Original Articles

Journal of Bio-Environment Control. 31 July 2022. 212-220
https://doi.org/10.12791/KSBEC.2022.31.3.212

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 재료 및 방법

  •   1. 식물 재료

  •   2. 밀폐삽목 기간, 삽수의 소엽수 및 광주기의 처리

  •   3. 생육조사

  •   4. 통계분석

  • 결과 및 고찰

  •   1. 밀폐 기간에 따른 삽목 활착률과 묘의 소질

  •   2. 밀폐삽목에서 삽수의 소엽수와 광주기의 영향

서 론

장미(Rosa spp.)는 장미과(Rosaceae) 장미속(Rosa)에 속하는 작물로 150여 개의 종이 보고되어 있으며 열대에서 한대에 이르기까지 북반구에 넓게 분포되어 있다(RDA, 2021). 국내 절화용 장미 생산은 거의 대부분 양액을 이용한 시설재배에 의존하고 있다(MAFRA, 2021). 시설 재배용 장미 묘목으로는 생산이 간단한 삽목묘가 널리 쓰인다. 절화 생산 암면재배의 경우 삽목묘와 접목묘의 절화 품질에 큰 차이는 없다고 하였다(Chung, 1989). 장미 삽목묘는 주로 암면(rock wool) 큐브를 이용한 플러그 육묘 방식으로 생산되는데(Kim 등, 2013) 발근까지 4주 이상 소요된다. 삽목상 온도는 24-28℃가 적정하고 공중의 상대습도는 98-100%에서 점차적으로 낮추어 관리해야 한다(De Hoog, 2001; Jeong 등, 2007). 공중습도를 높게 유지하는 이유는 잎의 수증기압포차(vapor pressure deficit, VPD)를 낮춰 증산을 감소시키고 발근 전까지 잎이 시드는 것을 방지하기 위한 것이다(Fordham 등, 2001; Harrison-Murray와 Howard, 1998; Loach, 1977; Luna, 2009; Rosenberg 등, 1991). 사람이 주기적으로 물을 분사하는 방법이나 미스트, 포그 등의 시설이 이용되기도 한다. 최근에는 식물공장과 같은 폐쇄형 식물생산 시스템도 상업화되고 있으며(Kozai, 2007; Park 등, 2013; Um 등, 2009), 밀폐형 LED 식물공장을 활용한 Phalaenopsis, Echeveria 등 화훼작물의 번식 연구도 수행되고 있다(Kim 등, 2018; Min and Oh, 2020).

현재 국내에 식물공장을 활용하여 장미를 육묘한 사례는 없으며, 종묘업체는 미스트와 포그 시설을 활용하고 자가육묘 농가는 삽목상 위에 비닐을 설치하여 밀폐하였다가 비닐을 걷으며 물을 분사하는 방식을 주로 사용하고 있다. Ohira 등(2009)은 장마철 삽목 시에 미스트 시스템을 이용한 것보다 비닐 하우스 밀폐 시스템을 이용한 것이 생존율이 더 높고 발근 속도가 빨랐다고 하였다. Lois와 Donald(2019)은 상대습도를 100% 가까이 유지할 필요는 없으며, 통풍 조건에서 발근이 향상되나 밀폐형보다 많은 관리가 필요했다고 하였다. 삽목상을 밀폐하는 방식이 간편하고 비용이 적게 드는 이점은 있지만, 완전히 밀폐가 되지 않아 상대습도가 기대보다 낮거나 주기적인 물 분사 노력이 들고 자연광에 의해 비닐 내부온도가 상승하는 문제가 있다(Lois와 Donald, 2019). 특히 여름철은 자연광을 이용하는 모든 형태의 삽목 방식이 고온에 영향을 받아 묘 생존율이 매우 낮다. 차광하여 내부 온도를 낮추려 하지만 광이 부족할 경우 묘의 줄기가 검게 변하여 고사율이 높아진다. 장미 건전묘의 연중생산을 위해서는 인공광을 활용하는 실내에서 에너지 비용을 최소화하며 최적의 환경관리 조건을 갖추는 것이 공간 활용과 에너지 절감 측면에서 유리할 것이다(Um 등, 2009).

