개화 시 기온 및 상대습도가 참외의 화분발아에 미치는 영향
임경란·서전규*
경북대학교 원예학과
Effect of Air Temperature and Relative Humidity during Flowering on Pollen Germination of Oriental Melon
(Cucumis melo L. var. makuwa Makino)
Kyung Ran Im and Jun Kyu Suh*
Department of Horticulture, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Korea
Abstract. This study was conducted to examine the effect of temperature and relative humidity (RH) that might affect the pollen germination rate and pollen tube length in oriental melon. The experiment was performed using three cultivars namely ‘Mallijangseong’, ‘Ohbokggul’, and ‘Joeundae’ wherein environmental conditions were con- trolled by three different temperatures 15oC, 25oC, and 35oC and also three RH levels 30%, 60%, and 90%. Based on the results in terms of temperature, true to all cultivars, plants exposed to 25oC had the highest pollen germination rate while plants exposed to 15oC had the lowest. Among the three cultivars, ‘Mallijangseong’ had the highest in terms of pollen germination rate, followed by ‘Ohbokggul’, and lastly was ‘Joeundae’ that showed the lowest germi- nation rate. In the case of pollen tube length, pollen exposed under 35oC showed the longest tube length, followed by pollen under 25oC, and pollen under 15oC remarkably had the shortest tube length. Across the three cultivars
‘Ohbokggul’ had the longest pollen tube length. In the case of RH, pollen germination response among three culti- vars depends on the humidity conditions but based on the results, there was no significant differences although high germination rate was observed in highest humidity condition. Between each cultivar, ‘Ohbokggul’ had the lowest pollen germination rate compared with ‘Mallijangseong’ and ‘Joeundae’ after exposure to different RH conditions wherein pollen germination showed significant differences among treatments. The pollen collected under 60% RH had the longest pollen tube length, followed by 30%, and the shortest was under 90% RH. In general, ‘Ohbokggul’
had the longest pollen tube length while ‘Joeundae’ had the shortest among the three cultivars.
Key words : germinability, pollen tube length, relative humidity, temperature
서 론
우리나라에서의 참외 시설재배는 1970년에 2.3%에 불 과하였으나 2010년에는 98.1%로 대부분 시설재배에 의 해 생산되고 있다(KOSIS, 2010).
시설재배에서 외피복만 한 상태에서는 하우스 내의 기 온이 외기와 2~3oC 정도만 차이가 나기 때문에(Koo 등,
1998) 참외 주산지에서의 저온기 온도관리는 주로 부직
포 등의 보온자재를 피복하여 보온재배를 하고 있으며, 또한 전국 참외재배면적의 86.8%를 차지하고 있는 경북 지역의 참외 주산지에서는 정식시기가 점차 앞당겨 지고
있는 실정이다(Shin 등, 1998; Hwang 등, 1999).
이에 따라 재배현장에서는 생육 적온을 유지해 주기 위하여 보온자재의 피복시간이 길어지고 환기가 불충분 함에 따라 저온, 다습 및 일조부족으로 착과 및 생육이 불량하고 품질이 저하하는 등 많은 문제가 발생하고 있 다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 시설환경 개선방 안(Shin 등, 2005; Chun 등 2007; Shin 등 2010)에 대 해 제시하고 있으나 저온기의 착과에는 어려움을 겪고 있다.
이의 개선방안으로 착과제(Chung 등, 2002; Kim 등,
2003)를 활용하는 방안을 제시하고 있으나 발효과 등의
발생이 증가하여 상품과율이 낮아지는 문제점이 있다.
따라서 착과 및 품질향상을 위하여 꿀벌과 같은 방화곤 충을 활용하는 방안이 제시되고 있으나 꿀벌의 활용은 저온기에 착과율이 현저히 떨어지기 때문에 활용에 제한
*Corresponding author: [email protected]
*Received January 14, 2013; Revised January 24, 2013;
*Accepted January 28, 2013
을 받고 있다(Shin 등, 2005).
일반적으로 꿀벌은 14oC 이하에서 외부활동이 격감한 다고 하지만 참외 하우스 내 기온은 일출 후에 급격히 상승하기 때문에 꿀벌의 활동은 오전부터 시작하여 12 시경에 최대에 달한다고 하므로(Lee 등, 2010) 저온기 착과불량은 꿀벌의 활동부족 이외의 요인이 관여하는 것 으로 사료된다.
