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문제 정의
- 광합성을 측정하기 적당한 잎의 연령에 대하여 Santa-Cruz et al.(2002)와 van Oosten and Besford(1995)는 완전히 전개한 잎을 사용하는 것이 적절하다고 하였는데, 본 실험에서도 3주 동안 잎의 길이와 폭을 조사하여 실험에 사용되는 잎이 광합성을 측정하기에 적당한가에 대해 알아보고자 하였다(Table 2). 2011년 11월 4일에는 2화방 하부엽이 완전히 생장한 것으로 조사되었고, 일주일 후인 11월 11일에는 2화방 상부 첫 번째 잎의 생장이 완료되었고, 11월 17일에는 3화방 하부엽까지 완전히 전개한 것으로 조사되었다.
- 본 연구는 많은 생장 관련 인자 중에서 잎의 광합성속도와 개화속도를 함께 측정함으로써 토마토 잎들의 엽위별 광합성 특성을 조사하고, 잎의 연령과 개화속도를 엽위별 광합성 특성과 비교 분석하여 새로운 생육지표를 발굴하고자 수행되었다.
제안 방법
- 일중 광합성 속도 특성실험에서는 일출 전 2시간부터 일몰 후 3시간까지 1시간마다 4번째 화방의 하부엽 3매의 광합성 속도를 측정하였다. 3개체를 반복으로 총 2회 조사하였다. 토마토의 일중 광합성 속도는 일출 후 1시간 동안 급격히 증가한 후, 일몰 2시간 전까지 일정하게 유지되는 양상을 보여 급액의 시작과 마감시각을 결정하는데 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
- LI-6400(LI-COR, USA)으로 광합성을 측정할 때 광도는 1,000μmol·m-2·s-1였으며, CO2 농도는 400ppm였다. 광합성 특성 분석을 위해 광합성 속도와 광포화점에 도달하는데 소요되는 시간을 조사하여 분석하였고, 광합성량이 개화 속도에 영향을 주는 요인이므로 각 광합성 속도와 함께 개화속도를 조사하여 광합성 특성을 분석하는데 적용하였다. 개화위치의 측정은 광합성 속도를 측정하는 때와 같은 시간에 완전히 개화된 꽃 수를 측정하여 숫자로 나타내었다.
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엽위별 광합성 속도 특성실험에서는 1화방부터 4화방까지 각 화방의 하부에 있는 본엽 3개씩을 대상으로 광합성 속도를 조사하였다. 또한 광합성 특성을 분석하는데 적용하기 위해 개화속도를 조사하였다. 광합성속도는 엽위에 관계없이 꽃이 만개하는 시기를 정점으로 지속적으
- 본엽 4매 출현 전까지는 1일 1회 물로 급액하였고, 이후 Yamazaki 토마토 전용배양액을 pH 6.5, EC 0.5dS·m-1로 조정하여 급액하였다.
- 토마토의 일중 광합성 속도는 일출 후 1시간 동안 급격히 증가한 후, 일몰 2시간 전까지 일정하게 유지되는 양상을 보여 급액의 시작과 마감시각을 결정하는데 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 엽위별 광합성 속도 특성실험에서는 1화방부터 4화방까지 각 화방의 하부에 있는 본엽 3개씩을 대상으로 광합성 속도를 조사하였다. 또한 광합성 특성을 분석하는데 적용하기 위해 개화속도를 조사하였다.
- 측정 대상은 4번째 화방의 하부엽 3매씩이었고, 3개체를 반복으로 총 2회 실시하였다. 엽위별 광합성 속도 특성을 조사한 실험에서는 1화방부터 4화방까지 각 화방의 하부에 있는 본엽 3개씩을 대상으로 각 잎의 가장 끝의 소엽에서 광합성 속도를 조사하였다(Fig. 1). 화방의 하부엽을 이용한 이유는 먼저 엽장과 엽폭을 조사하여 잎의 생장 정도를 판단한 결과, 화방의 상부엽의 경우 잎의 크기가 작아서 잎을 구성하고 있는 소엽의 크기가 LI-6400을 이용하여 광합성을 측정할 수 있는 크기(2cm × 3cm)에 도달하지 않았기 때문이었다.
