국내의 식량자급율은 1970년대 80.5%를 기점으로 계속 감 소하여 2012년에는 22.8%로 역대 최저의 자급율을 보이고 있다. 국내의 낮은 식량자급율은 사료용 곡물의 대부분을 수입에 의존하기 때문으로, 2012년 통계로 보면 사료용 곡 물의 국내 생산량은 223천톤이나 수입량은 9,132천에 이르 고 있다(MAFRA 2012). 또한, 최근 중국과 인도 등 거대 신흥국의 육류소비 증가에 따른 식량 소비 고도화와 기후변 화로 인한 잦은 가뭄으로 사료용을 포함한 세계 곡물 의 수 급이 매우 불안정한 상황이다. 따라서 국제 곡물가격이 지 속적으로 상승하고 있는 상황으로 국내 축산농가의 사료수 급에 어려움이 예상되고 있다.
한편, 벼가 재배되고 있는 논에 대한 생산물의 다변화와 고도 이용화에 대한 정부 정책이 제시되면서(Park et al., 2012), 벼 대체작물 재배를 위한 논 소득기반 다양화 사업 이 시행되고 있다. 벼 대체 작목으로 콩, 옥수수, 조사료 등 의 밭작물의 재배를 활성화하려고 하고 있으나 논의 특성상 밭작물을 재배하면 습해 발생으로 생산력이 저하될 뿐만 아 니라, 논에 물을 가두지 못하므로 토양유실과 홍수 조절기 능도 상실할 우려가 있다. 따라서 벼와 같이 담수상태를 유 지하면서 다양한 농산물을 생산할 있는 대체작물의 개발이 필요하다.
피는 C4식물로서 생육기간이 짧은 열대작물로서 기상, 토 양 등에 대한 적응력이 매우 강하다(Cho et al., 2001a). 피 는 토양 비옥도가 낮고 불리한 기상조건에서도 잘 자라며, 배수가 불량하고 강우량이 많은 습한 조건에도 적응력이 강 하다(Baker, 2003; Lee et al., 2009; Shin et al., 2006). 배 수시설 조건이 없는 국내 논 환경 조건에서 벼 대체사료 작 물로 옥수수나 콩을 재배하면 수분에 매우 민감하여 습해가 자주 발생하나 피는 배수가 불량한 논에서 담수상태로도 재 배가 가능하다. 피는 옥수수나 수수보다 사료수량은 낮으 나, 재배상의 유리한 이점 때문에 호남지역과 제주도 일부 지역에서 사료작물로 재배되고 있다(Cho et al., 2001b).
피는 잡초 방제(Kim et al., 2012; Kuk & Kwon, 2002), 내염성 작물(Ashraf et al., 2003; Sharma et al., 2011), 사료 작물로서 시비량, 파종량, 사료가치(Bouchard et al., 2011; Cho et al., 2001)등에 대하여 연구되었다. 사료작물로의 이 용연구는 제주지역에서 파종량과 질소 시비수준을 달리했 을 때 사료수량 및 조성분 변화가 보고되었으며(Cho et al., 2001c), 간척지를 대상으로 한 적응 작물에 대한 연구에서 는 옥수수, 수수류, 피 중에서 피가 여름용 사료작물 가장 적합하다고 보고 되었다(Shin et al., 2004). 또한 6품종의 피를 간척지에서 건물수량, 사표가치를 비교 분석한 결과 Summer green 품종이 가장 우수하다고 보고되었다(Shin et al., 2006).
본 연구는 피의 유전자원에서 사료용으로 이용가치가 높 은 것으로 선발된 ‘제주피’(Chung et al, 2012)에 대하여, 논 재배에서 안정적 입모 확보를 위한 발아특성을 구명하 고, 건답 및 담수상태에서 파종심도에 따른 입모 및 초기생 육 특성을 구명하고자 수행하였다.
재료 및 방법
식물 재료
본 실험에 사용된 피는 국내 피 유전자원에서 생산성과 사료용가치가 높은 것으로 선발된 사료피 1호(Echinochlia crus-galli)를 (사)한국맥류산업발전연구원에서 분양 받아 4°C 종자저장고에 보관하면서 실험용 재료로 사용하였다.
발아실험
제주피 종자의 온도에 따른 발아 특성 구명을 위하여 10, 15, 20, 25°C의 4수준으로 온도를 처리하였다. 종자의 휴면 타파를 위하여 40°C에서 5일간 예열처리(ISTA, 2005)한 후, 90 mm의 petri-dish에 여과지(quantitative filter papers No. 2, Advantec, Japan)를 깔고 종자 100립과 증류수 15 ml 를 넣어 침종하였다. 각 온도처리별 4반복으로 완전임의배 치 하여 발아율 평균을 조사하였고, 표준발아율 검사기준 (ISTA, 2005)에 따라 침종 후 4일의 발아율로 발아세로 평 가하였고 침종 후 10일에 최종 발아율을 조사하였다.
