국내 일부 시설재배지는 장기간 과도한 양분 투입 등에 의한 염류 집적 현상이 문제가 되어왔으며, 최근 이상기온에 따른 온도장해에 의한 피해도 발생하고 있다. 이러한 현상에 대해 친환경적으로 대처하기 위하여 고염류와 온도 스트레스에 대해 작물에 내성을 증강시키는 미생물을 선발하였다. 국내 토양에서 분리한 1,944균주중 고염류 또는 온도 스트레스 조건에서 세균의 생장과 식물생장촉진 관련 특성(IAA 생성, ACC deaminase 활성, 인산가용화능)을 고려하여 20균주를 1차 선발(전체 균주의 1.03%)하였다. 1차 선발한 20균주 중 토마토 식물검정을 통해 고염류 또는 온도스트레스에 대한 내성을 유도하는 7세균(1차 선발균주의 35%, 전체 균주의 0.36%)을 단계적으로 선발할 수 있었다. 선발된 세균은 16S rRNA 유전자의 염기서열 분석을 통해 모두 Bacillus 속에 속하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로 선발된 7균주는 토마토의 고염류 또는 온도 스트레스에 대한 효과적인 미생물 제제로 활용이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
시설딸기 재배지에서 염류농도가 생육초기 토양 미생물 생태계의 변화에 미치는 영향을 FAME 분석으로 검토하였다. 토양 총 세균 함량, 그람음성 세균 함량, 그람양성 세균 함량, 방선균 함량, 곰팡이 함량, 내생균근균 함량은 염류농도가 높은 토양이 적정한 토양 보다 유의적으로 높았다 (p<0.01). 토양 환경 스트레스 지표로 사용되는 cy17:0과 16:$1{\omega}7c$ 그리고 cy19:0과 18:$1{\omega}7c$ 비율은 상대적으로 염류농도가 적정한 토양에서 낮은 경향을 보여 토양 환경 스트레스가 적은 것으로 판단 되었으나 유의적인 차이는 없었다. 총 세균, 그람음성 세균, 그람양성 세균, 방선균, 곰팡이 및 내생균근균 군집은 염류농도가 높은 시험구가 염류농도가 적정한 시험구에 비해 유의적으로 높은 경향이었다.
염류장애의 생리적 반응을 검토하고자 강피(Echinochloa hispidula) 종자를 고농도의 NaCl과 KCl 조건하에서 발아시켰다. 발아의 기간과 진전속도를 측정하였으며, 염류스트레스 조건에서의 지질과산화와 폴리아민 생합성양상을 분석하였다. 고농도 염류처리 자체는 비록 발아를 상당히 지연시킬 수는 있지만 발아를 억제하지 못하는 것으로 나타났다. 지질과산화와 폴리아민 생합성에 견주어볼 때, 강피는 염류에 내성이 것으로 사료되었다. 지질과산화와 putrescine 함량의 증가는 염류처리 후 1일 동안만 지속되었다. 이러한 결과는 초기 putrescine 증가와 지질과산화수소의 생성이 단기간 동안의 염류 내성 기작과 밀접한 관계가 있다고 결론 내릴 수 있는 근거가 되었다.
본 연구는 가로수의 염류 피해 원인을 밝히고, 생리생화학적 내성 특성을 구명하고자 하였다. 공시재료는 2년생 느티나무를 사용하였으며, NaCl을 0, 3, 14, 56, 112mM로 토양에 처리한 후, 근원경, 형성층 전기저항치와 잎 내 탄수화물 및 이온 함량 등을 측정하여 생리적인 피해 반응을 비교 분석하였다. 느티나무는 NaCl처리에 의해 생리적인 대사과정이 저해를 받은 것으로 나타났다. 특히 염류농도가 증가함에 따라 활력이 감소하였으며, 체내 이온농도가 변하여 이온 불균형이 발생하였다. 이러한 결과는 염류 처리에 의해 식물의 뿌리에서 수분 흡수력이 저해되면서 수분 스트레스가 유발되었기 때문인 것으로 판단된다. 반면 생장과 체내 탄수화물 대사에는 큰 영향을 주지 않았는데, 이것은 NaCl 처리 농도가 너무 낮았거나 처리 기간이 너무 짧았기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 느티나무 가로수가 장기적으로 염류에 노출되었을 경우, 생장에 심각한 장애가 발생할 것으로 예측된다.
