시험재료

본 연구에서는 파종시기에 따른 찰옥수수의 등숙 중 이삭 및 종실 특성 변화를 비교하기 위하여 농촌진흥청 국립식량 과학원에서 육성된 중만생종 품종인 찰옥4호와 일미찰을 이용하였다. 시험 품종은 수원시 권선구 탑동 소재 국립식 량과학원 밭작물시험연구포장에서 2년간(2011~2012년) 재배하였다. 전기작 재배는 4월 20일, 후기작은 7월 20일에 노지직파 하였으며, 재배 관리는 옥수수 표준재배법에 준하 였다. 찰옥수수 이삭은 출사일에서 18일 후부터 3일 간격으 로 채취하여 이삭 및 종실의 특성조사와 미세전분구조 관찰 에 사용하였다.

이삭 및 종실 특성 조사

2기작 재배한 찰옥수수의 출사 후 일수에 따른 이삭 및 종실 특성을 조사하였다. 이삭특성은 찰옥수수 이삭을 채취 하여 포엽을 제거한 후 이삭무게, 이삭길이, 착립길이, 이삭 직경, 알곡 줄수, 줄당 립수를 조사하였다. 종실의 크기는 Mitutoyo digimatic caliper(CD-15CP, Japan)을 이용하여 길이, 너비, 두께를 측정하였고, 이삭 중간부위의 종실을 이 용하여 100립 무게를 측정하였다. 찰옥수수의 전분함량은 total starch assay kit(Megazyme International, Wicklow, Ireland)를 이용하여 분석하였다.

미세전분구조 관찰

전기작과 후기작 찰옥수수의 등숙 중 미세전분구조 관찰 을 위하여 출사 후 일수별로 수확한 찰옥수수의 종실을 이 용하였다. 찰옥수수 종실을 Karnovsky 고정액(Karnovsky, 1965)에 넣고 4°C에서 24시간 동안 고정시키고 0.2M Milonig's phosphate buffer(pH 7.4)로 세척하고, 1% osmium tetroxide (OsO4)에 4°C에서 2시간 처리하였다. 증류수로 세척 후 5 0~95% ethyl alcohol에 각각 80분, 100% ethyl alcohol에 2시간, 100% amyl acetate에 120분간 4회 탈수처리하였다. 탈수를 끝낸 시료는 Pelco ™ CPD-2 critical point dryer(Ted Pella Inc., Redding, Calif.)에서 건조시키고 Pelco SC-4 sputter coater(Ted Pella, Inc.)를 이용하여 도금하였다. 도 금된 시료는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, LEO 440, ZEISS, England)을 이용하여 관찰하였다.

물성측정

찰옥수수 종실의 물성은 종실 30립을 스테인레스 용기에 물 5 mL과 함께 넣고 98~100°C의 상압에서 50분간 열을 가한 후 즉시 꺼내어 보온을 유지시키면서 texture analyzer (TA Instruments, USA)를 이용하여 측정하였다. 2 mm probe 를 이용하여 test speed 1mm/s로 경도(hardness), 부착성 (adhesiveness), 씹힘성(chewiness), 응집성(cohesiveness), 점 착성(gumminess) 및 탄력성(springiness)을 측정하였다.

통계 분석

통계분석은 SAS 9.2(Statistical Analysis Systems Inc., Raleigh, NC, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 하였 으며 최소유의차검정(Fisher's least significant difference test)과 던컨의 다중범위검정(Duncan’s multiple range test) 으로 5% 유의수준에서 검정하였다.