이상기후 문제에 대해 국내외에서 많은 논의와 연구가 진행되고 있으나 저온과 저 일조 등과 같은 기상이변에 의한 농작물의 피해는 매년 발생되고 있으며, 특히 참외 의 최대 주산지인 성주지역에서는 2010년에 저온 및 저 일조에 의한 착과불량으로 농업재해로 인정받을 정도로 큰 피해를 받았다.
따라서 본 연구는 참외 시설재배의 재배시기가 점차 앞 당겨짐에 따라 착과시기가 저온기에 이루어지는 비율 이 높아질 것으로 예상되므로 이를 대비하여 참외 개화 시의 기온과 상대습도가 화분의 발아에 미치는 영향을 검토하고자 실시하였다.
재료 및 방법
1. 개화 시 기온이 화분발아에 미치는 영향
참외의 파종은 2012년 8월 7일에 ‘만리장성(흥농종묘)’,
‘오복꿀(농우바이오)’ 및 ‘조은대(신젠타)’ 등 3 품종을 72 공 플러그 트레이에 실시하고, 이식은 본엽 3매 전개 시에 직경 15cm의 이색포트에 한 다음 경북대학교 부속 실험실습장 온실에서 관리한 후에 실험에 이용하였다.
개화 시 기온이 화분발아에 미치는 영향을 검토하기 위하여 포트에 이식된 참외를 10월 12일에 15oC, 25oC 및 35oC의 기온과 60%의 상대습도로 각각 설정된 Growth chamber(WGC-1000)에 배치한 후 화분은 개화직후인 10월 14일에 수꽃에서 채취하여 치상하였다. 화분발아용 배지는 1% agar + 10% sucrose + 무기염(H3BO3 50mg · L−1+ MgSO4 200mg · L−1+ KNO3 100mg · L−1+ CaCl2
100mg · L−1)로 조성하여 pH는 6.5로 조정하여 이용하였다.
화분의 치상은 조성한 화분발아용 배지를 지름 6cm의 페트리디시에 5ml씩 분주하여 굳인 후에 하였으며, 발아 실험은 25oC로 조절된 항온기(DF-95MCL)에서 완전임 의 배치 3반복으로 배치하여 실시하였다. 화분의 발아 율 및 화분관의 길이는 줌 실체현미경(OLYMPUS JP/
SZ344361) 및 디지털 카메라(Nikon P100)로 치상 10분, 20분, 30분, 1시간, 2시간, 4시간, 6시간 후에 사진을 촬 영하여 측정하였으며 화분관의 길이 측정은 이미지 분석 프로그램인 iSolution Lite를 이용하였다.
2. 개화 시 상대습도가 화분발아에 미치는 영향 개화 시 상대습도가 화분발아에 미치는 영향을 검토하 기 위하여 포트에 이식된 참외를 10월 21일에 30%, 60% 및 90%의 상대습도와 25oC의 기온으로 각각 설정 된 Growth chamber에 배치한 다음 화분은 개화직후인 10월 23일에 채취하여 치상하였다. 기타 공시재료, 화분 발아용 배지, 화분의 치상 및 측정방법은 상기한 기온실 험과 동일하게 하였다.
결과 및 고찰
1. 개화 시 기온이 화분발아에 미치는 영향
개화당시의 온도조건이 화분발아에 미치는 영향을 구 명하기 위하여 15, 25, 35oC로 나누어 조사한 결과, 저 온조건인 15oC에서 채취한 것이 가장 빨랐다(Fig. 1).
그러나 화분발아의 진행은 시간이 경과함에 따라 25oC에서 채취한 것이 빠른 경향을 보였으며, 화분의 발 아개시가 20분 이상 늦어졌던 35oC에서 채취한 화분도 치상 2시간 후에는 15oC에서 채취한 것에 비해 발아율 이 높았다. Kim과 Park(1991) 등에 의하면 저장화분을 일정기간 실온에서 순화시켜 수정하면 착과율이 양호하 다고 하였는데, 본 실험에 의하면 35oC에서 채취한 화분 의 발아개시가 늦었던 것은 화분립의 온도가 높은데 비
Fig. 1. Changes of pollen germination as influenced by different temperature at flowering of oriental melon cv. Mallijangseong, Ohbokg- gul and Joeundae.
해 상대적으로 낮은 배지의 온도에 치상함에 따라 급격 한 온도변화에 적응되지 못했기 때문으로 생각된다.
