서 언
절화 장미는 절화 화훼류의 주요 수출품목 중 하나로 2015 년 약 740톤, 320만 달러의 규모이며 주로 일본으로 수출이 이루어지고 있다(KATI 2015). 절화 장미는 수확 후 품질이 수 분균형에 의해 영향을 받으므로(Mayak and Halevy 1974) 수 출과 같은 장기유통에는 건식유통보다는 수송 중에도 수분을 공급하는 습식유통이 많이 이용된다. 그러나 이러한 방식은 재배 및 선별 중에 Botrytis cinerea에 감염된 절화 장미가 컨테이너 내의 높은 습도에 의해 병징이 나타나기 쉬워 (Hammer 1988) 수출 중 문제가 된다. 이를 방제하기 위해 재 배 중 약제 살포가 이루어지나 처리 시 화기가 닫혀있거나 다 음 약제 살포가 이루어지기 전에 채화되기도 하는 등 그 효과 는 제한적이며(Elad and Volpin 1991), benzimidazole계와 dicarboximide계 살균제 등을 반복 사용했을 때 약제저항성 균의 발생으로 효과가 감소되기도 한다(Elad 1988).
열처리는 원예산물의 저장 및 유통 중 부패를 억제하기 위해 이용되는 환경친화적인 처리 방법 중 하나로(Ben-Yehoshua 2005) 작목별로 주요 병해를 방제하기 위한 효과적인 열처리 방법이 연구되고 있다. 그 중 B. cinerea를 제어하기 위해 키 위는 46°C hot water에 15분 침지(Cheah et al. 1992), 딸기는 45°C hot air에서 3시간(Vicente et al. 2002), 토마토는 52°C hot air brush로 15초(Fallik et al. 2002) 처리와 같이 작목의 특성에 따른 효과적인 열처리 방법과 조건을 설정하여 보고한 바 있다. 열처리 방법 중 열수처리(hot water)는 hot air에 비 해 열전달 효율이 높은 매체로서(Shellie and Mangan 1994) 처리 시간이 단축되어 현장 적용이 쉽고 처리 후 작물의 품질 저하가 크지 않아 상업적으로 가장 많이 활용되는 방법이다 (Ben-Yehoshua 2005). 화훼에서 열수를 이용한 수확후 처리 는 수출 시 문제되는 해충을 제어하기 위해 연구되었으며 red ginger flower, Alpinia purpurata(Vieill.)K. Schume의 경우 49°C에서 5 ~ 12분간 침지로 제어되었다고 보고되었다(Hara et al. 1997). 그러나 화훼의 잿빛곰팡이병 억제를 위한 열처 리 실험은 거의 수행된 바가 없어, 본 연구에서는 장미의 습식 유통 중 부패억제를 위한 열수침지의 효과를 확인하고 열수온 도 및 침지시간에 따른 열 손상 및 생리특성 변화 등을 분석 하여 현장적용이 가능한 기술을 개발하고자 하였다.
재료 및 방법
식물 재료
실험에 이용된 식물은 2015년 8월 전북 전주 부근의 농가 에서 양액재배로 생산된 스탠다드 절화 장미 ‘Antique Curl’이 며, 실험 당일 오전에 개화 정도를 상업적 수확단계로 균일하 게 수확하여 습식유통 방식으로 1시간 이내로 실험실로 옮겨 와 실험을 실시하였다.
