제2장 식물생육환경 원예과학과

식물의 생육 수정종자유식물(발아 후)개화, 결실, 노화(생장을 통해) 생활환(Life cycle)

생육 생장(growth): 시간의 경과에 따라 식물의 조직과 기관, 식물체의 외형적 크기, 부피 및 무게의 비가역적 증가 몸이 커져가는 양적인 증가 - 생장은 식물의 분열조직(정단분열조직, 유관속형성층, 절간분열조직) 근처에서 일어남 발육(development): 체내에 여러가지 조직이 분화하여 줄기, 잎, 뿌리 등의 기관을 형성하고 최종적으로 꽃이나 열매을 맺어 식물체로서의 완성에 접근하는 것 생장 중 일어나는 질적인 변화

생육 조절 요인 유전적 특성(내적요인) 환경요인(외적요인) - 유전자, 효소 활성, 저장물질, 엽록소와 카로틴 및 각종 색소, 동화물질과 질소의 분배, 호흡 및 광합성 등 환경요인(외적요인) - 기후(광,온도, 수분, 일장, 바람, 가스 등), 토양(토성, 토양구조, 유기물, 양이온 치환능력, 산도 등), 생물적요인(잡초, 곤충, 병원균, 선충류 등) #이 요소들은 단독으로 작용하기보다는 복합적으로 작용하므로 식물 생육의 최적화를 위해서는 유전적, 환경적 요인의 종합적인 조절이 필요함

식물 생장에 관련된 환경요인 1. 온도 2. 광 3. 수분 4. 공기(이산화탄소) 5. 토양

1. 온도 온도(temperature): 열(에너지의 한 형태)이 어느 정도의 수준인가를 가늠하는 척도 온도는 광화학반응을 제외한 생리적/생화학적 반응(종자의 발아, 동화/호흡작용, 양/수분 흡수, 증산작용, 휴면, 꽃눈분화, 개화 등)에 영향을 미침 작물에 따라 생육적온과 한계온도가 있음 - 적온 이하의 온도: 생육에 필요한 활동이 정지, 조직 내 얼음 형성, 얼음 결정에 의해 세포 파손 - 적온 이상의 온도: 대사과정에 필요한 효소의 무기력화에 의해 생육에 필요한 활동 정지

생육적온과 한계온도

온도에 따른 광합성 속도 광합성의 암반응: 스트로마에서 일어나며 효소(단백질이 주성분)의 촉매 작용에 의해서 일어남  식물의 광합성 속도는 온도의 영향을 받음

스트로마 그라나 - 엽록체에서 그라나를 제외한 투명한 기질부분 암반응 관여 효소가 존재 - 틸라코이드가 쌓여 구성됨 - 틸라코이드 막에 엽록소 존재 - 명반응 담당

온도 주기 효과(온주성) 온주성(thermoperiodicity): 온도는 항상 일정하지 않고 주야 또는 계절적인 변화를 일으키면서 식물의 생장과 발육에 영향을 줌 - 주야온도주기: 밤과 낮의 온도 변화 - 연간온도주기: 저온기(겨울)와 고온기(여름)의 변화 예) 변온관리(26℃/18℃(낮/밤))에 의한 코스모스생육은 항온관리(26℃ 또는 18℃)에 의한 생육의 2배

춘화현상 춘화현상(vernalization): 종자 춘화형: 식물 체춘화형: 침윤종자나 식물이 생장을 시작한 후 또는 생장 중인 식물이 일정온도 및 일정기간 동안 저온의 영향을 받아서 꽃눈분화가 유기 또는 촉진되는 것 종자 춘화형: 무, 시금치, 상추, 스타티스 등 식물 체춘화형: 양배추, 양파, 국화, 아이리스, 백합, 튤립 등

2. 광 빛: 그 자체로 광합성, 화아분화, 색소발현, 종자발아에 관여, 온도환경을 조절하기도 함

광질(light quality) 빛: 전자파(electromagnetic wave)로 이루어진 에너지로서 여러 파장을 가지는 광선들의 집합체 광질: 광선을 파장별로 구분한 것 태양광선: 300~2000 nm의 영역의 광선 식물생육의 유용한 파장:400~700 nm -광합성에 유용한 파장: 450 nm부근(청색광), 650 nm부근(적색광) -자외선(UV, ultraviolet): 390 nm이하, 단파장, 광합성 억제, 색소발현 촉진 -원적외선(Far-red light): 700~760 nm, 식물의 발아, 화성유도, 휴면, 광형태 형성(빛의 상태에 따라 발생이나 분화과정이 제어되는 현상)

