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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.29 No.2 pp.155-159
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2017.29.2.155

Growth Response of Sweet potato Plantlets under Different Water Potential Conditions

Sang-Sik Nam
†, Jung-Wook Yang, Hyeong-Un Lee, Eom-Ji Hwang, Joon-Seol Lee
Bioenergy Crop Research Institute, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Muan 58545, Korea
Corresponding author : +82-61-450-0146
April 11, 2017 June 26, 2017 June 26, 2017

Abstract

Sweet potato [Ipomoea batatas (L.) lam] plant is known to have the relatively tolerance soil moisture deficit compared to other upland crops. However, recently, it has been causing plant growth inhibition and decrease storage quality due to the drought during the growing season of sweetpotato in Korea. The response of root elongation, leaf and shoot growth of sweet potato plantlets, cultivated under different water potential conditions were observed. Six varieties, such as yellow fleshed (Jinhongmi), dark-yellow fleshed (Daeyumi), dark-orange fleshed (Juhwangmi), light-orange fleshed (Dahomi, Pungwonmi), and purple fleshed (Sinjami) were used in this experiment. Using the follow water osmotic potential (WOP) levels were 0 (control), -0.05, -0.1, -0.2, -0.3, -0.4, -0.5 MPa by polyethylene glycol (PEG). In in vitro culture condition, ‘Jinhongmi’ has been inhibited rooting number and number of leaves less than 2, although slightly low WOP of–0.05 and –0.1 MPa, and at –0.2 MPa. shoot was not growing. ‘Daeyumi’, Dahomi, and Juwhangmi’ produced 2 roots as a low WOP of –0.3 MPa. and at –0.2 MPa., it appeared 2 or 3 leaves. ‘Pungwonmi’ produced similar to root number 3.9 at –0.1 MPa compared to control, but root weight decreased 75% at - 0.1 MPa more than control. Root did not grow at – 0.2 MPa for ‘Sinjami’. In nursery bed culture condition, roots fresh weight, number of leaves, and shoot length were inhibited according to the decreases of water osmotic potential. In the case of leaf area, ‘Jinhongmi’ and ‘Daeyumi’ was a significantly difference to 8.4, 22.6 cm3 at –0.2 MPa compared to control, respectively. No difference were obsered for ‘Dahomi’ at -0.1 and –0.2 MPa. ‘Pungwonmi’ was decreased 86% at -0.1 MPa compared to the control. ‘Juhwangmi’ and ‘Sinjami’ was a significantly difference to 15.5, 3.6 cm3 at –0.1 MPa compared to control of 22.9, 16.8 cm3, respectively.


수분 퍼텐셜에 따른 고구마 유식물체의 생장 반응

남 상식
†, 양 정욱, 황 엄지, 이 형운, 이 준설
농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소

초록


    Rural Development Administration
    PJ01136407

    최근 고구마는 소비자들에게 기능성을 함유한 건강식품으로 인식되면서 소비가 증가하고 있으며 국내 고구마 재배면적은 19천~23천ha 수준에서 안정적으로 재배되고 있다. 그러나 단위 면적당 생산량은 2000년 21.4 MT ha-1 이후 지속적으로 감소 하여 최근 15 MT ha-1으로 29.9% 감소하였다(AFRASY. 2016). 고구마는 다른 밭작물에 비해 비교적 가뭄에 강한 작물 로 알려져 있으나 최근에 고구마 정식시기 및 괴근 비대기에 지속적인 가뭄으로 인해 고사 및 괴근 비대 불량으로 수량 감 소의 원인이 되고 있다. 고구마 재배에서 생육 및 괴근 비대 촉진에 알맞은 토양수분은 최대용수량의 70~75%로 토양수분 이 비교적 많은 것이 알맞다. 수분 스트레스에 대한 식물 반응 은 식물체 외부의 수분 퍼텐셜이 약간만 낮아져도 세포의 생 장은 현저하게 낮아지고 줄기와 뿌리 생장의 지연을 초래한다 (Blackman & Davies, 1985; Hsiao, 1973; Jon & Christopher, 1998). 또한 수분 퍼텐셜이 낮을 때 식물의 뿌리보다는 초장 생육에 큰 영향을 미친다는 연구보고들이 있다(Creeman et al., 1990; Kuchenbuch et al., 1986; Liptay & Tan, 1985; Saab et al., 1990; Nam et al., 2005). 고구마 괴근 형성 초기에 토양 수분 부족은 괴근의 개수에 영향을 주는 원인이 되기 때 문에 가장 민감하며 부정근을 목질화하고 생육을 방해한다 (Ravi & Indira, 1996). Agili 등(2013)은 Polyethylene glycol 를 사용하여 주황색 고구마 59계통에 대해 기내배양 조건에서 생육초기에 대한 한발저항성을 평가한 결과 PEG 농도 15 g/L 처리에서 10 g 처리에 비해 대부분 계통이 뿌리 길이, 건물중, 엽면적 등 생육량 감소에 큰 영향을 주었다고 보고하였다. Saraswati(2007)는 고구마 15 품종을 재료로 사용하여 수분스 트레스에 대한 생리 및 생육반응을 조사한 결과 수분 스트레 스 식물체가 건물량, 마디길이 및 직경, 뿌리 건물중 등이 대 조구 식물체에 비해 감소하였으나 시험품종 중에서 ‘lole’, ‘Hawii’, 그리고 ‘L131’ 등이 가뭄에 저항성 품종이고 ‘Mariken’과 ‘L18’은 감수성 품종으로 보고하였다. 그리고 가 뭄 지속 지역에서의 고구마 생육 및 수량성(Lewthwaite & Triggs, 2012) 등 연구 결과들이 보고되고 있으나 국내에서는 수분부족에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구 는 국내육성 고구마 품종을 공시하여 수분퍼텐셜 차이에 따라 유식물체의 초기생육 반응을 조사하여 가뭄피해에 대한 기초 자료를 얻고자 수행하였다.

