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서 언

 규소(Si)는 식물의 필수원소로 분류되지는 않지만, 규소를 첨가하여 재배한 식물은 생물적 또는 비생물적 스트레스에 대한 저항성이 증가되고, 식물의 강도를 높여 식물체를 직립하게 하여 광합성 효율을 증진시킨다(Epstein 1999; Ma 2004). Matoh et al.(1986)에 의하면 벼 재배에서 규소를 배양액에 첨가하면 염류장해에 대한 식물체의 저항성을 증가시키며 작물의 내건성을 증진시켰다. 또한 배지에 첨가한 규산질 비료가 국화 삽수의 발근과 생장에 효과적이었고(Moon et al. 2008), 칼랑코에와 카네이션의 배지에 첨가한 규산질 비료가 식물체의 잎을 조밀하게 한다(Bae et al. 2010)고 보고되었다. Sivanesan et al.(2011)은 규소를 배지에 첨가하여 약용식물인 Cotoneaster wilsonii의 조직배양시 발생하는 유리화 현상을 억제하여 고품질 식물의 대량생산에 도움이 되었다고 보고하였다.

 흰가루병(Sphaerotheca pannosa var. rosae)은 장미재배시 많이 발생하며, 장미의 상업생산에 있어 아주 심각한 문제이다(Pasini et al. 1997). 규소는 특히 양액재배에서 식물의 흰가루병을 예방하는데 효과가 있는 것으로 알려져 있다. Menzies et al.(1992)에 의하면 오이, 머스크멜론, 쥬키니호박과 같은 박과식물 재배시 규소를 배양액에 첨가하거나 엽면살포하면 흰가루병을 방제하는데 효과가 있었다. 또한 벼의 뿌리와 잎에 규소를 처리 시 주로 규소가 근권부에 의해 흡수되기 때문에 뿌리에 규소를 적용한 것이 흰가루병 방제에 효과적이었다(Guevel et al. 2007).

 Miyake and Takahashi(1978)가 몇 가지 원예작물의 수경재배에서 규소를 첨가하지 않았을 때 규소 결핍현상이 나타난다고 보고한 후 원예작물에의 규소 시용효과에 대한 연구의 필요성이 증가하였지만 아직까지 원예작물에서 규소의 영향에 관한 연구는 미미하다. 또한 규소의 효과는 오이, 멜론 등과 같은 채소작물이나 밀, 벼 등에서 병충해에 대한 저항성을 높였다는 보고는 있었으나, 화훼작물에 관한 규소의 효과는 부족한 실정이다.

 따라서 저면관수와 엽면살포 처리한 2가지의 규산염(K₂SiO₃, Na₂SiO₃)이 분화장미의 생육과 흰가루병 발생에 미치는 영향을 알아보고자 본 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

