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문제 정의
- 따라서 본 연구는 복숭아 ‘미홍’ 품종의 지하부 침수에 의해 나타나는 지상부의 생리적 반응을 관찰하여 복숭아 나무에서 나타나는 침수의 반응을 구명하고 피해 경감 기술 개발을 위한 기초데이터를 구축하고자 수행하였다.
- 복숭아 ‘미홍’ 품종의 토양 수분 스트레스에 의해 나타나는 지상부의 생리적 반응을 구명하기 위해 본 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 2주간 토양수분 처리에 따른 생장량을 비교하였다(Fig. 3). 대조구에서는 신초의 직경과 길이가 37.
- 광도에 따른 광합성 측정을 통해 광-광합성 곡선을 작성하고 침수에 따른 광합성 능력의 변화를 관찰하였다(Fig. 5). 대조구에서 광포화점의 광도는 1,800µmol·m-2·s-1으로, 이후의 구간에서는 광합성이 감소되었다.
- 광합성 측정을 위해 공급되는 CO2의 농도는 400μmol/mol로 고정하였고, 광조건은 PPFD (photosynthesis photon flux density) 2000, 1600, 1200, 1000, 800, 400, 200, 100, 50, 0μmol·m-2·s-1에서 측정하였고 각각의 광도에서 측정된 광합성율을 이용해 광-광합성곡선을 작성하였다.
- 이후 단계별 농도의 에탄올로 탈수를 진행한 뒤 epon으로 포매하였다. 단단하게 굳은 샘플 블록은 ultramicrotome (UltraCut, Leica, Germany)으로 얇게 잘라 슬라이드 글라스에 치상한 뒤 Periodic Acid Schiff (PAS)로 염색하여 광학현미경(Axioskop 2, Karl zeiss, Germany)으로 관찰하였다.
- 복숭아 ‘미홍’ 품종이 재식된 포트의 주간부 5cm까지 물을 채워서 지하부의 공극이 물로 포화되도록 하여 2주간 침수가 지속되었을 때 나타나는 생리반응을 관찰하였다(Fig. 1).
- 본 연구에 이용된 실생대목에 접목된 복숭아 ‘미홍’ 복숭아의 토양 수분 조건에 따른 생육을 비교하였다.
- 뿌리의 절단면은 Ion-sputter (MC1000, Hitachi, Japan)로 gold coating하여 SEM (SU-3500, Hitachi, Japan)으로 관찰하였다.
- 수세와 크기가 유사한 시험수를 처리당 5주씩 선발하였고 빗물의 유입을 막을 수 있는 온실 내에서 수행하였다. 침수처리는 지하부가 완전히 잠길 수 있도록 주간부 5cm까지 잠기게 하여 6월 14일부터 14일간 유지하였고 무관수 처리는 동일 시기에 관수를 완전 정지하였다.
- 잎의 엽록소 함량은 휴대용 광학 측정기(Multiplex® 3, Force-A, France)로 조사하였다.
- 잎의 절단면을 현미경으로 관찰하기 위하여 1% glutaraldehyde, 2.5% osmium tetroxide로 세포를 고정하였다. 이후 단계별 농도의 에탄올로 탈수를 진행한 뒤 epon으로 포매하였다.
- 침수처리는 지하부가 완전히 잠길 수 있도록 주간부 5cm까지 잠기게 하여 6월 14일부터 14일간 유지하였고 무관수 처리는 동일 시기에 관수를 완전 정지하였다. 처리 전 관수조건을 유지하는 처리구를 대조구로 선정하여 비교하였다.
- 침수가 완료된 직후 시험수를 뿌리, 줄기, 잎을 분리해서 분석시료로 사용하였다. 전분은 분석 키트(Megazyme, Ireland)를 이용하였고 탄수화물은 Han 등(2016)의 방법으로 분석하였다.
