국내육성 주요 딸기 품종에서 발생하는 구리(Cu) 과잉 증상 및 영양진단을 위한 식물체 내 한계농도 Characterization of Copper Toxicity Symptoms and Determination of Tissue Critical Concentration for Diagnostic Criteria in Korean Bred Strawberries원문보기
미량원소인 Cu 시비농도를 인위적으로 조절하여 '금향', '매향' 및 '설향' 딸기를 재배하면서 시비수준이 생장에 미치는 영향을 구명하였다. 또한 생육을 우수하게 유지할 수 있는 식물체의 Cu 한계농도를 밝혀 딸기 재배 시 영양장해를 진단할 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있도록 하기 위하여 본 연구를 수행하였다. Cu 시비농도에 영향을 받은 세 종류 딸기 품종의 건물중에서 '금향'과 '매향'은 0.25mM-1.0mM 시비구 간, '설향' 딸기의 경우 0.25mM-3.0mM 시비구 간통계적인 유의차가 없었고, '설향'이 '금향'이나 '매향'보다 Cu 과다시비에 대한 내성이 강함을 알 수 있었다. Cu가 과다하게 시비되어 식물체의 흡수량이 증가하면 신엽에서 엽맥 간 황화현상이나 엽맥 사이에 직선형태의 황화현상이 그리고 하위엽에서는 잎 가장자리가 주황색으로 변하는 증상이 나타났다. 관비용액의 Cu 시비농도를 증가시켜도 세 종류 딸기의 식물체 내 P, K, Ca 및 Mg 함량은 뚜렷한 경향을 발견할 수 없었다. 미량원소 중 Cu 함량은 시비농도가 높아짐에 따라 식물체 내 함량이 직선적으로 증가하였으며, Fe 및 Mo 함량은 관비용액의 Cu 농도에 대한 반응이 뚜렷하지 않았고, 경향도 발견할 수 없었다. '금향', '매향' 및 '설향' 딸기의 최대생장량보다 10% 적은 생장량과 이 때의 식물체내 Cu 함량을 정상 생장을 위한 최대한계점으로 간주하면 '금향' $71.4mg{\cdot}kg^{-1}$, '매향' $57.9mg{\cdot}kg^{-1}$, 그리고 '설향' $74.81mg{\cdot}kg^{-1}$ 이하를 유지하도록 Cu 시비농도를 조절해야 한다고 판단하였다.
미량원소인 Cu 시비농도를 인위적으로 조절하여 '금향', '매향' 및 '설향' 딸기를 재배하면서 시비수준이 생장에 미치는 영향을 구명하였다. 또한 생육을 우수하게 유지할 수 있는 식물체의 Cu 한계농도를 밝혀 딸기 재배 시 영양장해를 진단할 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있도록 하기 위하여 본 연구를 수행하였다. Cu 시비농도에 영향을 받은 세 종류 딸기 품종의 건물중에서 '금향'과 '매향'은 0.25mM-1.0mM 시비구 간, '설향' 딸기의 경우 0.25mM-3.0mM 시비구 간통계적인 유의차가 없었고, '설향'이 '금향'이나 '매향'보다 Cu 과다시비에 대한 내성이 강함을 알 수 있었다. Cu가 과다하게 시비되어 식물체의 흡수량이 증가하면 신엽에서 엽맥 간 황화현상이나 엽맥 사이에 직선형태의 황화현상이 그리고 하위엽에서는 잎 가장자리가 주황색으로 변하는 증상이 나타났다. 관비용액의 Cu 시비농도를 증가시켜도 세 종류 딸기의 식물체 내 P, K, Ca 및 Mg 함량은 뚜렷한 경향을 발견할 수 없었다. 미량원소 중 Cu 함량은 시비농도가 높아짐에 따라 식물체 내 함량이 직선적으로 증가하였으며, Fe 및 Mo 함량은 관비용액의 Cu 농도에 대한 반응이 뚜렷하지 않았고, 경향도 발견할 수 없었다. '금향', '매향' 및 '설향' 딸기의 최대생장량보다 10% 적은 생장량과 이 때의 식물체내 Cu 함량을 정상 생장을 위한 최대한계점으로 간주하면 '금향' $71.4mg{\cdot}kg^{-1}$, '매향' $57.9mg{\cdot}kg^{-1}$, 그리고 '설향' $74.81mg{\cdot}kg^{-1}$ 이하를 유지하도록 Cu 시비농도를 조절해야 한다고 판단하였다.