Shivanna와 Johri(1985)는 저온은 화분의 기능을 저하 시킨다고 하였는데 본 실험에서도 6시간 후의 최종 발 아율은 처리 간에 큰 차이는 없으나 개화 시 25oC에서 채취한 것이 가장 높고, 15oC에서 채취한 것이 가장 낮 은 경향을 보였다.
재배환경(Shin 등, 2006)에 따라 적합한 품종이 달라 질 뿐 아니라 품종(Lim, 2009)에 따라 화분의 활력에 차이가 있다고 하는데, 본 실험에서도 품종에 따른 화분 의 최종 발아율은 ‘만리장성’은 개화시 35oC에서 채취한 것이 96.1%로 가장 높았으나 ‘오복꿀’과 ‘조은대’는 25oC 에서 채취한 것이 각각 97.5% 및 94.4%로 가장 높게 나타났다.
개화 시 기온에 따른 화분관 신장(Fig. 2와 3)은 25oC 에서 채취한 것이 가장 빨랐으며, 35oC에서 채취한 것이 가장 늦었으나 발아율과 같은 경향으로 치상 2시간 후 부터는 25oC에서 채취한 것에 비해 빠르게 신장하여 6 시간 후의 최종 화분관 길이는 가장 길었다.
15oC에서 채취한 화분관의 최종 길이는 25oC 및 35oC 에서 채취한 것에 비해 현저히 짧게 나타난 것은 활력 이 좋은 수박화분의 약에서 가용성 당의 함량이 높게 나타나며(Lim, 2009), 파프리카의 저온으로 인한 화분성 숙장애는 가용성 탄수화물이 화분에 축적되는 것이 억제
되어 발생한다는 보고(Lim, 2009)를 유추해 보면 참외의 생육적온인 25~30oC보다 낮은 온도조건을 경과하였기 때문에 화분성숙에 장애가 생긴 결과로 생각된다.
품종별 화분관 길이는 3 품종 모두 높은 기온에서 채 취한 화분일수록 길어 저온기에 비해 고온기에 화분관 신장이 좋다는 보고와 같은 경향을 보였으며(Lim, 2009) 6시간 후 35oC에서 채취한 것의 화분관 길이는 ‘오복꿀’
이 2,361µm로 가장 길었고, 다음으로 ‘조은대’로서 2,096µm이었으며, ‘만리장성’은 1,917µm로 가장 짧았다.
2. 개화 시 상대습도가 화분발아에 미치는 영향 개화 당시의 상대습도가 이후 화분 발아에 미치는 영 향은 Fig. 4와 같이 화분의 발아개시 및 초기 발아속도 는 상대습도 90%에서 채취한 화분이 가장 높았고, 60%, 30% 순이었다.
그러나 30%의 상대습도에서 채취한 화분의 발아율은 치상 1시간 후부터 급격히 증가하여 최종 발아율은 60%의 상대습도에서 채취한 것과 차이가 없는 경향이었 는데 이는 시간이 경과함에 따라 치상배지의 습도조건에 적응하였기 때문으로 추정된다.
개화 시 90%, 60% 및 30%의 상대습도에서 채취한 화분의 품종별 최종 발아율은 각각 ‘만리장성’은 86.4%, 87.5% 및 95.9%였고, ‘조은대’는 85.6%, 88.0% 및 94.3%였으나 ‘오복꿀’은 82.4%, 85.0% 및 93.2%로서 Fig. 2. Changes of pollen tube length as influenced by different temperature at flowering of oriental melon cv. Mallijangseong, Ohbokg-
gul and Joeundae.
Fig. 3. Photo of pollen germination as influenced by different temperature at flowering of oriental melon cv. Ohbokggul.
가장 낮은 경향을 보였다.
개화 시 상대습도에 따른 화분관 신장은 Fig. 5와 6에 서와 같이 90%의 상대습도에서 채취한 화분이 초기에는 빨랐으나 시간이 경과함에 따라 신장속도가 늦어졌으며, 반면에 30%의 상대습도에서 채취한 화분은 초기의 화분 관 신장은 늦었으나 시간이 경과함에 따라 신장속도가 빨라졌다. 최종 화분관 길이는 60% 상대습도에서 채취 한 화분이 가장 길었으며, 다음이 30% 상대습도에서 채 취한 화분이었으며 90% 상대습도에서 채취한 화분은 현 저히 짧았다.
