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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한경대학교 산학협력단 |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-02 |
과제시작연도 | 2015 |
주관부처 | 농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 | TRKO201600003099 |
과제고유번호 | 1395039936 |
사업명 | 농업기후변화적응체계구축 |
DB 구축일자 | 2016-06-25 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201600003099 |
Ⅳ. 연구개발결과
제1세부 연구과제 : 옥수수의 한발 관련 생리·생화학적 피해해석 및 특성 검정 기술 개발 연구
옥수수 한발 처리에 따른 엽록소 형광 분석을 실시하여 생리·생화학적 피해해석를 위한 기초 광생리 연구를 하였다. 또한, 옥수수 한발에 대한 광화학 생리지표를 선발하여 한발 피해조기 진단 및 예측 기술을 개발하였다. 한발지수(Drought Factor Index, DFI)는 광화학 성능지수(PI)에 근거하여 산정된 수분스트레스 판정에 적합한 광화학 생리지표로서 본 연구의 옥수수 14개 품종의 DFI와 수량의 상관
Ⅳ. 연구개발결과
제1세부 연구과제 : 옥수수의 한발 관련 생리·생화학적 피해해석 및 특성 검정 기술 개발 연구
옥수수 한발 처리에 따른 엽록소 형광 분석을 실시하여 생리·생화학적 피해해석를 위한 기초 광생리 연구를 하였다. 또한, 옥수수 한발에 대한 광화학 생리지표를 선발하여 한발 피해조기 진단 및 예측 기술을 개발하였다. 한발지수(Drought Factor Index, DFI)는 광화학 성능지수(PI)에 근거하여 산정된 수분스트레스 판정에 적합한 광화학 생리지표로서 본 연구의 옥수수 14개 품종의 DFI와 수량의 상관성을 분석한 결과 50%이상 수량이 감소한 품종에서 DFI는 –0.3 미만으로 산정되었다. 또한, 한발 처리 및 재관수에 의한 회복 지수에 근거한 DFI를 분석한 결과 강다옥(-0.47)은 영양 생장기에 광평옥(-0.53) 보다 높았으나, 생식생장기 강다옥은 –2.73으로 광평옥(-1.83) 보다 낮아 재관수 및 생식생장기 한발 처리에 광평옥 보다 약한 것으로 확인되었다. 따라서, DFI는 옥수수 내한발성 생리지표로 활용이 가능한 것으로 확인되었다.Photochemical Reflectance Index(PRI)는 수분스트레스 판정에 적합한 광화학 생리지표로서 14개품종 옥수수 평균 PRI는 한발 처리 후 7일, 14일 21일 및 28일 각각 22%, 60%, 48% 및 44%감소하였다. 그리고, Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)는 질소 및 단백질 함량과정의 상관을 갖는 광화학 생리지표로서 14개 품종 옥수수 평균 NDVI는 한발 처리 후 7일 → 28일에 4% → 22% 감소하였다. 따라서, PRI와 NDVI를 이용한 한발 스트레스 초기(한발 7일후)의 빠른 시간내 판정이 가능하였으며, 옥수수 재배 기간중 한발 발생 시 PRI를 이용해 옥수수 재배농가의 한발 피해를 조기 예측 및 진단하여 관개 시점을 제시하여 한발에 의한 경제적피해를 줄일 수 있을 것으로 사료되었다.