This study was carried out to investigate the influence of copper concentrations in fertilizer solution on the growth of and nutrient uptake by domestically bred strawberries. The characterization of toxicity symptoms as well as tissue analyses based on dry weight of above ground tissue were also co...
This study was carried out to investigate the influence of copper concentrations in fertilizer solution on the growth of and nutrient uptake by domestically bred strawberries. The characterization of toxicity symptoms as well as tissue analyses based on dry weight of above ground tissue were also conducted to determine the threshold levels in plants when toxicity developed in copper. The dry weights of the above ground tissue were not significantly different among the treatments of 0.25 mM to 1.0 mM in 'Keumhyang' and 'Maehyang' strawberries and that of 0.25 mM to 3.0 mM in 'Seolhyang' strawberry. This indicates that the 'Seolhyang' strawberry is more tolerant to copper toxicity than 'Keumhyang' or 'Maehyang' strawberries. Application of copper at high concentrations resulted in severe toxicity such as death of extensive areas of leaves. The lower leaves became yellow and die rapidly as the symptoms spread up the plants. The leaf blades and petioles died back to the crown and hang on by mechanical attachment. Symptoms of copper toxicity in lower leaves developed as browning on leaf margins and in patches between leaf veins that became necrotic. The elevation of copper concentrations in fertilizer solution did not influence the tissue phosphorus, potassium, calcium, and magnesium contents based on the dry weight of the above ground tissue. The tissue copper contents increased lineally as the copper concentrations in fertilizer solution were elevated. But the tissue iron, manganese and boron contents were not influenced by the concentrations. When the concentration of copper at which growth of a plant is retarded by 10% is regarded as threshold level, the copper contents based on dry weight of above ground plant tissue should be lower than 71.4, 57.9 and 74.8 $mg{\cdot}kg^{-1}$ in 'Keumhyang', 'Maehyang' and 'Seolhyang' strawberries, respectively. The symptom characterization and established threshold level in copper toxicity would help growers to prevent the reduction of crop growth and yield in 'Seolhyang' strawberry cultivation.
This study was carried out to investigate the influence of copper concentrations in fertilizer solution on the growth of and nutrient uptake by domestically bred strawberries. The characterization of toxicity symptoms as well as tissue analyses based on dry weight of above ground tissue were also conducted to determine the threshold levels in plants when toxicity developed in copper. The dry weights of the above ground tissue were not significantly different among the treatments of 0.25 mM to 1.0 mM in 'Keumhyang' and 'Maehyang' strawberries and that of 0.25 mM to 3.0 mM in 'Seolhyang' strawberry. This indicates that the 'Seolhyang' strawberry is more tolerant to copper toxicity than 'Keumhyang' or 'Maehyang' strawberries. Application of copper at high concentrations resulted in severe toxicity such as death of extensive areas of leaves. The lower leaves became yellow and die rapidly as the symptoms spread up the plants. The leaf blades and petioles died back to the crown and hang on by mechanical attachment. Symptoms of copper toxicity in lower leaves developed as browning on leaf margins and in patches between leaf veins that became necrotic. The elevation of copper concentrations in fertilizer solution did not influence the tissue phosphorus, potassium, calcium, and magnesium contents based on the dry weight of the above ground tissue. The tissue copper contents increased lineally as the copper concentrations in fertilizer solution were elevated. But the tissue iron, manganese and boron contents were not influenced by the concentrations. When the concentration of copper at which growth of a plant is retarded by 10% is regarded as threshold level, the copper contents based on dry weight of above ground plant tissue should be lower than 71.4, 57.9 and 74.8 $mg{\cdot}kg^{-1}$ in 'Keumhyang', 'Maehyang' and 'Seolhyang' strawberries, respectively. The symptom characterization and established threshold level in copper toxicity would help growers to prevent the reduction of crop growth and yield in 'Seolhyang' strawberry cultivation.
