고구마는 부족한 식량을 대신하는 구황작물, 알콜 원료, 전분용으로 이용되었으나 최근 웰빙작물로 각광받으면서 재 배면적이 다시 증가하고 있다. 고구마의 전국 재배면적은 2012 년 전국 22,997 ha로 생산량은 343천톤이며, 생산액은 5.3천 억원 규모로 농업소득에 크게 기여하고 있는 작물이다(MAFRA, 2013).
우리나라에서 고구마는 찌거나 구워서 식용하는 용도로 가장 많이 이용되고 있으며, 생고구마로 유통되고 있어 덩 이뿌리의 모양이나 색깔, 맛이 가격을 결정하는 중요한 요 인으로 작용하고 있다. 우리나라에서는 농산물품질관리법 에 따라 고구마의 품질규격을 정하고 있는데, 크기, 무게, 이물질 및 이품종 혼입정도, 부패, 변질, 병해충, 상처, 모양 에 따라 특, 상, 보통 등급으로 나누고 있다. 특히 품종 고유 의 모양이 변형되어 기형화된 고구마는 외관 품질을 크게 떨어뜨리게 되어 상품성이 저하된다.
고구마의 외관 품질을 저하시키는 것은 대상조피증, 괴근 열개증, 피맥이 있으며, 대상조피증(帶狀組皮症)은 주로 바 이러스의 감염에 의해서 표피가 거칠게 띠모양으로 나타나 며, 괴근열개증(塊根裂開症)은 선충, 석회시용, 붕소결핍, 토 양수분, 토양수분, 품종, 삽식시기 등에 따라 괴근이 갈라지 는 증상이다. 피맥(皮脈)은 괴근의 표피가 줄무늬로 솟아나 는 증상이다.
이와 같이 외관 품질을 저하시키는 피맥은 품종에 따라 차이가 있으며, 삽식이 지연되거나 특히 고온건조와 멀칭재 배에서 많이 발생하며, 표피와 1차 형성층 사이에 만들어지 며 괴근과 동일한 조직을 가지는 것으로 알려져 있다(RDA, 2013). 또한, 괴근 비대과정에서 1차형성층의 외측에 융기 및 비대하는 세포군으로 일본에서는 8월경에 확인되기 시 작하여 발생량과 발생정도가 경시적으로 증가하였고, 이는 1차형성층의 돌출에 의한 것으로 보고되어 있다(Izumisawa & Matsuda, 1995).
최근 고구마 재배포장에서 피맥발생 증가로 상품성이 크 게 저하되면서 피맥발생을 경감할 수 있는 기술개발이 요구 되고 있다. 그러나 피맥의 발생원인은 명확하지 않으며, 이 에 대한 본격적인 연구가 거의 없는 실정이다.
본 연구는 국내에서 육성된 고구마 품종 및 재배시기별 피맥발생을 조사하고, 적심처리에 따른 영향을 분석하여 고 구마 피맥경감 기술개발을 위한 기초자료로 활용하고자 하 였다.
재료 및 방법
고구마 피맥 형태 관찰
고구마 피맥의 형태를 관찰하기 위하여 전라북도농업기 술원(전북 익산시 소재)의 사양토(sandy loam)인 시험포장 에서 재배된 고구마(건풍미 등 20품종)를 2010년 10월 25일 에 수확하여 피맥증상이 발생한 고구마의 외형적 형태와 수 직으로 절단한 단면에서 육안으로 발생부위를 관찰하였다.
전북 지대별 고구마 피맥발생
본 조사는 전북지역을 평야부, 해안부, 중산간부로 구분 하여 작형별로 2010년 8월 17일부터 10월 29일까지 피맥발 생률을 조사하였다. 조사지역은 익산, 김제의 평야지와 고 창과 부안의 해안지, 임실의 중산간지로 나누었다. 작형은 크게 조기재배와 보통기재배로 나누었고, 평야지와 해안지 는 2개 작형이 모두 재배되고 있었고, 상대적으로 최저온도 가 낮은 중산간지인 임실은 대부분 보통기재배이었다. 조기 재배는 4월중하순에 삽식하여 8월 중·하순에 수확하고, 보 통기재배는 6월 상·중순에 삽식하여 10월 상·중순에 수확하 는 작형이다. 피맥발생률은 현지포장에서 임의로 괴근을 채 취하여 육안으로 피맥증상을 확인, 백분율로 환산하였다. 품 종은 민간에서 재래된 확인되지 않은 품종이었다. 피맥증상 기준은 표피의 돌출된 줄무늬의 띠의 유무에 따라 판단하였다.
