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Protected horticulture and Plant Factory. October 2020. 313-319
https://doi.org/10.12791/KSBEC.2020.29.4.313

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 재료 및 방법

  •   1. 식물재료 및 실험처리

  •   2. 생육조사

  •   3. 통계분석

  • 결과 및 고찰

서 론

한국의 공정육묘산업은 1990년 초반에 도입되어 전문화 및 분업화된 산업으로 확대되고 있으며, 상업적인 공정 육묘장은 2015년 기준 240개소, 178ha의 면적으로 증가되고 있는 추세이다(Jeong, 2002; Jeong 등, 2016). 공정묘의 이용은 원예작물의 생산에 있어 노동력 절감, 생산시기와 생산량의 제어를 통한 계획생산 등의 장점을 가지고 있다. 공정육묘장의 기계화는 파종의 정확성, 시간절감, 종자소모 감소, 묘의 수송과 취급용이, 공간이용 효율 증대와 같은 장점이 있다(RDA, 2016).

도장은 공정묘의 품질을 하락시키는 주요 요인이며, 많은 농가에서 묘의 도장을 억제하기 위해 트리아졸계 화합물인 화학적 생장억제제를 이용하고 있다(Kim 등, 1998; Bae, 1999; Yun 등, 2007; Sun 등, 2010). 하지만 이러한 화학적 생장억제제는 공정묘의 생산 시 고농도의 이용과 빈번한 처리로 인한 과도한 왜화, 순멎이 등과 같은 생리장해로 개화지연, 정식 후 기형과 발생 및 착과절위 불량 등이 발생할 수 있다(Choi 등, 2001). 뿐만 아니라 트리아졸계 화합물은 대부분이 농약 허용물질 목록 관리제도(positivie list system, PLS)에 등록되어있지 않은 미등록 약제로 이를 대체하기 위한 생장조절 기술의 개발이 필요한 실정이다.

생장조정제를 사용하지 않고 식물의 생육을 조절하는 방법으로는 주·야간 온도 차, 양·수분 조절, 광 조절, 물리적 자극을 이용하는 방법이 있다. 이 중, 물리적 자극에 의한 식물의 형태 변화를 접촉형태형성(thigmomorphogenesis)이라는 용어로 정의하고 있다(Jaffe, 1973). 이러한 접촉형태형성은 다양한 기계적 자극을 통한 식물의 스트레스 반응을 통틀어 칭하고 있으며, 쓸어주기(burhsing), 문지르기(rubbing), 접촉(touching), 바람(wind) 등 여러가지 자극을 포함하고 있다(Baden과 Latimer, 1992; Samimy, 1993; Morel 등, 2012; Hernandez, 2016; Graham과 Wheeler, 2017; Kim 등, 2018). 이 중 brushing 자극은 육묘 벤치 상부에 이송장치를 설치하여 식물 canopy 상부의 생장점 자극 및 스트레스 유발을 통해 생육을 억제하는 효과가 있고 현장 활용이 용이한 방법이다. 하지만, 이러한 brushing 자극의 현장적용을 위한 구체적인 처리방법에 관한 연구는 부족한 실정이다. 특히 brushing 자극 시 식물체에 직접적으로 맞닿는 소재에 따라 식물체에 가해지는 자극 및 스트레스의 강도가 달라져 도장억제 효과가 미미하거나 식물체에 맞닿는 부분의 찢어짐과 줄기의 부러짐과 같은 기계적 상처가 발생할 수 있다.

따라서 본 연구는 토마토 공정묘 생산 시 도장을 억제하기 위한 기계적 자극 중 육묘현장에 적용하기 쉬운 brushing 자극을 이용하여 도장억제에 적합한 brushing 소재를 선발하고자 수행되었다.