잿빛곰팡이 포자의 균사 생장에 미치는 열수침지 영향 (in vitro)
열수침지 처리에 따른 잿빛곰팡이 병원균의 감수성 평가를 위해 대상 병균인 B. cinerea의 열수 온도 40, 50, 60, 70°C에 서 침지시간 10, 20, 40, 60, 90초에 따른 균사 생장을 조사하 였다. 실험에 이용된 균주는 장미 공동선별장에서 발생된 잿 빛곰팡이 이병개체를 이용하여 균주를 분리하고 PDA 배지에 서 포자를 증식하여 활용하였다. 증식된 포자는 3차 증류수를 이용하여 포자 현탁액을 만들고 농도 1×105spores·mL-1로 조정하여 이용하였다. 침지처리는 Elad and Volpin(1991)의 실험방법을 참고하여 전도율이 높은 초자기구에 각 처리 온 도의 증류수를 넣고 포자현탁액을 섞는 방식으로 수행하였 다. 포자현탁액 50μL에 각 온도로 맞춘 멸균수 2,950μL를 넣 어 처리하고 침지시간이 끝나면 얼음물에 넣어 처리를 종료 하였다. 처리가 완료된 포자 현탁액은 PDA 배지 정 중앙에 5 μL를 떨어뜨리고 뚜껑을 덮은 뒤 온도 20°C 배양기에서 암 조건으로 배양한 후, 배양 4일과 5일째 균사 생장을 측정하였 다. 균사 생장 억제율은 배양 4일째에 다음과 같은 식에 따라 계산하였다.
균사 생장 억제율(%) = (1 – 처리구의 균사 생장량/무처리구의 균사 생장량) × 100
열수의 침지시간과 균사 생장 억제율과의 관계를 설명하기 위해 비선형 회귀분석(nonlinear regression method)를 실시 하였고(SigmaPlot 11.2, Germany), 지수함수 형태의 회귀모형 y = a(1-e-bx)를 이용하였다.
열수침지가 꽃잎의 조직 손상에 미치는 영향
열수온도 및 침지시간에 따른 꽃잎의 조직 손상 정도를 확 인하기 위해 전해질용출률을 조사하였다. 열수온도는 45, 50, 55, 60°C, 침지시간은 20, 40, 60초로 하였고, 꽃봉오리를 열 수에 넣고 부드럽게 상하로 흔들어 주었다. 침지처리 후 25°C 에서 1일을 경과한 뒤 전해질용출률을 분석하였다. 전해질용 출률은 꽃잎을 지름 1cm의 코르크보러를 이용하여 일정한 크 기로 도려낸 뒤 총 10장의 꽃잎 디스크를 팔콘튜브에 넣고 3 차 증류수 20mL을 넣어 진탕배양기(HSSI-160, Sinan Science Industry, Korea) 160rpm으로 18시간 처리하였다. 그 다음 conductivity(Orion Star A211, Thermo Scientific Orion, USA) 를 이용하여 초기전도도를 측정하고 autoclave(DA-80A, Dasol Scientific, Korea)를 이용하여 121°C에서 20분 처리 후 진탕배양기 160rpm으로 18시간 처리한 뒤 최종전도도를 측정 하였다. 전해질용출률은 아래와 같은 식으로 환산하였다.
전해질용출률(%) = (초기 전도도 측정치 – 3차 증류수 전도 도 측정치)/(최종 전도도 측정치 – 3차 증류수 전도도 측정 치) × 100
열수침지의 절화 장미 잿빛곰팡이병 발생 억제 효과 (in vivo)
절화 장미의 잿빛곰팡이병 발생 억제를 위한 열수침지의 효과를 검증하기 위해 B. cinerea를 인위로 접종한 장미 시 료를 이용하여 꽃봉오리를 직접 열수에 침지하였다. 병균의 접종은 포자현탁액을 농도 1×106spores·mL-1 (1차 실험), 1×107spores·mL-1 (2차 실험)로 희석하여 꽃봉오리에 미세한 입자로 5mL 분무하여 접종하였고 선풍기를 이용하여 1시간 동안 건조하였다. 열수 온도와 침지 시간은 1차 실험에서 40, 50, 60, 70°C에 각 10, 20, 40, 60, 90초, 2차 실험에서 45, 47, 50, 53, 55°C에 각 10, 20, 40, 60초로 하였다. 절화는 열수침 지 후 선풍기를 이용하여 외부로 보이는 꽃잎이 다 마를 때까 지 건조한 다음 산소투과도가 20,000cc/m2·day·atm인 30μm OPP필름에 장미시료를 넣어 고무줄로 느슨하게 고정하여 온 도 21 ± 1°C, 상대습도 95% 이상의 환경이 되도록 하였다. 잿 빛곰팡이병의 병반이 나타나고 병반에서 균사가 생장하기 시 작할 때 부패정도를 분석하였으며 본 실험에서는 약 5일 동안 발병을 유도시킨 후 꽃잎에 진행된 부패정도를 부패지수로 분 석하였다. 부패지수는 화기의 전체면적 중 병반이 진행된 면 적으로 부여하였으며 병반면적 0 = 전혀없음, 5 = 0 ~ 5%, 10 = 6 ~ 10%, 20 = 11 ~ 20%, 30 = 21 ~ 30%... 100 = 91 ~ 100%로 하였다.
