제 7 장 채소의 영양과 생육 충북대학교 원예과학과 오명민

채소의 무기영양 17가지 필수원소(essential elements) 공기나 물을 통해 흡수하는 원소 C, H, O 토양으로부터 흡수하는 다량원소 N, P, K, Ca, Mg, S 토양으로부터 흡수하는 미량원소 Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl, Ni 2

필수원소의 정의 Must required for the completion of the life cycle of the plant Must not be replaceable by another element Must be directly involved in plant metabolism, that is, it must be required for a specific physiological function Must required by a substantial number of plant species, not just a single species or two (Aron and Stout, 1939)

필수원소의 상대적 비율 원소 총건물 중의 % 탄소 45.0 마그네슘 0.2 붕소 0.002 산소 인 아연 수소 6.0 유황 0.1 구리 0.0006 질소 1.5 철 0.01 몰리브덴 0.00001 칼륨 1.0 염소 니켈 0.000005 칼슘 0.5 망간 0.005

무기 양분의 흡수 수동적 흡수 1)토양수분이 충분하고 증산작용이 활발한 경우 뿌리조직 내외의 수분퍼텐셜의 구배에 의해 수분이 흡수되는 것. 2)세포벽의 양이온 흡착능력(양이온교환용량,CEC)으로 일부 양이온 무기물이 뿌리에 흡착, 흡수 되는 것 대부분의 수분흡수는 수동적 흡수에 의해 이루어짐 능동적 흡수 체내 에너지(ATP)를 사용하여 세포막을 사이에 두고 능동적으로 무기양분 흡수

무기원소의 이동 뿌리에서의 이동 Apoplast 이동: 세포간극과 세포벽으로 형성된 자유공간 을 통해 이동 Simplast 이동: 세포질과 원형질연락사(plasmodesmata, 세포질간의 연결통로)를 통해 이동 줄기에서의 이동 물관(xylem)을 통해 잎이나 각 기관으로 이동 체관(phloem)을 통해 재 이동 가능

필수원소의 이동성 이동성이 큰 원소 이동성이 작은 원소 - Ca: 재이동이 어렵기 때문에 전 생육 기간을 통해 계속적으로 흡수 N, P, K, S, Mg 이동성이 작은 원소 Ca, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B - Ca: 재이동이 어렵기 때문에 전 생육 기간을 통해 계속적으로 흡수

무기양분의 흡수양상 A 형 B 형 일일양분흡수량 생육기간 과채류 (오이, 수박, 호박, 가지, 강낭콩) 결구성 엽채류 (양배추) 지속적인 양분 공급이 필요 B 형 근채류 (감자, 무, 당근) 엽경채류 (양파, 마늘) 어느 단계에 이르면 경엽의 생장이 정지 축적된 양분이 비대근이나 과실로 이동 *지속적인 양분 공급시 경엽생장이 계속되어 과실이나 저장 기관의 비대 억제 생육기간

채소의 주요양분 흡수량 (수확물 중의 성분함량) – (그 성분의 천연공급량) 시비량 = 그 성분의 이용률 작물 수량 (ton) 질소 (kg) 인 칼륨 오이 토마토 가지 호박 딸기 9.4 7.1 2.8 1.2 15.8 25.0 21.0 7.2 10.0 9.0 3.7 4.5 2.7 3.4 32.0 48.0 34.5 14.6 13.4 양배추 배추 양파 무 5.6 5.4 17.6 12.4 5.3 5.7 23.5 16.0 12.2 13.5 시비량 = (수확물 중의 성분함량) – (그 성분의 천연공급량) 그 성분의 이용률

적정시비량 질소 --- 1.2 ~ 2.0 배 인 --- 1.0 ~ 6.0 배 칼륨 --- 0.5 ~ 1.0 배

광합성 Oxygen Light Starch Chlorophyll Water Carbon dioxide Sugar given off into air Light Converted Starch Sugar stored food in other parts of the plant turns iodine dark blue Chlorophyll Water Carbon dioxide Absorbed from the roots enters through the stomata of the leaves

nCO2 + 2nH2O (CH2O)n + nO2+ nH2O 탄소동화작용 광합성 nCO2 + 2nH2O (CH2O)n + nO2+ nH2O 호흡작용 이화작용 탄수화물 물이 분해되어 나오는 것 광에너지 화학에너지 n = 3 or 6

광합성: 녹색의 잎에 있는 엽록체에서 태양에너지를 이용하여 대기 중의 탄산가스와 뿌리로부터 흡수한 물로 포도당(탄수화물)을 합성하면서 한편으로 산소를 배출하는 생화학적인 대사작용(대표적인 동화작용) 각 기관과 조직을 구성하는 단백질, 지질, 핵산은 광합성 산물로 만들어짐 호흡:광합성의 산물로 만들어진 포도당을 산소를 이용하여 물과 탄산가스로 분해하며 화학에너지 ATP를 만드는 대사작용(대표적인 이화작용)

