[논문]온도 및 생장조절제가 국내 육성 사과 품종의 화분발아율 및 화분관 신장에 미치는 영향

권헌중; 박무용; 송양익; 손광민; 사공동훈

doi:10.12791/ksbec.2016.25.3.184

온도 및 생장조절제가 국내 육성 사과 품종의 화분발아율 및 화분관 신장에 미치는 영향
Influence of Temperature and Plant Growth Regulators on Pollen Germination and Pollen Tube Growth of Apple Cultivars Bred in Korea 원문보기

시설원예ㆍ식물공장 = Protected horticulture and plant factory, v.25 no.3, 2016년, pp.184 - 192

권헌중 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 사과연구소) , 박무용 (농촌진흥청 국립원예특작과학원 사과연구소) , 송양익 (국립종자원 품종보호과) , 손광민 (경상북도농업기술원 지원기획과) , 사공동훈 (대구대학교 원예학과)

초록
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본 시험은 만개기 기온($15{\sim}40^{\circ}C$) 및 생장조절제($GA_{4+7}+BA$와 prohexadione-calcium) 살포가 국내 주요 사과 품종('후지', '쓰가루')과 국내에서 육성한 품종들('추광', '감홍', '홍안', '홍금', '홍로', '홍소', '화홍', '섬머드림', '선홍')의 화분 발아율 및 화분관 신장에 미치는 영향을 조사하고자 실시하였다. $15^{\circ}C$부터 $25^{\circ}C$까지 온도가 올라갈수록 화분 발아율과 화분관 신장 길이는 증가되었으나, $30^{\circ}C$ 이상의 고온은 화분 발아율과 화분관 신장 길이를 억제시켰다. $30^{\circ}C$ 이상의 고온에서 화분 발아율과 화분관 신장 길이가 가장 높았던 국내 육성 사과품종은 '선홍'이었다. $GA_{4+7}+BA$ 살포는 무처리구에 비해 화분 발아율 및 화분관 신장 길이를 증진시켰으나, 이러한 효과는 $40^{\circ}C$에서 발생하지 않았다. prohexadione-calcium 살포는 화분 발아율과 화분관 신장 길이에 영향을 주지 않았다. 결론적으로, 사과나무 만개기 기온이 $30{\sim}35^{\circ}C$ 정도로 높아지면, 인공수분 후 $GA_{4+7}+BA$를 살포하는 것이 착과 증진에 좋을 것으로 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to investigate the effect of temperature ($15{\sim}40^{\circ}C$) and the spraying plant growth regulators ($GA_{4+7}+BA$ and prohexadione-calcium) during full blooming on pollen germination and pollen tube growth of the commercial apple cultivars ('Fuji' and 'Tsugaru') and apple cultivars bred in Korea ('Chukwang', 'Gamhong', 'Hongan', 'Honggeum', 'Hongro', 'Hwahong', 'Hongso', 'Summer dream' and 'Sunhong'). Pollen germination and pollen tube growth were increased with increasing temperature from 15 to $25^{\circ}C$, but high temperature over $30^{\circ}C$ inhibit those. The apple cultivar bred in Korea that shows the highest value on pollen germination and pollen tube growth at over $30^{\circ}C$ was 'Sunhong'. The spraying $GA_{4+7}+BA$ increased pollen germination and pollen tube growth than control, but that effect was not show at $40^{\circ}C$. The spraying prohexadione-calcium was not affect to pollen germination and pollen tube growth. In conclusion, if the air temperature during full bloom of apple tree rises about $30{\sim}35^{\circ}C$, the spraying $GA_{4+7}+BA$ after artificial pollination will be good to increasing fruit set.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 시험은 개화기 고온에 의한 사과나무의 수분, 수정 불량 문제를 극복할 수 있는 기초자료를 마련하고자, 국내 육성 사과품종들을 대상으로 기온 및 생장조절제가 화분 발아율 및 화분관 신장에 미치는 영향을 조사하였다.