고구마 품종별 피맥발생 정도
본 시험은 2010년부터 2012년까지 3년간 전라북도농업 기술원(전북 익산시 소재)의 사양토(sandy loam)인 시험포 장에서 수행되었다. 시험품종은 국립식량과학원 바이오에 너지작물센터에서 육성한 진홍미, 신자미, 율미 등 20품종 이었고, 6월 상순부터 10월 상순까지 120일 동안 재배하였다. 시비량은 고구마 시비처방기준(RDA, 2006)에 따라 N-P2O5-K2O (55-63-134 kg/ha)를 밑거름으로 전층시용하였다. 재식거리 는 75×20 cm이었고, 투명과 흑색의 배색비닐을 피복하였다. 삽수는 7~10마디이며, 25~30 cm 크기이었고, 삽수길이 의 2/3정도를 지면에서 5 cm 깊이로 수평으로 삽식하였다.
삽식 120일 후에 넝쿨길이, 마디수, 분지수, 넝쿨무게 등 지상부의 생육특성과 주당상저수, 상저수량, 전분가, 피맥 발생률 등 지하부 특성을 조사하였다. 상저는 괴근당 무게 50 g 이상으로 하였다. 전분가 산출은 상저괴근중에서 100 g 이상의 괴근 10개를 무작위로 채취하여 이물질 및 흙을 제 거한 후 생체중 1,000 g 정도를 세절하여 110°C에서 48시 간동안 건조하여 건물중을 측정하여 건물률을 구하였고, 전 분가산출표(Cho, 2010)를 이용하였다. 피맥발생률과 생육 특성의 상관관계는 SAS 통계프로그램을 이용하여 분석하 였다.
고구마 생육기간 중 피맥발생 변화
고구마 생육기간 중 피맥 발생 변화를 파악하기 위하여 본 시험을 수행하였다. 시험품종은 진홍미이었고, 2012년과 2013년 2년간 수행하였고, 삽식시기는 6월 상순이었다. 재 배법은 ‘고구마 품종별 피맥발생률’ 시험과 동일하였다. 고 구마 피맥발생률은 2012년은 삽식 후 30일부터 10일간격으 로 120일까지 조사하였는데, 삽식 후 70일까지는 피맥이 발 생하지 않았다. 2013년에는 삽식 후 80일부터 10일 간격으 로 150일까지 조사하였다.
고구마 경엽제거에 따른 피맥발생 정도
본 시험은 고구마 줄기 적심이 피맥발생에 미치는 영향을 구명하기 위하여 수행하였다. 시험품종은 신율미이었고, 재 배기간은 2013년 6월 3일부터 120일간이었다. 재배법은 ‘고 구마 품종별 피맥발생률’ 시험과 동일하였다. 적심처리는 엽 면적지수 3, 4, 5와 무적심이었다. 삽식 후 90일에 엽면적지 수를 기준으로 각각의 지수에 따라 잎을 남기고 줄기와 잎 을 제거하였다.
적심 30일 후인 수확기에 넝쿨길이, 마디수, 분지수, 주당 엽수, 상저평균중, 주당상저수, 전분가, 피맥발생률 등을 조 사하였고, 조사자료는 통계처리를 통하여 처리간 유의성을 분석하였다.
결과 및 고찰
고구마 피맥 형태 관찰
피맥의 외부형태는 Fig. 1A~C과 같이 표피가 줄무늬(잔 주름(A), 굵은 주름(B) 또는 다발성(C)) 형태로 돌출되는 특성을 나타낸다. 고구마 피맥발생 양상은 초기에는 돌출이 작은 잔주름 형태를 보이며, 생육이 진전이 되면서 돌출이 커지면서 굵은 주름형태로 외형을 크게 변형시켰다. 주름의 크기는 생육기간에 따라 커지는 것으로 보이지만, 다발성 형태는 다른 요인에 의한 것으로 생각되며 명확한 원인을 구명하기 위해서는 면밀한 조사가 필요할 것으로 보인다.