제1협동 연구과제 : 경종적 방법에 의한 한발피해 최소화 안정생산기술 개발
옥수수 재배 기간 중 옥수수의 파종 시기별, 질소 수준별 광생리 지표 해석을 실시하여 한발 피해를 예측하였으며, 생육 및 수량성 평가를 하였다. 그리고, 옥수수의 적정 물관리 기준을 설정하여 물 부족 현상에 대비할 수 있는 물관리 기술을 개발하였다. 질소 배량 처리구의 경우 대부분의 파종기에서 가장 높은 광화학 전자전달 에너지 플럭스를 보였다. 생육 초기 옥수수는 생육이 왕성하여 가장 높은 광화학 생리 지표를 보였으며, 생육 중기 및 후기에서는 PSII, PSI전자전달 에너지 플럭스가 감소하는 경향을 보였다. 질소 반량 처리구의 경우, 광화학 에너지손실율이 26∼63% 증가하며 PSII 반응 중심당 환원된 QA 감소로 인한 PSII→PSI 에너지 전환효율 즉, performance index(PI)와 driving force(DF)가 26∼55% 감소하였다. 또한, 질소 배량처리구는 QA 에서 QB 까지 단면당 반응 중심의 활성화(RC/CS)가 증가하였다. 옥수수의 정식일 및 생육 시기는 지역별로 달리 적용하였으며, 각각 4월 27일(P1), 5월 5일(P2), 6월 8일(P3),6월 26(P4)일 정식을 재배기준으로 삼아 최종적으로 산출하였으며, 옥수수 적정 물관리 관개간격 및 관개량을 설정하였다. 고양의 옥수수 생육시기별(G1∼G5) 관개간격은 사양토는 4.2일∼7.2일이고, 양토는 4.7일∼8.0일이었으며, 미사질양토는 5.4일∼9.8일이었다. 수원의 경우 사양토는 4.4일∼7.2일이고, 양토는 4.9일∼8.0일이었으며, 미사질양토는 5.9일∼9.8일이었다. 전주의 경우 사양토는 5.5일∼7.1일이고, 양토는 6.1일∼7.8일이었며, 미사질양토는 7.4일∼9.5일이었다. 수원지역 적정 관개량은 토성별로 사양토 총관개량 353.0mm이고, 양토는 368.1mm였으며, 미사질양토는 352.5mm이었다. 전주지역 적정 관개량은 토성별로 사양토 총관개량 327.2mm이고,양토는 341.1mm였으며, 미사질양토는 326.8mm이었다. 수원과 전주지역의 기존의 물관리 기준과 본 연구의 물절약형 물관리 기준을 비교한 결과 사양토에서 130.2∼152.8톤/10a, 양토에서 114.9∼138.8톤/10a, 미사질양토에서 130.5∼153.0톤/10a의 물절약 효과를 볼 수 있었다.
제2협동 연구과제 : 옥수수 한발 피해 기준 산정 연구
옥수수 유수형성기(V6)와 개화기(출웅 직전)에 광평옥과 일미찰에 한발처리하여 주요 생육 및 수량형질의 반응을 조사하였고 한발증상지속일수에 대한 옥수수의 수량 피해를 정량적으로 예측하였다. 옥수수 유수형성기에 한발증상이 지속되는 일수에 따라 화분비산과 출사는 직선적으로 늦어졌다. 개화기 한발증상지속일수 1일당 광평옥의 출사일수는 1.6일씩 늦어졌고, 일미찰의 출사일수는 1.4일 정도 늦어졌다. 결과적으로 ASI는 개화기 한발증상지속일수 1일당 광평옥은 2.1일씩, 일미찰은 1.3일씩 커졌다. 유수형성기에 한발이 발생하고 증상이 15일 이상 지속되면 종실수량구성요소에 큰 영향을 미치며 그 중 종실줄당 종실수가 가장 민감하였다. 그리고 개화기에 한발증상지속일수가 5~10일 정도 지속되면 종실수량 구성요소에 크게 영향을 미친다.특히, 종실의 결실률과 종실줄당 종실수가 가장 민감하였다. 한발에 의해 일미찰 보다는 광평옥의 종실수량구성요소(이삭의 종실줄수, 종실줄당 종실수, 종실의 결실률, 백립중)가 더 급격히 감소하였다. 유수형성기 한발 발생시 광평옥과 일미찰의 건물수량의 RD50는 10일과 15.7일,이삭수량의 RD50는 9.1일과 11.2일, 종실수량의 RD50는 8.7일과 10.7일이었다. 그리고 개화기 한발 발생시 광평옥과 일미찰의 건물수량의 RD50는 8.6일과 11.8일, 이삭수량의 RD50는 3.8일과 6.2일, 종실수량의 RD50는 3.5일과 5.8일이었다. 유수형성기 한발증상지속일수 1일당 광평옥과 일미찰의 건물수량 감소율은 각각 5.4%와 3.5%, 이삭수량 감소율은 각각 5.9%와 4.8%, 종실수량 감소율은 각각 6.2%와 5.0%이었다. 또한 개화기 한발증상지속일수 1일당 광평옥과 일미찰의 건물수량 감소율은 각각 6.2%와 4.6%, 이삭수량 감소율은 각각 16.1%와 9.4%, 종실수량 감소율은 각각 17.8%와 10.3%이었다. 한발증상지속일수 1일당 수량감소율과 RD50값으로 미루어 보아 광평옥이 일미찰보다 한발에 더 민감한 것으로 나타났다. 유수형성기 한발 피해를 받았을때, 옥수수 수량과 상관이 높은 주요 지표는 간장, 정상잎 개수, 이삭의 위 또는 아래 잎의 길이와 SPAD, 화분비산과 출사 일수, 그리고 웅수길이이었다. 개화기 한발 피해를 받았을 때 옥수수 수량과 상관이 높은 주요 지표는 정상잎 개수, 황화잎 개수, 간장, 이삭의 위 또는 아래잎의 길이와 SPAD, 출사일수, ASI (화분비산과 출사 간격)이었다. 유수형성기 한발 내성이 높은 일반옥수수 품종은 양안옥, 강다옥, 광평옥이었고 찰옥수수 품종은 일미찰과 찰옥4호이었다.일반옥수수의 개화기 한발내성은 비교적 낮은 편이었고 그 중 비교적 한발 내성이 높은 품종은 양안옥, 광평옥, 청다옥, 평강옥이었다. 개화기 한발 내성이 높은 찰옥수수 품종은 일미찰과 찰옥4호이었다.