제안 방법

저온 저장된 품종별 화분을 이쑤시개 끝에 묻혀 각각의 petri-dish 배지 위에서 고르게 이쑤시개를 튕기면서 화분을 치상한 후, 생장상에 배치하였다. 생장상의 온도는 6수준(15, 20, 25, 30, 35, 40°C)으로 구분하였고, 온도별 처리시간은 12시간, 상대습도는 60%로 조절하였다. 온도별 품종의 반복수는 petri-dish 1개를 1반복으로 한 3반복으로, 품종별로 총 18반복이었다.
본 조사는 2010년에 채취한 품종 중 ‘후지’, ‘홍로’, ‘쓰가루’ 화분을 대상으로 실시하였다. 처리방법은 앞선 국내 품종별 화분 발아율 조사와 동일한 방법으로 품종별 화분을 petri-dish에 치상한 뒤, 핸드 스프레이를 이용하여 GA4+7+BA와 Pro-Ca을 제조사 및 판매회사에서 지침 하는 권장농도(GA4+7+BA: 18mg·L-1, Pro-Ca: 125mg·L-1)로 살포하였다(Byun 등, 1999; Sagong 등, 2014). 생장조절제를 살포한 petri-dish들의 반복수, 처리 및 조사 방법은 앞선 국내 품종별 화분 발아율 조사와 동일하게 하였고, 대조구로는 앞서 조사된 2010년 ‘후지’, ‘홍로’, ‘쓰가루’의 온도별 화분 발아율 및 화분관 신장 길이를 두었다.
화분의 발아율과 화분관 신장 길이는 멀티미디어 영상현미경(Aramo-MS, aram HUVIS, Korea)을 이용하여 petri-dish 개별로 3부분을 관찰한 후, 발아된 화분 수가 가장 많은 부분을 촬영하였다. 화분 발아율은 petri-dish별 촬영된 디지털 이미지 상 전체 화분수에 대한 발아한 화분수로, 화분 발아 판정은 화분 직경보다 화분관의 길이가 1.

대상 데이터

본 시험은 경북 군위군 소보면 소재 국립원예특작과학원 사과연구소에서 M.26을 대목으로 한 ‘후지’, ‘쓰가루’ 및 국내에서 육성된 9품종(‘추광’, ‘감홍’, ‘홍안’, ‘홍금’, ‘홍로’, ‘홍소’, ‘화홍’, ‘섬머드림’, ‘선홍’)의 성목을 조사대상으로 하여 2년(2009~2010년) 동안 실시하였다.
화분 채취 전후 군위지역 기상자료는 기상청에서 사과연구소 시험포장 안에 설치한 자동 기상관측기(경상북도 군위군 소보면 위성리 소재)에서 수집된 자료들을 이용하였으며, 그 결과는 Fig. 1과 같다.

성능/효과

이상의 결과를 종합해보면, 화창한 날에 채취한 국내 사과 품종들의 화분들은 30°C까지 30% 이상의 화분 발아율을 보였으나, 기온이 35°C 이상이 되면 화분 발아율이 10% 미만으로 떨어지기 때문에 30°C 이상으로 온도가 높아지는 날에는 인공수분을 하지 않는 것이 좋을 것으로 판단되었다(Table 1). 그러나 부득이 하게 30°C 이상의 고온기에 인공수분을 하게 될 경우에는 30~35°C에서 비교적 높은 화분 발아율을 보이면서(Tables 1 and 3), 국내 주요품종과 교배친화성이 높은 ‘선홍’으로 인공수분을 한 후(Heo 등, 2011), GA4+7+BA를 표준농도로 살포하는 것이 좋을 것으로 판단되었다(Tables 5 and 6). 한편, 본 시험의 모든 사과품종들이 40°C 조건에서 화분 발아를 하지 않았던 것(Tables 1 and 3)은 수화(hydration) 과정이 있었던 생장조절제 처리구들의 화분이 40°C에서 발아하지 못했던 결과(Table 5)를 미루어 보아, 40°C의 고온이 화분 발아에 관여하는 효소의 발생을 억제하였기 때문으로 생각되었다(Ma 등, 2008; Zechmann 등, 2011).
일반적으로 지베렐린과 사이토키닌은 화분의 발아율 및 화분관 신장을 증진시켜 결실률을 증진시키는 것으로 알려져 있다(Maita와 Sotomayor, 2015). 본 시험에서는 품종 및 처리온도에 따라 경향이 일정하지 않았지만 GA₄₊₇+BA 처리구의 화분 발아율 및 화분관 신장 길이는 무처리구보다 높았고, Pro-Ca 처리구는 무처리구와 차이가 거의 없었다(Tables 5 and 6). 이는 인공수분 후 GA₄₊₇+BA를 사과나무에 살포하면 과실 내 종자수가 증진된다는 보고(Park 등, 1998)와 비슷하였으나, Pro-Ca 처리구의 사과 착과율이 무처리구보다 높았다는 보고(Greene, 1999) 및 지베렐린 함량이 높을수록 화분의 발아율 및 화분관 신장률이 증가된다는 보고(Maita와 Sotomayor, 2015)와 달랐다.
이상의 결과를 종합해보면, 화창한 날에 채취한 국내 사과 품종들의 화분들은 30°C까지 30% 이상의 화분 발아율을 보였으나, 기온이 35°C 이상이 되면 화분 발아율이 10% 미만으로 떨어지기 때문에 30°C 이상으로 온도가 높아지는 날에는 인공수분을 하지 않는 것이 좋을 것으로 판단되었다(Table 1). 그러나 부득이 하게 30°C 이상의 고온기에 인공수분을 하게 될 경우에는 30~35°C에서 비교적 높은 화분 발아율을 보이면서(Tables 1 and 3), 국내 주요품종과 교배친화성이 높은 ‘선홍’으로 인공수분을 한 후(Heo 등, 2011), GA4+7+BA를 표준농도로 살포하는 것이 좋을 것으로 판단되었다(Tables 5 and 6).