파종심도에 따른 초기생육
담수와 건답조건에서 종자의 파종심도에 따른 출아율과 생육특성을 조사하였다. 종자의 건답파종은 와그너포트(1/ 5000a)에 상토(N.P.KO. Paddy rice soil, Pungnong Co., Korea)를 포트 높이의 3/4까지 채운 후 종자 100립을 넣고 종자와 토양이 완전히 섞이도록 포트의 상부를 판자로 막고 흔들어 교반하였다. 건답파종에서 수분공급은 포트를 트레 이 위에 올려놓고 트레이에 1~2 cm의 수돗물을 공급하여 저면 관수하였다. 담수파종은 건답파종과 같은 방법으로 포 트에 상토를 채우고 물과 종자 100립을 넣은 후 막대로 흙 이 곤죽이 될 때 까지 섞어 종자가 골고루 토양속에 분포하 게 하였다. 담수파종 포트의 수분공급은 토양 표면에 1~2 cm 정도 담수상태를 유지하도록 하였다. 파종이 끝난 포트는 15, 20, 25°C의 incubator(VS-1203PI-LN, Vision Scientific Co., Korea)에서 완전임의배치 3반복으로 배치하고, 30일 후 입모율, 출아가능한 종자의 최대 파종 깊이, 그리고 초기 생육특성을 조사하였다. 종자의 출아가능 최대 파종깊이는 흙으로부터 출아한 식물체를 분리하여 종자와 지상부의 엽 록소가 생성되지 않은 부분의 길이로 측정하였다.
종자의 파종심도를 일정한 간격으로 조절하여 생육특성 을 조사하기 위해 와그너포트(1/5000a)에 담수와 건답 조건 으로 종자 깊이가 0, 3, 5, 7, 10 cm가 되도록 파종하였다. 종자 파종량은 포트당 25립씩 3반복으로 하였다. 파종된 포 트는 15, 20, 25°C의 incubator에서 30일간 처리 후 출아율 을 조사하였다.
결과 및 고찰
제주피 종자의 온도처리별 발아세와 발아율은 Fig. 1과 같다. 제주피 종자는 10°C에서는 발아가 되지 않았으나 15°C 처리에서 발아율이 90.5%로 급격히 증가되었고 20°C와 25°C 에서는 각각 97.3%와 96.8%로 대부분의 종자가 발아되었 다. 침종 4일 후 발아된 종자의 비율로 나타낸 발아세는 10°C, 15°C에서 0%였으며 20°C에서 78%, 그리고 25°C에 서 90.5%를 보였다.
Fig. 1.
Percent germination and germination energy of seed under different temperature in forage millet. *Points with the same letters in the same graph are not significantly different by DMRT at α=0.05.온도범위 10°C~25°C에서 사료피 1호의 발아율은 20°C 와 25°C에서 유의한 차이 없이 가장 높은 수준이었으나 종 사세를 고려하면 25°C가 발아에 가장 적합한 조건이었다. 이것은 ISTA(2005)의 표준발아능 검정법에서 제시한 피 (Echinochlia crus-galli)의 발아 온도조건이 25°C인 것과 동 일한 결과로 볼 수 있다. 본 시험에서는 제주피를 파종함에 있어 발아가 가능한 최저 온도조건을 조사하기 위한 것으로 발아적온을 중심으로 저온에 초점을 맞추어 온도 처리를 한 것으로 15°C 이상에서 피의 발아는 정상적으로 이루어 질 수 있다고 판단된다. 한편 Park 등(2012)은 사료 가치가 높 은 것으로 평가된 피 유전자원인 IT170609, IT195422, EV 2012와 재래종인 강피를 20°C, 25°C, 30°C의 온도에서 발 아실험한 결과, 사료용피가 강피에 비하여 모든 온도조건에 서 발아속도와 발아율이 높게 나타났으며, 특히 상대적 저 온인 20°C에서 그 차이가 크다고 보고 하였다.
제주피 종자의 발아가 가능한 15~25°C의 온도범위에서 건답과 담수상태로 토양 속에 0~15 cm 깊이로 무작위로 뭍인 종자의 출아율과 최대 파종심도는 Table 1과 같다. 종 자의 출아율 평균을 보면, 담수조건에서 5.9%, 건답조건에 서 70.5%로 토양조건에 따라 크게 차이를 보였다. 온도 조 건에 따른 출아율을 보면 담수조건에서는 온도에 따른 출아 율의 차이가 유의하게 나타나지 않았으나 건답조건에서는 20°C에서 75.0%로 가장 높은 출아율을 보였고, 25°C에서 71.0%, 그리고 15°C에서 65.6%의 출아율을 보여 온도 간 유의한 차이가 나타났다.