- 침수에 의한 잎의 해부학적 변화를 비교하기 위해 침수된 시험수의 정상 잎과 변색된 잎을 육안으로 분류하여 대조구의 정상 잎과 비교하였다(Fig. 7). 침수 스트레스에 의해 변색된 잎에서는 책상조직과 해면조직에 존재하는 엽록소의 감소가 뚜렷하게 관찰되었다.
- 수세와 크기가 유사한 시험수를 처리당 5주씩 선발하였고 빗물의 유입을 막을 수 있는 온실 내에서 수행하였다. 침수처리는 지하부가 완전히 잠길 수 있도록 주간부 5cm까지 잠기게 하여 6월 14일부터 14일간 유지하였고 무관수 처리는 동일 시기에 관수를 완전 정지하였다. 처리 전 관수조건을 유지하는 처리구를 대조구로 선정하여 비교하였다.
- 토양 수분을 처리한 전후의 기관별 함수량을 조사하였다(Fig. 4). 무관수처리구의 함수량은 모든 부위에서 대조구에 비해서 낮았으며, 침수처리구의 경우 잎과 신초는 낮았고 뿌리에서는 높았다.
- 토양수분 처리에 따른 생장량 변화를 비교하고자 처리 전후의 신초의 길이와 직경 및 엽수를 조사하여 처리 기간 중의 변화율을 계산하였다(Fig. 3). 휴대용 광합성 측정기(Li-6400, Li-Cor, US)를 이용하여 광합성률, 증산율, 기공전도도를 측정하였다.
- 복숭아 실생대목에 접목한 1년생 복숭아 ‘미홍’ 품종을 직경 51cm인 포트에 재식하여 재배하였다. 포트의 토양으로 마사토와 상토를 1:1의 비율로 섞어 사용하였고, 포트 토양의 배수와 정상적인 수체생육을 고려하여 3~4일 간격으로 10리터씩 관수하여 재배하였다.
- 3). 휴대용 광합성 측정기(Li-6400, Li-Cor, US)를 이용하여 광합성률, 증산율, 기공전도도를 측정하였다. 광합성 측정을 위해 공급되는 CO2의 농도는 400μmol/mol로 고정하였고, 광조건은 PPFD (photosynthesis photon flux density) 2000, 1600, 1200, 1000, 800, 400, 200, 100, 50, 0μmol·m-2·s-1에서 측정하였고 각각의 광도에서 측정된 광합성율을 이용해 광-광합성곡선을 작성하였다.
대상 데이터
- 복숭아 실생대목에 접목한 1년생 복숭아 ‘미홍’ 품종을 직경 51cm인 포트에 재식하여 재배하였다.
데이터처리
- 통계 분석은 SPSS 프로그램(Microsoft, US)을 이용해 평균간 비교하였다.
이론/모형
- 침수가 완료된 직후 시험수를 뿌리, 줄기, 잎을 분리해서 분석시료로 사용하였다. 전분은 분석 키트(Megazyme, Ireland)를 이용하였고 탄수화물은 Han 등(2016)의 방법으로 분석하였다.
성능/효과
- 5%가 낙엽되었다. 각 수분처리 중에서 침수, 무관수의 순으로 신초의 생장이 대조구에 비해 억제되었다. 신초의 길이보다 직경의 생장이 크게 감소했으며, 침수에 의해 낙엽이 심하게 발생되었다.
- 3). 대조구에서는 신초의 직경과 길이가 37.5%와 23.5%가 증가되었고 침수와 무관수처리구는 각각 3.0%, 11.8%와 18.5%, 12.6%가 증가했다. 대조구와 무관수처리구에서는 엽수가 증가했지만 침수처리구는 40.
- 6%가 증가했다. 대조구와 무관수처리구에서는 엽수가 증가했지만 침수처리구는 40.5%가 낙엽되었다. 각 수분처리 중에서 침수, 무관수의 순으로 신초의 생장이 대조구에 비해 억제되었다.