- 토마토 잎들의 엽위별 광합성 특성을 조사하고, 잎의 연령과 개화속도를 엽위별 광합성 특성과 비교분석하였다. 일중 광합성 속도 특성실험에서는 일출 전 2시간부터 일몰 후 3시간까지 1시간마다 4번째 화방의 하부엽 3매의 광합성 속도를 측정하였다. 3개체를 반복으로 총 2회 조사하였다.
- 배양액의 공급은 자동공급장치(Agronic 4000, Spain)를 이용하였다. 재배 시 측지는 7cm 이상에서 모두 제거했으며, 2011년 10월 24일부터 매주 2-3회 맑은 날에 착과제(토마토톤, 영일화학)를 500배 희석하여 살포하였다. 적엽은 실시하지 않았고, 적화 및 적과는 기형과 발생률이 높은 1번과 6번 이하에서 실시하여 화방당 과실이 3-4개씩 수확되도록 조절하였다.
- 재배 시 측지는 7cm 이상에서 모두 제거했으며, 2011년 10월 24일부터 매주 2-3회 맑은 날에 착과제(토마토톤, 영일화학)를 500배 희석하여 살포하였다. 적엽은 실시하지 않았고, 적화 및 적과는 기형과 발생률이 높은 1번과 6번 이하에서 실시하여 화방당 과실이 3-4개씩 수확되도록 조절하였다. 수확은 과실이 90% 정도 착색되었을 때 수확하였다.
- 정식 25일 후부터 존재하는 모든 화방에 대해서 각 화방의 하부 3개의 잎을 대상으로 광합성 속도를 측정하였고, 총 7주간 조사하였다(Figs. 3, 4, 5, and 6). 1화방 하부엽 3개의 광합성 속도는 처음 측정된 2011년 10월 24일에 16µmol CO2·m-2·s-1을 정점으로 시일이 경과하면서 계속 감소하는 양상을 보였다.
- 정식 전날 배양액(pH 6.5, EC 1.0dS·m-1)으로 포수한 후 정식 직전에 배액구를 뚫고, 자루당 5개의 구멍을 내어 한 구멍에 1그루씩 정식하였다.
- 8m로 V자 유인하였다. 타이머 제어법으로 급액관리 하였으며, 1회 급액량은 그루당 90초/회(약 114-120mL)씩이었으며, 1일 급액 시간은 8시-17시(총 11회)로 하였다. 실험에 사용한 배양액은 Yamazaki 토마토 전용배양액(pH 6.
- 토마토 잎들의 엽위별 광합성 특성을 조사하고, 잎의 연령과 개화속도를 엽위별 광합성 특성과 비교분석하였다. 일중 광합성 속도 특성실험에서는 일출 전 2시간부터 일몰 후 3시간까지 1시간마다 4번째 화방의 하부엽 3매의 광합성 속도를 측정하였다.
- 화방의 하부엽을 이용한 이유는 먼저 엽장과 엽폭을 조사하여 잎의 생장 정도를 판단한 결과, 화방의 상부엽의 경우 잎의 크기가 작아서 잎을 구성하고 있는 소엽의 크기가 LI-6400을 이용하여 광합성을 측정할 수 있는 크기(2cm × 3cm)에 도달하지 않았기 때문이었다. 토마토의 엽위별 광합성 속도는 주 1회씩 총 7주간 조사하였으며, 반복구로는 20 개체를 두었다. LI-6400(LI-COR, USA)으로 광합성을 측정할 때 광도는 1,000μmol·m-2·s-1였으며, CO2 농도는 400ppm였다.
- 토마토의 일중 광합성 속도 변화양상을 조사한 실험에서는 일출 전 2시간(오전 5시 30분)부터 일몰 후 3시간(오후 8시 30분)까지 1시간마다 광합성 속도를 측정하였다. 측정 대상은 4번째 화방의 하부엽 3매씩이었고, 3개체를 반복으로 총 2회 실시하였다.
대상 데이터
- 0dS·m-1)으로 포수한 후 정식 직전에 배액구를 뚫고, 자루당 5개의 구멍을 내어 한 구멍에 1그루씩 정식하였다. 배액구는 자루의 한쪽 면에만 그루와 그루 사이의 정중앙에 바닥부터 L자 형태의 5cm 길이로 만들었다. 재식간격 20cm, 줄간 간격은 1.