명반응과 암반응(광합성) 명반응 -엽록소가 태양에너지 흡수전자전달과정NADPH(환원형 조효소), ATP(화학에너지) 물을 광분해수소 공급, 산소방출 암반응 -NADPH와 ATP를 이용, 탄산가스를 환원시켜 포도당을 만드는 과정생성된 포도당은 전분 및 셀룰로오스와 같은 다당류, 단백질, 지질등의 기본 재료가 됨

단백질과 지질의 기본재료로 이용 포도당 Hill 반응 C3 식물 C4 식물 광인산화반응 명반응 암반응 Calvin 회로 (틸라코이트) (스트로마) – 온도에 영향 Hill 반응 C3 식물 C4 식물 광인산화반응 명반응 암반응 Calvin 회로 포도당 단백질과 지질의 기본재료로 이용

광합성의 일변화 http://www.iaes.zju.edu.cn/in/notice/20081103.htm 낮잠현상

낮잠현상 Mid-day nap, mid-day slump 정오를 전후로 오후 2시까지 광합성 속도가 저하되는 현상 전분축적으로 광에너지의 전달이 차단 탄산가스량 감소 (100 ppm 이하) 높은 당 농도로 피드백이 억제됨 활발한 증산작용으로 엽 내의 수분부족으로 기공 폐쇄 하루 광합성의 60~70%가 오전 중에 이루어지기 때문에 오전에 광환경 관리에 유의해야함

광합성측정 원리 광합성과 이산화탄소의 확산 - 식물의 잎에 광이 조사엽록체 내에서 광합성반응에 의해 엽록체 내의 이산화탄소 저하대기와 엽록체 사이에 이산화탄소 농도차 생김확산작용에 의해 기공을 통해 이산화탄소가 엽육의 조직내로 들어감 이산화탄소의 확산경로는 각각의 저항체로 표시될 수 있음(대기에서의 확산경로와는 다름) 식물의 광합성을 대기중의 이산화탄소가 엽육 내로 확산되는 현상으로 해석한다면, 확산경로 상의 저항은 광합성속도의 제한 요소에 해당 *광합성의 속도 이산화탄소의 교환속도로 나타낼 수 있음

엽면 경계층(boundary layer): 엽면에 바람이 도달하면 풍속이 낮은 특수한 기층이 형성됨, 바람과 엽면의 마찰에 의해서 풍속이 저하되어 경계층 내의 이산화탄소 확산계수는 대기에 비해 작음 대기의 CO2 농도 난류대기저항 불규칙적인 공기의 흐름<->층류 엽면경계층저항 표피저항 기공저항 엽육저항 엽록체내의 CO2 농도

광합성 측정 방법 엽반법:잎자루에 수증기 불어넣음체관세포 활동이 중지광합성산물이 잎으로부터 다른 기관으로 이동 못함광합성속도 측정 동화상법:동화상이라 불리는 상자 내부에 식물체를 넣은 후 동화상의 입구와 출구에서의 CO2 농도차로부터 CO2 교환속도가 결정됨, 적외선 CO2분석계의 개발로 동화상법은 식물의 광합성 및 호흡속도 측정에 널리 이용됨 - 통기식, 반폐쇄순환식, 폐쇄순환식

통기식 휴대용 광합성 측정장치

광합성에 영향을 미치는 요인 1. 광 2. 이산화탄소 3. 온도 4. 수분 및 양분

1. 광 27

광포화점 광보상점(light compensation point):흡수되고 방출되는 탄산가스의 양이 같아 겉보기에 광합성량이 나타나지 않는 시점의 광도 광포화점(light saturation point): 점차 광도가 높아지면서 광합성이 증가하다 어느 수준에서 더 이상 증가하지 않는 시점의 광도

광도에 따른 채소의 광합성 특성 m m

2. 이산화탄소

3. 온도 광합성의 암반응: 스트로마에서 일어나며 효소(단백질이 주성분)의 촉매 작용에 의해서 일어남  식물의 광합성 속도는 온도의 영향을 받음

4. 수분 및 양분 정상적인 초본성 식물: 70-95%가 수분으로 구성 물: 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 양분 부족시(Mg, Fe, S, K 등): 광합성 저해

동화산물의 전류 전류(Translocation): 광합성의 결과 잎에서 생성된 동화산물은 일부 자신의 생육에 이용되고 나머지는 각 부위(어린잎, 뿌리, 과실)로 이동 Source(잎) – Sink(저장기관)

체관 구조 및 양분 이동

몇가지 채소작물의 전류속도 구분 속도 (cm·hr-1) 강낭콩 100 호박 40 – 60 사탕무 85 – 100 감자 20 – 80