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온도와 일장에 따른 국화의 식물계절과 출엽 예측 모델 개발
Modelling the Effects of Temperature and Photoperiod on Phenology and Leaf Appearance in Chrysanthemum 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.18 no.4, 2016년, pp.253 - 263  

서범석 (서울대학교 식물생산과학부) ,  박하승 (충청남도 농업기술원 예산국화시험장) ,  이규종 (서울대학교 농업생명과학연구원) ,  최덕환 (서울대학교 식물생산과학부) ,  이변우 (서울대학교 식물생산과학부)

초록
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단일식물인 국화의 생육은 온도, 일장, 일사량 등 기상 환경과 재배관리 조건에 영향을 받는다. 기상환경과 재배관리를 고려한 국화의 생육예측모델은 국화 재배 시 의사결정을 위한 도구로 이용될 수 있을 것이다. 이 연구에서는 국화 생육모델 구축을 위한 기초 작업으로 온도와 일장뿐만 아니라 에세폰 처리, 야간 전조처리리 등 재배관리 정보를 입력변수로 하여 국화 품종 백선의 출엽과 식물계절을 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 모델은 국화의 생육시기를 유약기(Juvenile phase), 유약기 이후 발뢰기까지 기간, 발뢰기부터 개화기까지의 기간의 기간으로 구분하여 계산을 하도록 구성하였다. 유약기는 출엽속도의 온도 반응 곡선과 유약기의 종료를 결정하는 기준 엽수를 이용하여 추정하도록 구성 하였다. 한편 모주와 이식 후 식물체에 대한 에세폰 처리가 유약기 종료시점의 엽수를 증가시키는 것으로 가정하여 모델에 반영하였다. 유약기 이후에는 온도와 일장에 관한 함수를 이용하여 발육속도를 계산하여 발뢰기와 개화기를 예측하도록 하였는데 야간전조 처리는 임계일장 이상의 장일로 가정하여 모델에 반영하였다. 그리고 최종 엽수는 잎의 출엽이 발뢰 직전까지 진행되는 것으로 가정하여 예측하였다. 위와 같이 구성된 모델의 계수는 온도반응 실험과 정식시기 실험 등을 이용하여 추정하였고 프로그램 언어인 Java를 이용하여 구현하였다. 모델의 계수 추정에 이용한 자료(calibration 자료)뿐만 아니라 이와는 별개의 자료(validation 자료) 모두에 대하여 모델이 비교적 정확하게 발뢰기와 개화기를 예측할 뿐만 calibration에 비하여 validation의 정확도가 떨어지지 않았다. 한편 생육시기에 따른 출엽수와 최종엽수를 모델이 비교적 정확하게 예측하였으나 생육시기에 따라 다소 과소 또는 과대 예측을 하여는 경향을 보여, 온도 이외의 요인을 반영할 수 있는 실험을 통해 개선할 필요가 있는 것으로 판단되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Chrysanthemum production would benefit from crop growth simulations, which would support decision-making in crop management. Chrysanthemum is a typical short day plant of which floral initiation and development is sensitive to photoperiod. We developed a model to predict phenological development and...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 국화 백선 품종의 온도 및 일장 환경과, 전조처리 및 에세폰 처리에 대한 생육 반응을 예측할 수 있는 모델을 개발하여 그 성능을 검증하고자 하였다.

