적요
Water use efficiency (WUE) is considered as an important characteristics of drought tolerance in crop plant. This study was carried out for determination of WUE of 29 Korean soybean cultivars including PI416937, a representative drought tolerant cultivar in USA, under two different soil water contents, the sustaining 50% of maximum field capacity on control and 25% on drought treatment for 14 days at the late of vegetative growth stage. The WUE of whole plant (g/L) was determined using the measurement of the amount of water use (mL/day/plant), dry weight (g/plant), and relative growth rate (RGR) at 14 days after treatment (DAT). The mean amount of water use of 30 soybeans was 183 and 64 mL/plant/day at control and treatment, respectively, which was decreased 63% of water use under 25% of maximum field capacity. The mean dry weight of 30 soybeans of treatment was decreased 37% compared with that of control. The amount of water use of 30 soybeans was highly correlated with dry weight at 14 DAT, while it was weak correlated with RGR of treatment and not correlated with WUE. The WUE was highly correlated with RGR at control and treatment. The mean WUE of 30 soybean was 2.1 and 2.9g/L at control and treatment, respectively. It means that WUE is increased under drought condition and is the variable characteristics depend on soil water content. The WUE of PI416937 was 3.5g/L at treatment. This study suggested WUEs of 29 Korean soybean cultivars and that the higher WUE Korean cultivars than PI416937 were 3 cultivars, Daepoong (3.8g/L), Danbeak (4.0g/L), and Keumkang (3.8g/L).
서 언
작물 생산에서 작물의 수분이용효율(Water use efficiency: WUE)의 특성은 크게 두 가지 측면에서 그 중요성을 갖는다. 첫 번째는 작물생산에 있어서 농업 수자원 이용의 효율성 증 진이며, 두 번째는 기후변화에 따른 작물의 한발스트레스에 대한 한발 저항성 증진이다(
Condon et al. 2004). 작물의 수 분이용효율의 평가는 측정 방법에 따라 식물체 수준의 수분 이용효율(WUE
plant)와 잎 수준의 수분이용효율(WUE
leaf)로 크게 구분할 수 있다. 식물체 수준의 수분이용효율(WUE
plant) 은 작물체 전체의 물 요구량에 대한 건물 생산량으로 정의되 며, 잎 수준의 수분이용효율(WUE
leaf)은 단위 엽면적 당 증산 량(transpiration)에 대한 광합성량(Photosynthesis)으로 정의 할 수 있다(
Liu et al. 2005).
국내의 콩 내한발 특성에 관한 연구는 2000년 초반에 국립 식량과학원을 중심으로 활발히 진행되었으며, 한발 저항성 관 련 생리적 형질로 상대 엽수분함량, 기공전도도, ureide 함량 이 제시되었지만(
RDA 2005), 콩 수분형질인 수분이용효율에 대한 연구결과는 현재까지 이루어지지 않고 있다.
따라서 본 연구는 한국 우량 콩 품종의 내한발 특성을 규명 하기 위하여, 미국의 PI416937을 포함한 한국 콩 우량품종 29개에 대한 정상 관수조건과 한발조건 시 수분이용효율을 산정하였다.
재료 및 방법
본 연구에 공시된 콩 30 품종은 한국에서 육성된 우량품종 29개와 미국의 대표적인 내한발 품종인 PI416937으로서 2014년에 농촌진흥청 식량과학원에서 분양되었다(Table
1). 콩 재배는 근류균 착생을 위하여 밭에서 채취한 점토와 원예 용 상토를 1:3(V/V) 비율로 혼합하여 6공 포트(1.3L/pot) 재 배를 하였다. 파종은 2014년 6월 5일에 하였으며, 포트 당 종 자 2개를 파종하여 파종 후 10일에 1개체를 솎아내었으며, 최 종적으로 6공 포트에 6개체(plant/pot)를 재배하였다. 품종 당 2개의 6공 포트를 재배하여 1개는 대조구로, 또 다른 1개는 관수처리구로 이용하였다. 관수처리는 7월 2일(파종 후 27일) 에 실시하였다.
Table 1.Mean soil water content for 14 days of drought treatment of 30 soybeans.