후속연구

이는 인공수분 후 GA₄₊₇+BA를 사과나무에 살포하면 과실 내 종자수가 증진된다는 보고(Park 등, 1998)와 비슷하였으나, Pro-Ca 처리구의 사과 착과율이 무처리구보다 높았다는 보고(Greene, 1999) 및 지베렐린 함량이 높을수록 화분의 발아율 및 화분관 신장률이 증가된다는 보고(Maita와 Sotomayor, 2015)와 달랐다. 본 시험에서 Pro-Ca 처리구의 화분 발아율 및 화분관 신장 길이가 무처리구와 차이가 거의 없었던 것(Tables 5 and 6)은 본 시험에서 유의차는 인정되지 않았으나 35°C에서 Pro-Ca 처리구들의 발아율이 무처리구보다 2배 이상 높았던 결과(Table 5 and Fig. 3) 및 화분을 발아시키기 전 화분을 수화(hydration)시키면 발아율이 증진된다는 보고(Hopping과 Jerram, 1980; Hopping과 Simpson, 1982)를 미루어 보아, Pro-Ca에 의한 화분 내 GA 함량 감소 효과가 온도 처리 전 Pro-Ca 수용액 미세살포에 의한 수화(hydration) 작용에 의해 없어졌기 때문으로 추정되었으므로, 향후 화분발아 전 화분의 증류수 수화처리(미세살포)가 화분발아 및 착과에 긍정적인 영향을 주는지에 대해 연구할 필요가 있다고 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	안정된 결실을 위하여 사과나무를 인공수분 시켜야 하는 경우는?	사과나무는 대표적인 타가수정작물로, 결실을 시키기 위해서는 주품종과 교배친화성이 높은 수분수를 혼식해야 한다(Dennis, 2003). 그러나 개화기의 이상기온과 농약의 남용에 의해 화분 매개곤충이 감소하거나, 기상 및 재배조건에 의해 수분수의 개화기가 주품종과 서로 일치하지 못하는 경우에는 안정된 결실을 위하여 인공수분을 실시해야 한다(Yim 등, 2015).
	사과나무가 수분된 후에 저온이 닥치면 어떤 일이 발생하는가?	인공수분에 의해 화분이 꽃의 주두에 안정적으로 수분되더라도 화분 발아 및 화분관 신장이 순조로워야 결실이 가능한데, 수분된 후에 저온이 닥치면 수분된 화분이 발아되지 않거나 화분관 신장이 불량하여 수정이 되지 않는다(Shin과 Kim, 2004). 사과나무의 경우, 화분관이 자방에 도달할 때까지 소요되는 일수는 15°C에서 2일, 13°C에서 4일, 9°C에서는 8일 정도(Palmer 등, 2003)로, 품종 및 생리조건에 따라 다르지만 평균기온이 낮을수록 화분 발아율이 불량해진다(Dennis, 2003; Wertheim과 Schmidt, 2005).
	병해충 방제 및 과실품질 향상을 목적으로 사과나무 만개기 전후로 살포하는 약제는?	한편, 우리나라에서는 병해충 방제 및 과실품질 향상을 목적으로 만개기 전후로 살균제, 적과제, 과실 비대제인 gibberellic acid4+7+benzyladenine(GA4+7+BA)과 수세조절용으로 지베렐린 생합성 억제제인 prohexadionecalcium(Pro-Ca)을 살포하고 있는데(Byun 등, 1999; Paek과 Cheong, 1977; Sagong 등, 2014; Yoo 등, 2016), 이러한 약제들의 효과는 품종의 감수성 및 살포 전후의 기상조건에 따라 큰 차이를 보인다(Yoder 등, 2009). 그러나 국내에서는 아직까지 국내 육성 사과품종들의 온도별 화분 발아율에 대한 연구가 없을 뿐 아니라 이러한 약제처리가 기온별로 사과의 화분 발아에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 연구한 바가 없다.

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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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