가설 설정

  • 상기의 연구 결과를 기반으로 본 연구에서는 유약기가 종료된 후부터 발뢰기까지, 발뢰 이후 개화기까지의 기간들은 온도와 일장 모두에 반응을 하고, 이 반응은 누적이 되는 것으로 가정하였다. 다만, 발뢰 이전과 이후의 온도와 일장에 대한 반응 정도는 다른 것으로 가정하였다.
  • 삽수를 채취하기 전에 모주에 에세폰을 처리하면 개화가 지연되고 최종엽수 또한 증가하는 것으로 알려져 있다(Park, 2007). 따라서 모델에서는 에세폰 처리가 유약기를 연장시키는것으로 가정하여 유약기 종료시 엽수(Fln), 즉 일장을 감응하기 시작하는 엽수가 에세폰 처리로 인해 증가하는 것으로 모델에 반영하였다. 식 (7)에서 Flninit은 에세폰 처리가 없는 경우 추정된 유약기 종료시 엽수 이며, a는 에세폰 처리에 따라 증가하는 엽수를 나타내는 계수이다.
  • 따라서 화아 분화와 개화 예측을 위해서는 유약기의 종료 시점을 설정해야만 한다. 본 연구에서는 일정 수준 이상의 출엽수에 도달하면 화아 분화가 일장에 민감하게 반응하는 것으로 가정하였다. 감광기는 유약기가 끝난 이후부터 발뢰기까지 구간과 발뢰기에서 개화기까지의 구간으로 구분하였다.
  • 한편, Park(2007)은 백선 품종에 대해 동일한 일장조건에서 온도 조건을 달리한 실험을 통하여 단일 처리 이후 발뢰기 도달 기간과 발뢰 이후 개화기 도달 기간 모두 온도에 대한 영향이 있었음을 보고하였다. 상기의 연구 결과를 기반으로 본 연구에서는 유약기가 종료된 후부터 발뢰기까지, 발뢰 이후 개화기까지의 기간들은 온도와 일장 모두에 반응을 하고, 이 반응은 누적이 되는 것으로 가정하였다. 다만, 발뢰 이전과 이후의 온도와 일장에 대한 반응 정도는 다른 것으로 가정하였다.
  • 잎의 원기는 발뢰 이전까지 발생하므로(Ploeg and Heuvelink, 2006) 출엽수는 발뢰시까지 증가를 한다고 가정을 하여 최종 엽수를 계산을 하였다.
  • 최종 엽수는 노화되어 소실된 하위 엽을 포함하여 발생한 모든 엽을 누적하여 계산하였다. 한편, 누적 엽수가 특정 엽수에 도달하게 되면 유약기가 종료되는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
에세폰 처리로 개화기를 조절하는 원리는? 전조처리 등을 하기 힘든 환경에서는 에세폰 처리를 이용하여서 개화를 조절하기도 한다. 백선 등 국화 품종을 이용한 실험에 의하면 에세폰을 처리를 하면 최종 엽수가 증가하며 꽃눈 발달과정이 지연되는데(Sugiura and Fujita, 2003b; Park, 2007), 처리 농도가 증가 할수록 이러한 현상은 더욱 심화된다고한다(Sugiura and Fujita, 2003a). 또한 Tsuchiya(2001)가 국화 품종 백선에 에세폰 처리 횟수를 조절하면서 실험한 결과에 따르면 에세폰 최종 처리 일이 늦어 질수록 개화기가 뒤로 늦어지는 경향을 보인다고 하였다.
국화 개화기 조절을 위한 처리로 이용되는 것은? 국화의 개화기를 조절 하기 위한 처리는 다양하지만 야간전조처리와 에세폰(Ethephon) 처리가 실용적으로 이용되고 있다. 야간전조처리는 야간에 빛을 비추어 연속암기를 일정 시간 이하로 양분하여 장일처리와 같은 효과를 내어 단일식물의 개화를 지연시키는 방법인데, 그 효과는 광원의 파장(Hakuzan and Nagayoshi, 2013)과 전조처리를 하는 시간(Hakuzan and Kooriyama,2013) 등의 영향을 받는다.
국화 개화에 온도는 어떤 영향을 미치는가? 국화 개화에는 일장뿐만 아니라 온도의 영향도 크다. 개화시기를 단축시키는 최적 온도는 17∼22oC 사이로 알려져 있으며, 이보다 낮은 온도에서는 개화 시기가 지연이 된다(Ploeg and Heuvelink, 2006). 적온 이상에서는 개화가 늦어지는데 Nagasuga et al.(2013)은 평균 30.8oC의 대기온도를 연무냉각을 이용하여 27.7oC로 냉각시킨 경우에 국화 백선의 개화기가 단축됨을 확인하였으며, 또한 Nagasuga et al.(2008)은 발뢰 이후 고온(30/25oC, 33/28oC)에서도 발뢰에서 개화까지 기간이 지연됨을 보고하였다.
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참고문헌 (26)

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  26. Kawata, J., T. Toyoda, M. Uda, M. Okimura, M. Shibata, T. Kameno, M. Amano, Y. Nakamura, and T. Matsuda, 1987: Factors controlling the flowering time of chrysanthemums. Bulletin of the National Research Institute of Vegetables, Ornamental Plants and Tea. Series A 1, 187-222. 

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