Fig. 1.
Shape and cross section of sweet potato. A : fine protrusion, B : big protrusion, C : multiple protrusion. D~E : cross section, F : skin ridge reduction.주름의 단면을 보면 Fig. 1D~E와 같이 표피층에 원형 또는 타원형의 전분집적층이 발견된다. 즉 피맥발생은 괴근 내초층 내부에 전분이 집적되지 않고, 표피층에 전분이 집 적되면서 나타나는 현상으로 보인다. Kono & Mizoguchi (1982)는 삽식 후 35일에 피층유조직(cortical parenchyma) 이 형성되고, 수확기까지 남아 있다고 하였다. 또한, Izumisawa & Matsuda(1995)는 피맥을 1차형성층의 외측에 융기 및 비 대한 세포군이 1차형성층으로부터 분리되어 피맥을 형성하 는 것으로서 비대가 왕성한 시기의 괴근 내에서 형성되는 소형괴근으로 보고 있다. 즉, 이 피층유조직에 전분이 집적 되면서 피맥으로 변환되는 것으로 생각된다.
전북 산지별 고구마 피맥발생 조사
산지 및 작형별 피맥발생률을 조사한 결과는 Table 1과 같다. 평야지와 해안지의 조기재배에서는 0.5%이하로 발생 되었지만, 보통기재배에서는 3.0~5.0%가 발생하여 조기재 배에서 낮은 발생을 보였다. 부안지역의 경우 조기재배의 괴근비대기인 7월과 8월의 최고온도와 최저온도의 차이는 각각 7.6°C, 7.7°C이었고, 보통기 재배의 괴근비대기인 9월 과 10월의 최고와 최저온도 차이는 각각 8.8°C, 11.4°C로 보 통기 재배의 괴근비대기 온도차이가 조기재배의 괴근비대기 온도차이보다 컸다. Ku & Choung(1993)은 올방개(Eleoch aris kuroguwai Ohwi)의 변온처리에 주야간 기온의 교차가 클 수록 항온에 비하여 괴경수와 괴경중이 많고 무거웠다고 보 고하고 있다. 즉, 주야간 온도차가 큰 시기에 비대가 왕성하 였던 보통기재배에서 조기재배보다 피맥발생이 많았던 것 으로 생각되며, Izumisawa & Matsuda(1995)의 보고와 같 은 결과를 보인 것으로 보인다. 따라서 재배지역의 기상환 경과 재배시기에 따라 고구마 피맥의 발생을 다소 예측이 가능할 것으로 보인다.
고구마 품종별 피맥발생 정도
고구마 품종별 피맥발생률은 Table 2와 같다. 고구마 피 맥발생률은 연차간 차이가 있으나, 통계적으로 품종간의 유 의성이 인정되었다. 고구마 피맥이 3%이하로 발생하는 품 종은 건풍미, 연황미, 건미, 율미, 자미, 하얀미, 주황미 7품 종이었고, 피맥이 30%이상 발생한 품종은 헬씨미, 보라미 이었다. 이와 같이 품종간에 피맥발생에 큰 차이를 보이고 있어 품종고유의 특성으로 보인다. 그러나, 연차간의 차이 또한 크게 보이고 있어 해에 따른 기상상황이나 토양상태에 따라서도 크게 차이를 보이는 것으로 보여 고구마의 피맥은 유전적인 요인뿐만 아니라 외부환경에 의해서도 크게 영향 을 받는 것으로 생각된다.
Table 2.