The main objective of this study was to assess the effects of drought stress on performance and vitality of maize (Zea mays L.). The photochemical characteristics were analyzed in the context of different levels of drought stress during the maize (Zea mays L.) growth. Chlorophyll fluorescence experi
The main objective of this study was to assess the effects of drought stress on performance and vitality of maize (Zea mays L.). The photochemical characteristics were analyzed in the context of different levels of drought stress during the maize (Zea mays L.) growth. Chlorophyll fluorescence experiment was carried out for 28 days after drought(no irrigation) treated. The polyphasic OJIP fluorescence transient was used to evaluate the behavior of Photosystem II (PSII) and Photosystem I (PSI) during the entire experiment period. In combination with SELDI-TOF-MS, it was possible to study the underlying mechanisms of signal transport in whole plants grown under drought stress. Hypotheses that have hitherto been testable, such as small peptide transport or dynamic of hydraulic conductivity in xylem vessel, can be applicable to understand the drought stress. Most parameters related with chlorophyll fluorescence were calculated in the process of drought stress following so called “Kautsky effect” i.e, origin-jump- intermediate-peak(OJIP) mechanism. At drought condition had the lowest the maximum fluorescence amount(P).The amount of fluorescence increased by O-J transition of the process, and appeared to reduce the photosystem II electron transport energy flux. In drought stress the maximum quantum yield of primary Photochemistry (Fv/Fm) level is reached earlier when compared to the controls. In real, most of all photochemical parameters such as quantum yield of the electron transport flux from PSII to PSI, maximum quantum yield of PSII(Fv/Fm), average absorbed photon flux per PSII reaction center(ABS/RC), and electron transport flux until PSI acceptors per reaction center were profoundly reduced exception for number of QA reducing reaction centers (RCs) per PSII antenna chlorophyll (RC/ABS). It was illuminated that at least 10 parameters related with energy fluxes could be applied to use as the drought stress index. Analysis of the photosynthetic performance Index (PI) of the fourteen cultivars show that they are heavily affected by drought stress. Drought factor index (DFI) was calculated using measured PI parameters. The DFI was from 0.30 to –0.69, meaning the inhibition of PSII and PSI energy fluxes. In conclusion, DFI and their related parameters can be used as photochemical and physiological index.
