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문제 정의
- 따라서 칼륨의 시비농도를 조절하여 잎들깨를 관비 재배하면서 결핍증상을 인위적으로 유발하여 그 증상의 특징을 밝히고, 시비농도에 따른 식물 생육 반응, 결핍증상 발현시기의 식물체내 무기원소 함량을 구명하고자 본 연구를 수행하였다.
- 본 연구는 칼륨의 시비농도를 인위적으로 조절하여 잎들깨의 생장과 결핍증상 발현에 미치는 영향을 구명 하고, 생육을 우수하게 유지할 수 있는 식물체 및 토 양의 한계농도를 밝히기 위하여 수행하였다. 칼륨 결핍 증상은 노엽에서 시작되었으며, 노엽의 가장자리가 황 변하고, 황변된 부위가 점차 갈색으로 변화되었으며, 갈변 후 괴사하였다.
제안 방법
- 정식흐였다. 간격과 거리를 조절하여 플라워박스 당 10주씩 정식하였는데, K의 농도를 조절하여 5처리를 두었고, 각 처리당 4반복 그리고 각 반복 당 10식물체로 총 200주를정식하였다. 정식 후 주간 25, 야간 8 이상으로 온도를 조절한 유리온실로 옮겨 재배하였으며 , 재배기간 중에도 육묘와 동일한 방법으로 광중단 처리를 하였다.
- 건물중에 기초한 식물체 분석을 위해 정식 75일 후에 지상부 식물체 전체를 수확하였고, 0.01N HC1 용액에 1분간 침지한 후 증류수로 수세하여 식물의 잎에 묻어 있는 이물질을 제거하였다. 이후 80。(3의 건조기에서 48시간 건조시킨 후 20mesh의 screen(0.
- 등 생육조사를 하였다. 마디수는 수확엽(정단부로부터 세 번째 잎) 윗마디까지 조사하였고, 줄기직경은 지제부 상단 1cm를 측정하였다. 지상부의 생체중을 측정한 후 80℃ 건조기에서 48시간 동안 건조한 후무게를 측정하여 건물중으로 삼았다.
- 0K로 조절한 후 관주하였다. 양액은 5일 간격으로 두상관수 방법으로 처리하였으며, 적정 토양수분을 유지하기 위하여 양액관주 후 3일째에 증류수로 1회 관수하였다.
- 양액은 탈이온수기로 걸러 EC가 O.OOTdS-m-1 이하가 된 물로 조제하였는데, Hoagland 용액 (Hoagland 와 Amon, 1950)을 변화시켜 K이 0, 2, 4, 6, 8mM 이 되도록 농도를 조절하였다(Table 1). 양액조성 후 HC1 또는 NaOH를 첨가하여 pH를 6.
- 지상부의 생체중을 측정한 후 80℃ 건조기에서 48시간 동안 건조한 후무게를 측정하여 건물중으로 삼았다. 엽록소 함량은 정단부로부터 세 번째 잎을 chlorophyll Meter(Model SPAD-502, Minolta)로 측정하였다.
- ) '만추잎들깨' 를 파종하였고, 발아실에 치상한 후 자엽이 출현하는 시기인 stage 2부터 재배온실로 옮겨 육묘하였다. 육묘기간 동안 화아분화를 억제하기 위하여 60w 백열전구를 잎들깨 플러그트레이로 부터 높이 Im, 전구간격 2m로 설치하고 밤 12시부터 새벽 4시까지 광중단 처리를 하였다.
- 잎들깨 정식 후 10일 동안은 2일 간격으로 증류수를 관수하여 토양 중에 잔존할 가능성이 있는 무기염을 용탈시키고, 10일 후부터 조성된 양액을 관주하였다. 양액은 탈이온수기로 걸러 EC가 O.
- 간격과 거리를 조절하여 플라워박스 당 10주씩 정식하였는데, K의 농도를 조절하여 5처리를 두었고, 각 처리당 4반복 그리고 각 반복 당 10식물체로 총 200주를정식하였다. 정식 후 주간 25, 야간 8 이상으로 온도를 조절한 유리온실로 옮겨 재배하였으며 , 재배기간 중에도 육묘와 동일한 방법으로 광중단 처리를 하였다.
- 정식한 날로부터 75일째에 마디수, 경장, 엽장, 엽폭, 줄기직경, 엽록소 함량, 지상부 생체중 및 지상부 건물 중 등 생육조사를 하였다. 마디수는 수확엽(정단부로부터 세 번째 잎) 윗마디까지 조사하였고, 줄기직경은 지제부 상단 1cm를 측정하였다.
