고온과 과산화수소 채영 국립원예특작과학원 기술지원과.

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1 고온과 과산화수소 채영 국립원예특작과학원 기술지원과

2 순서 1. 온도와 채소 2. 과산화수소 처리와 오이의 생리변화 3. 과산화수소를 이용한 채소 재배

3 1. 온도와 채소

4 채소의 생육적온 온도는 채소의 생장과 발육을 조절하는 중요한 환경 종류별로 온도에 대한 적응성이 다름
호냉성 채소 : 원산지가 온대, 생육적온 15~20℃ 대부분의 엽근채류, 딸기, 완두 호온성 채소 : 원산지가 열대, 생육적온 25~30℃ 대부분의 과채류, 고구마, 토란, 생강

5 온도 적응성에 따른 채소의 분류 구분 채소 호냉성 채소
배추, 양배추, 상추, 시금치, 마늘, 양파, 파, 부추, 염교, 리크, 샐러리, 파슬리, 아스파라거스, 근대, 갓, 무, 당근, 순무, 고추냉이, 감자, 비트, 딸기, 잠두, 완두 호온성 채소 고추, 토마토, 가지, 수박, 참외, 오이, 호박, 멜론, 고구마, 토란, 생강, 옥수수, 동부, 죽순, 풋콩

6 채소의 생육적온 대사작용에 따라 적온이 다르다. 식물체의 기관별 생육적온이 있다. 발아 후 생육단계별로 적온이 변한다.
종류와 품종에 따라 차이가 크다. 주간과 야간의 적온이 다르다. 기온과 지온의 차이가 있다.

7 채소의 생육적온 채소 주간기온 야간기온 지온 적온 최저유지온도 토마토 25~23 10~8 5 18~15 가지 28~23
18~13 10 20~18 피망 30~25 12 오이 15~12 수박 멜론 15 호박 23~18 15~10 8 딸기 7~5 3

8 온도와 화아분화 춘화 (Vernalization) 화아분화를 위해 생육의 일정단계에 특정한 온도조건을 경과해야만 하는 현상
- 배추 : 종자 때부터 저온에 감응 - 양배추 : 일정크기의 녹식물상태에 이르면 저온 감응 - 상추 : 고온에 감응

9 온도환경 관리 종류별, 생육단계별 생육적온이 다르기 때문에 계절별로 재배되는 채소가 다르다.
가을 결구 배추는 여름에 파종하여 늦가을에 수확 양파와 딸기의 월동재배 화아분화 유도를 위해 저온처리 추대촉진을 위해 고온처리 적극적인 온도환경 조절 온상, 멀칭, 핫캡, 터널, 차광 시설재배 : 유리온실, 플라스틱 온실

10 주야간 변온 관리 채소는 주야간의 생육적온이 다르므로 변온관리 필요 채소의 생육 : 광합성의 결과로 이루어지는 건물중 증가
건물중 증가 : 보통 광합성량이 호흡량보다 상대적으로 많을 때 발생 온도관리 : 주간에는 적온 하에서 활발하게 광합성, 야간에는 비교적 저온에서 호흡이 억제되도록 온도 관리 노지 기온 : 온도교차가 있어 생육적기에 재배하면 자동적으로 밤과 낮의 온도 조절됨 온상육묘, 시설재배 → 인위적인 변온관리 필요 지온 무기양분의 용해도, 용존산소량, 토양미생물 활동에 영향 뿌리의 양·수분 흡수와 밀접한 관련 기온에 비하여 주야간 일교차가 작음 대부분 적정지온은 15~25℃ 범위

11 시설내에서 일사량에 따른 온도관리

12 하루 중 기온의 변화 봄 4월, 여름 7월, 겨울 1월 각각의 5일 평균,
흐린날 : 일조시간 2시간 이하, 맑은 날 : 일조시간 8시간 이상 측정장소 : 수원

13 저온장해 저온장해(chilling injury) 보통 영상의 낮은 온도에서 나타나는 작물의 피해
저온에서는 대사작용이 억제되어 생육이 둔화 과채류의 경우는 기형과 많이 발생 가지, 토란, 고추 : 내한성 약, 여름재배 딸기, 시금치, 파 : 내한성 강, 월동재배 내한성 작물종류, 품종, 생육단계, 경화 정도에 따라 달라짐 마늘 : 난지형보다 한지형이 강함 과채류의 화아분화, 수정시 → 저온에 의한 장해를 쉽게 받음 저온에 순화되거나 경화되면 내한성 크게 증진됨