    재료 및 방법

    공시재료

    본 연구는 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소에서 실 시하였다. 조직배양실에서 생장점 배양으로 생산되어 기내에 서 증식 유지되고 있는 고구마 바이러스 무병 유식물체와 고 구마 묘상에서 생육중인 묘를 시험재료로 사용하였다. 시험품 종은 분질고구마 '진홍미', ‘대유미’ 2품종, 중간질고구마 ‘다호 미’, ‘풍원미’ 2품종, 그리고 유색고구마인 ‘신자미’, ‘주황미‘ 2품종을 사용하였다.

    수분 퍼텐셜 조건

    배지의 수분퍼텐셜은 Polyethylene glycol (PEG) 6000을 이용하여 0, -0.05, -0.1, -0.2, -0.3, -0.4, –0.5 MPa의 7수준 을 처리하여 기내 및 온실에서 수행하였다. PEG의 수분퍼텐 셜 수준은 Michel과 Kaufmann(1973)이 사용한 방정식에 계 산된 값을 사용하였다(Table 1).

    ψ OS =- ( 1 .18×10 -2 ) C- ( 1 .18×10 -4 ) C 2 + ( 2 .67×10 -4 ) CT+ ( 8 .39×10 -7 ) C 2 T, asad ψ OS =Osmoticpotential(bar),

    • C =  concentration(g/PEG6000/L),

    • T=  temperature(°C).

    기내배양 생육

    배양액은 MS기본배지(Murashige &, Skoog, 1962)에 수분 퍼텐셜별로 Table 1에서 정해진 PEG 량을 넣고 한천을 첨가 하지 않은 액체배지를 사용하였다. 기내에서 증식 유지하고 있 는 유식물체에서 품종별로 1마디씩 절취하여 배양병 1개에 5 개씩 2반복으로 치상하였으며 배지량은 200 mL의 배양병에 80 mL로 하였다.

    육묘상토 생육

    건조 시킨 원예용 육묘상토(시판용) 2L에 1L의 PEG 용액 으로 수분퍼텐셜을 조정하였으며 육묘상 하우스에서 생육 중 인 묘를 품종별로 채취하여 잎을 부착한 상태로 3마디씩 잘라 서 준비하였다. 삽식은 수분 퍼텐셜별로 조제된 상토를 아크 릴 상자에 채운 후 5 cm 간격으로 15주씩 삽식하여 온실에서 재배하였다.

    생육량 조사

    기내배양 및 육묘상토 조건에서 수분퍼텐셜을 다르게 하여 치상 및 삽식 후 14일에 개체 각각에 대해 뿌리 수, 뿌리 무 게, 엽수, 줄기신장, 무게, 엽면적 등의 생육량을 조사하였다.