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문제 정의
따라서 국내 육성 품종인 ‘금향’, ‘매향’ 및 ‘설향’ 딸기를 대상으로 미량원소인 Cu 농도를 변화시켜 과잉증상을 인위적으로 유발시킨 후 증상의 특징을 밝히며, 과잉증상 발현 시기의 식물체내 무기원소 함량을 분석하여 Cu 과잉과 관련한 생리장해를 진단할 수 있도록 기초 자료를 확보하고자 본 연구를 수행하였다.
미량원소인 Cu 시비농도를 인위적으로 조절하여 ‘금향’, ‘매향’ 및 ‘설향’ 딸기를 재배하면서 시비수준이 생장에 미치는 영향을 구명하였다. 또한 생육을 우수하게 유지할 수 있는 식물체의 Cu 한계농도를 밝혀 딸기 재배 시 영양장해를 진단할 수 있는 기초 자료로 활용될 수 있도록 하기 위하여 본 연구를 수행하였다. Cu 시비농도에 영향을 받은 세 종류 딸기 품종의 건물중에서 ‘금향’과 ‘매향’은 0.
제안 방법
처리용액 조제과정에서 Hoagland 용액(Hoagland and Arnon, 1950)과 동일하게 다량 원소와 Cu를 제외한 미량원소의 농도를 고정시켰다. Cu는 CuSO4 ‧ 5H2O를 사용하였고, Cu의 농도를 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0 그리고 4.0mM로 조절한 처리용액을 만들었다. 모든 용액은 HCl과 NaOH를 이용하여 pH를 6.
0mM로 조절한 처리용액을 만들었다. 모든 용액은 HCl과 NaOH를 이용하여 pH를 6.0으로 조정한 후 점적관수 방법으로 공급하였다.
미량원소인 Cu 시비농도를 인위적으로 조절하여 ‘금향’, ‘매향’ 및 ‘설향’ 딸기를 재배하면서 시비수준이 생장에 미치는 영향을 구명하였다.
세 종류 딸기 품종을 대상으로 Cu 농도를 조절하여 6처리, 그리고 각 처리당 5반복, 반복당 2식물체로 총 180개의 포트를 배치하였다.
수확된 식물체를 0.01N HCl 용액에 1분간 침지한 후 증류수로 수세하여 잎에 묻어 있는 이물질을 제거하였고, 80°C의 건조기에서 48시간 건조시켰다.
01N HCl 용액에 1분간 침지한 후 증류수로 수세하여 잎에 묻어 있는 이물질을 제거하였고, 80°C의 건조기에서 48시간 건조시켰다. 이 후 0.9mm체(20mesh screen)를 통과하도록 분쇄하여 무기원소 함량 분석에 이용하였다. 식물체 무기성분 함량 분석은 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사분석기준(RDA, 2003)에 준하여 inductively coupled plasma optical emission spectrometer (Trace Scan; Thermo Elemental, Franklin, MA, USA)를 사용하여 수행하였다.
재배하는 작물의 생장 또는 수량을 극대화하기 위하여 무기원소 흡수량과 시비를 통한 공급량이 균형을 이루도록 시비의 시기 및 농도를 조절한다. 그러나 작물을 재배하면서 균형된 시비를 하여도 무기원소 과부족이 원인이 되어 생장량을 저하시키고 생리장해가 발생되는 경우가 많다.
정식 120일 후에 작물 생장 조사 및 식물체 무기원소 함량 분석을 하였다. 식물 생장은 지상부의 초장, 초폭, 엽장, 엽폭, 엽수, 엽록소함량, 관부직경, 지상부 생체중 및 지상부 건물중을 조사하였으며, Choi et al.