Table 1.
|
Cultivar |
Soil Water Content (%) |
|
|
Control |
treatment |
|
|
Daewon |
22.1 |
9.3 |
|
Daepoong |
19.2 |
10.1 |
|
Sunyoo |
22.6 |
11.3 |
|
Chungja |
22.2 |
8.4 |
|
Danbeak |
23.4 |
9.7 |
|
Dooyoo |
20.5 |
8.7 |
|
Keumkang |
25.7 |
6.3 |
|
Alchan |
19.0 |
8.9 |
|
Dajang |
21.1 |
7.9 |
|
Sodam |
19.7 |
7.0 |
|
Daewhang |
22.7 |
9.2 |
|
Jinmi |
17.1 |
7.2 |
|
joongmo 3003 |
19.0 |
8.7 |
|
Eunha |
20.4 |
10.5 |
|
Bookwang |
21.7 |
8.0 |
|
Purun |
23.3 |
9.1 |
|
Soruk |
20.3 |
7.8 |
|
Daeche |
28.1 |
8.5 |
|
Bosuk |
24.7 |
7.7 |
|
Sokang |
27.2 |
9.3 |
|
Jangki |
25.7 |
10.6 |
|
Jonam |
24.1 |
7.8 |
|
Hoseo |
22.1 |
8.8 |
|
Sowhang |
23.9 |
9.1 |
|
Keumjung 1 |
15.0 |
10.2 |
|
joongmo 3005 |
14.0 |
9.5 |
|
Danmi 2 |
21.6 |
11.5 |
|
Yunpoong |
14.6 |
7.0 |
|
Milyang 242 |
24.0 |
9.1 |
|
PI416937 |
21.2 |
7.6 |
|
|
Mean |
21.5 |
8.8 |
|
LSD0.05
|
6.00 |
3.28 |
혼합상토의 포장용수량은 토양수분측정기(WET sensor, Delta-T, England) 를 이용하여 결정하였으며, 최대 포장용수 량은 토양수분측정기 수치의 40%(0.4 cm
3/cm
3) 였다. 관수 처리는 대조구와 한발처리구의 2처리로 하였다. 대조구는 최 대 포장용수량의 50%(WET 센서 수치의 20%)를 유지하였 으며, 한발처리구는 최대 포장용수량의 25%(WET 센서 수치 의 10%)를 유지하였다. 토양수분함량 측정은 매일 실시하였 으며, 토양수분함량의 감소 값에 대한 관수량을 결정하여 수 분을 공급하였다. 관수처리는 14일 동안 지속되었으며, 이 기 간 중 평균 토양수분함량은 대조구는 WET의 21.5%와 처리 구는 8.8%를 유지하였다(Table
1).
콩 30품종의 수분이용효율(Water Use Efficiency: WUE) 을 산정하기 위하여, 처리 전 식물체 지상부의 건물중, 처리 후 14일의 건물중이 조사되었으며, 14일 간 조사된 토양수분 함량의 감소 값에 대한 공급된 관수량으로 물 소모량을 결정 하였다. 건물중 결정을 위한 시료의 채취는 3개를 하여 개체 당 평균값을 이용하였다. 처리 전과 후의 건물중 변화로 상대 생장율 (Relative Growth Rate: RGR)을 산정하였으며, 이는 [RGR = {2.303 (log10W2 – log10W1) / t2-t1}, W=건물중, t= 시료채취 시점]을 적용하였다. 수분이용효율은 [수분이용효율 (g/L) = 처리 14일 동안 증가된 건물중 (g) / 처리 14 동안 공급된 관수량 (L)]의 식을 이용하여 결정되었다. 결정된 변 수들의 통계적 해석은 SAS 9.2의 상관분석을 통하여 실시하 였다.
결과 및 고찰
토양수분함량에 대한 콩 30품종의 물 소모량
내한발성 품종 PI416937을 포함한 국내 콩 29품종의 영양 생장기 후반(또는 생식생장기 초반)에 포장요수량 50%(대조 구)와 25%(한발처리구) 조건에서 14일간 재배 시, 하루 당 콩 한 개체의 관개량으로 콩의 물 소모량을 산정하였다(Fig.
1). 콩 30 품종의 영양생장기 후반 기간 동안 요구되는 하루 당 콩 한 개체의 평균 물 소모량은 대조구에서는 183 mL/plant/day 로, 한발처리구에서는 64 mL/plant/day로 산정되었다. 이는 콩 영양생장기간 중 포장용수량 25%의 한발 시, 콩이 가용할 수 있는 토양수분량은 포장용수량 50% 대비 약 63%가 감소 하는 것으로 결정되었다.
Fig. 1.The amount of irrigation at 50% (control) and 25% (treatment) of maximum field capacity for 30 soybean cultivars.