재료 및 방법

1. 식물재료 및 실험처리

본 실험은 2018년 3월 16일에 brushing 소재에 따른 토마토(Solanum lycopersicum L. ‘Dotaerang Dia’, Koregon Co., Ltd. Korea) 플러그 묘의 도장억제 효과를 구명하기 위하여 경상대학교 부속농장 벤로형 유리온실에서 수행되었다. Brushing 소재는 연질 아크릴(acrylic, 두께 1mm, 단위 면적 당 중량 1.13kg‧m-2), 폴리프로필렌(polypropylene film, 두께 1 mm. 단위 면적 당 중량 0.1kg‧m-2), 직조 필름(weaving film, 두께 0.5 mm, 단위 면적 당 중량 1kg‧m-2) 등 3종류로 하였다. Brushing 처리를 위하여 자동 타이머를 이용한 이송장치(240×120×80cm) 3대를 제작하여 베드(240×120cm) 상부에 설치하였고, 각 소재를 육묘용 베드의 brushing 장치의 바(bar)에 설치하여 묘와 brush와의 접촉지점의 높이를 임의로 조절할 수 있게 하였다(Fig. 1). 실험을 위한 묘 생산을 위하여 토마토 종자를 상업적 공정육묘용 혼합상토(Tosilee, Shinan Grow Co. Ltd., Jinju, Korea)가 충진된 40구 플러그 트레이(54 × 27.5 × 5cm, Bumnong Co. Ltd., Jeongeup, Korea)에 파종하였다. 그리고 본엽이 완전히 전개 되었던 4월 2일부터 4월 25일까지 23일 간 초당 0.2m의 속도로 2시간 간격(1일 12회)으로 brushing 처리를 실시하였다(Kim 등, 2018). Brushing 처리 효과를 기존 방법과 비교하기 위하여 무처리, 생장조정제 처리를 추가하였다. 생장조정제인 빈나리(diniconazole 5%, Dongbangagro Co. Ltd., Seoul, Korea)를 본엽이 출현한 식물체에 3g/20L(유효성분기준 7.5mg‧L-1)로 조제하여 트레이 당 120mL씩 엽면 살포하였다. 묘의 양·수분 공급은 Sonneveld 토마토 전용 액비(Sonneveld와 Straver, 1994)를 조제하여 pH 6.5와 EC 1.5dS·m-1로 조정한 양액을 2일 간격으로 1회 저면관수 하였다(Table 1).

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Fig. 1.

The brushing machine (A), acrylic film (B), polypropylene film (C), and weaving film (D) used in the experiment as brushing materials.

Table 1.
The composition of the nutrient solution used in the experiment.
Chemical Conc. (mg·L-1) Chemical Conc. (mg·L-1)
Ca(NO3)2·4H2O 1,227.2 Fe-EDTA 5.67
KNO3 444.4 H3BO3 1.84
KH2PO4 204.0 CuSO4·5H2O 0.20
MgSO4·7H2O 565.8 MnSO4·5H2O 2.16
NH4NO3 96.0 H2MoO4·2H2O 0.40
K2SO4 356.7 ZnSO4·7H2O 0.60

2. 생육조사

토마토 플러그 묘의 생육 조사는 처리 일로부터 5일 간격으로 트레이 당 6주씩(총 30주)을 무작위로 선발하여 초장, 하배축, 절간장, 엽장, 엽폭을 조사하였다. 묘의 경경은 버니어캘리퍼스(CD-20CPX, Mitutoyo Co. Ltd., Kawasaki, Japan)를 이용하여 지제부 상단 1cm를, SPAD 값은 엽록소 측정기(SPAD-502, Konica Minolta Inc., Tokyo, Japan)를 이용하여 완전히 전개된 잎을, 엽면적은 엽면적 측정기(LI-3000, LI-COR Inc., Lincoln, NE, USA)를 이용하여 측정하였다. 지상부의 생체중과 건물중은 전자저울(EW220-3NM, Kern & Sohn GmbH., Balingen, Germany)을 이용하여 측정하였고, 건물중은 시료를 70℃ 항온 건조기(Venticell-222, MMM Medcenter Einrichtungen GmbH., Planegg, Germany)에서 72시간 건조 후 측정하였다. 상대생장률(RGR, relative growth rate), 생장속도(CGR, crop growth rate), 엽면적비(LAR, leaf area rate), 왜화율(dwarf rate), 묘의 충실도(compactness) 및 T/R율은 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)을 기초로 아래의 계산식으로 산출하였다.

상대생장률(RGR, g-1‧g-1‧d-1)=(logew2-logew1)/(t2-t1)
생장속도(CGR, g-1‧m-2‧d-1)=(w2-w1)/(t2-t1)
엽면적률(LAR, cm2‧g-1)=L/W
왜화율(dwarf rate, %)=(무처리구 초장-각 처리의 초장)/ 무처리구 초장×100
충실도(compactness, mg‧cm-1)=지상부의 건물중/식물체의 초장

· w1, w2: 시작 및 종료시점의 식물체당 건물중
· t1, t2: 시작 및 종료시점의 시간
· L: 식물체당 엽면적
· W: 총 건물중

3. 통계분석

통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하였고, 평균 간 비교는 던컨의 다중검정을 이용하여 5% 유의수준에서 각 처리간 유의성을 검증하였다. 그래프는 SigmaPlot 프로그램(SigmaPlot 12.0, Systat Software Inc., San Jose, Ca, USA을 이용하여 나타내었다.