Table 1.
Emergence percentage and maximum burial depth to emerge in forage millet seeds that were randomly sowed in total layer of water and dry soil.
| Temp. (°C) | Emergence (%) | Maximum burial depth of emerged seed (cm) | ||
|---|---|---|---|---|
| water seeding | dry seeding | water seeding | dry seeding | |
| 15 | 3.7 a* | 65.6 b | 0.5 b | 9.5 a |
| 20 | 7.6 a | 75.0 ab | 1.8 a | 10.0 a |
| 25 | 6.3 a | 71.0 a | 1.5 a | 9.9 a |
| Average | 5.9 | 70.5 | 1.3 | 9.8 |
담수와 건답조건에서 출아된 묘의 최대 파종심도는 담수 조건에서 평균 1.3 cm이었으나 건답조건에서는 9.8 cm로 토양 수분조건에 따라 큰 차이를 보였다. 온도에 따른 출아 묘의 최대파종심도는 담수조건의 경우 15°C에서 0.5 cm였 고, 20°C에서 1.8 cm, 25°C에서 1.5 cm로, 15°C의 저온에 서 출아가능깊이가 유의하게 낮게 나타났다. 한편, 건답조 건에서는 15°C, 20°C, 25°C에서 각각 9.5, 10.0, 9.9 cm로 온도에 의한 영향을 받지 않았다. 이러한 결과로 볼 때 제주 피의 포장상태의 출아는 파종 깊이와 온도, 그리고 토양수 분조건에 크게 영향 받을 것으로 생각된다.
제주피 종자를 담수와 건답상태로 지표로부터 0, 3, 5, 7, 10 cm의 깊이로 파종하여 온도별로 출아율을 조사한 결과 는 Table 2와 같다. 담수조건에서는 지중 3 cm 깊이 이상파 종된 종자는 입모되지 않았으며 표층에 파종한 종자는 온도 와 관계없이 90~95%의 출아율을 보였다. 한편 건답파종 한 종자는 15°C에서 0~3 cm 깊이에 파종된 종자의 출아 율이 가장 높았으며, 파종 깊이가 깊어질수록 출아율이 감 소하여 10 cm 깊이에서는 28%의 출아율을 보였다. 온도가 20°C인 조건에서는 파종심도 0~5 cm 범위에서 유의한 차 이 없이 90% 이상의 출아율을 보였으며 그 이상의 파종심 도에서는 출아율이 감소하였다. 25°C에서는 0~3 cm 깊이 에서 84.0~86.0%로 5 cm 이상의 파종심도보다 유의하게 높은 출아율을 나타내어 15°C 조건과 비슷한 경향을 보였 다. 이상의 결과를 종합적으로 때, 제주피는 20°C에서 출아 율이 가장 양호하였으며, 파종심도는 0~3 cm 깊이에서 온 도에 관계없이 높은 출아율을 보였다.
Table 2.
Emergence percentage at different seeding depth and different temperature in dry-sowed seeds of forage millet.
| Seeding method | Temp. (°C) | Burial depth (cm) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 3 | 5 | 7 | 10 | |||||||
| Dry seeding | 15 | 92.0 | Aa* | 86.0 | Aa | 64.0 | Bb | 56.6 | Bb | 28.3 | Cc |
| 20 | 90.7 | Aa | 92.3 | Aa | 96.7 | Aa | 58.0 | Bb | 38.0 | Cc | |
| 25 | 84.3 | Aa | 86.3 | Aa | 70.0 | Bb | 68.3 | Bb | 40.6 | Cc | |
| Water seeding | 15 | 94.3 | Aa | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab |
| 20 | 95.0 | Aa | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | |
| 25 | 90.6 | Aa | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | 0.0 | Ab | |
제주피의 파종방법과 온도에 따른 초기생육특성은 Table 3과 같다. 초엽은 담수파종된 종자가 건답파종된 종자보다 생육량이 많았으며, 담수상태에서는 온도가 높을수록 초엽 의 생육량이 많았으나 건답상태에서는 온도가 높을수록 감 소하는 경향을 보였다. 중배축은 출아된 묘의 평균 파종심 도가 깊은 건답상태에서 생장량이 많은 반면, 대부분 표층 부위에서 입모된 담수조건에서 발생한 묘는 중배축이 거의 생장하지 않았다. 초장, 엽령, 근장 등 전반적인 유묘의 생 장은 온도가 높을수록 생장량이 많았으며, 특히 15°C에서 는 20°C 이상의 조건보다 생육이 크게 억제되는 결과를 보 였다.