물 소모량의 품종 간 변이도 결정되었다. 콩 영양생장기간 중 포장용수량 50% 수준에서 30품종의 평균 물 소모량은 183 mL/plant/day, 최소값은 다채콩에서 108 mL/plant/day, 최대값은 중모3005호에서 263 mL/plant/day로 최대 154 mL/plant/day의 품종 간 차이를 보였으며, 이는 변이계수 (CV)로 23%를 보였다. PI416937은 188 mL/plant/day로 30 품종 중 63% 분위를 나타내었다. 포장용수량 25% 수준에서 30품종의 평균 물 소모량은 64 mL/plant/day, 최소값은 선유 콩에서 35 mL/plant/day, 최대값은 금강콩에서 90 mL/plant/ day로 최대 54 mL/plant/day의 품종 간 차이를 보였으며, 이 는 변이계수(CV)로 32%를 보였다. PI416937은 70 mL/plant /day로 30품종 중 70% 분위를 나타내었다.
토양수분함량에 대한 물 요구량의 콩 30품종 간 변이를 고 려하여, 대조구와 한발처리구 간의 물 소모량의 상관성을 분 석하였지만, 상관계수 r = 0.0167로 무상관의 관계를 보였다 (Fig.
2). 따라서 이는 토양의 수분함량 변화에 따른 물 소모 량의 변화가 품종마다 다르다는 중요한 콩 품종의 수분형질 을 지적하였다.
Fig. 2.Relationship between the amount of irrigation at 50% and 25% of maximum field capacity for 30 soybean cultivars.
물 소모량과 건물생산과의 관계분석
콩 30품종의 영양생장기 후반기의 건물생산에 대한 물 소 모량이 미치는 영향을 구명하기 위하여, 물 소모량에 대한 한 발처리 후 건물중, 상대생장율 및 수분이용효율의 상관성을 분석하였다(Table
1와 Fig.
3). 30개 품종의 한발처리 후 평 균 건물중은 대조구 7.3 g/plant에서 한발처리구 4.6 g/plant 으로 한발처리구에서 크게 감소하였다. 이는 한발처리구 즉, 포장용수량의 25%의 14일간 한발 스트레스 시 건물생산량이 약 37% 감소하는 결과를 도출하였다(Table
2). 하지만, 물 소 모량에 대한 한발처리 후 건물중과 관계에서 토양수분함량과 관계없이 고도의 정의 상관을 보였다(Fig.
3A). 이는 콩 품종 특성 중에서 건물중 즉, 건물의 크기가 물 요구량을 결정하는 중요한 요인임을 지적하였다.
Table 2.Dry weight, relative growth rate, and water use efficiency for 14 days of drought treatment of 30 soybeans.
Table 2.
|
Cultivar |
Dry weight |
Relative growth rate |
Water use efficiency |
|
|
|
|
DAT0 |
Control |
Treatment |
Control |
Treatment |
Percentile |
Control |
Treatment |
Percentile |
|
|
|
(g) |
|
|
|
|
|
(g/L) |
|
|
Daewon |
1.7 |
6.6 |
4.0 |
0.22 |
0.14 |
42 |
2.0 |
2.5 |
32 |
|
Daepoong |
1.7 |
8.4 |
4.7 |
0.26 |
0.16 |
61 |
2.2 |
3.8 |
90 |
|
Sunyoo |
1.8 |
5.9 |
3.2 |
0.19 |
0.09 |
19 |
1.7 |
2.7 |
35 |
|
Chungja |
2.2 |
7.3 |
5.3 |
0.20 |
0.15 |
52 |
2.2 |
3.1 |
61 |
|
Danbeak |
0.8 |
6.1 |
4.1 |
0.32 |
0.26 |
97 |
2.4 |
4.0 |
97 |
|
Dooyoo |
3.0 |
8.6 |
5.1 |
0.17 |
0.08 |
16 |
2.2 |
2.2 |
19 |
|
Keumkang |
1.8 |
6.9 |
6.6 |
0.22 |
0.21 |
84 |
2.8 |
3.8 |
94 |
|
Alchan |
2.3 |
8.5 |
5.2 |
0.21 |
0.13 |
39 |
1.9 |
2.9 |
45 |
|
Dajang |
2.5 |
7.4 |
4.9 |
0.18 |
0.11 |
29 |
1.8 |
2.5 |
29 |
|
Sodam |
1.8 |
7.8 |
5.8 |
0.24 |
0.19 |
74 |
2.0 |
3.3 |
74 |
|
Daewhang |
3.2 |
7.7 |
5.1 |
0.15 |
0.08 |
10 |
1.8 |
2.2 |
16 |
|
Jinmi |