The objectives of this study focused on measuring chlorophyll a fluorescence related to drought stress and estimating the maximum evapo- transpiration to develop water saving irrigation technique. The photochemical characteristics were analyzed in the context of sowing time and different levels (8.7kg, 17.4kg, 38.4kg per 10a) of fertilized nitrogen during the maize (Zea mays L.) growth. Most parameters related with chlorophyll fluorescence were calculated in the process of drought stress following so called “Kautsky effect” i.e, origin-jump-intermediate peak(OJIP) mechanism. When maize was early sawn, the fluorescence parameters related with electron-transport, in photosystem II (PSII) and photosystem I (PSI), were effectively enhanced with the higher level of fertilized nitrogen. Highest values were observed in maize leaves grown in double (38.4kg/10a) N-fertilized plot. The photochemical parameters were declined in the progress of growth stage. In early growth stage, the fluorescence parameters were highest, and then reduced to about half of the parameters related with electron transport on PSII and PSI at middle and late growth stages. In half(8.7kg/10a) N plot, the photochemical energy dissipation was measured to 26∼63% increase in term of active reaction center per absorbed photon resulting in 26∼55%and 13∼41% decrease in performance index and driving force of electron. This decrease induced to lower the photochemical effectiveness. In double (38.4kg/10a) N, the electron transport flux from QA to QB per cross section and the number of active PSII RCs per cross section were considerably enhanced. It was clearly indicated that the connectivity between photosynthetic PSII and PSI, i.e. electron transport, was far effective. Different water requirement of maize (Zea mays L.) could be estimated according to the area, climate condition, growth stage and soil texture. Also, the measurement of Potential Evapo-Transpiration(PET) and crop coefficient(Kc) was very difficult especially in field cultivation. It was suggested that the mean value of PET during 30 years at 54 regions of Korea for the maize cultivation was a 2.16∼3.57 mm day-1 in open field. The water saving irrigation manual for the amount and interval of watering to different growing season and soil texture were developed based on PET and Kc data from the lysimeter experiments carried out by the RDA for 11 years at the 54 regions of Korea. Total 114.9∼153.0mm of water could be saved in maize cultivation. The water saving irrigation manual could be used easily by the farmers without complicate procedures such as soil sampling and measuring soil water status.
Maize (Zea mays L.) is one of the most important major crops with variety of usages, but showed significant susceptibility to drought stress. Recent unexpected climate change caused the prolonged drought stress, but maize production in the most countries relied onthe natural rain-fall, instead of irrigation system. This study was to investigate the impact of the consecutive days of visible wilting (DAW) during tassel initiation (V6) and tassel emergence using two types of Korean maize hybrids, Gwangpyeongok (GWP) and Ilmichal(Ilmi). The traits related to plant growth and yield were measured. Drought stress during tassel initiation linearly reduced plant elongation and dry matter accumulation with the length of DAW increasing, but did not affect the leaf number per plant. Drought stress during tassel emergence significantly reduced green leaves per plant and delayed silking but little affects anthesis leading to increase in ASI. During tassel initiation every single day of DAW may lead to delay in 0.89 and 0.75 day to silking in GWP and in Ilmi likewise anthesis, respectively, and little change in anthesis-silking interval. During tassel emergence, howerver, every single day of DAW may increase 2.1 day of ASI in GWP and 1.3 day in Ilmi, respectively. Ear length significantly decreased with 10 or 15 longer DAW at tassel initiation and with 1 or 5 longer DAW at tassel emergence, respectively, suggesting that ear growth may be more sensitive to drought at flowering than tassel initiation. The filled grain number per plant showed logistical gradual decline dependent on the length of DAW during tassel initiation and flowering. This reduction was mainly due to decrease in the kernels per row under drought at tassel initiation and due to the reduction in kernels per row and the percentage of filled grains under drought at flowering. Probit analysis revealed that under drought at tassel initiation the DAW to cause 50 % reduction in plant grain yield was about 8.7 and 10.7 days in GWP and Ilmi, resulting in about 6.2 and 5.0 % reduction a day of DAW in GWP and Ilmi, respectively. Under drought at tassel emergence the DAW to cause 50 % reduction in plant grain yield was about 3.5 and 5.8 days in GWP and Ilmi, resulting in about 17.8 and 10.3 % reduction a day of DAW in GWP and Ilmi, respectively. All these results indicate that Gwangpyeongok may be more sensitive to drought than Ilmichal and flowering stage is more vulnerable to drought than tassel initiation stage. Under drought stress during tassel initiation, stem length, green leaves per plant, leaf length and SPAD of ear position, days to anthesis and silking, and length of tassel showed strong correlation with yield. Under drought stress during tassel emergence, stem length, green leaves or yellow ones per plant, leaf length and SPAD of ear position, days to silking, and ASI showed strong correlation with yield. All these traits can be a selective trait for drought tolerance of maize. Based on tolerance indices such as STI, MP, and GMP, drought tolerant F1 hybrids were selected.The F1 hybrids tolerant to drought at tassel initiation were Yanganok, Gangdaok, Gwangpyeongok, Ilmichal, and Chalok4ho and at tassel emergence Yanganok, Gwangpyeongok, Cheongdaok, Pyeonggangok, Ilmichal, and Chalok4ho.
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