생화학적인 기작보다 지상부 생장 도중 이미 상당량 생합성 되어 동화물질과 함께 괴경으로 전이되는 것임을 강력하게 시사하는 것이라 판단된다. 따라서 금후 지상부의 안토시아닌 생합성 기작과 아울러 지상부 및 지하부의 상호 관련성에 대한 추가연구가 필요할 것으로 생각된다.
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