처리용액 조제과정에서 Hoagland 용액(Hoagland and Arnon, 1950)과 동일하게 다량 원소와 Cu를 제외한 미량원소의 농도를 고정시켰다. Cu는 CuSO4 ‧ 5H2O를 사용하였고, Cu의 농도를 0.
혼합 상토[피트모스 + 펄라이트, 7:3(v/v)]를 플라스틱 포트(용적 1,600mL)에 충전하였으며, 딸기묘의 뿌리 부분에 잔존한 상토를 물로 씻어내어 모두 제거한 후 플라스틱 포트에 정식하였다. 정식 후 45일간 증류수만 관수하여 식물체 내의 무기원소 함량을 낮추었고, 각 식물체의 신엽을 기준으로 3매만 남긴 채 하위엽을 모두 제거하였다.
대상 데이터
(2000)의 방법에 준하였다. 무기원소 함량은 근권부를 제외한 지상부 전체를 분석 대상으로 삼았다. 수확된 식물체를 0.
본 실험은 충남대학교에 위치한 유리온실에서 수행하였다. 재배기간 중 주ㆍ야간의 평균 온도는 각각 24°C 및 15°C였고, 상대습도 60-70%, 평균일장 15h, 그리고 광합성 유효광양자속은 330-370μmol ‧ m-2 ‧ s-1였다.
에 해당하는 종이었다. 충남 논산딸기시험장에서 조직배양한 후 순화되고 저온처리를 한 딸기묘를 본 연구에 이용하였다.
데이터처리
구리의 시비 농도가 식물 생장과 무기물 함량에 미치는 영향은 각 원소내의 처리별 Duncan의 다중검정과 회귀분석을 하였다. 다항회귀분석을 통해 얻어진 1 및 2차항 회귀선 중 최적예측함수를 결정하기 위해 R2 값과 incremental F 값이 큰 회귀식을 적용하여 판단하였다.
구리의 시비 농도가 식물 생장과 무기물 함량에 미치는 영향은 각 원소내의 처리별 Duncan의 다중검정과 회귀분석을 하였다. 다항회귀분석을 통해 얻어진 1 및 2차항 회귀선 중 최적예측함수를 결정하기 위해 R2 값과 incremental F 값이 큰 회귀식을 적용하여 판단하였다. 통계분석은 CoStat 통계프로그램(v.
다항회귀분석을 통해 얻어진 1 및 2차항 회귀선 중 최적예측함수를 결정하기 위해 R2 값과 incremental F 값이 큰 회귀식을 적용하여 판단하였다. 통계분석은 CoStat 통계프로그램(v. 6.3, Monterey, CA, USA)으로 수행하였다.
이론/모형
식물 생장은 지상부의 초장, 초폭, 엽장, 엽폭, 엽수, 엽록소함량, 관부직경, 지상부 생체중 및 지상부 건물중을 조사하였으며, Choi et al.(2000)의 방법에 준하였다. 무기원소 함량은 근권부를 제외한 지상부 전체를 분석 대상으로 삼았다.
‘금향’, ‘매향’ 및 ‘설향’ 딸기의 최대생장량보다 10% 적은 생장량과 이 때의 식물체내 Cu 함량을 정상 생장을 위한 최대한계점으로 간주하면‘금향’ 71.4mg ‧ kg-1, ‘매향’ 57.9mg ‧ kg-1, 그리고 ‘설향’74.81mg ‧ kg-1 이하를 유지하도록 Cu 시비농도를 조절해야 한다고 판단하였다.
‘매향’ 딸기는 0.25 및 0.5mM 시비구에서 뚜렷한 증상이 나타나지 않았지만 1.0mM 시비구는 하위엽 선단에 갈변현상이 나타났고, 2.0mM 이상의 고농도 Cu 시비구에서 하위엽 선단부가 주황색으로 변하면서 괴사하는 증상이 나타났다.