찰옥수수 2기작 재배와 적산온도

찰옥수수 2기작 재배시 파종부터 등숙기간 동안의 적산 온도를 Fig. 1에 나타내었다. 전기작 재배한 찰옥 4호와 일 미찰의 파종일로부터 출사일수는 약 70~78일이었으나 후 기작에서는 약 53~55일로 전기작보다 약 20일 정도 빨랐 으나, 출사일까지의 적산온도는 전기작에서는 약 1,400~ 1,420°C, 후기작은 약 1,380~1,400°C 정도의 범위로 전후 기작 간에 큰 차이를 보이지 않았다. 출사 후 수확 적기까지 의 적산온도는 전기작이 약 590~610°C, 후기작은 약 600~ 630°C 정도의 범위를 나타내었다. 이 결과는 찰옥수수의 생 태형에 따라 출사 후 수확까지의 적산온도는 약 600~680°C 정도, 파종부터 수확까지는 약 1,700~2,100°C 정도의 범위 에 있었다는 Jung et al.(2012)의 보고와 비슷한 경향을 나 타내었다. 전기작 재배시 수확 적기는 출사 후 약 23~24일 정도인 반면 후기작은 약 32~35일 정도로 약 10일 정도 느려졌다. 이와 같은 결과는 후기작은 전기작에 비하여 생 육초기의 고온에 의하여 출사일이 단축되지만 등숙기에는 기온이 점점 낮아짐에 따라 등숙 속도가 느려져 수확 적기 가 지연되는 것으로 판단되었다.

Fig. 1.

Comparison of accumulated temperature from sowing to ripening in the waxy corn by double cropping. ^zDAS : days after silking.

이삭 특성 비교

2기작 재배한 찰옥수수의 이삭을 비교하기 위해 출사 후 일수별로 조사하였다(Fig. 2). 이삭무게는 전기작 재배시 출 사 후 18일에서 30일까지 찰옥 4호는 49.3%, 일미찰은 37.7%, 후기작은 18일에서 45일까지 각각 57.4%, 62.2% 증가했으며, 출사 후 일수가 경과함에 따라 유의하게 증가 하였다(p<0.05, Fig. 3). 수확 적기에 수확한 이삭무게는 찰 옥 4호와 일미찰 모두 전기작에 재배한 것이 후기작보다 더 무거운 편이었지만 유의한 차이는 없었다. 이삭직경은 전기 작 출사 후 18일에서 30일까지 찰옥 4호는 13.5%, 일미찰 은 10.5%, 후기작은 18일에서 45일까지 각각 12.8%, 13.5% 늘어났으며 출사 후 일수가 경과함에 따라 유의하게 (p<0.05) 증가하였는데(Fig. 4), 이와 같은 결과는 종실 발 달에 의한 종실 길이의 변화와 밀접한 관계를 맺고 있다고 한 Kim et al.(1994)의 결과와도 부합된다.

Fig. 2.

Comparison of waxy corn hybrid ears during ripening with different sowing date. ^zDAS: Days after silking.

Fig. 3.

Changes of the fresh ear weight of waxy corn according to days after silking with different sowing date (A and B) and comparison of the fresh ear weight in optimum harvesting stage (C). ns : not significant.

Fig. 4.

Changes of the ear diameter of waxy corn according to days after silking with different sowing date. Means with different letters are significantly different at 5% significance level by Duncan’s multiple range test.

Nielsen(2007)은 옥수수의 이삭당 알곡 줄수는 유전적 영 향이 강하고 환경적 영향은 적으나 줄당 립수와 이삭 길이 는 재배환경에 의한 영향이 크다고 하였다. 이것은 줄당 립 수와 이삭길이가 재배시기에 따라 크게 달라질 수 있다는 것을 의미한다. 본 시험에서 2기작 재배한 찰옥 4호와 일미 찰의 알곡 줄수는 파종시기에 따른 차이를 보이지 않았다 (Fig. 5). 반면 줄당 립수는 찰옥 4호가 전기작보다 후기작 에 재배한 것이 적었으며 변이폭이 큰 것(p<0.05)을 확인할 수 있었는데, 일미찰은 파종시기에 따른 차이가 없었다(Fig. 5). 찰옥수수의 이삭길이와 착립길이 또한 Fig. 5에서 보는 바와 같이 전기작보다 후기작에서 유의하게 짧은 것을 확인 할 수 있었고 특히 찰옥 4호가 일미찰보다 변이가 컸다. Jung et al.(2012)도 2기작 재배하였을 때 전반적으로 후기 작의 이삭길이가 더 짧고 일미찰보다 찰옥 4호의 이삭길이 감소가 더 크다고 보고하였다. 이러한 결과로 판단하였을 때 찰옥 4호가 일미찰보다 재배환경 변화에 민감하다는 것 을 알 수 있었다. 이삭길이와 착립길이(r=0.95 ^***), 이삭길이 와 줄당 립수(r=0.63 ^***), 그리고 착립길이와 줄당 립수 (r=0.66 ^***)는 고도의 정의 상관을 보였다.