- 마디수는 수확엽(정단부로부터 세 번째 잎) 윗마디까지 조사하였고, 줄기직경은 지제부 상단 1cm를 측정하였다. 지상부의 생체중을 측정한 후 80℃ 건조기에서 48시간 동안 건조한 후무게를 측정하여 건물중으로 삼았다. 엽록소 함량은 정단부로부터 세 번째 잎을 chlorophyll Meter(Model SPAD-502, Minolta)로 측정하였다.
- 판단될 때 토양시료를 채취하였다. 채취한 시료를 풍건하고 증류수와 토양을 2:1로 조절하여(RDA, 1988) 추출하였으며 , 추출 후 pH와 EC를 측정하였다. 주줄한 토양용액의 NH4-N분석은 Chaney와 Marbach (1962)의 방법으로, NQ-Ne Cataldo 등(1975)의 방법으로, K, Ca, P 및 Mg는 추출한 토양용액을 ICP 로 분석하였다.
- 칼륨 시비농도가 엽병의 무기원소 농도에 미치는 영향을 분석하기 위하여 정식 후 75일에 조성된 양 액을 관주하고 2시간 경과 후 수확잎의 엽병을 채취하였다. 채취한 엽병은 0.
- 토양분석을 위해 정식 75일 후 양액을 관주하고 2 시간을 기다려 토양내의 용액이 화학평형에 도달하였다고 판단될 때 토양시료를 채취하였다. 채취한 시료를 풍건하고 증류수와 토양을 2:1로 조절하여(RDA, 1988) 추출하였으며 , 추출 후 pH와 EC를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구를 위해 사용된 기자재는 탈이온수기 (Water Purification System, Human Science Co), Kjeldahl oxidation and distillation unit(Model UDK 132, VELP Scientifica), ICP(Thermo Elemental Trace- Scan), 흡광분석기 (Model UV-1700, Shimadzu), pH meter(model 520-A, Orion)와 EC meter(model 162, Orion) 였다.
- 육묘용 시판상토[(주) 농경]로 충전한 200구 플러그 트레이에 잎들깨 (Fer沮a frutesens Britt.) '만추잎들깨' 를 파종하였고, 발아실에 치상한 후 자엽이 출현하는 시기인 stage 2부터 재배온실로 옮겨 육묘하였다. 육묘기간 동안 화아분화를 억제하기 위하여 60w 백열전구를 잎들깨 플러그트레이로 부터 높이 Im, 전구간격 2m로 설치하고 밤 12시부터 새벽 4시까지 광중단 처리를 하였다.
데이터처리
- 칼륨 시비농도가 식물의 생육, 무기물 함량 및 토양 무기 원소 농도에 미치는 영향은 각 처리별 Duncan의 다중검정과 회귀분석을 하였다. 회귀분석은 다항회귀분석을 통해 얻어진 1~3차항 회귀선중 최적예측 회귀함수를 결정하기 위해 R squre 값과 Incrementel F 값이 큰 회귀식을 적용 판단하였다.
- 회귀분석을 하였다. 회귀분석은 다항회귀분석을 통해 얻어진 1~3차항 회귀선중 최적예측 회귀함수를 결정하기 위해 R squre 값과 Incrementel F 값이 큰 회귀식을 적용 판단하였다. 통계분석은 CoStat 프로그램 (Monterey, California)。로 수행하였다.
이론/모형
- 9)로 여과하였다. 다시 증류수를 첨가하여 100mL로 정량한 후 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer(ICP)로 K, Ca, P, Mg, Fe, Mn, Zn 및 Cu를 분석하였는데, 전반적인 분석 방법은 농촌진흥청 방법 (Rural Development Administration, 1988)에 준하였다.
- 9mm)에 통과되도록 분쇄하였다. 분쇄된 시료는 Kjeldahl 방법 (Eastin, 1978)2로 전질소(T-N)함량을 분석흐]였다. 또한 분쇄된 시료 0.
- 채취한 시료를 풍건하고 증류수와 토양을 2:1로 조절하여(RDA, 1988) 추출하였으며 , 추출 후 pH와 EC를 측정하였다. 주줄한 토양용액의 NH4-N분석은 Chaney와 Marbach (1962)의 방법으로, NQ-Ne Cataldo 등(1975)의 방법으로, K, Ca, P 및 Mg는 추출한 토양용액을 ICP 로 분석하였다.
