[논문]발육 속도 모델을 이용한 포도 '캠벨얼리'의 발아기 예측

윤석규; 신용억; 윤익구; 남은영; 한점화; 최인명; 유덕준; 이희재

[국내논문] 발육 속도 모델을 이용한 포도 '캠벨얼리'의 발아기 예측
Developmental Rate Equations for Predicting Bud Bursting Date of 'Campbell Early' (Vitis labrusca) Grapevines 원문보기

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.29 no.3, 2011년, pp.181 - 186

윤석규 (국립원예특작과학원) , 신용억 (국립원예특작과학원) , 윤익구 (국립원예특작과학원) , 남은영 (국립원예특작과학원) , 한점화 (국립원예특작과학원) , 최인명 (국립원예특작과학원) , 유덕준 (서울대학교 농업생명과학연구원) , 이희재 (서울대학교 농업생명과학연구원)

초록
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포도 '캠벨얼리'의 발아기 예측을 위해 자발 휴면 타파 이후 발아일까지의 발육 속도(DVR) 계산식을 도출하였다. 항온 실험에서 계산한 DVR은 온도에 대하여 지수 함수식 또는 선형 함수식 모형으로 증가하는 경향이며 DVR 기울기는 0.0019 내외였다. 포도 DVR 계산식은 대기 온도에 대하여 $DVR=0.0249+0.0020e^{0.1654x}$ 또는 DVR = 0.0019x + 0.0187이었으며, DVR 계산식에 일 평균 기온을 대입하여 계산한 예측 발아일의 실측 발아일에 대한 적합도 검정 RMSE 값이 4일 이하로 작았다. 또한 DVR 계산식에 시간별 온도 자료를 대입한 경우에는 일 평균 기온 자료를 사용한 경우보다 오차 값이 작았으며 이때 RMSE 값은 3일 이하였다. 이는 본 연구에서 계산한 DVR 계산식이 포도 발아기 예측에 유용한 예측 값을 제공할 수 있다는 것을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper

To predict the bud bursting date of 'Campbell Early' grapevines, the bud developmental rate (DVR) models were constructed. The DVRs for bud bursting were calculated from the demanded times at controlled air temperatures. The DVRs were examined on the 'Campbell Early' grapevines incubated in three different temperatures at 4.6, 11.8, and $16.6^{\circ}C$. The DVR increased exponentially or linearly on the air temperature with a slope of about 0.0019. The DVR equations were computed as $DVR=0.0249+0.0020e^{0.1654x}$ or DVR = 0.0019x + 0.0187. These DVR equations offered developmental indices and predicted dates for bud bursting with air temperature data. The DVR equations were validated to the bud bursting data observed in the field. When bud bursting dates were calculated with daily temperature data, the root mean squared error (RMSE) between the observed and the predicted dates was less than 4 days. When those were calculated with hourly temperature data, on the other hand, the RMSE was less than 3 days. These results suggest that the DVR models are useful to predict bud bursting date of 'Campbell Early' grapevines.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 3가지 항온 조건에서 조사한 포도(Vitis labrusca) ‘캠벨얼리’의 발육 속도와 온도의 관계를 선형 함수와 지수 함수식으로 제시하고, 이를 이용하여 계산한 발아기 예측 값과 포장에서 조사한 실측 값을 비교함으로써 포도 ‘캠벨얼리’의 발아기 예측에 있어서 발육 속도 계산식의 이용 가능성을 검토하였다.

가설 설정

, 1970; Horie and Nakagawa, 1990), 휴면이 완료된 포도의 눈이 생육을 시작하여 발아기에 도달하는 기간을 발아 생육 기간 또는 발아 생육 단계로 보고 그 기간 동안의 발육량을 수치화한 값을 발육 지수(developmental index, DVI)로 칭하고 발육량의 변화율을 발육 속도(developmental rate, DVR)로 표현하였다. 포도 눈의 휴면이 완료되고 생육을 시작하는 시점에 DVI는 0이고 DVI가 1.0에 도달할 때 발아에 도달하는 것으로 가정하였다.