Skin-ridge rates of varieties on sweet potato in 2010 to 2012.
| Varieties | Cultivated year | Average | ||
|---|---|---|---|---|
| 2010 | 2011 | 2012 | ||
| Geonpoongmi | 0.0 | 0.4 | 0.0 | 0.1 c* |
| Yeonhwangmi | 0.0 | 3.1 | 0.0 | 1.0 c |
| Geonmi | 0.0 | 3.3 | 1.0 | 1.4 c |
| Yulmi | 0.0 | 4.4 | 0.0 | 1.5 c |
| Jami | 2.2 | 3.0 | 0.0 | 1.7 c |
| Hayanmi | 0.0 | 4.0 | 1.5 | 1.8 c |
| Juhwangmi | 0.0 | 7.6 | 1.5 | 3.0 c |
| Sinjami | 0.0 | 2.7 | 8.7 | 3.8 bc |
| Hongmi | 1.2 | 8.3 | 3.8 | 4.5 bc |
| Singeonmi | 0.0 | 8.9 | 5.6 | 4.8 bc |
| Sincheonmi | 0.0 | 12.4 | 6.8 | 6.4 bc |
| Gogeonmi | 0.0 | 6.5 | 12.8 | 6.4 bc |
| Sinhwangmi | 12.1 | 10.5 | 0.0 | 7.5 bc |
| Biomi | 3.6 | 9.9 | 16.1 | 9.9 bc |
| Daeyumi | 0.0 | 19.8 | 10.0 | 9.9 bc |
| Sinyulmi | 1.2 | 26.3 | 6.3 | 11.3 bc |
| Mannami | 6.3 | 18.5 | 15.8 | 13.5 bc |
| Jinhongmi | 19.9 | 20.7 | 13.0 | 17.9 b |
| Healthymi | 60.0 | 10.8 | 28.6 | 33.1 a |
| Borami | 29.8 | 61.0 | 28.6 | 39.8 a |
한편, 피맥의 형태를 Fig. 1과 같이 잔주름, 굵은 주름, 다 발생 형태로 구분하였는데, 금후 피맥의 명확한 원인을 구 명하기 위해서는 품종별 형태적인 차이를 비교하고, 연차간 기상의 특성과의 연관성을 분석하는 것이 필요할 것으로 보 인다.
고구마의 지상부 및 지하부 특성과 피맥발생률과의 상관 관계를 분석한 결과는 Table 3과 같다. 피맥발생과 가장 관 련이 깊은 요인은 지상부의 만중으로 피어슨상관계수가 0.72로 아주 높은 양(+)의 상관을 보였다. 지상부의 경엽과 지하부의 괴근은 source와 sink의 역할을 하기 때문에 상호 관계가 밀접하다. 콩 잎을 제거하면 종실중이 감소하였고, 꼬투리를 제거하면 종실중이 증가한다는 보고(Park & Kim, 1995)와 같이 고구마에서도 지상부의 크기에 따라 과잉의 양분이 괴근에 집적되면서 괴근비대와 피맥발생을 예상할 수 있다. 그러나, 양분 과잉 집적이 반드시 피맥을 유발하는 원인으로 보기에는 근거가 부족하다. 그러나, 잎에서 동화 된 전분을 괴근 내부에 완전히 축적하지 못하고 잉여의 전 분이 표피층으로 축적되거나 충분히 축적할 수 있음에도 도 관의 이상으로 표피층으로 전류되는 경우를 가정한다면 피 맥이 일어나는 현상을 이해할 수 있다.
Table 3.
Correlation coefficients between characteristics and skin-ridge rates.
| Characteristics | Length of main vine | Weight of aerial part | No. of marketable tuber per plant | Starch value | Skin-ridge rate |
|---|---|---|---|---|---|
| Length of main vine | 1 | ||||
| Weight of aerial part | 0.01 | 1 | |||
| No. of marketable tuber per plant | -0.15 | 0.07 | 1 | ||
| Starch value | -0.50* | 0.09 | 0.38 | 1 | |
| Skin-ridge rate | 0.27 | 0.72** | 0.05 | -0.12 | 1 |
고구마의 괴근비대기에 일시적으로 과도한 전분집적에 의하여 괴근열개증(塊根裂開症)으로 나타나는 것을 보면 피 맥과는 비슷한 원인으로 다르게 나타나는 증상으로 금후 상 호연관성을 비교하는 것 또한 필요할 것으로 보인다.