 2010년 10월 6일에 10cm 화분당 4주씩 삽목하여 10월 31일에 1차 적심이 완료된 분화장미(Rosa hybrida L.)를 전라북도 임실군에 위치한 분화장미 농가에서 2010년 11월 1일에 구입하였다. 실험품종으로는 흰가루병에 저항성을 가지는 ‘Apollo’ 품종과 흰가루병에 민감성을 가지는 ‘Remata’을 사용하였다. 구입한 분화장미는 2010년 11월 5일에 경상대학교 원예생산공학 실벤로온실의 저면관수베드에 15cm × 15cm의 재식밀도로 완전 임의배치 하였고, 순환식 저면관수시스템을 이용하여 양액을 공급하였다. 배양액은 다용도액비[Ca(NO₃)₂ ·4H₂O 767.0mg · L^-1, KNO₃ 343.4mg ·L^-1, KH₂PO₄ 163.2mg ·L^-1, K₂SO₄ 43.5mg ·L^-1, MgSO₄ ·7H₂O 246.0 mg · L^-1, NH₄NO₃ 80.0mg · L^-1, Fe- EDTA 15.0mg · L^-1, H₃BO₃ 1.40mg · L^-1, NaMoO₄ · 2H₂O 0.12mg · L^-1, MnSO₄ · 4H₂O 2.10mg · L^-1, ZnSO₄ · 7H₂O 0.44mg · L^-1]를 사용하였다. 규산염은 저면관수법, 엽면살포법, 또한 저면관수 + 엽면살포법으로 공급하였다. 저면관수법으로는 control(다용도액비), 다용도액비 + Si(K₂SiO₃) 50mg · L^-1, 다용 도액비 + Si(K₂SiO₃) 100mg · L^-1, 다용도액비 + Si(Na₂SiO₃) 50mg · L^-1, 다용도액비+Si(Na₂SiO₃) 100mg · L^-1를 공급하였다. 엽면살포법은 저면관수로 다용도액비를 공급하면서 증류수(대조구), K₂SiO₃ 50, 100mg·L^-1, 또는 Na₂SiO₃ 50, 100mg · L^-1 를 분무기로 엽면살포하였다. 또한 엽면살포는 3일 간격으로 한 개체당 5mL의 용액을 잎의 앞면과 뒷면이 충분히 젖도록 분무하였다. 저면관수 + 엽면살포법은 위의 두 가지 방법을 혼합하여 처리하였다. 각 처리로 추가된 규산염으로 인해 증가된 이온들은 조절하여 총 이온의 농도를 동일하게 조정하였으며(Table 1), 양액의 pH는 5.8로 조절하였고 EC는 1.6-1.8mS ·cm^-1로 처리하여 94일 동안 재배하였다.

Table 1. Adjusted composition of the nutrient solutions to account for the supplementation of Si from K₂SiO₃ and Na₂SiO₃.

 재배환경은 평균온도를 20℃로 조절하였고, 야간의 저온시에는 나노탄소섬유 적외선난방등[900W, 골든에너지(주)]으로 보온하였다. 개체수는 두 품종의 분화장미를 처리당 6개체씩 3반복으로 배치하였다. 분화장미의 생육은 초장, 초폭, 화수, 흰가루병 발생 지수, 화경장, 그리고 엽록소 형광값(Fv/Fm:maximum quantum yield of photosystem II)를 조사하였다. Fv/Fm는 최근에 펼쳐진 가장 큰 잎을 완전히 암적응 시킨 후 휴대용 chlorophyll fluorometer(PAM-2100, Waltz, Germany)를 사용하여 측정하였 다. 광학현미경(Stemi 2000-C, Carl Zeiss, Germany)을 사용하여 흰가루병이 발생한 식물의 균사를 촬영하였다. 흰가루병은 인위 적으로 병균을 접종하지 않고 자연 발생된 정도를 0-5단계로 나누어 계량화하였다. 흰가루병 발생 지수의 경우 0은 흰가루병이 전혀 발생하지 않은 것, 1은 병반이 1-2개 발생한 것, 2는 병반이 3-4개 발생한 것, 3은 병반이 5-6개 발생한 것, 4는 병반이 식물 체의 절반 이상 발생한 것, 그리고 5는 병반이 식물체 전체적으 로 발생한 것으로 구분하여 나타냈다. 또한 흰가루병의 자연 발생을 조장하기 위해 농약은 전혀 살포하지 않았다.

 실험결과는 SAS(Statistical Analysis System, V. 9.1, Cary, NC, USA)프로그램을 이용하여 Duncan다중검정으로 통계적 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

 규소시용에 따른 분화장미의 생장과 흰가루병 발생 정도는 Fv/Fm을 제외한 초장, 초폭, 화수, 흰가루병 발생 지수, 화경장에서 품종에 따른 차이가 있었다(Table 2). 특히 흰가루병 발생 지수는 병의 민감성 유무에 따라 품종을 선발하였으므로 품종, 규소 적용방법, 규소종류와 농도에 따라 통계적으로 확연한 차이를 보였다. 흰가루병 억제 효과는 초장, 초폭, 화수의 경우 규소 처리방법에 따라 차이가 없었고 화경장과 Fv/Fm에 영향을 미쳤다. 규소종류와 농도는 화경장을 제외한 초장, 초폭, 화수, Fv/ Fm에 확연한 효과를 보였다.