제안 방법

DVR 계산식을 이용한 발아기 예측은 먼저 DVR 계산식에 일 평균 기온을 대입하여 DVR_d를 계산하고 발아기 예측값을 계산하였다. 수원 지역에서 ‘캠벨얼리’의 휴면 완료 시기를 고려하여 DVR 계산은 1월 30일 이후부터 시작하였으며, 일 평균 기온이 5℃ 이상인 날만 포함하였다(Moncur et al.
항온 실험에서 계산한 DVR 계산식에 수원 지역에서 30년간 관측한 일 평균 기온 자료를 대입하여 DVI를 계산하고 발아기의 예측 값을 구하였다. 그리고 발아기의 실측 값과 예측 값을 비교하여 예측 적합도를 검정하였다. DVR 계산식과 온도 자료를 이용한 DVI 계산에는 엑셀 소프트웨어(MS Office 2007, MS사, USA)를 사용하였으며 발아기 예측 적합도 검정을 위해 통계 소프트웨어(SPSS 12.
DVR_h 계산 시에는 시간별 기온 자료를 대입하여 발아기 예측 값을 구하였다. 이때 5℃ 미만인 온도 값은 제외하고 5℃ 이상인 온도 값만을 반영하여 DVR을 계산하였다.
(2005)은 ‘캠벨얼리’는 1월 19일에서 1월 26일 사이에 자발 휴면이 타파된다고 하였는데, 이를 근거로 삽수는 휴면이 완료되었을 것으로 예상되는 1월 20일경에 채취하여 각각 눈 2개를 남기고 20cm 내외의 길이로 준비하였다. 준비한 삽수는 5, 10, 15℃로 설정된 항온기(VS-911H, Vision Science, Seoul, Korea)에 각각 15개씩 수삽하여 발아율을 조사하였으며 발아율이 50%인 날을 발아일로 계산하였다. 처리 기간 동안의 항온기의 평균 온도는 각각 4.
포도 ‘캠벨얼리’의 온도에 따른 발육 속도를 측정하기 위해 항온 조건에서 발아율 및 발아 소요일을 조사하였다.
포도 발아기 예측을 위한 발육 지수 및 발육 속도에 대한 개념은 과수 개화기 예측에서 정의한 개념을 응용하여(De Wit et al., 1970; Horie and Nakagawa, 1990), 휴면이 완료된 포도의 눈이 생육을 시작하여 발아기에 도달하는 기간을 발아 생육 기간 또는 발아 생육 단계로 보고 그 기간 동안의 발육량을 수치화한 값을 발육 지수(developmental index, DVI)로 칭하고 발육량의 변화율을 발육 속도(developmental rate, DVR)로 표현하였다. 포도 눈의 휴면이 완료되고 생육을 시작하는 시점에 DVI는 0이고 DVI가 1.
항온 실험에서 계산한 DVR 계산식에 수원 지역에서 30년간 관측한 일 평균 기온 자료를 대입하여 DVI를 계산하고 발아기의 예측 값을 구하였다. 그리고 발아기의 실측 값과 예측 값을 비교하여 예측 적합도를 검정하였다.
포도 발아 단계의 DVR 계산식이 구해지면 DVI 계산이 가능하고 이를 이용하여 발아기 예측이 가능하다. 항온 실험에서 계산한 DVR 계산식에 온도 값을 대입하면 DVR이 계산되고 DVR을 누적한 DVI 값이 1.0에 도달할 때를 예측 발아일로 결정하였다.

대상 데이터

수원 이목동 소재 국립원예특작과학원의 포장에서 1978년부터 2008년까지 실제로 조사한 값을 포장 조건에서의 포도 ‘캠벨얼리’의 발아일로 사용하였다.
발아일은 노지 포장에서 주아 또는 부아가 50% 발아한 날을 기준으로 하였다. 포도 자발 휴면의 완료일로부터 발아기까지의 온도 자료는 국립원예특작과학원 인근의 수원시 서둔동에 소재한 수원 기상대에서 측정한 자료를 이용하였다.

데이터처리

그리고 발아기의 실측 값과 예측 값을 비교하여 예측 적합도를 검정하였다. DVR 계산식과 온도 자료를 이용한 DVI 계산에는 엑셀 소프트웨어(MS Office 2007, MS사, USA)를 사용하였으며 발아기 예측 적합도 검정을 위해 통계 소프트웨어(SPSS 12.0, SPSS사, USA)를 이용하여 회귀 분석을 실시하였다.