고구마 생육기간 중 피맥발생 변화
고구마 생육기간 중 생육특성은 Fig. 2(a)와 같다. 지상부 의 생장량은 삽식 후 120일경에 가장 많았고, 이후 감소하 는 경향을 보였다. 이 시기에는 하위엽이 노화되어 낙엽되 기 때문에 전체적으로 생장량이 감소되는 것으로 보인다. 그러나 괴근중은 생육일수가 증가함에 따라 꾸준히 증가하 였다. 이는 Cho(2010), Kim et al.(1996)의 지하부의 무게는 생육기간이 길어질수록 증가하였다는 보고와 같이 괴근에 지속적으로 전분이 축적되기 때문으로 생각된다. 반면 전분 가는 조사기간 동안 큰 차이없이 비슷한 경향을 보였다.
Fig. 2.
Changes of dry weight of aerial part, tuber weight per plant, starch value(a) and skin-ridge rate(b) during growing period in sweet potato.고구마 생육기간 동안의 피맥발생률은 Fig.2(b)와 같다. 2012년에는 삽식 후 30일부터 120일까지 조사한 결과 삽식 후 80일부터 발생이 시작하여 꾸준히 증가하였고, 2013년 에는 삽식 후 80일부터 150일까지 조사한 결과, 2012년보 다 발생률이 높았지만, 삽식 90일 이후부터 120일까지는 2012년과 2013년의 피맥발생률이 비슷한 경향을 보였다. 다만 Table 2와 같이 연차간에는 큰 차이를 보이고 있다. 2013년 피맥발생률은 120일 이후의 피맥발생률은 약간 감 소하는 경향을 보였는데, 이는 괴근의 비대가 진행되면서 괴근의 크기가 커지고 피맥의 돌출형태가 완화되면서 나타 난 결과로 보인다. 괴근비대 후기에 괴근의 절단면에서는 표피층에 형성된 피맥이 주피층의 절단과 함께 괴근 내부로 흡수되는 형태를 관찰할 수 있다(Fig. 1f). 이는 생육후기에 피맥발생률이 감소하는 것과 관련이 있을 것으로 보이며, 금후 식물조직의 면밀한 검토가 필요할 것으로 보인다.
고구마 경엽제거에 따른 피맥발생 정도
고구마의 주경장은 생육이 경과할수록 증가하였고, 특히 60일경까지 급격하였는데(Fig. 3), 이는 Kim et al.(2002)이 고구마 삽식 후 지상부의 생체중과 건물중을 경시적으로 조 사한 결과와 같은 경향이었다. 또한 엽면적지수(LAI)도 주 경장의 변화와 유사한 경향이었고, 삽식 후 90일경의 엽면 적지수는 6.1이었다. 이 시기부터는 괴근이 본격적으로 비 대하기 시작하는 시기로 보인다.
괴근비대가 시작되는 시기에 경엽을 제거하는 것이 괴근 비대 및 피맥발생에 영향을 크게 미칠 것으로 가정하여 삽 식 후 90일에 엽면적지수 6.1(대조구), 5, 4, 3을 기준으로 각각 0, 18, 34, 51%의 잎과 줄기를 제거하였다. 경엽제거 30일 후인 수확기에 지상부 특성을 조사한 결과는 Table 4 와 같다.
Table 4.
Characteristics of aerial part at 30 days after topping.
| Treatment* | Length of main vine (cm) | Number per plant | |||
|---|---|---|---|---|---|
| LAI | Topping rate (%) | nodes | branches | leaves | |
| 3 | 51 | 241 c** | 63 a | 63 a | 238 a |
| 4 | 34 | 250 c | 65 a | 24 ab | 241 a |
| 5 | 18 | 262 bc | 56 b | 14 b | 159 ab |
| Cont.(6.1) | 0 | 301 a | 54 b | 11 b | 138 b |
주경장은 적심비율이 높을수록 짧아졌고 엽면적지수 3과 4에서 유의하게 감소되었다. 반면, 적심비율이 높아질수록 마디수, 분지수, 주당엽수는 증가하는 경향이었다. 이는 적 심처리로 인하여 분지발생이 증가하면서 엽수가 증가하였 기 때문으로 생각된다. Kim et al.(2002)은 삽식 63일 후에 0~25%까지 경엽을 절제하여 120일 후의 생육을 조사한 결과, 경엽절제 비율이 증가할수록 주경장, 주경의 마디수 는 감소하였고, 개체당 분지수는 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않는 것으로 보고하였다. 경엽절제 비율이 증가함에 따라 개체당 분지수가 증가하였다는 본 연구의 결과는 Kim et al.(2002)의 결과와 차이가 있다. 이는 본 시험에서의 경 엽절제 시기보다 약 1개월 정도 빠르기 때문에 분지수의 증 가에 영향을 미치지 않은 것으로 보인다. 그러나, 대체로 주 경을 절단하게 되면 마디에서 분지발달이 왕성해지지만 품 종이나 시기에 따른 생장반응의 변화를 비교 검토할 필요가 이다.