2.8 |
10.7 |
6.7 |
0.22 |
0.14 |
48 |
2.2 |
3.4 |
77 |
|
joongmo 3003 |
3.2 |
10.1 |
5.1 |
0.19 |
0.08 |
13 |
2.4 |
2.1 |
13 |
|
Eunha |
1.6 |
8.3 |
3.3 |
0.28 |
0.12 |
35 |
2.5 |
2.8 |
42 |
|
Bookwang |
2.7 |
8.4 |
5.6 |
0.19 |
0.12 |
32 |
2.2 |
2.9 |
48 |
|
Purun |
0.9 |
6.2 |
3.4 |
0.31 |
0.21 |
87 |
2.3 |
3.3 |
71 |
|
Soruk |
2.2 |
8.6 |
5.6 |
0.23 |
0.16 |
55 |
2.2 |
3.4 |
81 |
|
Daeche |
1.2 |
4.2 |
3.5 |
0.21 |
0.18 |
71 |
2.0 |
2.4 |
23 |
|
Bosuk |
0.9 |
5.4 |
4.0 |
0.29 |
0.24 |
94 |
2.2 |
2.8 |
39 |
|
Sokang |
1.1 |
4.0 |
3.7 |
0.22 |
0.21 |
81 |
1.8 |
3.2 |
68 |
|
Jangki |
1.2 |
5.1 |
3.4 |
0.24 |
0.18 |
68 |
2.2 |
3.5 |
84 |
|
Jonam |
1.1 |
5.6 |
4.4 |
0.26 |
0.23 |
90 |
2.1 |
3.1 |
65 |
|
Hoseo |
1.7 |
6.2 |
4.6 |
0.21 |
0.16 |
58 |
1.9 |
3.1 |
58 |
|
Sowhang |
1.2 |
5.2 |
3.9 |
0.24 |
0.20 |
77 |
1.8 |
3.1 |
55 |
|
Keumjung 1 |
1.8 |
10.7 |
3.5 |
0.29 |
0.10 |
23 |
2.4 |
2.5 |
26 |
|
joongmo 3005 |
2.5 |
8.3 |
3.8 |
0.20 |
0.07 |
6 |
1.6 |
1.9 |
6 |
|
Danmi
2 |
2.9 |
6.3 |
3.8 |
0.13 |
0.04 |
3 |
1.3 |
1.5 |
3 |
|
Yunpoong |
2.7 |
11.2 |
6.1 |
0.23 |
0.14 |
45 |
2.3 |
3.1 |
52 |
|
Milyang
242 |
2.0 |
6.5 |
3.8 |
0.19 |
0.10 |
26 |
2.1 |
2.1 |
10 |
|
PI416937 |
2.0 |
6.1 |
5.6 |
0.18 |
0.17 |
65 |
1.6 |
3.5 |
87 |
|
|
Mean |
2.0 |
7.3 |
4.6 |
0.22 |
0.15 |
|
2.1 |
2.9 |
|
|
Std |
0.7 |
1.9 |
1.0 |
0.05 |
0.06 |
|
0.3 |
0.6 |
|
|
Min |
0.8 |
4.0 |
3.2 |
0.13 |
0.04 |
|
1.3 |
1.5 |
|
|
Max |
3.2 |
11.2 |
6.7 |
0.32 |
0.26 |
|
2.8 |
4.0 |
|
건물의 크기가 크고 물 요구량이 많은 콩 품종의 건물생산 속도 및 효율성이 높을 것이라는 가정 하에서, 물 요구량에 대한 상대생장율 및 수분이용효율과의 관계를 분석하였다 (Fig.
3B와 B). 흥미롭게도 콩 30개 품종의 요구량에 대한 상대생장율 및 수분이용효율의 관계는 대조구에서는 무상관 이었으며, 한발처리구에서는 약한 상관성을 보였다. 이는 포
장용수량 50% 이상의 토양수분조건에서는 콩의 상대생장율 과 수분이용효율이 물 요구량, 즉 관개량에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 하지만, 한발조건 즉, 25%의 포장요수 량의 조건에서는 상대생장율과 수분이용효율이 물 요구량에 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 상대생장율과 수분이용 효율이 높은 특성이 토양수분의 변화 특히, 한발조건에서 적 응하는 중요한 생리적 형질임을 제시하였다.
Fig. 3.Relationship among the dry weight (A), the relative growth rate (B), the water use efficiency (C) and the amount of irrigation for 30 soybean cultivars.
콩 30품종의 상대생장율과 수분이용효율은 대조구와 한발 처리구 모두에서 고도의 정의 상관을 보였다(Fig.
4). 즉, 상 대생장율이 높은 품종이 수분이용효율이 높았으며, 수분이용 효율이 높은 품종이 상대생장율이 높다는 중요한 콩의 수분 특성을 제시하였다.