Fig. 5.

Comparison on ear length, kernel set length, number of rows and number of kernels per row of waxy corn with different sowing date. Means with different letters are significantly different according to least significant difference(LSD) test (p<0.05). ns : not significant.

종실 특성 비교

2기작 재배한 찰옥수수의 등숙기간 중 종실의 길이, 너비 와 두께를 측정한 결과는 Fig. 6~8에 나타내었다. 종실의 길이는 전기작 재배시 출사 후 18일에서 30일까지 찰옥 4 호는 6.78~8.92 mm, 일미찰은 7.79~9.45 mm, 후기작은 출사 후 18일에서 45일까지 각각 7.09~10.03 mm, 7.02~ 9.92 mm의 범위에서 출사 후 일수가 경과함에 따라 유의하 게 증가하였으며(p<0.05), 전기작(약 26.5%)보다 후기작(약 41.4%) 재배시 종실 길이의 증가 정도가 컸다(Fig. 6). 또한 종실 길이는 이삭 직경과 고도의 정의상관을 보였다(r=0.75 ^***).

Fig. 6.

Comparison on the kernel length of waxy corn according to days after silking with different sowing date. Means with different letters are significantly different at 5% significance level by Duncan’s multiple range test.

Fig. 7.

Comparison on the kernel width of waxy corn according to days after silking with different sowing date. Means with different letters are significantly different at 5% significance level by Duncan’s multiple range test.

Fig. 8.

Comparison on the kernel thickness of waxy corn according to days after silking with different sowing date. Means with different letters are significantly different at 5% significance level by Duncan’s multiple range test.

종실 너비는 전기작에서 찰옥 4호와 일미찰이 7.06~9.96 mm, 8.00~10.62 mm, 후기작에서는 각각 7.16~10.36 mm, 6.93~10.72 mm의 범위에서 유의하게 증가하였으며 (p<0.05), 전기작에서는 약 37.0%의 변화를 보인 반면 후기 작에서는 49.7%의 증가율을 보여 종실의 길이, 너비, 두께 중에서 너비가 등숙기간 중 가장 많이 증가한다는 것을 확 인할 수 있었다(Fig. 7). 수확적기의 찰옥 4호는 파종시기에 따라 종실의 길이와 너비에서 유의한 차이가 있었다(p<0.05).

2기작 재배시 등숙 중 종실 길이와 너비의 변화와 달리 두께의 변화는 전기작(약 12.9%)이 후기작(약 9.2%) 보다 큰 변화를 보였고, 수확적기에 수확한 일미찰은 파종시기에 따라 두께에 유의한 차이를 보였다(p<0.05, Fig. 8). 이러한 결과는 수확적기와 전후 4일 간격으로 대학찰옥수수의 종 실 특성을 비교하였을 때 수확시기가 늦어짐에 따라 종실의 길이와 너비가 유의적으로 증가하고 두께는 유의적인 차이 를 보이지 않았다는 Lee et al.(2010)의 보고와 비슷한 결과 를 나타내었다.

종실 100립 생체중의 변화는 Fig. 9에 나타낸 바와 같이 출사 후 일수가 경과함에 따라 전기작에서는 찰옥 4호가 16.89~39.42 g, 일미찰은 23.87~43.35 g, 후기작은 각각 16.38~41.03 g, 15.36~44.26 g의 범위에서 유의하게 증가 하였는데(p<0.05), 후기작의 경우 성숙기의 온도가 낮아지 면서 100립 무게의 변화속도가 느려지는 것을 관찰할 수 있 었다. 수확적기에 수확하여 측정한 찰옥 4호와 일미찰의 100립의 생체중은 각각 약 29 g과 35 g 정도로 재배시기에 따른 차이를 보이지 않았다. 종실 100립의 생체중은 전분함 량과 고도의 정의상관을 보였다(r=0.93 ^***).

Fig. 9.