Table 3.
Initial growth characteristic of seedlings at different temperatures in Forage millet No 1 that were randomly sowed in total layer of water and dry soil.
| Temp (°C) | Coleoptile length (cm) | Mesocotyl length (cm) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Water seeding | Dry seeding | t-test | Water seeding | Dry seeding | t-test | |||||
| 15 | 1.2 | b | 1.1 | a | ns | 0.0 | b | 3.7 | a | *** |
| 20 | 1.3 | b | 0.8 | b | *** | 0.7 | a | 3.2 | a | *** |
| 25 | 2.9 | a | 0.6 | c | *** | 0.6 | a | 3.3 | a | ** |
| Temp (°C) | Plant Height (cm) | Leaf age (No. of leaf) | ||||||||
| Water seeding | Dry seeding | t-test | Water seeding | Dry seeding | t-test | |||||
| 15 | 1.9 | b | 2.6 | c | ns | 0.6 | c | 0.9 | c | * |
| 20 | 14.0 | a | 16.7 | b | ns | 3.1 | b | 3.7 | b | *** |
| 25 | 17.3 | a | 20.0 | a | ns | 4.5 | a | 4.2 | a | ns |
| Temp (°C) | Root length (cm) | Average burial depth of emerged seed (cm) | ||||||||
| Water seeding | Dry seeding | t-test | Water seeding | Dry seeding | t-test | |||||
| 15 | 1.7 | b | 3.7 | ab | *** | 0.32 | b | 3.8 | a | *** |
| 20 | 3.6 | a | 4.2 | a | ns | 0.79 | a | 3.4 | a | *** |
| 25 | 3.0 | ab | 3.3 | b | ns | 0.70 | ab | 3.9 | a | ** |
담수와 건답조건에서 온도조건별 종자의 파종심도와 초 기생육특성(중배축장, 초엽장, 초장)과의 관계는 Fig. 2와 같다. 파종심도와 중배축신장과는 온도와 파종방법에 관계 없이 정의 상관관계를 보였다. 반면, 파종깊이와 초엽장 또 는 초장과는 유의한 상관관계가 나타나지 않았다. 이 결과 로 볼 때 사료피 1호 종자의 출아와 관련하여 중배축 신장 이 가장 크게 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
Fig. 2.
Relationship between seeding depth and initial growth characteristics (mesocotyl length, coleoptile length, plant height, and the length of coleoptile+mesocotyl) at 15°C(A), 20°C(B), 25°C(C) in water and dry seeded forage millet.Chung(2010)은 잡초성벼의 파종심도와 출아특성과 관련 된 연구에서 유묘의 초엽과 중배축의 신장성이 잡초성벼의 출아와 관련이 깊으며, 초엽과 중배축 중 초엽의 길이가 종 자의 매몰 깊이와 더 상관관계가 있음을 보고하였다. 그러 나 본 연구에서 사료피 종자의 경우 매몰 깊이와 초엽의 신 장성과는 관련이 없었으며, 중배축의 신장성이 사료피의 출 아와 밀접하게 관련되어 있었다.
본 연구를 종합해 볼 때, 제주피 종자의 발아와 입모, 초 기 생육은 온도와 수분, 파종심도의 영향을 크게 받으며, 사 료피 종자를 논에 파종할 경우 담수직파는 파종심도 0.5 cm 이내, 건답직파는 파종심도 3-5 cm 정도가 입모를 촉진하 기 위한 적정 조건으로 판단된다.
적 요
제주피의 발아특성 및 파종 심도에 따른 초기 생육 특성 을 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다.
가. 사료피 1호 종자는 15°C 이상에서 발아가 가능하였으 며, 10-25°C의 범위에서 20°C에서 가장 높은 발아율을 보 였다.
나. 입모율은 담수와 직파에서 모두 20°C에서 가장 높았 으며, 담수직파에서 평균 입모율은 5.9%, 건답직파는 70.5%로 나타났다.
다. 사료피 1호의 출아가 가능한 종자의 최대 파종 깊이 는 담수직파에서 15, 20, 25°C에서 0.5, 1.8, 1.5 cm, 건답직 파는 각각의 온도에서 9.5, 10.0, 9.9 cm로 파종조건과 온도 에 따라 변이를 보였다.
라. 사료피 1호는 담수와 건답직파 모두에서 온도와 관계 없이 파종심도와 중배축장이 정의상관관계를 보여, 출아에 중배축 신장이 가장 크게 영향을 미치고 있을을 알 수 있다.