- 6dS·m-1까지 높여 주었다. 배양액의 공급은 자동공급장치(Agronic 4000, Spain)를 이용하였다. 재배 시 측지는 7cm 이상에서 모두 제거했으며, 2011년 10월 24일부터 매주 2-3회 맑은 날에 착과제(토마토톤, 영일화학)를 500배 희석하여 살포하였다.
- 배지로는 EC가 0.5dS·m-1 이하로 조정된 코이어 자루(W 150 × L 1,200 × H 120mm, 용량 22L)를 사용하였다.
- 본 연구는 2011년 9월 29일부터 2011년 12월 14일까지 상명대학교 실험온실(폭 6.5m, 길이 14.5m, 측고 4.5m, 동고 6.8m)에서 수행하였다. 실험에 사용된 토마토는 2011년 8월 20일에 경기도농업기술원에서 파종하여 39일간 육묘한 대과종 토마토 호용(사카타코리아, Korea)을 사용하였다.
- 8m)에서 수행하였다. 실험에 사용된 토마토는 2011년 8월 20일에 경기도농업기술원에서 파종하여 39일간 육묘한 대과종 토마토 호용(사카타코리아, Korea)을 사용하였다. 파종은 50공 플러그 육묘판에 피트모스를 상토로 사용하였다.
- 실험에 사용한 배양액은 Yamazaki 토마토 전용배양액(pH 6.5, EC 1.0dS·m-1)이었으며, EC는 정식 4주차부터 생육단계별로 0.2dS·m-1씩 상향조정하여 1.6dS·m-1까지 높여 주었다.
- 토마토의 일중 광합성 속도 변화양상을 조사한 실험에서는 일출 전 2시간(오전 5시 30분)부터 일몰 후 3시간(오후 8시 30분)까지 1시간마다 광합성 속도를 측정하였다. 측정 대상은 4번째 화방의 하부엽 3매씩이었고, 3개체를 반복으로 총 2회 실시하였다. 엽위별 광합성 속도 특성을 조사한 실험에서는 1화방부터 4화방까지 각 화방의 하부에 있는 본엽 3개씩을 대상으로 각 잎의 가장 끝의 소엽에서 광합성 속도를 조사하였다(Fig.
- 실험에 사용된 토마토는 2011년 8월 20일에 경기도농업기술원에서 파종하여 39일간 육묘한 대과종 토마토 호용(사카타코리아, Korea)을 사용하였다. 파종은 50공 플러그 육묘판에 피트모스를 상토로 사용하였다. 본엽 4매 출현 전까지는 1일 1회 물로 급액하였고, 이후 Yamazaki 토마토 전용배양액을 pH 6.
성능/효과
- 1화방 하부엽 3개의 광합성 속도는 처음 측정된 2011년 10월 24일에 16µmol CO2·m-2·s-1을 정점으로 시일이 경과하면서 계속 감소하는 양상을 보였다.
- 2, 3, 4화방의 각각 3개씩의 하부엽의 광합성 속도변화는 측정 초기의 2-3주간에 비슷한 광합성 속도를 유지한 후, 점차 감소하는 양상을 나타내었다(Figs. 4, 5, and 6). 측정 초기 2-3주 동안은 2, 3, 4화방의 꽃이 개화하여 만개하는 기간과 거의 동일한 시기로 개화속도와 광합성 속도와의 관계성이 있는 것으로 판단되었다(Figs.
- 광포화점에 도달하는 시간은 측정한 잎들 모두에서 시일이 경과함에 따라 점차 느려져서 최대 100초 정도가 소요되는 것으로 조사되었다(Fig. 8). 광포화점에 도달하는 시간이 오래 소요된다는 것은 광합성 속도로 나타낸 작물의 활력이 감소한다는 것으로, 작물이 노화되어 가는 것으로 이해할 수 있다.
- 광합성 속도는 잎마다 다르게 나타났으며, 일정 시점에서는 완전 전개된 잎 중에서는 어린 잎일수록 광합성 속도가 높게 나타났다(Fig. 7). 이러한 차이가 나타나는 이유는 생육단계와 활력의 차이가 광합성 속도에 반영되었기 때문으로 설명할 수 있다(Blom et al.