따라서 본 연구에서는 장미 밀폐 삽목의 이점을 극대화시키기 위해 투명 플라스틱 박스를 이용한 밀폐방법을 적용하여 밀폐 기간에 따른 삽목 성공률과 묘 소질을 분석하여 밀폐 기간을 최대한 늘리고자 하였으며, 밀폐 기간 동안 인공광 조건에서 가장 효율적인 삽수 소엽(leaflet)의 개수와 광주기(photoperiod)를 구명하여 실내에서 최소 시설로 육묘할 수 있는 방법을 찾고자 하였다.

재료 및 방법

1. 식물 재료

식물 재료로 장미(Rosa hybrida)의 ‘Maisie’(Dümmen Orange Ltd., the Netherlands)를 사용하였다. 삽수의 채취는 개화 직전 단계의(De Hoog, 2001; RDA, 2021) 꽃봉오리 가지 중간 부위의 5매엽 마디를 사용하여 이루어졌으며, 삽수의 크기는 총 길이가 5-6cm가 되도록 1마디로 조제하였다.

2. 밀폐삽목 기간, 삽수의 소엽수 및 광주기의 처리

총 6주간의 삽목 기간에 밀폐 기간을 1주, 2주, 3주 및 6주로 하였고 나머지 기간은 밀폐용 덮개를 개방하여 유지하였다. 삽수는 기부 4개의 소엽만을 남기도록 절단 조제하였다. 삽목 전 삽수는 20ppm IBA 용액에 1시간 침지되었다. 밀폐삽목상은 폴리프로필렌(polypropylene) 재질로 만들어진 덮개가 있는 투명 박스(455 × 600 × 190mm, Changsinliving, Korea) 안에 물로 완전히 포화시킨 암면 블록(75 × 75 × 65mm, MS Block, Grodan, Denmark) 35개를 넣어 구성하였다. 각각의 암면 블록에 1-2cm 깊이로 1개씩 삽수를 꽂은 후 뚜껑을 닫기 전에 살균제(Otiba, azoxystrobin 21.7%, Syngenta Korea, Korea) 0.05%를 스프레이 하였다(Pourghorban 등, 2019).

투명 박스의 밀폐삽목상은 국립원예특작과학원 벤로형 유리온실에서 정치되었으며 유리온실 내의 온도와 공중습도는 데이터로거(WatchDog 1000 Series Micro Stations, Spectrum Technologies, Inc., USA)를 이용하여 1시간 간격으로 측정하였으며 시간대별로 나타내었다(Fig. 1). 밀폐 기간 동안 투명 박스 안의 상대습도는 100%로 뚜껑에 결로가 맺힌 상태로 유지되었으며, 밀폐기간 이후에는 뚜껑을 서서히 열어 온실 내 습도와 같게 관리하였다.

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Fig. 1.

Air temperature (A) and relative humidity (B) every hour in greenhouse during the experiment. Center line = median; box limits = upper and lower quartiles; whiskers = 1.5× interquartile range; dot = outlier.

삽수의 소엽 개수와 광주기는 주간 밀폐삽목 상태로 복합 처리되었다. 삽수의 소엽 개수는 소엽의 완전 제거, 기부 2매 및 기부 4매 남김의 3수준으로 설정되었다. 삽수는 암면 블록에 1개씩 꽂은 후 플라스틱 박스에 소엽 개수 수준별로 11개씩 무작위로 배치하였다.

밀폐삽목상의 플라스틱 박스는 기온 25℃, 상대습도 40%로 설정된 실내 육묘대에 정치되었다. 광주기는 백색 LED (18W, DaesanPrecision, Gunpo, Korea)를 사용하여 명기/암기를 각각 0h/24h, 2h/22h, 4h/20h, 8h/16h, 16h/8h로 처리하였으며 인접한 처리 구역의 광이 투과되지 않도록 암막 천을 이용하였다. 투명박스 내 기온, 상대습도, 광량(photosynthetic photon flux density, PPFD)은 일정하게 유지되었으며 명기 16시간 조건에서 실험기간 동안 1시간 간격으로 측정한 값을 시간대별로 나타내었다(Fig. 2). 1주째에 죽은 삽수를 제거하기 위해 개봉한 것 외에는 실험기간 내내 밀폐를 유지하였다. 모든 처리는 3반복으로 수행하였다.

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Fig. 2.

Average of air temperature (A), relative humidity (B) and light intensity (C) every hour inside the closed box during the experiment. Vertical bars mean mean ± SE.