결과 및 고찰

Brushing 처리 후 23일째 토마토 묘의 생장 억제는 acrylic 처리에서 가장 크게 나타났다(Fig. 2). Acrylic 처리에서 묘의 초장이 유의적으로 짧았고, 경경은 가장 두꺼웠다(Table 2). Brushing 자극을 통한 작물의 초장 억제와 경경의 증가는 많은 연구들의 결과와 일치하였다. Baden과 Latimer(1992)의 연구에서 brushing 자극이 토마토, 가지, 오이 등과 같은 과채류 작물의 초장을 감소시킨다고 보고하였고, Kim 등(2018)의 연구에서는 2시간 간격으로 brushing 자극 시 토마토 묘의 초장이 diniconazole을 사용한 처리와 유사하게 감소한 것으로 보고되었다. 또한 Morel 등(2012)의 연구에서 장미 재배 시 brushing 처리를 적용하였을 때, 초장의 감소와 경경이 두꺼워진다고 보고되었다. Porter 등(2009)의 연구에서도 파파야 육묘에서 기계적 자극 처리시 대조구 대비 하배축의 경경이 두꺼워 짐과 동시에 초장을 감소시킨다고 보고하였다. 이와 같이 기계적 자극을 받은 식물체의 초장 감소와 경경 증가는 접촉형태형성 반응에 의한 줄기의 길이가 짧아지고 경경이 두꺼워지는 등의 복합적인 경화 또는 강화 반응이라고 보고되고 있다(Goodman과 Ennos, 2001).

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Fig. 2.

Growth of tomato plug seedlings as affected by different brushing materials at 23 days after treatments.

Table 2.
Growth characteristics of tomato plug seedlings as affected by different brushing materials at 23 days after treatments.
Treatment Plant height
(cm)
Stem diameter
(cm)
Root length
(cm)
Number of nodes Leaf length
(cm)
Leaf width
(cm)
Leaf area
(cm2/plant)
SPAD
Non-treatment 28.5 az 5.1 b 16.63 a 8.67 b 7.83 a 4.37 a 289.53 a 33.58 c
Diniconazole 24.5 b 4.8 c 17.78 a 9.33 a 5.94 c 3.59 c 235.62 b 43.07 a
Acrylic 21.6 c 5.5 a 16.93 a 9.27 a 6.85 b 3.93 bc 287.87 a 38.61 b
Polypropylene 24.7 b 5.3 ab 18.26 a 9.13 a 7.07 b 4.08 ab 292.17 a 37.82 b
Weaving film 27.2 a 5.2 b 17.31 a 8.87 ab 7.15 b 4.11 ab 287.92 a 37.37 b

zMean seperation within columns by Ducan’s multiple range test at P ≤ 0.05.

토마토 묘의 엽장, 엽폭, 엽면적은 diniconazole 처리에서 가장 낮았다. 또한 토마토 묘의 엽록소 농도를 나타내는 SPAD 값은 diniconazole 처리에서 가장 높았고, 무처리구에서 가장 낮았다. 그리고 brushing 소재에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다. Yeoung 등(2005)의 연구에서 diniconazole 처리 시 배추에서 SPAD 값이 증가했다고 보고하였으며, 이는 잎의 단위 면적당 chlorophyll 농도의 증가로 인해 나타난 결과로 판단된다(Suh와 Chung, 1986; Sun 등, 2009; ).

토마토 묘의 다양한 brushing 소재에 따른 초장의 변화는 무처리구에서 생육기간 동안 높은 값을 보여주며 가장 큰 변화량을 보였고, Acrylic 처리에서는 10일 이후부터 다른 처리보다 유의하게 억제되었다(Fig. 3A). 건물중은 모든 처리구에서 처리 후 15일째 polypropylene 처리에서 유의적으로 낮았지만, 최종생육이었던 처리 후 23일째에는 유의적인 차이가 나타나지 않았다(Fig. 3B). 상대생장률은 polypropylene 처리에서 다른 처리에 비해 유의적으로 감소하였으며, 엽면적률은 상대적으로 증가하는 경향을 나타냈다(Table 3).