상대습도에 따른 화분의 발아율은 다습한 조건에서 저 하된다는 보고(Shivanna와 Johri, 1985; Ogawa, 1961)한 반면, Lim 등(2009)은 고온, 저습조건에서 저하된다고
보고하였다. 본 실험에서는 다습조건인 90%의 상대습도 에서 채취한 것이 이 보다 낮은 상대습도에 비해 화분 발아율이 높은 것으로 조사되었는데, 이러한 결과는 작 물에 따른 차이인지, 화분발아 배지에서의 습도조건에 의한 차이인지는 금후 세밀한 검토가 요구된다.
90% 상대습도에서 채취한 화분의 발아율은 가장 높았 으나 화분의 신장은 가장 짧게 나타난 결과는 다습조건 에서 발아율은 증가하지만 화분의 신장은 현저히 억제된 다는 보고(Shivanna와 Cresti, 1989; Carter와 Mcneilly, 1976)와 같은 경향을 보였다.
이와 같이 참외의 개화시에 15oC의 저온조건이나 90%의 다습한 조건에서는 화분발아는 정상적으로 이루 어지지만 화분관 신장이 현저히 억제되었으며 품종별로 Fig. 6. Photo of pollen germination as influenced by different relative humidity at flowering of oriental melon cv. Mallijangseong.
Fig. 4. Changes of pollen germination as influenced by different relative humidity at flowering of oriental melon cv. Mallijangseong, Ohbokggul and Joeundae.
Fig. 5. Changes of pollen tube length as influenced by different relative humidity at flowering of oriental melon cv. Mallijangseong, Ohbokggul and Joeundae.
도 화분발아에 비해 화분관 신장에 큰 차이를 보여, 수 박에서 온도 및 품종 간에는 화분발아율의 차이에 비해 화분관 신장의 차이가 크다는 보고(Lim, 2009)와 같은 경향을 보였다.
따라서 저온기에 참외를 재배할 때에는 저온 하에서 화분관 신장이 좋은 품종을 이용하고, 개화시의 기온을 25oC 전후로 관리하는 것도 필요하지만 상대습도 또한 60% 정도로 유지하여 다습하지 않도록 관리하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.
적 요
본 연구는 참외 개화시의 기온과 상대습도가 화분의 발아에 미치는 영향을 검토하고자 ‘만리장성’, ‘오복꿀’
및 ‘조은대’의 3 품종을 재료로 하여 개화 시 온도를 15oC, 25oC 및 35oC, 상대습도를 30%, 60% 및 90%의 처리를 두고 실험하였다. 기온조건에 따른 화분 발아율 은 25oC에서 채취한 것이 가장 높았고 15oC에서 채취한 것이 가장 낮은 경향이었으며 품종별 화분 발아율은 ‘만 리장성’이 가장 높았고 다음이 ‘오복꿀’이었으며 ‘조은대’
가 가장 낮은 경향이었다. 화분관 신장길이는 기온조건 별로는 35oC에서 채취한 것이 가장 길었고 다음이 25oC 에서 채취한 것이었으며 15oC에서 채취한 것은 현저히 짧았으며, 품종에 따라서는 ‘오복꿀’이 가장 길었다.
상대습도 조건에 따른 화분 발아율은 습도조건에 따라 뚜렷한 차이는 없으나 습도가 높을수록 높은 경향이었으 며, 품종간에도 큰 차이가 없으나 ‘만리장성’과 ‘조은대’
에 비해 ‘오복꿀’에서 낮았다. 그러나 화분관 신장길이는 처리간에 뚜렷한 차이를 나타내어 60%의 상대습도에서 채취한 것이 가장 길었으며, 다음이 30%의 상대습도에 서 채취한 것이며 90%의 상대습도에서 채취한 것은 현 저히 짧았다. 품종별 화분관 신장길이는 ‘오복꿀’이 가장 길었고 ‘조은대’가 가장 짧았다.
주제어 : 발아능, 상대습도, 온도, 화분관 신장
사 사
이 논문은 농촌진흥청 공동연구사업의 지원과 2012학 년도 경북대학교 학술연구비에 의하여 연구되었음.
Literature Cited
Carter, A.L. and T. Mcneilly. 1976. Increased atmospheric humidity post pollination: a possible aid to the production of inbred line seed from mature flowers in the brussels sprout
(Brassica olerasea var. Gemmifera). Euphytica 25:531-538.
Chun, H., Y.J. Choi, Y.H. Choi, H.J. Kim, S.Y. Lee, D.S.
Jeong, Y.S. Shin, and C.D. Choi. 2007. Microclimate of greenhouses covered with functional film. Journal of Bio- Environment Control 16:96-100 (in Korean).