3. 생육조사

삽목묘의 활착은 1cm 이상의 신초와 뿌리 발생으로 판단하였다(Bredmose 등, 2004). 처리가 종료된 후 생존율(%)과 신초발생률(%) 및 발근율(%)을 조사하였다. 신초 길이와 뿌리 길이는 각 투명 박스에서 임의로 10주씩을 표본 추출하여 조사하였다. 뿌리길이는 가장 길게 발달한 뿌리 1개의 길이를 조사하였다(Jung 등, 2020; Nam 등, 2017).

4. 통계분석

통계분석은 R(R version 4.0.3, Bunny-Wunnies Freak Out)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하였고, 처리 평균 간 비교를 위해 5% 유의수준에서 Duncan의 다중 검정을 실시하였다.

결과 및 고찰

1. 밀폐 기간에 따른 삽목 활착률과 묘의 소질

밀폐 기간에 따른 삽목묘의 생존율은 1주 밀폐 후 개봉한 처리에서 61.9%로 가장 높게 나타났으며, 밀폐기간이 길어질수록 생존율이 낮아지는 경향이었으나, 통계적인 유의차는 없었다(Table 1). 장미 삽목번식에서 전 기간을 밀폐하여 상대습도를 100% 내외로 유지하여 생존율을 비교한 보고는 거의 없으나 밀폐와 가습 시설 없이 증산억제제를 처리한 Jung 등(2020)의 실험에서는 대조구의 생존율이 79%로 높게 나타났는데 이는 품종 차이와 배지 내 수분함량 때문이라 하였다. Kim 등(2021)의 실험에서는 소엽의 황화율과 낙엽률로 보아 생존율이 60% 내외였을 것으로 추정되었다.

Table 1.

Survival, shooting and rooting rate of rose cuttings with different closed periods after 6 weeks in greenhouse.

Closed period (weeks) Survival rate (%) Shooting rate (%) Rooting rate (%)
1 61.9 83.5 98.4
2 52.4 78.9 100.0
3 49.5 85.2 91.6
6 43.8 91.3 95.2
Mean 51.9 84.7 96.3
Significance NSNSNS

NSNon-significant at p ≤ 0.05 (n = 3).

삽목묘의 발근율과 신초발생률은 밀폐 기간에 따라 일정하지 않아 다소 다르게 나타났으며, 유의적인 차이는 없었다. 신초발생률과 발근율의 평균은 각각 84.7%와 96.3%로 높은 편이었으며, 모든 처리구에서 발근율이 신초발생률보다 높게 나타나 선행 연구결과와 유사하였다(Jeong 등, 2007; Jung 등, 2020; Kim 등, 2021). 신초의 평균 개수는 1.0개 내외였고 평균 길이는 5.9cm 내외로 나타났으며 밀폐 기간에 따른 유의 차이는 없었다(Fig. 3). 그러나 신초에서 발생한 잎의 크기에 있어서는 6주의 전 기간 밀폐 처리구에서 확연히 작은 것을 확인할 수 있었다. 1주 밀폐 처리구의 신초에서 새로 발생한 잎이 크기가 본 품종의 잎 크기와 비슷하였으며 6주 밀폐 처리구의 잎 크기는 본 품종에 비해 매우 작았다(Fig. 4). 이는 삽수가 높은 습도에서 오래 머무를수록 기공에 기계적 기능 변화가 생기며 새로 전개한 잎이 작아졌다는 Fordham 등(2001)의 보고와 일치하였다. Brewer와 Smith(1994)는 인공 이슬이 탄소 동화를 감소시켜 엽면적이 감소한다고 보고하였고 Ishibashi와 Terashima(1995)는 지속적인 잎의 물기는 광합성을 방해하여 엽면적이 감소한다고 하였다.

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Fig. 3.

Number (A) and length of shoots (B) according to closed periods. Values didn’t show statistical significance at p ≤ 0.05. Vertical bars mean mean ± SE (n = 3).

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Fig. 4.

Comparison of rooted cuttings with different airtight periods for 6 weeks. Airtight for 6 weeks (A); Open after airtight for 1 week (B).