    결과 및 고찰

    수분 퍼텐셜별 기내배양 유식물체 생육량

    수분 퍼텐셜에 따른 품종별 치상 후 14일에 뿌리 수(Fig. 1 과 Fig. 4) 및 무게(Fig. 2)는 ‘진홍미’ 경우 대조구 7.9개였으 나 수분퍼텐셜이 약간 낮아진 –0.05과 –0.1 MPa에서는 2개 미만으로 뿌리 수가 현저히 감소하여 뿌리 무게는 대조구 0.12 g에 비해 크게 감소한 0.04 g 과 0.01 g 이었다. ‘대유미’ 는 대조구 5.1개에 비해 –0.05와 –0.1MPa에서 각각 4.1, 3.4 개로 ‘진홍미’에 비해 감소가 적었으며 수분퍼텐셜이 낮은 –0.3에서–0.5 MPa에서도 2개 정도의 뿌리가 신장하였다. 중간 질 고구마인 ‘다호미’는 대조구 6.8개에 비해 –0.05와 –0.1 MPa에서 3.3과 3.5개로 50% 이상 감소하였으며 뿌리 무게는 대조구 0.16 g에 비해 –0.1 MPa 0.09 g으로 43.8% 감소하였 다. ‘풍원미’는 대조구 3.2개로–0.05와 -0.1 MPa에서 2.4와 3.9개로 비슷하였으나 뿌리 무게는 대조구 0.11 g에 비해 –0.1 MPa 0.02 g으로 75% 감소하였다. 육색이 주황색인 ‘주황미’는 대조구 4.4개에 비해 –0.05에서–0.2 MPa 까지는 3개 수준이 었으며 무게도 수분퍼텐셜이 낮아질수록 감소하였다. 육색이 자색인 ‘신자미’는 대조구 9.8개로 뿌리수가 다른 품종에 비 해 많았으나 –0.2 MPa에서부터는 거의 뿌리 신장을 하지 못했다. 수분 퍼텐셜에 따른 품종별 엽수 및 엽과 줄기를 더한 식물체 무게(Table 2)는 대조구의 경우 5~7개 수준이 나 ‘진홍미’는 –0.05MPa에서도 2개 수준으로 생육이 억제되 었으며 –0.2 MPa에서는 신초가 출현하지 않았다. 그러나 ‘대 유미’. ‘다호미’, ‘주황미’, ‘신자미’ 품종은 대조구에 비해 감 소는 하였으나 –0.2 MPa에서도 신초가 생장하여 2~3개의 엽이 출현하였다. 엽과 줄기를 더한 생체 무게는 대조구의 경우 ‘신자미’ 0.19 g을 제외한 다른 품종들은 0.25~0.37 g 수준이었으며 수분 퍼텐셜이 약간만 낮아져도 생육이 크게 억제되어 –0.05 MPa 수준에서도 대조구에 비해 40~50% 이 상 감소하였고 –0.3 MPa 이하에서는 생체 무게가 0.01 g 미 만으로 수분 퍼텐셜이 낮아질수록 생육 억제가 크다는 것을 알 수 있었다.

    수분 퍼텐셜별 상토배지 생육량

    고구마 삽식초기에 수분퍼텐셜에 따른 뿌리 발생과 잎, 줄 기 등 생육량을 삽식 후 14일에 조사한 결과(Table 3, Fig. 3) ‘진홍미’는 뿌리, 잎과 줄기의 생체무게, 그리고 줄 기의 길이는 수분퍼텐셜 별로 비슷하였으나 엽면적은 대조 구 8.4 cm3, -0.2 MPa에서는 4.7 cm3로 대조구와 차이가 있 었다. ‘대유미’는 대조구에 비해 수분퍼텐셜이 낮아질수록 생 육이 억제되어 엽면적은 각각 22.6, 15.0 그리고 7.0 cm3로 유의적인 차이를 보여 ‘진홍미’에 비해 생육의 차이가 컸다. ‘다호미’는 대조구에 비해 생육량은 감소하였으나 –0.1과 –0.2 MPa의 차이가 없었으며 ‘풍원미’는 대조구에 비해 –0.1MPa 에서도 뿌리무게 66%, 잎과 줄기 무게 81%, 그리고 엽면 적은 86% 감소하였다. 유색고구마인 ‘주황미’는 –0.1 MPa에 서도 뿌리와 지상부 생육 억제가 커서 엽면적은 대조구 22.9, -0.1 MPa 15.5 cm3로 유의적인 차이를 보였다. 자색고구마 인 ‘신자미’는 대조구에 비해 뿌리 무게는 차이가 없었으나 지상부의 줄기 생육은 억제되어 대조구 엽면적 16.8 cm3에 비해 –0.1 MPa 3.6 cm3로 감소하였다. 이상의 결과에서 ‘다 호미’, ‘대유미’, 그리고 ‘풍원미’ 가 ‘진홍미’, ‘신자미’에 비해 수분스트레스에 강한 품종으로 나타났다. 최근 고구마 정식시기에 가뭄이 빈번해지고 있어 품종 육성과정에서 계 통에 대한 가뭄저항성 평가가 이루어져야 되며 포장 상태에 서 토양수분 조건에 따른 생육 및 괴근비대 양상 등에 대 한 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.Fig. 4

    적 요

    수분 조건이 고구마 삽식 초기 생육에 미치는 영향을 구명 하기 위해 고구마 유식물체 및 묘를 수분 퍼텐셜이 서로 다른 조건에 치상 및 삽식하여 기내와 온실에서 생육시켜 14일 후 에 조사한 결과는 다음과 같다.