Chung, H.D., H.W. Do, and Y.J. Choi. 2002. Forchlorfenuron application increases fruit set rate and fruit growth of orien- tal melon (Cucumis melo L. var. makuwa, cv. Geumssaragi- Euincheon) plants. Kor. J. Hort. Sci. Technol. 20:302-305 (in Korean).
Hwang, J.M., J.S. Um, and Y.K. Lee. 1999. Survey of physio- logical disorders in greenhouse fruit vegetables in Kyung- buk province. J. Hort. Sci. Technol. 17:737-741 (in Korean).
Kim, H.T. and D.S. Park. 1991. Effect of stored pollen and BA treatment on fruit set of watermelon (Citrullus vulgaris).
Res. Rept. RDA(H) 33(3):29-34 (in Korean).
Kim, S.M., Y.S. Park, Y.K. Park, and S.T. Lee. 2003. Effects of thidiazuron on fruit set and growth of oriental melon grown in a plastic house. J. Kor. Soc. Hort. Sci. 44:403-406.
Koo, G.H., J.K. Song, and G.S. Park. 1998. Modelling devel- opment and environmental analysis of oriental melon green- house in Sungju(1)-Characteristics on distribution of air temperature for cultivation oriental melon in tunnel type greenhouse in Sungju-. J. Bio. Fac. Env. 7:311-323 (in Korean).
KOSIS. 2010. Korean statistical information service. http://
www.kosis.kr.
Lee, S.B., H.S. Sim, W.T, Kim, and K.H. Park. 2010. Charac- teristics of pollinating activities by Bombus terrestris worker, drone and Apis mellifera worker at the oriental melon houses. Korean J. Apiculture 25:245-252 (in Korean).
Lim, C.S. 2009. Effect of low night temperature on reproduc- tive organ development in relation to pollen viability of bell pepper. Journal of Life Science 19:581-586.
Lim, J.M. 2009. Development of a stable pollen supply sys- tem for watermelon production during cool season. PhD Diss., Gyeongsang Nat’l. Univ., Jinju, Korea (in Korean).
Lim, J.M., S.M. Kang, C.S. Lim, J.Y. Moon, and J.L. Cho.
2009. Pollen vitality of paprika (Capsicum annum L.) col- lected at different time and different germination tempera- tures. Kor. J. Hort. Sci. Technol. 27(SUPPL. II):51 (in Korean).
Ogawa, S. 1961. Studies on the seed production of onion. (1) Effects of relative humidity and precipitation on seed bear- ing. J. Japan. Soc. Hort. Sci. 30:222-232.
Shin, Y.S., I.K. Yeon, J.E. Lee, H.W. Do, J.D. Cheung, J.W.
Park, S.Y. Choi, and D.S. Chung. 2010. Effect of long time usage of soft film on the growth and yield in oriental melon (Cucumis melo L. val makuwa Makino). Journal of Bio- Environment Control 19:135-139 (in Korean).
Shin, Y.S., I.K. Yeon, Y.J. Seo, H.W. Do, J.E. Lee, C.D. Choi, and S.D. Park. 2006. Selection of oriental melon (Cucumis melo L. var. makuwa Makino) cultivals for second cropping
in summer season. Journal of Bio-Environment Control 15:270-276 (in Korean).
Shin, Y.S., S.D. Park, H.W. Do, S.G. Bae, J.H. Kim, and B.S.
Kim. 2005. Effect of double layer nonwoven fabrics on the growth, quality and yield of oriental melon (Cucumis melo L. makuwa Mak.) under vinyl house. Journal of Bio-Envi- ronment Control 14:22-28 (in Korean).
Shin, Y.S., S.D. Park, J.H. Kim, and B.S. Kim. 2005. Effert of pollination method on fruit setting and quality of oriental melon (Cucumis melo L. var. makuwa Makino). Journal of Bio-Environment Control 14:83-88 (in Korean).
Shin, Y.S., S.K. Choi, I.K. Yeon, H.W. Do, and B.S. Choi.
1998. Cultivation survey of oriental melon (Cucumis melo L. var. makuwa) in songju region. RDA. J. Hort. Sci. 40:72- 77 (in Korean).
Shivanna, K.R. and B.M. Johri. 1985. The angiosperm pollen structure and function. Wileyeastern Limited. India. p. 374.
Shivanna, K.R. and M. Cresti. 1989. Effects of high humidity and temperature stress on pollen membrane integrity and pollen vigour in Nicotiana tabacum. Sex Plant Reprod 2:137-141.