- 추출 용액의 NO3-N 농도는 흡광분석기를 사용한 비색정량 방법(Cataldo 등, 1975)으로 분석하였고, K, Ca, P, Mg, Fe, Mn, Zn 및 Cu는 ICP로 분석하였다.
성능/효과
- K OmM 시비구부터 4mM 시비구까지 미량원소인 Fe, Mn, Zn 및 Cu의 식물체내 함량이 점차 감소하였으며, K 시비농도가 6mM 이상으로 높아지면 미량원소의 식물체내 함량도 점차 증가하는 경향이었다. K 을 4mM 까지 농도를 높일 경우 식물체내 함량이 낮아진 것은 생장량 증가가 원인이 되어 희석효과가 발생하였기 때문이라고 판단된다.
- 결과를 나타내었다. K 무시비구의 엽장과 엽폭이 11.8 및 11.13cm 였으나 K 시비농도가 높아짐에 따라 생장량이 증가하여 8mM K 시비구에서 각각 14.38 및 13.20cm로 조사되었으며, 각 처리간 통계적인 차이와 함께 0.1% 수준의 직선 및 2차 곡선 회귀가 성립하여 경향이 뚜렷함을 알 수 있었다. 또한 칼륨 시비농도가 증가할수록 생체중과 건물중이 증가하여 생체중은 0.
- 그러나 K 시비농도가 증가할수록 엽록소 함량이 감소하였으며, 처리간 통계적인 차이와 함께 0.1% 수준의 직선 곡선회귀가 성립하였다. Marschner(1995)가보고한 바와 같이 엽록소의 생합성은 magnesium- chelatase에 의해 촉진되며, 이 효소는 Mg 농도에 의해 효소활성이 절대적인 영향을 받고, Mg。] 결핍되어 식물체 내 함량이 감소하면 효소활성의 감소와 엽록소 생합성 억제의 원인이 된다.
- K 시비농도가 높아질수록 토양용액중 NO3-N 농도가 낮아졌는데, K 시비농도 증가로 생장량 및 흡수량 이 증가하여 토양용액에 잔존하는 양이 감소한 원인이 되었다고 판단된다. 그러나 K 시비량 증가는 토양 용 액중 Ca과 Mg 농도가 증가한 원인이 되었으며, 흡수 과정에서 양이온간 길항작용이 발행하여 Ca 및 Mg의 흡수량이 적어지고, 저농도 K 시비구에 비해 토양에 잔존하는 양이 증가하였다고 사료된다.
- 1% 수준의 직선 및 2차 곡선 회귀가 성립하여 경향이 뚜렷함을 알 수 있었다. 또한 칼륨 시비농도가 증가할수록 생체중과 건물중이 증가하여 생체중은 0.1% 수준의 2차 곡선회귀가 성립하였고, 건물 중은 1% 수준의 2차 곡선회귀가 성립하였다.
- 그러나 감소한 원인은 원소에 따라 다르다고 판단하였다. 본 실험에서 관비용액속의 K 농도만 변화시켰을 뿐 다른 모든 원소의 농도는 동일하게 하였으며, 동일한 양을 흡수하여도 생장량이 증가한 처리에서 Marchner(1995)가 보고한 바와 같이 희석효과가 발생하여 식물체내 N 및 P 함량이 낮아진 원인이 되었다고 판단한다. 그러나 K을 0, 2, 4, 6 및 8mM 시비한 처리에서 개별 식물체가 흡수한 총 N량 (건물중xN 함량)은 각각 4.
- Hanan(1998) 및 Nelson(2003)은 토양 pH가 산성으로 변할 때 토양중 미량 금속원소의 용해도가 증가하고, 흡수량 증가의 원인이 됨을 보고한 바 있다. 본 연구 에서도 K 시비농도가 증가할수록 pH가 낮아졌으며, 8mM K 시비구에서 미량원소의 흡수량이 증가한 원인 이 되었다고 사료된다.
- Marschner(1995)가보고한 바와 같이 엽록소의 생합성은 magnesium- chelatase에 의해 촉진되며, 이 효소는 Mg 농도에 의해 효소활성이 절대적인 영향을 받고, Mg。] 결핍되어 식물체 내 함량이 감소하면 효소활성의 감소와 엽록소 생합성 억제의 원인이 된다. 본 연구에서 K 시비농도가 높아질수록 식물체내 Mg 함량이 감소하였는데, Marschner(l 995)7]- 보고한 바와 같이 흡수과정에서 양이온 간 길항작용이 중요한 원인이 되었다고 판단한다. 아울러 식물체내 Mg 함량이 감소하므로써 본 연구에서 엽록소 함량이 감소한 원인이 되었다고 판단하였다.