Table 2. Effect of silicon source and application method on growth and development, and incidence of powdery mildew (Sphaerotheca pannosa var. rosae) in potted Rosa hybrida ‘Apollo’ and ‘Remata’.

 ‘Apollo’ 품종은 대조구에 비해 규소처리에서 전반적으로 초장이 감소하였다(Table 3). 또한 저면관수 +엽면살포법으로 Na₂SiO₃ 100mg · L^-1를 처리한 것에서 초장이 11.6cm로 가장 작았다. 초폭은 저면관수+엽면살포법으로 K₂SiO₃ 50mg · L^-1를 처리한 것에서 17cm로 가장 작았으며, 규소 처리방법별로 대조 구에 비해 K₂SiO₃ 처리구에서 초폭이 감소하였다. 이와 같이 규소 처리에 의해 초장이 짧아진 것은 많은 원예작물의 육묘 시 문제가 되고 있는 밀식재배로 인한 도장을 억제하여 보다 안정 적인 건전묘를 생산할 수 있다는 Sivanesan et al.(2010)과 Son et al. (2012)의 실험결과와 일치한다. 화수는 규소처리에 따라 대조구에 비해 감소하였다. 흰가루병은 규소를 저면관수+엽면살포법으로 처리한 것에서 발생지수가 가장 작았고, 규소를 저면관수로 처리한 것은 control(0), K₂SiO₃ 50mg · L^-1, Na₂SiO₃ 100mg · L^-1에서 발생하였다(Fig. 1). 하지만 엽면살포처리에서는 Na₂SiO₃ 50mg · L^-1에서만 흰가루병이 발생하였다. 화경장은 엽면살포법의 대조구에서 15.3cm로 가장 컸다. Fv/ Fm은 저면관수법으로 K₂SiO₃ 50mg · L^-1 처리한 것과 저면관수 +엽면살포법으로 Na₂SiO₃ 50mg · L^-1를 처리한 것에서 약 0.80으로 가장 높았다. 엽록소 형광값(Fv/Fm)은 엽록체의 틸라코이드막에서 방출되는 반응을 수치화한 값으로 식물의 광이용 효율과 직접적으로 관여되는 대사 능력 정도를 간접적으로 보여주는 수치이면서 제2광계(photosystem)의 광화학 반응을 나타내 준다(Lavorel and Etienne 1977). 대부분의 식물에서 건강한 잎의 경우 Fv/Fm 값이 보통 0.83 정도로 보고되어(Choi et al. 2004), 이 값보다 낮을 경우 식물이 스트레스에 노출되었거 나노화가 진전되었다고 할 수 있다. 따라서 K₂SiO₃ 50mg · L^-1와 Na₂SiO₃ 50mg · L^-1처리에 따라 흰가루병 스트레스에 따른 식물체 손상이 완화된 것으로 판단된다.

Table 3. Effect of silicon supplementation on growth and development, and incidence of powdery mildew (Sphaerotheca pannosa var. rosae) in potted Rosa hybrida ‘Apollo’ measured at 41 days after first pinching.

Fig. 1. Effect of silicon supplementation from K₂SiO₃ (A) or Na₂SiO₃ (B) on growth and development, and incidence of powdery mildew in potted Rosa hybrida ‘Apollo’ measured at 41 days after first pinching.

