서 론
플러그 묘(plug seedlings)란 응집성이 있는 소량의 배 지가 담긴 개개의 셀(cell)에서 길러진 묘종을 말한다 (Nelson, 1991). 플러그 묘는 적은 면적에서 균일한 묘의 대량 생산과 관리 및 운반이나 취급의 편의성을 가지고 있으며(Moon 등, 2010), 1990년대 초반 국내에 공정육 묘 산업이 도입되기 시작하며 육묘와 재배의 전문화 및 분업화를 실현하였다(Jeong, 2002). 과채류 공정묘의 생 산에 있어 양질의 묘란 굵은 경경, 짙은 녹색 잎, 그리 고 잘 발달된 뿌리와 같은 형태적 특성을 나타낸다. 줄 기가 도장되고 옅은 녹색 잎과 발달되지 못한 작은 뿌 리를 가진 묘종은 정식 후 환경적 스트레스로 인해 수 확량 감소의 결과를 초래할 수 있는 문제점이 발생한다 (Seiler와 Johnson, 1988;Vu 등, 2015). 하지만 플러그 묘는 작은 셀 내에서 육묘되기 때문에 재식밀도가 높아 육묘기에 도장하기가 쉬우며, 이러한 과채류 작물 육묘 의 도장 현상은 부적절한 수분 및 온도조절, 고온기 및 장마기간의 흐린 날씨에 의한 광 부족, 묘 간의 상호경 합에 의해 일어난다(Sun 등, 2010). 양질묘의 판단 기준 이 되는 도장하지 않은 묘를 생산하기 위해 국내의 많 은 육묘장은 살균제로 등록된 트리아졸계 화합물을 이용 하고 있는 실정이다. 트리아졸계 화합물은 생장억제제로 서 화훼작물의 생육 및 개화조절에 이용되어져 왔으며 (Choi 등, 2011;Kim과 Lee, 2015), 또한 최근에는 채소 작물의 육묘기 도장억제(Sun 등, 2010;Kim 등, 2016) 및 스트레스 저항성 향상(Baninasab, 2009)을 위한 목적 으로 이용되어 지고 있다. 그러나 작물별, 생육단계별 트리아졸계 화합물의 정확한 처리 농도, 방법, 조건 등 이 구명되어 있지 않으며, 환경오염과 농산물 안전성에 대한 소비자들의 인식이 높아짐에 따라 일부 국가에서는 생장조절제의 사용을 규제하고 있는 추세이다.
생장조절제의 이용이 규제됨에 따라 과채류 작물 육묘 시 친환경적 도장 억제기술의 연구가 필요하며, 그 중 기계적 자극에 의한 식물의 생장 반응인 접촉형태형성 (thigmomorphogenesis)과 관련된 연구가 필요한 실정이다 (Jaffe, 1973). 식물체에 많은 종류의 비생물학적 스트레스 가 기계적 자극에 속할 수 있으며 brushing(쓸기), rubbing(문질기), touching(접촉), wind(바람), impedence(압 착) 등의 처리에 따른 짧은 초장, 굵은 경경, 엽록소 함 량 변화 등의 식물 반응이 관찰되어 왔다(Baden과 Latimer, 1992;Samimy, 1993;Morel 등, 2012;Hernandez, 2016;Graham과 Wheeler, 2017). 국내에서 는 주로 화훼류의 절간신장 억제를 위한 기계적 자극 처 리 연구가 진행되었지만, 과채류 육묘 시 공정육묘장의 자동화 현장 적용을 위한 brushing 처리의 적정 강도, brushing 자재의 종류, brushing 처리 시기 등에 관한 연 구는 부족한 실정이다.
따라서 본 연구는 오이와 토마토 육묘시 발생하는 도 장현상을 억제하기 위해 친환경적 방법인 기계적 자극 중 brushing 처리를 이용한 묘의 도장억제 효과를 구명 하여 고품질 묘의 안정적인 생산 및 현장 적용 가능성 을 확인하기 위해 수행되었다.