0mM 시비구는 하위엽 선단에 갈변현상이 나타났다. 2.0mM 이상의 고농도 Cu 시비구에서는 하위엽 선단부가 주황색으로 변하면서 괴사하는 증상이 나타남과 동시에 엽병에 인접한 부위에서 엽맥간 갈변현상이 나타났다. ‘매향’ 딸기는 0.
4.0mM 시비구에서는 엽병에 인접한 부위에서 엽맥간 갈변현상이 나타났으며, ‘설향’ 딸기는 ‘매향’ 딸기보다 고농도에서 Cu 과잉 피해가 나타났고, ‘설향’이 ‘매향’보다 고농도 Cu 에 대한 내성이 강하다고 판단할 수 있었다.
Cu 시비농도가 증가할수록 ‘금향’과 ‘매향’ 딸기의 초폭이 직선적으로 감소하였고, ‘설향’ 딸기는 2차곡선회귀적으로 감소하는 경향을 보였다.
Cu 시비농도를 인위적으로 높이고 과잉피해의 증상을 조사한 결과 ‘금향’ 딸기는 정상 식물체 보다 지상부의 생장이 빈약하였고, 하위엽에서 엽 전체의 갈변 및 괴사 증상이 관찰되었다.
Cu 시비농도에 영향을 받은 세 종류 딸기 품종의 건물중에서 ‘금향’과 ‘매향’은 0.25mM-1.0mM 시비구 간, ‘설향’ 딸기의 경우 0.25mM-3.0mM 시비구 간 통계적인 유의차가 없었고, ‘설향’이 ‘금향’이나 ‘매향’보다 Cu 과다시비에 대한 내성이 강함을 알 수 있었다.
Cu 시비농도에 영향을 받은 세 종류 딸기 품종의 건물중을 비교할 때 ‘금향’과 ‘매향’ 은 0.25mM부터 1.0mM 시비구 간 처리 간 통계적인 유의차가 없었으나 ‘설향’ 딸기의 경우 0.25mM부터 3.0mM Cu 시비구까지 통계적인 유의차가 없었다.
0mM 시비구 간 통계적인 유의차가 없었고, ‘설향’이 ‘금향’이나 ‘매향’보다 Cu 과다시비에 대한 내성이 강함을 알 수 있었다. Cu가 과다하게 시비되어 식물체의 흡수량이 증가하면 신엽에서 엽맥 간 황화현상이나 엽맥 사이에 직선형태의 황화현상이 그리고 하위엽에서는 잎 가장자리가 주황색으로 변하는 증상이 나타났다. 관비용액의 Cu 시비농도를 증가시켜도 세 종류 딸기의 식물체 내 P, K, Ca 및 Mg 함량은 뚜렷한 경향을 발견할 수 없었다.
구리 시비농도가 증가할수록 ‘금향’ 및 ‘매향’ 딸기의 엽수는 직선 또는 2차곡선회귀적으로 뚜렷하게 감소하는 경향을 보였고, Cu 농도의 처리 간 통계적인 유의차가 있었다.
8mg ‧ kg-1으로 계산된다. 따라서 건물중에 기초한 Cu 함량을 상기한 범위 이하로 유지하여야 Cu 과잉피해를 방지할 수 있다고 판단하였다.
관비용액의 Cu 시비농도를 증가시켜도 세 종류 딸기의 식물체 내 P, K, Ca 및 Mg 함량은 뚜렷한 경향을 발견할 수 없었다. 미량원소 중 Cu 함량은 시비농도가 높아짐에 따라 식물체 내 함량이 직선적으로 증가하였으며, Fe 및 Mo 함량은 관비용액의 Cu 농도에 대한 반응이 뚜렷하지 않았고, 경향도 발견할 수 없었다. ‘금향’, ‘매향’ 및 ‘설향’ 딸기의 최대생장량보다 10% 적은 생장량과 이 때의 식물체내 Cu 함량을 정상 생장을 위한 최대한계점으로 간주하면‘금향’ 71.