절화 장미의 생리적 특성 변화
열수침지 처리가 절화 장미의 생리적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 호흡량, 흡수량, 증산량, 생체중 및 절화수명을 조사하였다. 장미 시료는 실험실로 옮겨온 직후 절화의 줄기 를 50cm 길이로 물속에서 재절단하고 잎은 상부에 총 9매를 남기고 하부측 엽을 모두 제거하였다. 열수침지는 열수온도 45, 50, 55°C에서 20초간 처리하였고, 물에 침지하지 않은 대 조구와 상온수(24°C) 침지 처리구를 추가하였다. 호흡량은 부 피 7,350 mL의 밀폐용기에 절화 5본씩 넣고 2시간 보관 후 용 기내부에 축적된 가스를 1mL 주사기로 채취하여 gas chromatography(450-GC, Varian, Harbor City, CA, USA)에 주입하여 분석하였다. Detector는 thermal conductivity detector(TCD), column은 active carbon(60/80mesh)으로 충 진된 packed column을 사용하였으며, 분석조건은 injector 110°C, oven 70°C, detector 150°C로 설정하였다. 절화의 생체 중은 절화를 유리병에 꽂을 당시의 최초 생체중에 대한 백분 율로 나타냈고, 수분균형은 용액 흡수량에서 증산량을 뺀 값 으로 하였다. 용액 흡수량은 전날의 용기와 용액 무게에서 당 일의 무게를 뺀 후 자연증발량을 뺀 값으로 하였고, 증산량은 용기와 용액 무게에 절화 무게를 합한 다음 자연증발량을 빼 서 산출하였다. 절화수명은 꽃목이 굽거나 꽃잎이 시들거나 잎이 마르는 때로 정하였다.
통계처리
전해질용출률은 처리당 3반복, 호흡량은 4반복, 증산량, 흡수량 등과 같은 절화수명 관련 실험은 5반복, 부패율 실험 은 처리당 9반복으로 분석하여 평균값과 표준오차(standard error)로 나타냈고, 실험결과의 통계처리는 SAS 프로그램 version 11.2 (SAS Institute, Cary, NC, USA)을 사용하여 분산 분석 (ANOVA)을 하였다. 처리간 유의차 검증은 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 5% 수준에서 검증하였다.
결과 및 고찰
잿빛곰팡이 균사 생장에 미치는 열수침지 영향 (in vitro)
잿빛곰팡이 포자의 균사 생장에 미치는 열수의 온도와 침지 시간을 확인하고자 열수온도 40, 50, 60, 70°C에서 10, 20, 40, 60, 90초간 침지하였다. 그 결과 Table 1에서 보는 것과 같이 24°C에 침지한 대조구는 잿빛곰팡이 배양 5일째에 petri dish 의 가장자리까지 균사가 완전히 생장하였으나 열수온도 60°C 이상에서는 균사 생장이 전혀 나타나지 않아 포자가 사멸한 것으로 판단되었다. Barkai-Golan and Phillips(1991)는 병원 균의 열에 대한 저항성이 병원균의 종류에 따라 다양하다고 하였으며 그 중 B. cinerea는 상대적으로 열에 민감하다고 하 였다. 또한 Porat et al.