재료 및 방법
1. 실험재료 및 재배환경
본 실험은 brushing 처리에 따른 과채류 플러그 묘의 도장억제에 미치는 영향을 알아보기 위해 국내 공정육묘 장에서 생산되는 주요 과채류인 오이(Cucumis sativus L. ‘Joeunbaekdadagi’)와 토마토(Solanum lycopersicum L. ‘Mini Chal’)를 이용해 경상대학교 부속농장 벤로형 유 리온실에서 수행하였다. 2017년 10월 9일에 상업적 공 정육묘용 혼합상토(Tosilee, Shinan Grow Co. Ltd., Jinju, Korea)가 충진된 40공 플러그 트레이 (54×27.5×5cm)에 1구당 1립씩 파종 하였다. 재배기간 동안 벤로형 유리온실의 온도는 15-25°C, 상대습도 50±10%로 조절하였다. 파종 후 본엽이 2-3매 전개되었 을 때, 2017년 10월 24일부터 육묘 종료까지 brushing 처리를 진행하였다. 토마토와 오이 플러그 묘의 양·수분 관리는 토마토 Sonneveld 전용 액비(EC 1.5dS·m-1, pH 6.5)와 오이 PTG 전용 액비(EC 1.5dS·m-1, pH 6.5)를 조제하여 2일 1회 저면관수 하였다(Sonneveld와 Straver, 1994).
2. 플러그 묘의 brushing 처리
오이와 토마토 플러그 묘의 brushing 처리를 위해 자 동 타이머를 이용한 이송장치(240×120×80cm)를 제작하 여 베드상부에 설치하였고, 묘와 brush와의 접촉지점의 높이를 임의로 조절할 수 있게 하였다(Fig. 1). 묘와 직 접 닿는 접촉부에는 연질아크릴(FLO731A, Crenjoy Co. Ltd., Seoul, Korea)을 붙여 brushing 처리를 위해 사용 하였으며, 초당 0.2m의 속도로 24시간 연속 처리하였다. Brushing 처리를 하지 않은 무처리와 화학적 생장조절제와 의 비교를 위한 3g·20L-1(유효성분 기준 7.5mg·L-1)의 빈나 리(diniconazole 5%, Dongbangagro Co. Ltd., Seoul, Korea) 처리(Kim 등, 2016)를 대조구로 하였다. 또한, 오이와 토마토 묘의 brushing 처리는 00:00시부터 24:00 시까지 하루 12cycle brushing(2 hrs), 하루 6cycle brushing(4 hrs), 하루 4cycle brushing(6 hrs)으로 각각 15일과 20일간 처리하였고, 1cycle 당 지름 25mm×길이 1,200mm 크기의 바(bar)에 가로 1,100mm×세로 750mm 규격의 연질아크릴을 세로방향으로 장착하여 폭 1,200mm×길이 2,400mm×높이 800mm의 베드에서 전후 로 왕복하였다(Fig. 2).
3. 조사항목
플러그 묘의 생육 조사를 위해 오이는 파종 후 30일 째, 토마토는 파종 후 35일째에 트레이 당 4주씩(총 12 주)을 무작위로 선발하여 조사하였다. 플러그 묘의 초장, 하배축, 절간장, 엽장, 엽폭을 조사하였다. 또한, 묘의 경 경은 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, 엽 면적은 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 시 료를 70°C 항온 건조기(Venticell-222, MMM Medcenter Einrichtungen GmbH., Planegg, Germany)에서 72시간 건조 후 측정하였다. Brushing 처리에 따른 묘의 스트레 스 지수를 확인하기 위해 처리구별 6개체를 무작위로 선 발하여 30분간 암적응 후 엽록소 형광분석기(PAM-2100, Heinz Walz GmbH Co. Ltd., Effeltrich, Germany)를 이 용하여 엽록소형광 값(Fv/Fm)을 측정하였다. 최소 형광 값(Fo)은 0.6kHz의 측정 광을 광섬유로 하여 0.1μmol·m-2·s-1 보다 낮은 광합성유효광양자속밀도 (PPFD, photosynthetic photon flux density)로 적색 LED광을 이용하여 조사하고 측정하였으며, 최대 형광 값(Fm)은 20kHz로 7,000μmol·m-2·s-1의 포화 광을 0.8초 동안 조사하여 측정하였다. Fv/Fm값은 Fv/Fm=(Fm-Fo)/ Fm 공식으로 산출되었다(Genty 등, 1989). T/R율은 지 상부의 건물중에 지하부의 건물중을 나누어 계산하였다. 묘의 충실도를 측정하기 위해 지상부의 건물중에 초장을 나누어 compactness를 계산하였으며, 왜화율(dwarf rate), 생장속도(CGR, crop growth rate), 상대생장률(RGR, relative growth rate), 엽면적률(LAR, leaf area rate)은 농촌진흥청 농업과학기술 연구조사 분석기준(RDA, 2012)을 기초로 하여 아래의 계산식에 의해 산출하였다.