14 고온장해 고온장해(heat injury) : 지나친 고온에 의해 받는 피해 내서성 : 고온에 견디는 정도
고온(40~50℃)에 처하면 세포내 원형질응고 고온에 장시간 경과하면 호흡이 증가하여 체내 양분 소모 도장, 황화, 낙화, 낙과 상추, 시금치 : 25℃이상 발아 억제, 30℃ 이상 불발아 토마토 : 카로틴 증가로 과실색 황화 상추 : 추대로 수량 감소 엽근채류 : 섬유질함량 증가로 품질 저하 내서성 작물종류, 품종, 생육단계, 경화 정도에 따라 달라짐 내서성 작물 : 가지, 고추, 고구마, 토란, 마, 생강, 파, 부추 짚멀칭, 고랭지 재배 차광, 엽면살수, 미스트분무, 간이냉방시설

15 온도환경 조절을 위한 간이시설 재배 핫캡(hot cap) : 이른 봄 호박이나 고추 모종 정식후 일정기간
온상 만들어 양열, 전열을 해주거나 온수 보일러 시설 차광 재배 : 고온기 온도상승 억제, 서리방지 막덮기와 망사터널재배 고온기 온도상승 억제, 방풍, 방충 효과 저온기에는 보온과 함께 서리 방지 기온역전현상 저온기에 바람이 없고 맑은 날 해뜨기 전에 터널의 내부가 외부의 기온보다 낮아지는 경우 이때는 터널을 약간 열어 줄경우 저온장해를 피할 수 있음

16 고온산화스트레스 고온 산화작용억제를 위한 신호 또는 고온장해원인으로 작용 고온장해 후 강한 산화물질 생성
산화물질 : 세포막지질, 단백질, 움 등에 작용하여 세포 파괴 정상적인 조건 항산화효소 SOD(superoxide dismutase), CAT(catalase), POD(peroxidase) → 산화물질들의 독성과 축적을 막는 분해작용 역할 → 세포의 스트레스 방지 환경이나 병해에 대한 작물자체의 적응성 향상 인위적으로 환경에 의한 장해나 병해를 미약하게 발생시켜 작물이 이에 대한 적응성을 키움

17 2. 과산화수소 처리와 오이의 생리변화

18 Hydrogen peroxide (H2O2)
O2 +2e- + 2H H2O2 amino acid oxidase glucose oxidase O2●- + O2●- + 2H H2O2 + O2 superoxide dismutase (SOD) H2O2 readily permeates membranses. H2O2 is a substrate for many enzymes (peroxidases).

19 여름철 시설오이 수분스트레스 분석 VPD(Vapor Pressure Deficit) - 포화수증기압과 수증기압의 차이
- 증산작용이 활발하게 일어남은 엽온 (leaf temperature)이 낮아짐 의미 엽기온차 엽온 (leaf temperature)에서 대기온도 (air temperature)를 뺀 값 일반적으로 증산작용이 원활하게 일어나면 엽온은 낮아지게 되어 엽온 기온의 값은 마이너스(-) 를 나타남 엽온 기온의 값 마이너스(-) → non stress 상태 엽온 기온의 값 플러스(+) → stress 상태

20 여름철 시설오이 수분스트레스 분석

21 여름철 시설오이 수분스트레스 분석 수분스트레스 정도 : 500mM<250mM<무처리 - 무처리 : 가장 높았음
마이너스(-) 값이 클수록 오이의 수분 스트레스 정도는 낮다 플러스(+) 값이 높을수록 오이 수분 스트레스는 높다 엽온이 기온보다 낮은 –방향에서는 non stress이며, 엽온이 기온보다 높은 +상태에서는 stress상태임

22 고온 수준에 따른 광합성 30℃ 온도 조건 : 과산화수소 농도에 따른 광합성율은 뚜렷한 차이 없음
기온이 높아질수록 과산화수소 농도에 따른 오이 잎의 광합성율 차이 - 40℃에서 과산화수소 처리 농도에 따른 광합성율이 유의하게 차이 발생 → 무처리 : 광합성율이 급격히 낮아짐

23 과산화수소 농도별 엽록소 형광

24 과산화수소 농도별 엽록소 형광 500mM 처리 : Fv/Fm, Fm/Fo가 높았음, Fo 낮았음
작물이 고온 스트레스를 받으면 → Fo 값은 증가, Fm(maximum fluorescence) 값은 감소 → 고온장해에 의해 광계(PS)를 통한 전자전달계가 가장 민감하에 손상을 받아 Fo값이 증가함 → Fm/Fo : 작물의 스트레스 지표로 사용 Fm-Fo 값은 Fv(variable fluorescence) Fv/Fm,(Photochemical efficiency) → 광합성효율, 이 값은 잎이 광합성을 수행할 수 있는 최대값 즉 잠재력을 의미