(2000)은 Penicillium digitatum을 이용 한 열수침지 실험에서 56°C 20초까지는 부분적으로 생장을 억 제하였으나 59°C 또는 62°C에서는 10초 또는 15초에도 완전 히 억제되었다고 보고하여 본 실험의 B. cinerea의 경우와 유 사하였다. 반면, 열수온도 40°C에서는 침지시간 90초까지도 균사 생장을 억제하지 않았으며, 열수온도 50°C에서는 침지 시간별로 균사 생장 정도에서 차이를 나타내었다. 이는 병원 균의 생장 억제효과는 열처리 온도와 처리시간 두 조건의 영 향을 모두 받는다고 한 바(Couey 1989), 40°C의 온도는 90초 내에서는 전혀 병원균의 생장을 억제하지 않는 것으로 판단되 고, 50°C는 처리 시간이 병원균 생장 정도에 직접적인 영향을 미치는 것으로 생각되었다. 열수온도 50°C에서 침지 4일 후 침지시간에 따른 균사 생장 억제율은 Fig. 1과 같다. 침지시간 이 길어질수록 균사 생장이 효과적으로 억제되었고, 40초 침 지 시 대조구에 비해 75.8% 억제되었다. 회귀분석 결과, B. cinerea 균사 생장을 50% 억제하는 침지시간은 22.8초로 나타 났으며, 90초 이상에서는 균사 생장이 100% 억제되었다. 병원 균이 사멸하지 않은 경우 열처리의 병원균 생장 억제효과는 오래 지속되지 않으며 일시적으로 멈추었다가 다시 생장을 재 개한다고 하였는데(Dettori et al. 1996; Nafussi et al. 2001), 50°C의 경우 침지처리 시간이 길수록 B. cinerea의 생장이 지 연되었으며, 결론적으로 억제효과를 나타냈다.
열수침지가 꽃잎의 조직손상에 미치는 영향
열수의 온도와 침지시간이 꽃잎의 조직손상에 미치는 영향 을 확인하기 위해 열수침지 처리 후 꽃잎의 전해질용출률을 분석하였다(Fig. 2). 전해질용출률은 주로 식물의 저온장해의 정도를 파악하기 위해 측정되었는데(Kang et al. 2002), 그 수 치는 조직의 손상정도를 나타내어 조직의 안정성과 더 나아가 미생물에 대한 안정성을 추측할 수 있는 근거가 될 수 있다. 대조구의 전해질용출률은 19.0%였고, 열수온도 45°C는 침지 시간에 따라 18.1 ~ 19.2%, 50°C는 18.5 ~ 20.5%, 55°C는 20.3 ~ 21.0%로 온도가 높을수록 전해질용출률이 높아지는 경향이었으나 그 차이는 미미하였고 대조구와 비교해도 유의 적인 차이를 발견할 수 없었다. 그러나 열수온도 60°C는 전해 질용출률이 21.7 ~ 28.8%로 침지시간에 따라 급격하게 증가 하여 조직의 손상이 급성으로 진행되었음을 추측할 수 있었 다. 본 실험에 이용된 장미 품종은 ‘Antique Curl’이었는데, 예 비실험에서 ‘Ice Wing’ 품종으로 실험하였을 때는 55°C 40초 침지 처리구에서도 대조구에 비해 유의하게 높은 전해질용출 률을 나타낸 바(data not shown) 이를 종합하여 볼 때 열수온 도 60°C는 꽃잎의 조직에 치명적인 손상을 초래하고, 그 이하 의 온도에서는 품종, 작물의 영양상태 및 열수 침지시간에 따 라 조직손상의 정도에 차이가 있을 것으로 판단된다.