Control High light

650nm 525nm 465nm 460 + 560nm

일장(day length) 일장: 하루 24시간 중에서 낮의 길이

일장(day length) 일장효과(광주반응, 광주성): 일장에 따른 식물의 반응: 일장이 식물의 개화와 생육반응에 작용하는 것 일장에 따른 식물의 반응: 개화, 인경 및 괴경의 형성, 줄기의 생장, 낙엽 및 휴면의 유도, 색소 형성 등

광도 (light intensity) 광도: 태양으로부터 방출되는 빛의 세기 광합성과 밀접한 관계가 있음

광도 (light intensity) 광보상점: 광포화점: 총광합성량(진정광합성량): 호흡량과 광합성량이 같아져 이산화탄소와 산소의 출입이 없는 것 같은 상태가 되는 빛의 세기 광포화점: 빛의 세기가 어느 이상으로 되면 광합성속도가 더 이상 증가하지 않는 빛의 세기 총광합성량(진정광합성량): 호흡에 의한 이산화탄소의 방출을 무시하고 광합성에 의한 이산화탄소의 총흡수량 외견상 광합성량 = 총광합성량 - 호흡에 의한 이산화탄소 소모량

광이 식물의 생장에 발육에 미치는 영향 광합성 (Photosynthesis) 광형태형성 (Photomorphogenesis): 빛(광도,광질, 일장 등)에 의해 조직이나 기관의 분화 및 발달, 종자의 발달이 이루어지는 현상 - 광주성: 단일, 장일, 중성 식물 - 일장(day length): 주기적으로 반복되는 명기 또는 하루 낮의 길이 - 한계일장(critical day length): 화아분화 유도일장과 비유도일장의 경계가 되는 일장 - 일장의 자극은 충분히 전개된 젊은 잎에서 받아들임

유효광선: 적색광과 원적색광 파이토크롬(Phytochrome) (가설: 잎의 파이토크롬, 일장의 자극 흡수 플로리겐(가상의 호르몬) 합성 유발  줄기을 통해 정단 생장점으로 이동하여 화아분화 유발) 파이토크롬(Phytochrome) Pr Pfr  생물학적 활성 -Pr: 암상태에서 존재, 적색광(666 nm) 흡수 후 Pfr로 전환 -Pfr:적외선(730 nm)흡수 후 Pr로 전환, 생물학적 활성 상태

장일성 양적 단일성 단일성

3. 수분 정상적인 초본성 식물: 물: 수분 부족시: 70-95%가 수분으로 구성 각종 화학반응의 기질/용매 및 촉매 역할, 무기 또는 유기용질의 수송매체, 작물체의 냉각 등의 역할을 담당 수분 부족시: 기공폐쇄, 광합성/각종 대사작용의 저하, 효소활력의 변화, 세부구조의 변화 등 초래  생육에 악영향

증산작용 증산작용(transpiration): 뿌리를 통하여 흡수된 물이 지상부의 표피세포(각피증산작용)나 기공(기공증산작용)을 통하여 대기 중으로 방출되는 현상 - 대부분의 증산작용은 기공을 통함 증산작용을 통해서… - 토양용액 속에 녹아 있는 염류가 증산류를 따라 흡수 - 직사광선에 노출되어 엽온 상승 시 수분을 기화시켜 온도를 저하시킴

토양수분 직접적 변화요인: 토양의 종류, 물리적상태 등 간접적 변화요인: 작물의 종류, 광, 온도, 공중습도 등 적절한 토양수분함량: 작물의 종류, 재배시기, 작형 및 생육단계에 따라 다름 관수량: 작물의 종류, 생육단계, 기온, 일사량, 대기습도 등에 따라 다름 예) 관수량: 고온기>저온기, 엽/근채류>과채류