Comparison on the 100 kernel weight (fresh weight base) of waxy corn according to days after silking with different sowing date. Means with different letters are significantly different at 5% significance level by Duncan’s multiple range test.

2기작 재배한 찰옥수수의 전분함량을 측정한 결과는 Fig. 10와 같다. 전분함량은 출사 후 일수가 경과함에 따라 전기 작에서는 찰옥 4호가 33.2~57.0%, 일미찰은 36.2~53.4%, 후기작 재배시에는 찰옥4호가 20.9~59.0%, 일미찰은 23. 8~60.0%의 범위에서 유의하게 증가하였다. 찰옥수수 종실 의 전분함량 또한 후기작 재배는 전기작에 대비 등숙기의 저온으로 전분 축적 속도가 느린 것을 확인할 수 있었다. 수 확적기의 찰옥수수 종실의 전분함량은 전기작 재배시 약 48%, 후기작은 약 45% 정도로 전기작에 재배한 것이 유의 하게 높았다(p<0.05).

Fig. 10.

Changes of the total starch content of waxy corn according to days after silking with different sowing date.

주사전자현미경(SEM)을 이용한 등숙 중 전분미세구조 관찰

주사전자현미경(SEM)을 이용하여 찰옥수수의 전분립 축 적양상을 관찰하였다. Fig. 11과 12에서 보는 바와 같이 찰 옥수수의 전분립은 과피와 가까운 배유의 상단부터 집적되 기 시작하여 출사 후 일수가 경과함에 따라 내부까지 조밀 하게 집적되었는데, Guo et al.(2006)도 같은 결과를 보였다 고 보고하였다. 전분립의 축적 속도가 전기작에 재배한 것 이 후기작보다 빠른 것을 현미경 관찰을 통해서도 확인하였 으며, 후기작 재배한 찰옥수수의 전분립의 축적 정도가 전 기작에 비해 조밀하지 않은 것은 전분 함량과도 관계가 있 을 것으로 판단되었다. 또한 전기작 재배시에는 수확 적기 가 2~3일만 지나도 종실이 딱딱해져 식미감에 많은 영향 을 미치는데 후기작 재배시에 전분립의 축적속도가 느린 것 은 전기작에 비해 풋옥수수의 수확시기가 길어지기 때문에 홍수출하에 따른 문제점을 다소 해결할 수 있을 것으로 판 단되었다.

Fig. 11.

Features of scanning electron micrographs (SEM) of the waxy corn starch granule in the cells around the pericarp (×1,500).

Fig. 12.

Features of scanning electron micrographs (SEM) of the waxy corn starch granule in the cells around the embryo (×1,500).

찰옥수수 종실의 물성 비교

파종시기별 출사후 일수에 따른 찰옥수수 종실의 물성을 texture analyer로 측정한 결과는 Table 1과 같다. 전반적으 로 출사 후 일수가 경과할수록 springiness, gumminess, cohesiveness, hardness 및 chewiness은 증가하는 경향을 보였으 나 adhesiveness는 감소하는 경향이었다. 이러한 결과는 대 학찰옥수수를 이용하여 경도를 측정한 결과 출사 후 15일 에서 30일까지 증가하였다는 Oh(2012)의 결과와 비슷하였 으며 출사 후 일수가 경과하면서 전분이 축적되기 때문인 것으로 판단된다. 후기작으로 재배한 종실의 물성측정 결과 가 뚜렷한 경향치를 나타내지 못한 것은 상대적으로 종실의 크기가 작고 전분 축적 정도가 전기작 만큼 치밀하지 못하 였지만 texture analyer의 probe가 종실 과피를 통과하는 것 에 어느 정도의 힘이 작용했기 때문이라고 판단되었다.

물성과 관련된 특성들 간의 상관관계는 Table 2와 같다. 100립 생체중은 springiness(0.80 ^***), cohesiveness(0.44 ^***), adhesiveness(-0.80 ^***) 및 chewiness(0.55 ^***), 전분 함량은 springiness(0.79 ^***), adhesiveness(-0.81 ^***) 및 chewiness(0.49 **) 와 고도로 유의한 정의 상관을 나타내었다.