열수침지에 의한 절화 장미 잿빛곰팡이병 발생 억제 (in vivo)
잿빛곰팡이 포자를 접종한 절화 장미를 이용하여 열수침지 처리가 잿빛곰팡이병 발생 억제에 미치는 효과를 검정한 결과 는 Fig. 3에 나타내었다. 1차 실험에서 열수온도 40, 50, 60, 70°C에서 침지시간 10, 20, 40, 60, 90초간 실시하였을 때, 침 지처리를 하지 않은 대조구는 부패지수가 50.0이였고 상온수 인 24°C에서 40초 침지한 처리구는 75로 증가하였다(Fig. 3. A). 열수온도 40°C는 10 ~ 40초 침지의 경우 55.0 ~ 65.0로 대조구에 비해 다소 높았고, 60 ~ 90초 침지 처리는 35.6 ~ 40.0로 대조구에 비해 다소 낮은 경향을 보였다. 열수온도 5 0°C의 경우 침지 20초 처리부터 부패지수가 5.0 ~ 14.0로 유 의하게 감소하여 대조구에 비해 72 ~ 90%의 방제효과를 나타 내었다. 열수온도 60°C는 침지 10초에도 부패지수가 78.8로 급격히 증가하였고, 침지 40초부터는 100, 70°C는 모든 침지 처리구가 100의 부패지수를 나타내었다. B. cinerea 포자를 이용한 균사 생장 실험에서 온도 60°C 이상에서는 포자가 완 전히 사멸하였으나, 실제 절화 장미에 적용하였을 때는 60°C 의 열수온도는 꽃잎 조직 또한 손상되어 꽃잎이 탈색되며 고 사하였고 잿빛곰팡이와는 다른 양상의 곰팡이균이 빠르게 번 식되는 것이 관찰되었다. 열처리의 부패억제 효과는 직접적으 로 병원균에 충격을 주어 생장을 24 ~ 48시간 동안 일시적으 로 멈추게 함과 동시에 간접적으로 작물의 병원균에 대한 저 항 메카니즘(resistance mechanism)을 유도하여 나타나는 복 합적인 작용이라고 하였다(Ben-Yehoshua 2005). Nafussi et al.(2001)은 레몬을 이용한 열수침지의 부패억제 실험에서 포 자에 직접적으로 열처리를 실시한 뒤 과실에 접종한 경우 무 처리에 비해 부패가 2일 정도 지연되는 효과만 있었으나, 과 실에 포자를 접종한 뒤 과실자체를 열처리한 경우 부패억제 효과가 지속되는 결과를 보이며, 열처리의 작물에 대한 저항 성 유도 반응에 대해 보고하였다. 본 실험에서도 in vitro 실험 에서 열수온도 40°C는 90초 처리까지 병원균의 생장에 전혀 영향이 없었으나, in vivo 실험에서 처리 시간이 길수록 부패 정도가 다소 낮아진 점과 50°C처리에서 in vivo 실험의 부패 억제 정도가 in vitro 실험보다 높은 경향이라는 점을 보았을 때, 열처리가 단순히 병원균의 생장억제로 인한 효과가 아니 라 장미의 저항성이 높아진 복합적인 작용으로 유추할 수 있 는데, 자세한 작용기작에 대해서는 좀 더 구체적인 연구가 필 요하다.
2차 실험에서는 효과가 없었던 열수온도 40°C 이하와 60°C 이상의 온도를 제외하고 45 ~ 55°C에서 범위를 세분화하여 수 행하였다(Fig. 3. B). 대조구의 부패지수는 64.4였고 45 ~ 5 5°C 온도의 열수침지처리는 모두 대조구보다 부패면적율이 낮 은 경향을 보였다. 부패지수 20 이하를 기준으로 부패억제 효 과가 있는 침지처리구를 선발하였을 때, 열수온도 45°C와 4 7°C는 침지시간 60초에서 부패억제 효과를 나타냈고, 50°C는 전반적으로 가장 높은 효과를 보였으며 53°C 이상에서는 50°C 에 비해 효과가 감소되었다. 이와 같이 53°C 이상의 온도에서 부패면적이 다소 높고 온도와 시간에 따른 부패억제 효과가 일정하지 않은 경향을 보이는 것은, 전해질용출률 실험에서 비록 열수온도 55°C가 대조구보다 높은 경향이었으나 유의적 인 차이가 없어 조직의 손상이 없었을 것으로 판단하였으나 열수온도 60°C와 같이 급성적으로 조직손상이 나타나지 않았 어도 잿빛곰팡이 발병을 유도하는 기간동안 서서히 조직의 손 상이 진행되었을 가능성을 생각해볼 수 있다. 또한 그 조직 손상의 정도는 작물의 품종 및 영양상태 등에 따라 달라질 것 으로 생각된다. 품종 ‘Ice Wing’을 이용한 예비실험에서도 같 은 경향을 나타내었는데, ‘Ice Wing’의 경우 45, 47°C에서는 60초까지도 부패억제 효과가 미미하였고, 50°C에서 가장 높은 효과를 보였으며 53°C부터 다소 부패면적이 높아졌고 55°C는 20초부터 대조구 부패면적의 3배 이상으로 급격히 높아졌다 (data not shown). 결론적으로 열수침지 처리를 실제 절화 장 미에 적용하였을 때, 열수의 온도와 시간이 장미 조직 손상에 영향을 미치지 않는 수준일 때 그 효과가 극대화되며, ‘Antique Curl’에서는 50°C 20 ~ 90초 처리가 잿빛곰팡이병 발생 억제 에 효과적인 것으로 판단된다.