-
또한 광합성 특성을 분석하는데 적용하기 위해 개화속도를 조사하였다. 광합성속도는 엽위에 관계없이 꽃이 만개하는 시기를 정점으로 지속적으
로 감소하는 경향을 보였다. 이는 만개 이후에는 해당 화방 이하의 잎의 활력이 감소하고 생육단계가 노화단계로 이동하기 때문으로 사료된다. - 7 정도로 나타났다(Table 1). 대과 토마토의 경우 개화속도는 일주일에 0.7 정도인 것이 생육균형에 적당한 것으로 알려져 있는데(Saito et al., 2011), 본 실험에서는 초기에 영양생장이 다소 강한 것으로 측정되었으나, 그 후부터는 평균적인 개화속도를 나타내어 생식생장과 영양생장이 균형을 이루고 있는 것으로 판단되었다. 토마토의 잎은 길이와 폭이 규칙적으로 생장을 하다가 멈추는 생장양상을 보이는데(Herrick and Thomas, 2003), 생장의 완료 즉 잎의 전개가 완료된 후에는 노화의 단계로 들어가게 된다(Albacete et al.
- , 2002; van Oosten and Besford, 1995)에서 완전히 전개한 잎으로 규정하는 시기와 매우 유사하였다. 또한 한 화방에서 개화가 시작되는 시기부터 만개하는 시기까지 약 일주일이 소요되고, 화방 하부엽의 생장이 완료되는 시간도 일주일 정도 소요되어 화방이 만개하면 그 하부엽들의 전개가 완료되는 것으로 조사되었다(Tables 1 and 2). 예를 들어 11월 17일 개화위치는 2.
- 따라서 토마토의 개화속도와 광합성 속도는 서로 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 연구결과, 생육단계(엽령)의 차이에 의해 각 화방별 광합성 속도는 차이가 있으나, 광합성 속도로 작물의 활력을 판단하려할 때는 개화하고 있는 화방의 하부엽을 조사하는 것이 매우 효과적일 것으로 판단된다.
- 엽위별 광합성 속도 특성을 조사한 실험에서 개화 속도는 실험초기의 2주 동안에는 0.6 이하였으며 그 이후에는 0.7 정도로 나타났다(Table 1). 대과 토마토의 경우 개화속도는 일주일에 0.
- 이상의 결과, 각 화방의 개화시기부터 만개시기까지는 화방 하부엽의 광합성 속도가 최고치를 나타내다가 그 후부터는 점차 감소하는 양상이 공통적으로 나타났으므로 토마토의 개화속도와 광합성 속도는 서로 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. 생육단계(엽령)의 차이에 의해 각 화방별 광합성 속도는 차이가 있으나, 광합성 속도로 작물의 활력을 판단하려 할 때는 개화하고 있는 화방의 하부엽을 조사하는 것이 매우 효과적일 것으로 사료된다.
- 6였는데(Table 1), 11월 17일 10-12엽의 크기는 전개가 끝난 42-41cm였다(Table 2). 이와 같은 결과에서 생식생장을 대표하는 개화속도와 영양생장을 의미하는 잎의 전개가 적절한 시간으로 균형을 이루면 생장상이 적절히 균형을 이룬 것으로 판단할 수 있을 것으로 사료된다.
- 토마토의 일중 광합성 속도 변화를 2회에 걸쳐 조사한 결과, 토마토의 광합성 속도는 일출 후 1시간 동안 급격히 증가한 후, 일몰 2시간 전까지 일정하게 유지되는 양상을 보였다(Fig. 2). 일몰 2시간 전부터 일몰 때까지 감소하여 일몰 후에는 호흡만 하는 것으로 나타났다(Fig.
후속연구
- , 2009)를 잘 설명하고 있다. 따라서 토마토를 재배할 때, 급액의 시작과 마감시각을 결정하는데 이 자료를 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 동일한 화방에서는 잎에 따라 큰 차이를 나타내지는 않았다. 추후에 생장강도와 생장상과 대표엽을 이용한 광합성 속도와의 관계에 대한 보다 심층적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 3개체를 반복으로 총 2회 조사하였다. 토마토의 일중 광합성 속도는 일출 후 1시간 동안 급격히 증가한 후, 일몰 2시간 전까지 일정하게 유지되는 양상을 보여 급액의 시작과 마감시각을 결정하는데 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 엽위별 광합성 속도 특성실험에서는 1화방부터 4화방까지 각 화방의 하부에 있는 본엽 3개씩을 대상으로 광합성 속도를 조사하였다.
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