쑥은 세포 손상과 위염 회복에 효능이 있는 유파틸린을 가지고 있는 약용작물이다. 본 연구의 목적은 강화쑥의 온실에서의 주년 생육 특성을 분석하고, 환경 스트레스를 처리하여 유파틸린의 함량을 증대시키는 것이다. 유리 온실에서 강화쑥을 육묘 6주, 정식 후 8주간 재배하여 생육 특성과 유파틸린 함량을 비교하였다. 광합성은 상대적으로 고광도인 $1,200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$에서도 포화되지 않았다. 생육속도는 정식 후 2주후에 최고에 도달하였고 정식 후 8주부터 감소하기 시작하였다. 강화쑥은 다년생 숙근초로 계절 변화에 민감하게 반응하여 봄 여름의 영양 생장기에는 높은 생육과 성분 함량을 나타내었으나, 가을과 겨울에는 개화 및 월동으로 인하여 생육 및 유파틸린 성분 함량이 크게 감소하였다. 따라서 강화쑥의 주년 재배를 위하여는 이를 억제하기 위한 야파 처리의 적용이 필수적인 것으로 판단되었다. 2종류의 스트레스와 1종류의 eliciter를 처리하였다. 건조 스트레스는 수확 전 5, 6, 7, 8 일간 관수을 중단하였고, 염류 스트레스는 수확 3일전 양액에 염화나트륨 추가하여 2, 4, 6, $8dS{\cdot}m^{-1}$ 농도로 하였고, 메틸자스모네이트는 수확 3일전 12.5, 25, 50, $100{\mu}M$ 농도로 엽면 시비하였다. 건조 스트레스 처리구 중 7일 및 8일간 관수를 중단한 경우와 메틸자스모네이트를 $25{\mu}M$ 엽면 시비한 경우 유파틸린 함량이 증가하였다. 염류 스트레스 처리구에서는 유파틸린 함량 증대가 발견되지 않았다. 본 연구 결과는 환경 처리를 통해 유용 성분의 증대가 가능하고 의약 원료로써 강화쑥의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있음을 증명하였다.
자연적 혹은 인위적 환우 기간의 절식은 산란계에서 심각한 대사성 스트레스가 될 수 있다. 절식 그리고 필수적으로 수반되는 사료 재급여 증후군의 대사성 스트레스는 ATP 생성과 밀접한 $Mg^{2+}$, $K^+$과 P 등의 무기염류 불균형을 야기할 수 있다. $Mg^{2+}$은 생체 대상과정에서 필수적인 무기염류이며 스트레스는 생체 $Mg^{2+}$ 요구량을 증가시킬 뿐만 아니라 $Mg^{2+}$ 결핍을 야기할 수 있기 때문에 산란계에서 환우 기간의 절식에 관련된 혈액내 이온의 이온화 농도 및 결합형을 포함한 총농도의 변동을 관찰하였다. 환우 후에 대사성 스트레스와 관련된 생화학 인자의 변화와 수반하여 혈액내 $Mg^{2+}$과 $K^+$의 감소가 관찰되었다. 따라서 환우 기간의 절식 및 사료 재급여 증후군은 심각한 저마그네슘혈증 및 저칼륨혈증을 야기할 수 있으므로 환우 그리고 재급여 과정에서 $Mg^{2+}$과 $K^+$의 투여가 권장된다.