묘의 발근 상태는 밀폐 기간에 영향을 받는 것으로 확인되었다(Fig. 5). 뿌리 수는 밀폐 기간이 길어질수록 감소하는 것으로 나타났으며 가장 길게 발달한 뿌리의 길이 또한 1주간 밀폐한 것이 가장 길었으며(6.5cm) 전 기간 밀폐한 것이 가장 짧았다(5.1cm). 담배에서 산소가 부족한 환경에서 뿌리 최대길이가 감소한 보고가 있으며(Tan와 Zwiazek, 2019) Tyler와 Lois(2017)는 상대습도 50%와 70%에서 90%보다 발근율이 높다고 하였고 Lois와 Donald(2019)는 밀폐형보다 통풍형 텐트에서 발근이 좋지만 밀폐형보다 많은 관리가 필요하다고 하였다. Magingo(2018)Albizia spp.의 삽목 시 수분 스트레스를 받은 처리구가 발근 소요 기간이 짧고 발근율이 높다고 하였다. 상대습도가 높을 때 발근이 불량한 이유는 저산소 반응을 매개하는 ERF-VII 전사 인자가 측근 발달에 필수적인 옥신 유도 유전자의 발현을 억제한다(Gonin 등, 2019; Shukla 등, 2019)는 연구 결과와 관련이 있는 것으로 생각된다.

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Fig. 5.

Number of roots (A) and the longest root length (B) according to closed periods. Values with the same letter are not significantly different at p ≤ 0.05. Vertical bars mean mean ± SE (n = 3).

한편 온실 내 기온과 상대습도의 일변화 조사에서 한낮의 기온은 높아지고 상대습도는 낮아지는 경향이 관찰되었다(Fig. 1). 그러므로 다른 연구에서 제시된 바와 같이 본 연구결과에서의 밀폐 기간이 길어짐에 따라 잎의 크기가 작아지고, 발근 수가 적고 길이가 작아진 것은 높은 기온과 상대습도의 영향을 받게 되는 것과 관계되는 것으로 생각된다.

이와 같은 결과로 전 기간 밀폐 한 것이 발근 상태가 불리하였지만 생존율과 신초발생률, 발근율에는 차이가 없어 전 기간 밀폐하여 삽목하는 방법의 가능성을 확인할 수 있었다.

2. 밀폐삽목에서 삽수의 소엽수와 광주기의 영향

삽목 전 기간 동안 완전 밀폐하여 상대습도를 100% 가까이 유지한 상태로 삽수의 소엽의 개수와 광주기를 다르게 하여 묘 생존율과 신초발생률을 조사한 결과, 소엽의 개수와 광주기 모두 영향을 주었으며 상호작용 효과도 매우 높게(p ≤ 0.001) 나타났다(Table 2).

명기가 길어질수록 생존율(Table 2)이 높아졌는데 소엽이 없는 처리구에서는 광주기와 상관없이 생존율이 0.0%였으며 광을 조사하지 않은 경우(0/24h)에도 소엽의 여부와 상관없이 모두 고사하였다. 삽목 시 잎의 존재는 탄수화물 공급원으로서 매우 중요한데 삽목 기간 잎은 광합성을 지속(Smalley 등, 1991; Pellicer 등, 2000; Wiesman와 Lavee, 1995)하며 삽목 직후 광합성이 감소하지만 다시 모식물의 70%까지 광합성 속도가 회복되어(Costa, 2002) 호흡으로 인한 탄수화물 고갈을 막아 생존율에 크게 영향을 미친다. 또한 van Staden와 Davey(1979)는 잎이 사이토키닌과 같은 호르몬 흐름에도 영향을 미친다고 하여 선행 연구 결과와 잎과 광의 존재가 필수적인 실험 결과와 일치하였다. 장미 삽목 첫 7일 동안 잎을 제거하면 줄기의 검은썩음병(black rot)으로 생존율이 감소하는데(Costa와 Challa, 2002) 이는 탄수화물 고갈로 토양에서 발생한 병원균에 대한 저항성을 잃기 때문이다(Ypema 등, 1987). 라일락(Syringa vulgaris) 삽목에서 줄기가 썩는 것은 주로 탄수화물 고갈로 인한 비병원성 질환으로 보고되었으며(Howard와 Harrison-Murray, 1995), Cohen 등(1996)Toussoun 등(1960)은 포도당 및 자당의 외부 공급은 줄기 썩음 증상을 지연시키지만 잎의 효과를 대체할 수 없다 하였고, Costa(2002)는 잎에서 유래한 옥신 등이 영향을 미칠 수 있다고 하였다. 선행 연구 결과처럼 암기만 지속된 처리구(0h/24h)는 줄기가 검게 변하여 모두 고사하였는데 소엽이 없는 처리구의 처음 일주일 내 고사율이 60%가 넘었으며 소엽이 있는 처리구는 생존한 상태로 고사는 지연되었지만 일주일 내에 100%에 가깝게 낙엽이 되어 5주째엔 결국 모두 고사하였다(Fig. 6B). 소엽이 없는 처리구에 광주기를 달리하였을 때는 명기가 길수록 고사가 지연되는 것을 확인하였다(Fig. 6A).