 ‘Remata’ 품종의 초장은 대조구에 비해 저면관수법과 저면관수 + 엽면살포법으로 규소를 처리한 구에서 감소하였으며, 저면 관수 + 엽면살포법의 Na₂SiO₃ 100mg · L^-1처리에서 13.5cm로 가장 작았다(Table 4). 하지만 엽면살포처리에서는 대조구에 비 해 초장이 증가하였다. 초폭은 저면관수법의 경우 대조구에 비해 규소를 처리함에 따라 증가하였으나 엽면살포처리에서는 감소하였다. 저면관수+엽면살포법은 K₂SiO₃ 50mg · L^-1처리만 제외한 모든 처리에서 대조구에 비해 초폭이 증가하였으며, 저면관수 + 엽면살포법의 Na₂SiO₃ 50mg · L^-1처리에서 25.1cm로 가장 컸다. 화수의 경우 저면관수법과 저면관수 + 엽면살포법의 규소처리구에서 대조구에 비해 모든 처리에서 감소하였지만, 엽면 살포법은 Na₂SiO₃ 100mg · L^-1처리만 제외하고 대조구에 비해 증가하였다. 또한 화수는 규소 처리방법별로 K₂SiO₃ 100mg · L^-1, Na₂SiO₃ 100mg · L^-1처리에서 통계적으로 가장 낮아 고농도의 규소처리는 화아형성에 있어 부정적인 영향을 미친것으로 판단된다. 흰가루병에 민감한 ‘Remata’ 품종의 병 발생지수는 전반적으로 규소처리에 따라 대조구에 비해 억제되었다(Fig. 2). 특히 저면관수 +엽면살포법의 Na₂SiO₃ 100mg ·L^-1 처리에서 흰가루병은 전혀 발생하지 않았으나, 저면관수+엽면살 포법의 대조구는 4.2로 병 발생지수가 가장 높았다(Fig. 3). 또한 엽면살포법의 K₂SiO₃ 50, 100mg · L^-1처리와 저면관수+엽면 살포법의 K₂SiO₃ 100mg · L^-1와 Na₂SiO₃ 50mg · L^-1처리에서도 흰가루병 발생이 적었다. 규소는 식물체에서 세포벽의 견고성을 높이고, 세포 사이의 간극과 외층에 축적되어 잎의 크기와 두께, 그리고 단위면적당 건물중을 증가시킴으로써 생물적, 비생물적 스트레스의 저항성을 증가시키는 역할을 한다(Datnoff et al. 2001; Liang et al. 2008; Ma 2004; Pei et al. 2010; Zuccarini 2008). 이와 유사한 결과로 오이의 양액재배시 배지에 규소를 공급하면 오이의 잎 조직이 급속히 규산화되어 흰가루병에 대한 저항성이 증가하고(Samuels et al. 1991) 생육과 수량이 증가하였다(Miyake and Takahashi 1983)는 보고가 있었다. Kanto et al.(2006)은 딸기의 수경재배에서 흰가루병 방제에 CaSiO₃와 Na₂SiO₃에 비해 K₂SiO₃ 처리가 효과적이었다고 보고하였다. 따라서 규소 처리에 의해 흰가루병 발생이 감소되어 식물체의 저항성이 향상된 것으로 생각된다. 화경장은 저면관수법의 K₂SiO₃ 100mg · L^-1처리에서 15.3cm로 가장 컸다. 엽록소 형광은 저면관수법의 K₂SiO₃ 50mg · L^-1처리와 저면관수+엽면살포법의 Na₂SiO₃ 50mg · L^-1처리에서 가장 높았다.

Table 4. Effect of silicon supplementation on growth and development, and incidence of powdery mildew in potted Rosa hybrida ‘Remata’ measured at 41 days after first pinching.

Fig. 2. Effect of silicon supplementation from K₂SiO₃ (A) or Na₂SiO₃ (B) on growth and development, and incidence of powdery mildew in potted Rosa hybrida ‘Remata’ measured at 41 days after first pinching.

Fig. 3. Effect of silicon supplementation on development of hypha of powdery mildew on Rosa hybrida ‘Remata’ observed at 41 days after first pinching: A, On the leaf of the control plant grown with the subirrigational and foliar applications of water; and B, a close-up view in the same treatment.

이러한 결과로 엽면살포법으로 K₂SiO₃를 공급하면 흰가루병에 대한 저항성을 가장 효과적으로 향상시킬 수 있을 것이라 판단된다. 

사 사

 본 연구는 농림수산식품부 농림수산식품기술기획평가원(iPET) 농림기술개발사업의 지원으로 수행되었음.