    • 1. 기내배양 생육 조건에서 ‘진홍미’ 는 수분퍼텐셜이 약간 낮아진 –0.05과 –0.1 MPa에서도 뿌리 수 및 엽수가 2개 미 만으로 생육이 억제되었으며 –0.2 MPa에서는 신초가 출현하 지 않았다. ‘대유미’, ‘다호미’, 그리고 ‘주황미’는 수분퍼텐셜 이 낮은 –0.3 MPa에서도 2개 정도의 뿌리가 발생하였고 –0.2 MPa에서도 신초가 생장하여 2~3개의 엽이 출현하였다. ‘풍 원미’는 -0.1 MPa에서 3.9개로 대조구 3.2개와 비슷하였으 나 뿌리 무게는 대조구에 비해 –0.1 MPa에서 0.02 g으로 75% 감소하였다. ‘신자미’는 대조구가 9.8개로 다른 품종에 비 해 뿌리 수가 많았으나 –0.2 MPa에서부터는 뿌리가 발생하지 않았다.

    • 2. 상토배지 생육 조건에서 품종 모두 수분퍼텐셜이 낮아질 수록 뿌리수 무게, 엽수, 줄기 길이 등이 감소하였다.

    • 3. 엽면적의 경우 ‘진홍미’는 대조구 8.4 cm3, -0.2 MPa에서 는 4.7 cm3로 대조구와 차이가 있었다. ‘대유미’ 는 대조구 22.6 cm3, -0.1 MPa 15.0 cm3 그리고 –0.2 MPa 7.0 cm3로 유의적인 차이를 보였다. ‘다호미’는 –0.1과 –0.2 MPa의 차이 가 없었으며 ‘풍원미’는 대조구에 비해 –0.1 MPa에서도 엽면 적은 86% 감소하였다. ‘주황미’는 –0.1 MPa에서도 15.5 cm3 로 유의적인 차이를 보였다. ‘신자미’는 대조구 16.8 cm3에 비 해 –0.1 MPa 3.6 cm3로 감소하였다.

    ACKNOWLEDGEMENT

    본 연구는 농촌진흥청 어젠다 사업(과제번호: PJ01136407) 의 지원에 의해 수행되었다.

    Figure

    KSIA-29-155_F1.gif

    Number of roots in different sweet potato varieties at 14 days after planting in vitro culture under different water potential. Jinhongmi (JHM), Daeyumi (DUM), Dahomi (DHM), Pungwonmi (PWM), Juhwangmi (JHM), Sinjami (SJM)

    KSIA-29-155_F2.gif

    Root fresh weight of sweet potato varieties on 14 days after planting in vitro culture under different water potential conditions. Jinhongmi (JHM), Daeyumi (DUM), Dahomi (DHM), Pungwonmi (PWM), Juhwangmi (JHM), Sinjami (SJM)

    KSIA-29-155_F3.gif

    Shoot length of sweet potato varieties on 14 days after nursery bed soil planting culture under different water potential. Jinhongmi (JHM), Daeyumi (DUM), Dahomi (DHM), Pungwonmi (PWM), Juhwangmi (JHM), Sinjami (SJM)

    KSIA-29-155_F4.gif

    Comparison of root and shoot growth in sweet potato varieties on 14 days after planting in vitro under different water potential (control, -0.05, -0.1, -0.2, -0.3, -0.4, and – 0.5 MPa). A; On planting day, B; 14 days after planting. C; Daeyumi, D; Pungwonmi, E; Dahomi, F; Sinjami.

    Table

    Water osmotic potential standard with PEG 6000.

    Leaf number and fresh weight of leaf and shoot in sweet potato varieties on 14 days after planting in vitro culture under different water potential.

    ♩No; number of leaves per plant, Wt; fresh weight of leaves & shoots
    ♪means separation within columns by Ducan’s multiple range test at 5% level of significance .

    Fresh weight of roots and shoots, number of leaves and leaf area in sweet potato varieties on 14 days after nursery bed soil nursery culture under different water potential.

    ♩means separation within columns by Ducan s multiple range test at 5% level of significance.

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