(1993)은 사탕수수에서 9mg ‧ kg-1을, 그리고 Locascio(1993)는 오이에서 10mg ‧ kg-1을 Cu 과잉방지를 위한 최대한계점으로 설정하였다. 상기한 식물체내 함량과 본 연구의 결과를 비교할 때 딸기는 수수, 사탕수수 또는 오이보다 높은 식물체 내 Cu 함량에서 과잉피해가 나타난다고 판단하였다.
세 종류 딸기 품종의 엽병장, 엽장 및 엽폭은 Cu 농도의 처리 간 차이가 분명하였고, 직선 및 2차곡선회귀적으로 짧거나 좁아지는 경향이었다. Cu가 고농도로 시비된 경우 하위엽에서 과다증상이 발현되어 노엽부터 점차 괴사하였다 (Fig.
식물체의 Cu 함량은 관비용액의 Cu 농도에 직접적인 영향을 받아 직선적으로 증가하였으며 4.0mM Cu 처리의 Cu 함량이 ‘금향’ 688.7, ‘매향’ 902.6, 그리고 ‘설향’ 343.1mg ‧ kg-1으로 분석되었다.
이상과 같은 방법으로 ‘매향’과 ‘설향’ 딸기의 식물체내 Cu 함량과 건물중 생산에 관한 회귀식을 적용하여 최대 건물중 생산의 90%를 생산할 때의 식물체 내 Cu 함량을 계산하면 ‘매향’은 57.9mg ‧ kg-1 그리고 ‘설향’은 74.8mg ‧ kg-1으로 계산된다.
후속연구
미량원소 중 식물체 내 Fe, Mn 및 B 함량은 관비 용액 속의 Cu 농도에 영향을 덜 받아 뚜렷한 경향을 발견할 수 없었다(Table 2). 그러나 관비용액의 Cu 농도가 높아짐에 따라 식물체내 Zn 함량은 뚜렷하게 직선적으로 증가하는 경향을 보였지만, Zn과 Cu 함량의 상관관계에 관한 문헌을 찾을 수가 없고 추후 정밀한 보완 연구가 필요한 부분이라고 판단하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무기원소의 과부족이 원인이 되어 발생되는 증상의 가시적인 진단이 어려운 이유는?
무기원소의 과부족이 원인이 되어 발생되는 증상은 작물 종류 또는 각 작물 내의 품종별로 독특하게 나타나는 경우가 많으며, 가시적인 진단이 어려운 원인이 된다. 또한 품종별로 흡비 특성이 다를 경우 보편적으로 각종 무기원소의 식물체내 함량의 적정 범위에서 차이가 발생한다.
구리 시비농도가 증가할수록 ‘금향’ 및 ‘매향’ 딸기의 엽수는 어떤 경향을 보이는가?
구리 시비농도가 증가할수록 ‘금향’ 및 ‘매향’ 딸기의 엽수는 직선 또는 2차곡선회귀적으로 뚜렷하게 감소하는 경향을 보였고, Cu 농도의 처리 간 통계적인 유의차가 있었다. 그러나 ‘설향’ 딸기의 경우 처리간 통계적인 차이도 인정되지 않았고 경향도 발견할 수 없었다.
'설향’ 딸기가 ‘금향’이나 ‘매향’ 딸기보다 Cu 과다 시비에 대한 내성이 더 강함을 보여주는 결과는?
Cu 시비농도에 영향을 받은 세 종류 딸기 품종의 건물중을 비교할 때 ‘금향’과 ‘매향’ 은 0.25mM부터 1.0mM 시비구 간 처리 간 통계적인 유의차가 없었으나 ‘설향’ 딸기의 경우 0.25mM부터 3.0mM Cu 시비구까지 통계적인 유의차가 없었다. 이는 ‘설향’ 딸기가 ‘금향’이나 ‘매향’ 딸기보다 Cu 과다 시비에 대한 내성이 더 강함을 의미한다.
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