왜화율(dwarf rate, %) = (대조구 초장-각 처리의 초장) /대조구 초장 × 100
생장속도(CGR, g-1·m-2·d-1)=(w2-w1)/(t2-t1.)
상대생장률(RGR, g-1·g-1·d-1)=(logew2-logew1)/(t2-t1.)
엽면적률(LAR, cm2·g-1)=L/W
4. 실험설계 및 통계분석
실험구의 배치는 brushing 처리에 따른 오이와 토마토 플러그 묘의 생육발달 구명을 위해 무처리와 diniconazole 7.5mg·L-1 처리, 3처리의 brushing 처리를 각 처리당 3반 복, 그리고 반복당 40개체로 총 600주를 난괴법으로 배 치하였다. 실험결과의 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.4, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 분 산분석(ANOVA)을 실시하였고, 평균 간 비교는 터키의 다중검정(Tukey’s multiple range test)을 이용하여 5% 유의수준에서 각 처리간 유의성을 검증하였다. 그래프는 SigmaPlot 프로그램(Sigma Plot 12.0, Systat Software Inc., San Jose, Ca, USA)을 이용하여 나타냈다.
결과 및 고찰
파종 후 30일째 오이 플러그 묘와 35일째의 토마토 플러그 묘의 brushing 처리에 따른 생육 특성을 Table 1 과 2, Fig. 3과 4에 나타내었다. 오이와 토마토 플러그 묘의 초장, 하배축, 절간장, 엽장, 엽폭, 엽면적은 모두 brushing 처리 간격이 짧아질수록 감소하였고, 생장조절 제 처리인 diniconazole에서 생육이 가장 억제되는 경향 을 보였다. Diniconazole은 트리아졸계에 속하는 약제인 pyrimidine 유도체로써 식물체 내 지베렐린의 생합성을 억제하여 세포분열 능력을 저해하고 영양생장을 억제시 킨다(Wample과 Culver, 1983;Eum 등, 2011). 본 연구 의 무처리와 brushing 처리 대비 diniconazole 처리에서 생육이 억제된 결과는 식물체 내 지베렐린의 생합성이 원활히 이루어지지 않았기 때문으로 판단되며, 오이와 토마토의 diniconazole 종자 침지처리에 의한 절간신장 억제 결과와 유사한 경향을 보였다(Sun 등, 2010). Diniconazole 처리와 비교하여 brushing 처리에서는 2시 간간격 처리에서 생육이 가장 억제되는 현상을 보였으며, brushing 처리 간격이 길어질수록 생육억제 효과가 미미 해졌다. 이러한 결과는 식물체에 기계적 자극에 해당하 는 brushing 처리가 토마토, 가지, 오이, 브로콜리 등의 줄기 길이를 감소시키는 기존 연구결과와 일치하는 경향 을 보였다(Baden과 Latimer, 1992). 오이와 토마토 플러 그 묘의 경경은 diniconazole 처리에서 유의적으로 얇은 결과를 나타냈고, 오이에서는 brushing 처리인 2시간간 격 처리와 4시간간격 처리에서 diniconazole 처리 대비 54.8%, 48.4% 경경이 두꺼워졌다. 경경이 두꺼워지는 결과는 피망의 rubbing 처리를 통해 첫 번째 마디의 줄 기 경경이 두꺼워지는 현상과(Graham과 Wheeler, 2017), 화훼작물인 장미에서 brushing 처리를 통해 경경 이 두꺼워지는 결과와 유사하였다(Morel 등, 2012). Porter 등(2009)은 파파야 육묘시 rubbing 처리를 통해 대조구 대비 하배축의 경경을 36% 증가시킴과 동시에 초장을 46%, 엽폭을 42% 감소시킨다고 보고하였다. 이 러한 기계적 자극에 의한 식물체의 변화들은 접촉형태형 성 반응의 복합적인 경화 또는 강화 반응이라고 보고되 고 있다(Goodman과 Ennos, 2001). 