25 과산화수소 농도별 항산화효소 POD 변화

26 과산화수소 농도별 항산화효소 POD 변화 500mM 처리구에서 활성정도가 높았고 품종간에도 차이가 있었음
→ 과산화수소 처리는 내한성 및 내병성 향상과 관련 있음 POD나 CAT는 작물의 세포구성요소에 유해한 독성 활성 산소종을 물분자와 산소분자로 분해함으로써 산화 스트레스를 경감시킴 과산화수소 처리 → 병에 대한 유도저항성 형성 → 작물조직에 흡수되더라도 POD나 CAT와 같은 항산화효소의 작용에 의해 빠르게 분해되므로 수확 후 과실에 잔류하지 않음 → 강한 산화작용을 통하여 살균력을 나타내므로 저항성 균주 출현빈도가 적다 과산화수소 처리는 작물체에 항산화 효소의 생성을 유도함으로써 고온장해에 대한 방어시스템을 형성하여 내서성이 향상됨

27 과산화수소 처리농도에 따른 오이의 고온 한계

28 과산화수소 처리농도에 따른 오이의 고온 한계 일반적으로 엽록소 형광 → Fo 값이 높을 수록 광합성 효율이 떨어짐
과산화수소 처리농도에 따른 오이의 고온 한계 일반적으로 엽록소 형광 → Fo 값이 높을 수록 광합성 효율이 떨어짐 고온조건하에서 엽록소 형광 Fo 값은 고온장해 정도에 따라 점차 증가하였다가 어느 시점에서 급격하게 상승하는 비가역적인 현상 나타남 이 시점의 값을 작물이 고온장해로 인해 회복될 수 없는 시점으로서의 한계 값 오이의 고온한계 시점 (기온 처리별 Fo 값) → 무처리 : 43℃, 250mM : 44℃, 500mM : 46℃ → 과산화수소 처리는 작물의 고온한계 온도를 최고 3℃ 정도 높이므로 내서성이 향상된다

29 과산화수소의 작물체내 고온스트레스 경감 기작
29

30 토마토 재배에서의 기온 관리 낮에는 25-28 C, 오후 25~20℃, 일몰 2~3시간 전부터 16~18℃,
밤에는 C , 최저 13 C 이하가 되지 않게 - 변온관리가 생육이 좋고 경제적임 여름의 최고온도는 30℃ 까지, 불가능할 경우 35℃ 까지 지나친 저온관리 : 시설 내 과습화로 병 발생 증가, 과실 비대 및 착색이 불량, 수확기가 늦어지고 기형과 발생 증가 온도계는 생장점 높이로 여러 곳에 설치하여 관찰 - 생육강(과번무)→ 밤온도 높임, 건조 - 생육이 약할때→ 밤온도 낮춤, 다습 30

31 3. 과산화수소를 이용한 채소 재배

32 토마토 재배에서 지온의 영향 적정 지온 : 18~25C - 고온한계 : 30C, 야간 저온한계 : 13C
- 저지온 : 뿌리호흡 저하, 미생물 활동 둔화양수분 흡수 저해 지온에 따른 무기성분 흡수량 지온 질산태질소 인산 칼리 수분 20℃ 87(100) 22(100) 113(100) 512(100) 15 62(70) 10(45) 79(70) 364(70) 10 26(30) 3(12) 43(40) 211(40) 양액재배 시 배지온도는 기온과 거의 같음 32

33 과산화수소 처리와 고온기 방울토마토 재배 과산화수소수 처리가 개화 및 착과에 미치는 영향 처리농도 개화수 (화/단)
과산화수소 처리와 고온기 방울토마토 재배 과산화수소수 처리가 개화 및 착과에 미치는 영향 처리농도 개화수 (화/단) 착과수 (과) 착과율 (%) 무살포 34.7 27.5 71.4 100배액 살포 37.0 31.8 80.2 200배액 살포 37.7 32.8 81.4 400배액 살포 40.5 30.3 68.5 33

34 방울토마토 착과율 향상 효과 무살포 200배액 살포 34

35 방울토마토에서의 과산화수소 처리방법 작물 : 방울토마토, 토마토 처리방법 - 35% 과산화수소수액 200배액
과산화수소 활용법 작물 : 방울토마토, 토마토 처리방법 - 35% 과산화수소수액 200배액 - 200배액 : 과산화수소 35%액 500㎖/ 물 100ℓ (100ml/20L) 처리 기간 및 간격 : 기온 30℃ 이상의 시기, 5일 간격 처리 시간 : 오전 10시 이전 35