적심 후 괴근수량과 피맥발생률을 조사한 결과는 Table 5와 같다. 엽면적이 감소함에 따라 상저수는 통계적으로 차 이가 없었지만, 상저평균중과 상저수량은 감소하였고, 전분 가는 적심처리에 따라 일정한 경향은 나타나지 않았으나, LAI 5에서 높게 나타났다. 상저수량과 전분수량은 대체로 LAI 3과 4에서 LAI 5와 6.1(무처리)보다 감소하였다. 이는 지상부 경엽의 채취량이 많아질수록 상품수량이 감소하고, 엽병채취 시기가 늦어짐에 따라 고구마 상품화 비율이 낮았 다는 보고(Nam et al, 1994; Kim et al., 2002)와 유사한 결 과를 보였다.
Table 5.
Characteristics of tuber at 30 days after topping.
| LAI* | commercial tuber (>50 g) | Rate of skin ridge (%) | Starch value (%) | Yield of starch (kg/10a) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Average weight (g) | Number per plnat | Yield (kg/10a) | ||||
| 3 | 150 b** | 4.3 a | 1,930 b | 17.2 ab | 23.3 b | 449 b |
| 4 | 167 a | 4.4 a | 2,150 ab | 15.9 b | 24.2 ab | 520 ab |
| 5 | 166 a | 3.9 a | 2,305 a | 23.2 a | 25.4 a | 585 a |
| Cont. (6.1) | 169 a | 4.9 a | 2,405 a | 19.3 ab | 23.2 b | 558 ab |
경엽절제에 따른 피맥 발생비율은 LAI 5이상에서 23.2% 로 가장 높게 나타났고, LAI 3과 4에서 17.2%와 15.9%로 각각 낮게 나타났다. 그러나 무처리(LAI 6.1)에서도 19.3% 로 나타나 경엽절제에 따른 피맥발생률의 경향이 뚜렷하지 않아 피맥발생에 미치는 영향을 명확히 설명하기 어려울 것 으로 판단된다. 본 시험이 기상, 토양 등 환경영향이 큰 노 지포장에서 수행되었고, 개체별 생육의 불균일성을 가정해 보면 경엽절제처리의 효과가 상쇄되었을 것을 추정된다. 따 라서 기상 및 토양환경을 인위적으로 조절하여경엽절제처 리를 하여 피맥발생을 명확히 설명할 수 있을 것으로 판단 된다.
적 요
고구마 괴근의 표피에 선모양으로 돌출되어 나타나는 피 맥의 발생동향을 조사하고, 경감하기 위한 시험의 결과는 아래와 같다.
고구마 피맥은 표피가 줄무늬로 돌출되어 상품성을 저 하시키는 증상으로서 피맥발생은 표피층에 전분이 집 적되어 발생하는 것으로 관찰되었고, 조기재배보다 보 통기재배에서 발생이 많았다.
고구마 품종에 따른 피맥발생은 건풍미, 연황미, 건미 등 7품종이 3%이하로 적었고, 헬씨미, 보라미는 30% 이상 발생하였다. 만중은 피맥발생과 정의 상관관계가 있었다.
고구마 피맥은 생육기간이 진전됨에 따라 증가하다가 삽식 후 120일경에 가장 높았다.
고구마 삽식 후 90일의 적심비율에 따른 피맥발생율 은 일정한 경향을 보이지는 않았다. 엽면적지수 4에서 피맥발생율이 가장 적었으나, 일정한 경향을 보이지는 않았고, 경엽절제비율이 높을수록 수량감소가 크게 나 타났다.