Table 2.

Survival and shooting rates of rose cuttings as affected by different leaflet numbers and photoperiods after 5 weeks in closed system with artificial lighting.

No. of leaflets Photoperiod (light/dark, h) Survival rate (%) Shooting rate (%)
0 00/24 0.0 dz 0.0 d
02/22 0.0 d 0.0 d
04/20 0.0 d 0.0 d
08/16 0.0 d 0.0 d
16/08 0.0 d 0.0 d
2 00/24 0.0 d 0.0 d
02/22 2.8 d 33.3 cd
04/20 27.8 c 100.0 a
08/16 69.4 a 94.4 a
16/08 75.0 a 94.4 a
4 00/24 0.0 d 0.0 d
02/22 27.8 c 50.0 bc
04/20 44.4 b 68.8 ab
08/16 83.3 a 100.0 a
16/08 86.1 a 100.0 a
Significance
No. of leaflets (A) ******
Photoperiod (B) ******
A × B ******

zValues with the same letter are not significantly different at p ≤ 0.05.

***Significant at p ≤ 0.001.

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Fig. 6.

Changes in dead plants rate according to photoperiod in the treatment group without leaflets (A) and changes in dead plants and fallen leaflets rate according to the number of leaflets in the treatment group without light (B). 0, 2 and 4: no leaflet, 2 leaflets and 4 leaflets; DP: dead plants rate; FL: Fallen leaflets rate. Vertical bars mean mean ± SE (n = 3).

명기가 2시간일 때(2/22h)는 소엽이 2개인 것보다 4개일 때 생존율이 10배 더 높았으나 4시간(4/20h)일 때는 소엽 4개가 2개보다 1.6배 높아 증가폭이 감소하였으며 8시간 이상(8/16, 16/8h)이 되면소엽 개수와 상관없이 생존율이 증가하여 소엽 개수와 광주기 두 요인 간의 상호작용을 확인할 수 있었다.

특히 명기 16시간(16/8h), 소엽 4개 처리구의 생존율이 86.1%(Table 2)로 실험 1에서 전기간 밀폐하였던 생존율 43.8%(Table 1)에 비해 증가하였는데 이는 유리온실에서 진행되었던 실험 1에 비해 실내에서 주야간 온도가(25.8±0.1℃) 일정하게 유지되었기 때문인 것으로 생각된다(Fig. 2).

생존 개체에 대한 신초발생률(Table 2)은 생존율과 마찬가지로 명기가 길수록 증가하였다. 소엽이 2개인 처리구에서 명기가 4시간 이상(4/20, 8/16, 16/8h)일 때는 유의한 차이가 없었다. 소엽이 4개인 처리구에서는 명기가 8시간 이상(8/16, 16/8h)일 때 유의한 차이가 없었고 4시간(4/20h)일 때는 소엽이 2개인 처리구보다 낮았으나 2시간(2/22h)일 때는 높아서 소엽 개수와 광주기 두 요인 간의 상호작용을 확인할 수 있었다. 삽목 후 광합성은 계속 감소하지만(Smalley 등, 1991; Wiesman와 Lavee, 1995) 호흡은 오히려 증가할 수 있고(Dick 등, 1994) 삽목 생존율과 뿌리 생장은 잎의 광합성과 호흡의 균형을 유지하는 것에 달려 있다(Hoad와 Leakey, 1996; Pellicer 등, 2000)는 연구 결과와 관련하여 광주기가 짧아 광합성에 불리할 때에는 소엽이 많은 것이 오히려 불리한 것으로 판단되었다.

생존한 개체는 모두 발근이 되었으며 일주일간 유리온실에서 공중습도를 낮춰 순화 과정을 거쳐 펄라이트 배지에 암면 블록 채로 정식한 결과 모두 정상 생육하였다.

환경조절 노력을 줄이기 위해 전 기간 밀폐하여 실내 인공광(white LED, PPFD 약 100μmol·m-2·s-1)을 이용해 장미를 삽목할 경우 에너지 효율을 고려하여 소엽을 2개 또는 4개 붙인 삽수를 이용하여 하루 8시간 광을 조사하는 것이 생존율과 신초발생률을 높일 수 있을 것으로 생각된다.

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