- 침수 4일에 조사된 광합성은 침수 전에 비해서 절반 이하로 감소되었으며, 광도 500µmol·m-2·s-1 이상의 구간에서는 더 이상 증가하지 않았다. 또한 잎의 호흡률과 기공전도도의 측정을 통해서도 침수에 의해 수분의 이동과 관련된 기능이 감소된 것을 확인할 수 있었다. 잎의 주요 기능인 광합성과 호흡은 침수가 4일 경과한 시점에서도 기능의 대부분이 감소되었다.
- 4). 무관수처리구의 함수량은 모든 부위에서 대조구에 비해서 낮았으며, 침수처리구의 경우 잎과 신초는 낮았고 뿌리에서는 높았다.
- 본 연구에 이용된 복숭아 ‘미홍’ 품종과 접목한 실생대목은 침수 스트레스에 대해서는 매우 약한 저항성을 나타냈지만, 건조 스트레스는 상대적으로 강하고 빠른 회복으로 저항성을 나타내었다.
- 뿌리의 절단면을 SEM을 이용하여 관찰한 결과(Fig. 2), 처리구 간의 차이는 관찰되지 않았다. 식물이 침수 스트레스에 적응하기 위해 나타나는 형태학적인 변화로 통기조직의 형성, 부정근 발생, 피목의 비대 등으로 보고되었다(Pimentel 등, 2014).
- 지하부의 침수는 뿌리 주변의 산소를 고갈시켜 결핍되게 함으로써 뿌리에 산소공급이 불량해지는 산소 결핍 스트레스이므로 배수불량지에 재식된 복숭아 나무는 침수 스트레스가 직접적인 원인으로 고사되거나 낙엽으로 인한 2차 피해가 발생될 수 있다. 뿐만 아니라 광합성 감소에 따라 생육 및 내한성이 감소될 위험성이 있을 것으로 판단되었다. 또한 침수 스트레스에 대한 반응으로 침수에 노출된 직후의 반응과 침수 스트레스 이후 회복 가능한 정도에 관한 심도깊은 연구가 필요한 것으로 판단되었다.
- 엽록소가 변화되는 경향을 추적할 수 있는 광학센서를 이용해서 수분 처리에 의한 변화를 관찰한 결과, 침수처리구에서 잎의 엽록소는 침수 3일 이후부터 낙엽이 될 때까지 계속 감소하는 경향을 보였고 7일이 경과된 시점부터 통계적으로 유의한 차이가 나타났다(Fig. 6). 무관수처리구에서는 처리가 11일간 지속된 이후부터 차이가 나타났다.
- 전분은 토양의 수분조건 중에서 대조구, 무관수, 침수의 순으로 낮았고 잎에서의 감소가 가장 컸으며 탄수화물은 뿌리에서 침수처리에 의해 감소되었다(Fig. 8). 침수에 의해 뿌리가 가장 크게 영향을 받았다.
- 침수에 의해 토양에서 뿌리로의 산소 공급이 방해되었고 지상부로부터의 산소공급을 가능하게 하는 형태적 변화는 전혀 나타나지 않았기 때문에 복숭아 ‘미홍’ 품종은 침수에 의한 산소부족으로 인해 뿌리의 기능이 상실되었고, 그 결과 지상부의 고사가 발생되었다.
- 침수 처리에 의한 잎의 광합성이 감소하는 반응은 포도에서의 연구와 동일한 결과였다(Kang 등, 2007). 포도는 품종에 따라 정도의 차이는 있었지만 침수에 의한 광합성 반응이 복숭아에 비해서 느리게 나타났고 이는 복숭아의 침수저항성이 포도에 비해 약한 것을 확인하였다.
후속연구
- 뿐만 아니라 광합성 감소에 따라 생육 및 내한성이 감소될 위험성이 있을 것으로 판단되었다. 또한 침수 스트레스에 대한 반응으로 침수에 노출된 직후의 반응과 침수 스트레스 이후 회복 가능한 정도에 관한 심도깊은 연구가 필요한 것으로 판단되었다.
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