국화의 생육단계별 적정 양액농도를 구명하기 위해 국화의 생육단계를 영양생장기 2단계와 생식생장기 1단계, 즉 3단계로 나누어 양액농도를 처리한 결과, 영양 생장기에서는 1배액에서 초장이 가장 길었고, 광합성과 증산량도 가장 높았다. 그러나 엽내 엽록소 농도는 양액의 농도가 높을수록 컸다. 화아형성이후, 생육 (초장, 엽면적, 경경)과 각 기관별 생체중, 건물중에서도 1배액처리구가 좋았으며, 특히 화아형성이후 수돗물 관수에 의해서도 1배액과 비슷하거나 오히려 더 좋게 나타났다. 그리고 수돗물 관주처리에서 개화소요일수가 짧았다. 이와 같은 결과는 양액의 관주 농도가 높을수록 배지내 염류집적으로 식물체가 스트레스를 받은 것으로 사료된다. 국화의 생육단계별로, 초기 활착기까지는 1/2배액으로 한 후 생육이 왕성한 영양생장기에는 1배액으로, 화아형성 이후에는 양액의 농도를 줄이는 것이 국화 양액재배시 비료염의 절약, 개화소요일수 단축, 배지내 비료염 축적의 감소, 지하수 오염의 감소 등 경제적이고 환경친화적인 방법이라고 사료된다.
토양에 과잉으로 집적된 염류에 대한 작물의 양분과잉 흡수 피해 기작을 밝히고 그 피해를 경감할 수 있는 기술을 개발하고자 토마토 유묘에 염 스트레스를 유발하고 이때 식물체 생장반응 비교와 잎 중 질소와 당의 변화를 구명하고자 본 시험을 수행한 결과는 다음과 같다. 가. 염 스트레스에 의한 식물체의 생장특성은 생체중과 건물중의 감소와 엽면적이 작고, 지상부와 지하부의 건물중 비가 낮아져 지상부의 생장 저해가 뿌리보다 큰 것으로 보인다. 나. 염 스트레스를 받은 토마토 잎은 잎의 기공이 닫혀 있어 광합성능이 감소하였다. 다. EC $6dS\;m^{-1}$ 정도의 염 농도에서는 어린 토마토 잎 중 수용성당과 전분함량이 현저하게 감소하였다. 라. 염 스트레스를 받으면 토마토 잎 중 총 질소함량이 크게 낮아졌으며, $NO_3^-$ 농도는 낮아지는 반면 $NH_4^+$ 농도는 높아졌다.
본 연구는 염류-나트륨성 토양 조건에서 작물의 생육에 미치는 퇴비, 석고, 인산의 효과를 평가하기 위해, 2013년과 2014년에 배추를 포트재배하였고, 퇴비와 화학비료를 시비한 표준시비 처리구(S), 표준시비에 퇴비 추가 처리구(S + C), 석고 추가 처리구(S + G), 인산 추가 처리구(S + P), 석고-인산 추가 처리구(S + GP) 등 다섯 처리를 두어 비교하였다. 배추 건물중은 2013년과 비교하여 2014년에 크게 증가하였다. 토양의 전기전도도(EC)가 2013년에 비해 2014년에 감소하지 않았지만, 토양용액내 양이온 중 나트륨의 평균 비율($SAR_{1:5}$)이 2013년 $17.3{\pm}1.1$에서 2014년 $11.2{\pm}2.7$로 크게 감소하였다. 토양개량제 중에서 석고를 시용하였을 때 배추의 생육이 가장 좋았다. 표준시비 처리구와 비교하여 석고 추가 처리구에서 배추 건물중이 2013년에 7.0g/plant(48.2%) 더 높았고 2014년에 7.9g/plant(16.6%) 더 높았다. 석고 시용 시 오히려 토양 전기전도도가 증가하여 배추 생육에 부정적이었지만, SAR이 2013년과 2014년에 각각 14%, 38% 감소하여 배추생육에 긍정적인 효과가 있었다. 본 연구 결과는 염류-나트륨성 토양이 분포하는 간척지에 석고를 시용하여 토양의 나트륨 비율을 개선함으로써 작물의 생육을 촉진시킬 수 있다는 것을 시사해 주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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