- Marschner(1995) 및 Nelson(2003)은 양이온간 흡수과정에서의 길항작용을 설명하면서 시비량 증가 등으로 특정 원소의 토양 농도가 높아져 뿌리에 의한 흡수량이 증가하면 다른 양이온의 흡수량이 감소하여 흡수한 모든 양이온의 총량은 큰 차이를 보이지 않는다고 하였다. 본 연구에서 K 시비량이 증가함에 따라 지 상부 생육이 증가하여 희석효과가 발생함과 동시에 길항작용으로 인해 Ca과 Mg의 식물체내 함량기 낮아지는 원인이 되었다고 사료된다.
- 칼륨 시비농도를 8mM까지 높일 경우 엽장과 줄기직경이 길거나 굵어졌으며 , 생체중 및 건물중이 무거워지고, 엽록소 함량기 감소하였다. 생육 이 우수하였던 K 8mM 시비구의 식물체당 건물중과 K 함량이 5.01g과 2.76%였으며, 생장억제를 방지하기 위해서는 1.7% 이상의 K 함량을 가져야 한다고 판단되었다. 칼륨을 8mM로 시비한 처리의 엽병추출액내 K 농도가 12, 289mg・kgT였고, 1:2로 추출한 토양농도가 11.
- 이 외에 Choi 등(2000)은 딸기에서 엽병과 엽신이 맞닿는 부위가 갈변하고, Kim 등(2005)은 절화국화 'Biarritz'의 노엽 선단부가 황화되는 현상이 칼륨이 결핍될 때 발생한다고 설명하였다. 이상과 같이 K 결핍증상은 모두 노엽에서 초기증상이 나타나지만, 작물에 따라 발현되는 증상에 차이가 있음을 알 수 있고, 잎들깨에서도 작물 자체의 독특한 칼륨 결핍 증상이 나타날 수 있음을 유추할 수 있다.
- 칼륨을 8mM로 시비한 처리의 엽병추출액내 K 농도가 12, 289mg・kgT였고, 1:2로 추출한 토양농도가 11.65mg 이상, 토양용액은 4.5mg・LT을 유지하도록 시비하여야 수량 감소를 방지할 수 있다고 판단되었다.
- 분석하여 그 결과를 나타내었다. 칼륨의 시비농도가 증가할수록 K 만 식물체내 함량이 증가하였을 뿐 N, P, Ca 및 Mg 등 분석한 다량원소의 식물체내함량기 감소하였다. 그러나 감소한 원인은 원소에 따라 다르다고 판단하였다.
- 이상을 요약하면 다음과 같다. 칼륨의 시비농도를 변화시켜 잎들깨를 관비재배한 결과 K 8.0mM 시비 구에서 생육이 가장 우수하였으며, Beimett(1993)이 보고한 바와 같이 최대 생장량의 90%에 해단하는 생 장량을 상업농 생산을 위한 최저한계점으로 판단하면 건물중 기준으로 1.7% 이상의 K 함량, 엽병추출액 기준으로 8,700mg・kgT, 그리고 1:2방법으로 추출한 토양용액 기준으로 4.5mg・LT 이상을 유지하도록 K 시비농도를 조절해야 한다고 판단하였다.
후속연구
- 이상과 같이 보고자, 작물, 그리고 분석 부위에 따라 적절한 식물체내 칼륨 함량^ 다르며, 진단 기준을 확립하기 위해서는 식물체의 K 함량과 생장량과의 관계를 정확하게 구명하기 위한 연구가 필요하나, 관련 연구가 충분히 수행되지 않았다.
- 그러나 2mM 이상으로 K의 시비농도를 높일 경우 인산은 뚜렷하게 농도가 증가하였고, 4mM 이상으로 높일 경우no3-n 농도도 증가하였다. 이와 같은 결과는 건물중에 기초한 분석결과(Table 3)와 다른 경향이며 추후 보완 연구가 필요한 부분이라고 판단된다. K 시비농도•가 증 가할수록 엽병추출액의 Ca 및 Mg 농도가 감소한 것은 흡수과정에서의 양이온간 길항작용과 생장량 증가 를 통한 희석효과가 발생하였기 때문이라고 판단된다
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