Fig. 4.Relationship between the relative growth rate and the water use efficiency for 30 soybean cultivars.
한국 콩 29품종의 물 소모량에 대한 수분이용효율 산정
한국 콩 29품종에 대한 토양수분조건을 달리하였을 때, 대 조구와 한발처리구에서의 수분이용효율을 결정하였다(Table
2, Fig.
5A). 30개 품종의 평균 수분이용요율은 대조구(포장 용수량의 50%)에서 2.1 g/L를, 한발처리구(포장용수량의 25%) 에서 2.9 g/L를 보여, 한발시 콩의 수분이용효율이 향상되었 음을 제시하였다(
Hufstetler et al. 2007). 이는 콩의 수분이용 효율 특성은 토양의 수분조건에 따라 변하는 특성임을 지적 하였다.
Fig. 5.Water use efficiency (A) and index (B) of 30 soybean cultivars.
수분이용효율의 품종 간 변이도 결정되었다. 대조구에서는 금강콩이 2.8 g/L로 가장 높았으며, 한발처리구에서는 단백콩 이 4.0 g/L로 가장 높았다. 미국의 대표적인 내한발성 품종인 PI416937의 경우, 대조구에서는 1.6 g/L로 전체 30개 품종 중 6% 분위로 매우 낮았으나, 처리구에서는 3.5 g/L로 전체 30개 품종 중 87% 분위로 향상되어, 내한발성 특성을 나타내었 다(
Mian et al. 1996). 한발처리구에서 수분이용효율이 PI416937 보다 높은 한국 콩 품종은 대풍콩(3.8 g/L), 단백콩(4.0 g/L), 금강콩(3.8 g/L)이었다.
대조구에 대한 한발처리구의 수분이요효율지수를 산정한 결과(Fig.
5B), 30개 품종의 평균 수분이요효율지수는 141% 로 나타났다. 이는 포장용수량 25%의 수분스트레스 하에서 수분이용효율이 약 40% 향상됨을 의미하였다. 특이한 결과 는 PI416937의 경우, 한발 조건에서 225%의 수분이용효율 지수를 보여 다른 29개 품종보다 월등히 높았다. 한국 콩 품 종 중 수분이용효율지수가 높은 품종은 대풍콩(171%), 단백 콩(165%), 소강콩(181%), 소황콩(173%)이었다.
적 요
본 연구는 한국 콩의 물 소모량에 대한 수분이용효율 산정 을 위하여, 한국에서 육성된 우량품종 29개와 미국의 대표적 인 내한발 품종인 PI416937을 대상으로 토양수분함량 조건 을 대조구(최대 포장용수량의 50%)와, 한발처리구(최대 포장 용수량의 25%)로 달리 하였을 때, 콩 30품종에 대한 처리 14 일 후의 물 소모량, 건물중, 상대생장율을 이용하여 수분이용 효율을 산정하였다. 콩 30 품종의 영양생장기 후반 기간 동안 요구되는 하루 당 콩 한 개체의 평균 물 소모량은 대조구에서 는 183 mL/plant/day로, 한발처리구에서는 64 mL/plant/day 이었으며, 콩 영양생장기간 중 포장용수량 25%의 한발 시, 콩이 가용할 수 있는 토양수분량은 포장용수량 50% 대비 약 63%가 감소하였으며, 30개 품종의 평균 건물생산량이 약 37% 감소하였다. 콩 30품종의 물 소모량은 한발처리 후 건물 중과 고도의 정의 상관을 보였으며, 상대생장율과 수분이용효 율과는 한발처리구에서만 약한 상관성을 보였다. 콩 30품종 의 상대생장율과 수분이용효율은 대조구와 한발처리구 모두 에서 고도의 정의 상관을 보여, 상대생장율이 높은 품종이 수 분이용효율이 높으며, 수분이용효율이 높은 품종이 상대생장 율이 높은 콩의 수분특성을 제시하였다. 30개 품종의 평균 수 분이용효율은 대조구에서 2.1 g/L를, 한발처리구에서 2.9 g/L 를 보여, 한발 시 콩의 수분이용효율이 향상되었음을 제시하 였다. 한발처리구에서 수분이용효율이 PI416937(3.5 g/L)보 다 높은 한국 콩 품종은 대풍콩(3.8 g/L), 단백콩(4.0 g/L), 금 강콩(3.8 g/L)이었다.
사 사
본 연구는 농촌진흥청 아젠다 사업 (과제번호: PJ009222012014) 의 지원에 의해 수행되었다.
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