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Fig. 3.

Change of plant height (A) and dry weight (B) of tomato seedlings as affected by different brushing materials during seedling period. Vertical bar represent the stand deviation of the mean (n = 6).

Table 3.
Fresh and dry weights of shoot and root and analysis of growth parameters of tomato plug seedlings as affected by different brushing materials at 23 days after treatments.
Treatment Fresh weight (g/plant) Dry weight (g/plant) Growth parametersz
Shoot Root Shoot Root RGR
(g-1‧g-1‧d-1)
CGR
(g-1‧m-2‧d-1)
LAR
(cm2‧g-1)
Non-treatment 15.5 ay 1.8 a 1.2 a 0.13 a 0.137 a 0.0571 a 240.67 ab
Diniconazole 15.4 a 2.1 a 1.2 a 0.15 a 0.144 a 0.0567 a 206.87 c
Acrylic 16.2 a 2.0 a 1.2 a 0.15 a 0.141 a 0.0566 a 240.54 ab
Polypropylene 16.2 a 1.7 a 1.1 a 0.13 a 0.128 b 0.0515 a 262.15 a
Weaving film 15.9 a 1.9 a 1.2 a 0.15 a 0.141 a 0.0571 a 237.37 b

zRGR, relative growth rate; CGR, crop growth rate; and LAR, leaf area rate.
yMean seperation within columns by Ducan’s multiple range test at P ≤ 0.05.

왜화율은 수치가 높을수록 무처리구에 비해 초장이 감소하여 생장억제효과가 있는 것을 의미한다(Fig. 4). 본 연구에서 무처리구에 비해 diniconazole 처리에서는 14%, acrylic 처리에서는 24%로 높은 왜화율을 보여 brushing 자극 시 연질 아크릴소재를 이용하는 것이 diniconazole 처리 보다 생장억제 효과가 높은 것으로 나타났다.

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Fig. 4.

The dwarf rate of tomato plug seedlings as affected by different brushing materials at 23 days after treatments. Vertical bar represent the stand deviation of the mean (n = 15). Different letters above bars indicate significant differences by Duncan’s multiple range test at P ≤ 0.05.

Fig. 5는 처리 후 23일째의 T/R율과 묘의 충실도를 나타낸 그래프이다. 과채류 플러그 묘의 품질을 나타내는 지표 중 하나인 T/R율은 낮은 값일수록 지하부의 건물중이 높아 지상부보다 지하부의 생육이 증가하여 근권의 발달이 우수한 묘라고 판단할 수 있으며, 충실도는 전체 건물중에 지상부의 초장을 나눈 값으로, 그 값이 높을수록 묘의 품질이 우수하다고 보고되고 있다(Zhang 등, 2003; Lee 등, 2016). 본 연구에서는 acrylic 처리에서 T/R율의 가장 낮게 나타나 지하부의 생육이 우수한 것으로 판단되며, 초장이 짧아 다른 처리에 비해 상대적으로 충실도가 유의성 있게 높게 나타났다.

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Fig. 5.

T/R ratio and compactness of tomato plug seedlings as affected by different brushing materials at 23 days treatments. Vertical bar represent the stand deviation of the mean (n = 15). Different letters above bars indicate significant differences by Duncan’s multiple range test at P ≤ 0.05.

이상의 결과들을 종합하면, 연질 아크릴 소재를 이용한 brushing 처리는 생장조정제인 diniconazole을 충분히 대체할 수 있는 식물의 생장조절기술로 판단된다. 특히, 높은 왜화 효과뿐만 아니라 뿌리 발생을 증가시키는 효과를 통해 현장의 부적절한 환경에서 발생하는 웃자람을 제어할 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 본연구를 통해 brushing 처리가 토마토 공정묘의 도장억제 및 묘소질 향상에 효과적이며 현장 적용이 가능할 것으로 판단되지만, 기계적 자극을 위한 시스템 설치, 자동화를 위한 초기투자비용에 대한 경제성, 작물별 처리 방법 및 brushing의 강도 등에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

사 사

본 연구는 농촌진흥청 연구사업(세부과제번호: PJ01277301)의 지원에 의해 수행되었음.

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