열수침지 처리에 따른 절화 장미의 생리적 특성 변화
장미의 호흡량은 채화 당일 가장 높고 시간이 경과할수록 꾸 준히 감소하였다(Table 2). 열수침지 처리 후 20°C에서 품온이 안정화되고 난 뒤 측정한 호흡량은 239.7 ~ 257.0mL·kg-1h-1 로 처리구별로 유의한 차이를 나타내지 않았다. 그러나 1일 경과 후부터 열수처리구는 대조구에 비해 높은 호흡량을 유지 하다가 9일이 경과하였을 때 대조구와 유사한 호흡량을 나타 내었다. 물 침지 자체가 호흡량에 미치는 영향을 확인하기 위 해 추가한 상온수 24°C 처리구는 저장기간 동안 대조구와 전 혀 호흡량 차이를 나타내지 않았고, 열수 처리구의 높은 호흡 량은 온도처리에 의한 반응임을 확인할 수 있었다.
절화의 흡수량, 증산량, 생체중 및 절화수명은 Fig. 4와 같 다. 절화수명 분석기간 중 흡수량과 증산량은 대조구가 가장 높은 경향을 유지하였고, 상온수 처리구는 대조구에 비해 다 소 낮은 경향이었으나 유의적인 차이는 없는 것으로 확인되었 다. 열수침지 처리구는 대조구에 비해 유의하게 낮은 흡수량 과 증산량을 유지하였고, 그 중 55°C 20초 처리구가 대조구와 가장 큰 차이를 보였다. 생체중은 대조구보다 열수처리구가 낮은 경향이었고 대조구는 4일 경과 후부터 생체중이 감소하 기 시작하였는데 열수처리구는 6일 경과 후부터 감소하였다. 절화수명은 대조구가 24.2일로 가장 길었고 열수침지 처리구 가 그보다 짧은 경향을 나타내고 그 중 55°C 20초 처리가 22.4일로 대조구에 비해 약 1.8일 짧았다. Hara et al.(1993)은 검역을 위해 실시한 극락조화의 열처리에서 49°C 열수의 10분 침지처리 후 절화수명이 1 ~ 2일 정도 감소하였고 이는 처리 시 화훼의 개화단계에 따라 다르다고 보고한 바 있다. 본 실 험에서는 20초의 짧은 침지시간임에도 55°C의 높은 열수 온도 에서는 절화수명에 영향이 있는 것을 확인하였고, 이는 품종, 개화단계 등에 따라 다소 차이가 있을 것으로 생각된다. 열수 침지 처리는 열수 온도 및 침지시간에 따라 절화 장미의 호흡 량을 증가시키고 흡수량, 증산량 및 생체중을 낮추는 등 생리 적인 변화가 관찰되지만, 50°C 이하의 20초 처리에서는 그 변 화가 미미하여 절화수명에는 크게 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다.
이상의 결과로부터 열수침지 처리는 장미 품질의 손상 없이 잿빛곰팡이병 발생을 억제하는데 효과적인 살균기술로 활용 될 수 있을 것으로 기대되며 효과를 극대화하기 위한 약제와 의 병용처리 기술과 현장접목을 용이하게 하기 위한 처리 후 화기의 건조기술에 대한 연구가 더 필요할 것으로 생각된다.