성능/효과

4.6, 11.8, 16.6℃인 항온 조건에서 포도 삽수의 눈이 발아하는 데 소요된 기간은 각각 35, 26, 19일로 DVR_d는 각각 0.029, 0.038, 0.053으로 계산되었다(Table 1).
1), DVR 계산식을 이용하여 발아기 예측을 실시한 경우에 발아기 예측 적합도는 선형 함수식과 지수 함수식 간에 큰 차이가 없었다. DVR 계산식을 이용한 발아기 예측에 있어서 일 평균 기온 자료를 사용한 경우보다 시간별 온도 자료를 사용한 경우에 예측 RMSE 값이 감소하였다. DVR을 이용한 발아기 예측에서 RMSE 값이 2.
DVR에 대한 선형 함수식과지수 함수식은 대기 온도 x에 대하여 각각 DVRd = 0.0019x + 0.0187, DVRd = 0.0249 + 0.0020e0.1654x로 계산되었다(Fig. 1).
발아 DVR은 대기 온도에 비례하여 증가하였고 지수 함수적으로 증가하는 경향이었다. DVR에 대한 선형 함수식과지수 함수식은 대기 온도 x에 대하여 각각 DVR_d = 0.
이상의 결과로 보아, 포도 발아 단계의 DVR은 대기 온도에 대하여 지수 함수적으로 증가하는 경향이었으며(Fig. 1), DVR 계산식을 이용하여 발아기 예측을 실시한 경우에 발아기 예측 적합도는 선형 함수식과 지수 함수식 간에 큰 차이가 없었다. DVR 계산식을 이용한 발아기 예측에 있어서 일 평균 기온 자료를 사용한 경우보다 시간별 온도 자료를 사용한 경우에 예측 RMSE 값이 감소하였다.
항온 실험에서 계산한 DVR 계산식에 24시간을 반영하여 DVRh 계산식을 작성하고 이를 이용하여 수원 지역 실측 값에 대해 발아기 예측을 실시한 결과, DVRh = (0.0019x + 0.0187) × 24-1 × 1.4-1, DVRh = (0.0249 + 0.0020e0.1654x) × 24-1 × 1.4-1로 보정되었으며, 적합도 검정 RMSE 값은 각각 2.9와 2.6이었다(Fig. 3).
항온 실험에서 계산한 DVR 계산식에 수원 지역에서 조사한 일 평균 기온 자료를 대입하여 발아기 예측을 실시한 결과, 선형 함수식 DVRd = 0.0019x + 0.0187을 이용한 경우에는 예측 값과 실측 값의 적합도 검정 평균 제곱 오차(root mean squared error, RMSE) 값은 3.8이고, 지수 함수식 DVRd = 0.0249 + 0.0020e0.1654x를 이용한 경우에는 적합도 검정 RMSE 값은 3.7이며(Fig. 2), 예측 값은 실측 값에 대해 대부분 3-4일 이내로 근접하였다.
4). 항온 실험에서 계산한 DVR_h 계산식은 적합도 검정 RMSE 값이 2.6 내외로 작고 보정 값이 0.71로 작아 포도 눈의 DVR을 유효하게 설명할 수 있다. 한편 DVR_h 계산식에서 발아기 예측 적합도가 증가하였는데, 이는 DVR_d 계산에는 일 평균 기온 값을 사용한 반면에 DVR_h 계산에는 5℃ 이상의 시간 별 온도 값을 사용한 것에 기인한다.

후속연구

DVR 계산식을 이용한 발아기 예측에 있어서 일 평균 기온 자료를 사용한 경우보다 시간별 온도 자료를 사용한 경우에 예측 RMSE 값이 감소하였다. DVR을 이용한 발아기 예측에서 RMSE 값이 2.6으로 작은 것으로 보아 본 연구에서 계산한 DVR 계산식은 포도 발아기 예측에 유용한 예측 값을 제공할 것으로 예상된다. 한편 본 연구에서 계산한 DVR 계산식은 수원 이외의 다른 지역에서도 적용 가능할 것으로 예상되는데, 다른 지역에서 적용하기 위해서는 실측 값을 대입하여 보정 값을 구하는 과정이 필요하다.
6으로 작은 것으로 보아 본 연구에서 계산한 DVR 계산식은 포도 발아기 예측에 유용한 예측 값을 제공할 것으로 예상된다. 한편 본 연구에서 계산한 DVR 계산식은 수원 이외의 다른 지역에서도 적용 가능할 것으로 예상되는데, 다른 지역에서 적용하기 위해서는 실측 값을 대입하여 보정 값을 구하는 과정이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과수 작물의 발아 및 개화기의 변동과 서리 등 저온 피해에 대비하기 위해 어떠한 연구가 활발하게 진행되고 있는가?	최근 과수 작물의 발아와 개화기가 지구 기후 변화의 영향으로 크게 변하고(Honjo, 2007), 봄철의 기온 변화가 심해져 저온 및 서리 피해가 증가하고 있다. 이러한 과수 작물의 발아 및 개화기의 변동과 서리 등 저온 피해에 대비하기 위해 발아기를 예측한 연구(Kume and Takezawa, 1994; Kwon et al., 2005; Moncur et al., 1989)와 개화기 예측에 대한 연구(Aono and Moriya, 2003; Aono and Omoto, 1990; Honjo et al., 2006; Murakami et al., 2006, 2008, 2009; Rea and Eccel, 2006)가 활발하게 진행되고 있다. 특히 개화기 예측에 대한 연구가 많은데 생육 단계로서 개화기가 매우 중요하고 저온에 의한 피해 가능성이 발아기보다 더 크기 때문이다.
	온대 과수의 생육에 있어서 수체 발육은 무엇의 영향을 크게 받는가?	온대 과수의 생육에 있어서 수체 발육은 온도의 영향을 크게 받으므로 이를 근거로 한 생육 단계 예측 모델들이 많이 제시되어 왔다. 과수 개화기 예측 모델의 예로 온도 인자에 대한 다중 회귀식(Aoki et al.
	포도 생육 시기 예측에서 발아기 예측에 대한 필요성이 큰 이유는 무엇인가?	한편 포도 생육 시기 예측에서는 발아기 예측에 대한 필요성이 크다. 포도는 발아 시기가 배와 복숭아에 비해 늦어 배와 복숭아가 개화하는 시기에 발아하며 발아 이후에는 저온에 노출된 경우에 저온 피해를 받게 되므로 포도의 재배에 있어서는 발아기를 예측하여 저온 피해에 대비하여야 한다.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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