오이와 토마토의 엽 록소 농도를 나타내는 SPAD 값에서는 brushing 간격에 따른 상관관계는 없었으나 무처리와 비교하였을 시 높은 결과를 보였고, diniconazole 처리 보다는 낮은 값을 보 였다. 이러한 결과는, Ahmad 등(2015)의 연구에서 트리 아졸계인 paclobutrazol의 농도가 높아질수록 분화식물인 페튜니아와 쿠페아의 영양생장 감소로 인해 엽색이 짙은 녹색으로 바뀌었다고 보고된 결과와 유사한 경향을 보였 다. 본 연구의 결과 또한 diniconazole 처리로 인해 SPAD 값이 높아진 것은 엽장, 엽폭, 엽면적 등이 다른 처리구에 비해 유의적으로 생육이 저조하여 엽색이 짙어진 것으로 판단된다. 오이와 토마토 묘의 엽면적은 생육이 억제될수 록 감소하였으며, 특히 diniconazole 처리에서 유의적으로 낮았다. 이는 과채류 작물인 토마토와 딸기에 트리아졸계 에 속하는 diniconazole과 paclobutrazole을 처리하였을 때, 대조구 대비 엽면적이 감소하는 기존 연구결과와 일치하 는 경향을 보였다(Strang과 Weis, 1984;Yun 등, 2007).
Table 1. Growth characteristics of cucumber plug seedlings as affected by brushing intervals for 30 days after sowing.
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Table 2 Growth characteristics of tomato plug seedlings as affected by brushing intervals for 35 days after sowing.
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오이와 토마토의 지상부와 지하부의 생체중 및 건물중 은 생육이 저조하였던 diniconazole 처리에서 유의적으로 낮은 결과를 나타냈다(Table 3과 4). 오이 플러그 묘에서 는 brushing의 간격이 길어질수록 지상부와 지하부의 생 체중 및 건물중이 증가하는 경향을 보였지만, 토마토의 지하부 생체중 및 건물중에서 반대의 결과를 나타내며 2시간간격 처리에서 유의적으로 높은 결과를 보였다. 일 반적으로 식물체에 brushing 자극은 토마토와 수박, 가 지 작물의 지상부 건물중을 감소한다고 보고하였고 (Latimer와 Oetting, 1994), shaking 처리로 인해 벼의 총 biomass가 감소되는 결과가 보고되었다(Wang 등, 2011). 하지만 본 연구의 토마토 작물의 뿌리, 즉 지하부의 생 체중과 건물중이 brushing 자극으로 인해 증가되었고, 식물체에 기계적 자극이 동화산물의 분배에 영향을 끼쳤 다고 판단된다. 과채류 플러그 묘의 품질을 나타내는 지 상부와 지하부의 건물중 비율인 T/R율과 전체 건물중에 지상부의 초장을 나눈 값을 충실도로 표현하는데, T/R율 이 낮을수록 그리고 충실도가 높을수록 묘 품질이 우수 하다고 보고되고 있다(Zhang 등, 2003;Lee 등, 2016). 오이와 토마토의 T/R율은 모든 처리구에서 유의적인 차 이를 보이지 않았지만, 토마토의 충실도는 2시간간격 처 리에서 15.6mg·cm-1으로 무처리와 diniconazole 처리에 비 해 30.0%, 16.4% 향상되었다. 또한, 오이와 토마토의 왜 화율은 생육이 가장 저조하였던 diniconazole 처리에서 가 장 높았으며, 토마토의 2시간간격 처리에서 diniconazole 과 유사하게 32.5%의 생육이 억제되는 것을 보였고, 기 계적 자극인 brushing은 오이보다는 토마토의 육묘에 조 금 더 효과적인 것으로 판단된다.