공기습도 공기습도 낮은 습도증산량 증가토양수분함량 감소 줄기/잎의 신장 감소, 건조에 의한 병발생 기공의 개폐반응에 영향을 줌 낮은 습도증산량 증가토양수분함량 감소 줄기/잎의 신장 감소, 건조에 의한 병발생 높은 습도증산량 감소광합성 감소, 다습에 의한 병 발생

4. 공기 이산화탄소: 광합성 산소: 호흡 질소: 질소 고정균에 의해서 질소대사에 관여

이산화탄소 스트로마에서 일어나는 광합성의 암반응 과정에서 이산화탄소를 고정하므로 이산화탄소의 농도가 속도를 지배 높은 이산화탄소: 기공 내로 들어간 이산화탄소탄산 형성원형질 pH 떨어짐효소활성저해광합성 저해

이산화탄소  

유해가스 식물체에 흡수된 유해가스효소작용 교란, 각종 대사작용 저해세포, 조직, 기관 등을 손상 주로 잎을 통해 침투피해증상이 엽면에 주로 나타남 - 양분 결핍과 생리장해 증상과 구분하기 어려움

5. 토양 식물 생육에 영향을 주는 요인: 토성, 유기물의 함량, 토양의 통기성과 온도, 토양반응, 미량원소 및 양분 함량, 토양의 3상(액상, 기상, 고상) 비율

토성 토성: 토양입자(자갈, 모래, 점토)들의 분포비율 - 사토: 점토함량이 12.5% 이하 - 양토: 점토함량이 25% - 식토: 점토함량이 50% 이상 - 사양토: 사토와 양토의 중간 - 식양토: 식토와 양토의 중간

토성

토양유기물 부식: 토양에 첨가된 동식물의 유체는 토양미생물의 분해작용을 받아 각종 중간대사 생산물을 거쳐 대부분이 탄산가스와 물 및 암모니아 등의 무기물로 분해되는 과정 부식물: 부식 과정에서 남은 중간대사 생산물은 암갈색의 일정한 형태가 없는 고분자화합물을 생성하게 됨. 이것이 토양고유의 유기물인 부식물

유기물의 효과 무기양분의 급원 양이온치환능 증대 토양의 물리성 개선 완충능 무기이온의 유효도조절 생리활성작용 지온상승 식물병원균의 증식 억제

토양의 삼상 고상, 액상, 기상 이상적 비율 =50(고상):25(액상):25(기상) 삼상의 분포가 같아도 토양 입자 배열에 따라 성질이 달라짐 단립구조보다는 입단구조(입체적 배열상태)가 토양수의 이동, 보유, 및 통기성 향상으로 작물생육에 좋음

토양반응 토양반응(soil reaction): 토양용액의 수소이온(H+)의 농도, 가장 중요한 토양의 화학적 성질 토양의 산성화 - 강우에 의한 염기 용탈 작용 - 산성비료의 시용(과인산석회) - 중성비료(생리적 산성비료)의 시용(황산암모니아) * (NH4)SO4: NH4+흡수율>SO42-흡수율토양 내 황산이온이 많이 남음 - 암모니아태 질소 시용>질산태 질소 시용: 뿌리 흡수 후 수소이온의 분비 활발 - 시설채소: 표층의 염류집적

토양 산도에 따른 가용 무기질

지온 및 통기성 지온: 통기성불량 뿌리의 발육, 양/수분 흡수속도에 영향을 미침 공극10%이하산소공급 억제생육이 억제 - 정상적인 작물(20-30%의 공극에서 자람)

토양 염류 노지에 비해 시설 내 토양은 염류가 많이 집적되는 특성을 지니고 있음 - 다비재배: 작물이 필요로 하는 이상의 비료 시용시 남은 비료가 작토층에 계속 쌓여 염류 농도가 높아짐 - 무강우: 시설내의 토양은 외부와의 차단으로 강우가 거의 없어 용탈이 일어나지 않아 작토층에 염류가 많이 잔류함 - 시설내 특수환경: 광선투과율이 낮아 광합성에 의한 무기양분 흡수가 저하, 작물체의 지속적인 증산에 의한 토양 수분의 상층으로의 이동은 하층의 염류를 표층으로 이동시킴