36 딸기의 잿빛곰팡이병 병원균의 생태와 발병 조건 - 저온•다습 조건에서 발생(발육 적온 22℃, 발병 적온 20℃)
- 병든 식물체, 하우스자재에서 월동, 공기전염 - 통풍 및 투광 불량 조건(밀식)에서 많이 발생 방제 대책 - 통풍•투광 유의, 밀식 회피, 관배수 유의 - 이병부 조기제거, 수확 후 잔사물 제거, 자재소독 - 병 발생초기 방제 중요, 시설 내 습도 높이지 않는 미립제, 분제, 훈연제 사용 - 내성이 생기는 동일 약제의 사용을 피하고, 다른 약제 교호살포

37 과산화수소를 이용한 딸기의 병해 방지 수확기를 포함하여 딸기의 재배 기간 중 1주일 간격으로 2회에 걸쳐 50mM의 과산화수소를 분무한 후 딸기 과실을 수확 멸균수 또는 Botrytis cinerea의 포자 현탁액을 분무한 후 실온 잿빛곰팡이병 발생이 1/3으로 감소 다른 농약과 혼용해서는 안됨

38 과산화수소를 이용한 딸기의 병해 방지 수확전 과산화수소수 처리가 수확 후 딸기 과실의 잿빛곰팡이병 방제 효과 구분 대조구
50mM 과산화수소 잿빛곰팡이병 발생율 (%) 53.6 15.2 병 발생율 억제 효과 (%) - 72 ○ 살포시기 : 딸기 과실을 수확하기 전 포장에서 1주일 간격으로 2회 살포 ○ 50mM조제 방법 : 23 ml의 30% 과산화수소 +물 20리터 230ml의 3% 과산화수소 + 물 20리터

39 오이에 과산화수소 뿌리면 병에 강해져

40 오이에 과산화수소 뿌리면 병에 강해져 오이의 제2 본잎이 나왔을 때 과산화수소를 물에 희석하여 살포
→ 30% 과산화수소 6ml을 물 1리터에 희석 식물의 병저항성 효소 chitinase와 peroxidase가 크게 증가 → chitinase : 곰팡이 균사의 세포벽 성분 chitin을 분해해 균사를 죽임 → peroxidase : 식물의 세포벽을 단단하게 해주는 lignin 합성 관련효소, 식물 세포벽이 단단해지면 병원균이 식물체에 쉽게 침입할 수 없음 과산화수소 (원액농도 30%) 6ml을 물 1리터에 섞어 오이 제2본잎이 나왔을 때 살포하고 3일 후 오이 잎을 채취해 분석 → 무처리에 비해 chitinase와 peroxidase가 4배 이상 증가

41 파프리카 흰가루병, 생리장해 예방 파프리카 정식 2개월 후 과산화수소 처리 시작 처리
파프리카 정식 2개월 후 과산화수소 처리 시작 처리 → 35% 과산화수소 100배액으로 희석, 5일간격 오전 10시 이전 작물체 전면에 충분히 엽면 살포 → 엽육이 두꺼워지고 기공저항이 낮아 증산작용 증가함 → 주당 착과수는 약 2개 정도 증가 → 엽육내 과산화수소량이 증가 → 항산화효소인 catalase와 peroxidas 활력 증가 → 흰가루병 발생 예방 효과 높고, 방제가 60% 정도

42 과산화수소 처리와 파프리카 과산화수소 처리에 따른 기공저항과 생육 특성 처리 잎두께 (mm) 엽록소 (SPAD)
기공저항 (s.cm-1) 착과수 (개/주) 과산화수소 1.14±0.10 59.4±2.1 0.58±0.13 15.3±3.0 무처리 0.99±0.07 55.2±3.5 0.73±0.10 13.0±2.0

43 과산화수소 처리와 파프리카 과산화수소 처리에 따른 효소량 변화

44 과산화수소 처리와 파프리카 과산화수소 처리에 따른 흰가루병 방제 효과 처리 이병엽율 (%) 방제가 병반수 (10엽 기준)
40 60 18 농약 50 34 무처리 100 453

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46 파프리카의 흰가루병 병원균의 생태와 발병 조건 - 저온에서 잘 생육하고, 다습 및 건조한 환경에서 발생
- 병든 식물체에서 월동, 공기전염 - 밤낮의 차가 심할 때, 고토, 인산이 부족한 토양 방제 대책 - 이병 잔사물 조기제거 및 수확 후 소각 - 질소질 비료 과용회피, 고토 및 인산비료 충분히 시용 - 과습하지 않도록 하고, 적용약제 살포

47 Thank You !