Table 3 Fresh and dry weights of shoot and root, T/R ratio, compactness, and dwarf rate of cucumber plug seedlings as affected by brushing intervals for 30 days after sowing.
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Table 4 Fresh and dry weights of shoot and root, T/R ratio, compactness, and dwarf rate of tomato plug seedlings as affected by brushing intervals for 35 days after sowing.
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식물체의 스트레스 지표로 사용되는 엽록소형광 값 (Fv/Fm)은 0.8-0.84의 수치를 나타낼 때, 식물체가 정상 적인 환경에 노출되었다고 본다(Baker와 Rosenqvist, 2004). 본 연구의 오이 묘에서 모든 brushing 처리에서 0.743-0.752의 값으로 식물체가 기계적 자극에 의해 스 트레스를 받는 것으로 판단되며, 토마토 묘에서는 2시간 간격 처리에서 0.757의 유의적으로 낮은 값을 나타내었 다(Table 5와 6). 식물체가 기계적 자극의 스트레스 환경 에 노출됨으로써 오이와 토마토의 생육특성인 초장, 하 배축, 절간장, 엽면적 등의 영양생장이 무처리와 비교하 여 감소된 것으로 판단된다(Table 1과 2). 오이와 토마토 묘의 생육이 억제되지 않을수록 생장속도는 높은 경향을 보였으며, 특히 diniconazole 처리구에서 오이와 토마토 묘가 0.0226, 0.0296g-1·m-2·d-1로 유의성 있게 낮았다. 일 정시간의 작물 건물증가율을 나타내는 상대생장률의 분 석결과 오이는 모든 처리구에서 유의적인 차이를 보이지 않았지만, 토마토에서 생장속도와 유사한 결과를 보이며 diniconazole 처리에서 0.0638g-1·g-1·d-1로 유의성 있게 가 장 낮았다. 식물체의 광합성 및 생체중의 감소, 뿌리활 력과 양분흡수가 원활히 이루어지지 않을 때 상대생장률 의 감소를 초래한다(Nkansah와 Ito, 1994; Song 등, 2010). 생장조절제인 diniconazole에 의해 토마토 묘 체 내의 지베렐린 생합성의 억제 및 영양생장의 저하, 지상 부와 지하부의 생체중 및 건물중의 감소로 인해 상대생 장률이 감소한 것으로 판단된다. 엽면적률은 작물에 상관 없이 모든 처리구에서 유의적인 차이를 보이지 않았지만, diniconazole 처리에서 엽면적 대비 건물생산률이 높았고, brushing 처리 간격에 따른 상관관계는 나타나지 않았다.
Table Chlorophyll fluorescence and analysis of growth parameters of cucumber plug seedlings as affected by brushing intervals for 30 days after sowing.
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Table 6 Chlorophyll fluorescence and analysis of growth parameters of tomato plug seedlings as affected by brushing intervals for 35 days after sowing.
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이상의 결과들을 종합하면, 생장조절제인 diniconazole 처리구에서 오이와 토마토 플러그 묘의 생육 및 도장 억제에는 가장 효과적이었다. 하지만 2019년 1월 1일부 터 모든 농산물에 확대 적용되어 시행되는 농약허용물질 관리제도(PLS, positive list system)에 대응하기 위한 과 채류 육묘시 도장 억제를 위한 친환경적 방법의 현장적 용을 위한 실용화 연구가 시급하다. 본 연구의 하루 2시 간 간격의 brushing 처리는 diniconazole의 생육 억제와 유사한 수준을 보여주었으며, 특히 토마토 묘의 충실도 를 높이는 결과를 보였다. 따라서 고품질의 우량한 오이 와 토마토 플러그 묘 생산을 위한 brushing 자극은 공정 육묘장에서의 현장 적용 가능성이 충분하다고 판단되지 만, 기계적 스트레스(brushing 처리)를 위한 초기 시설투 자가 관건이다. 향후 brushing의 강도, 적용방법, 묘와 직접 맞닿는 필름의 재질 등에 관한 연구가 필요할 것 으로 생각된다.
