서 언

보리는 세계4대 작물 중 하나로서, 우리나라에서도 중요한 식량공급원이다. 최근 경제 성장에 따른 소비패턴 변화로 건강 에 대한 관심이 높아지면서 보리의 기능성 성분에 따른 성인병 예방 등의 효과가 검증되어 과거 감소했던 보리의 소비량이 지 속적으로 증가하고 있다(Statistics Korea, Crop Production Survey Kosis, 2015). 또한 보리는 동계작물로 벼, 콩, 고구마, 참깨 등 여러 가지 하계작물과 2모작이 가능한 곡류 작물로서 식량 부족 시 확대생산이 가능하여, 기후조건에 따른 보리의 재배 및 수확시기의 판단이 중요할 것으로 생각된다. 미래예측 기후변화 시나리오 RCP8.5에 따르면 21세기 말 전 세계 기온 은 4.8°C, 한반도는 5.7°C가 상승될 것으로 전망되고 있는데, 특히 보리 생육초기에서 생육재생기까지의 기간과 관련된 10 월, 11월, 2월, 3월의 평균기온이 가파르게 상승하고 있다 (Korea Meteorological Adminstration). 생육초기의 기온 변화 는 엽의 발달, 분얼의 발생 및 유수분화시기에 영향을 주며 (Masanori & Sumio, 1984; D. Aspinall & Paleg, 1963; Cristina et al., 2011), 이는 생육단계별 기온, 일장 등의 환경 조건을 변화시켜, 결국 보리의 전생육시기에 영향을 미칠 것으 로 사료된다. 또한 보리의 경우 이상기상 발생빈도가 높아짐에 따라 집중호우 등으로 가을 파종시기에 강우량이 많은 해에는 파종을 하지 못하는 경우가 많이 발생되며, 가을에 파종을 하 지 못한 경우에는 춘파(봄 파종)을 하여야 하는데(Lee et al., 2002), 춘파의 경우에도 마찬가지로 고온에 의하여 생육기간 이 짧아지며(Chun & Lim 1996; Im, 1975), 엽 전개 등의 생육이 빨라지므로(Tamaki et al., 1998) 춘파에 따른 각 생육 단계별 생육 변화에 대한 분석이 필요할 것으로 보인다. 따라 서 본 실험은 월동기간 동안의 생육초기 고온 및 춘파에 따른 수량, 품질 및 생육특성을 분석하여, 기후변화에 대응 하는 재배기술 개발 및 품종 육성의 기초자료로 활용하고자 실시하였다.

재료 및 방법

시험 재료

시험에 사용된 재료로 춘파형으로(파성Ⅰ) 파성이 낮은 흰 찰쌀보리 와 큰알보리1호를 사용하였고, 추파는 2015년과 2016년에 동일하게 10월 20일, 춘파는 2015년에 2월 14일, 2016년에는 2월 11일에 파종량은 흰찰쌀보리는 16 kg/10a, 큰 알보리1호는 14 kg/10a을 기준으로 전북 완주군 국립식량과학 원 밭 포장에 파종하였다. 재식밀도는 휴폭 40 cm, 파폭 18 cm 협폭파로 재배하였으며, 시비량은 추파는 10a 당 N, P₂O₅, K₂O를 성분량으로 각각 8.8, 7.2, 3.9 kg으로서 각각 요소, 용성인비, 염화가리를 기비 : 추비(40 : 60) 으로 시비 하였고, 춘파는 10a 당 N, P₂O₅, K₂O를 성분량으로 각각 5.2, 4.6, 2.3 kg으로서 추파재배 생육재생기 추비수준의 비료 를 전량 기비로 시비하였다. 출수기는 총 경수의 40%가 출수 한날을 기준으로 하였으며, 성숙기는 총 경수의 90% 이상의 이삭이 이삭목까지 황화한 날을 기준으로 설정하였다. 기타 생 육과 수량조사는 농촌진흥청의 농사시험연구조사 기준에 준하 여 실시하였다.

월동기 고온처리

월동기 고온처리를 위하여 골격조건은 폭 2 m, 높이 1.5 m이며, 비닐두께는 0.05 mm의 비닐하우스를 이용하여 3 반복으로 처리하였다. 2015년에는 12월 31일부터 생육재생 기로 판단되는 2월 21일까지 52일간 처리하였으며, 처리기 간 동안의 대조구의 평균온도는 0.7°C, 고온처리구의 평균 온도는 4.2°C였다. 2016년에는 12월 30일부터 생육재생기로 판단되는 2월 11일까지 44일간 처리하였으며, 처리기간 동 안의 대조구의 평균온도는 –0.3°C, 고온처리구의 평균온도 는 4.1°C였다.

종실중, 립장, 립폭

각 처리 별 50립씩을 무작위로 선별 후 Mitutoyo Digimatic caliper (Mitutoyo, Japan)를 이용하여 립장, 립폭 등과 같은 종실 크기 특성을 측정 하였으며, 천립중은 5반복씩 무게를 측 정하여 조사하였다.

단백질, 호화특성

단백질분석은 분쇄한 시료 250 mg을 Elementar Analyzer System(Vario MACRO, Germany)을 이용하여 분석한 총 질 소함량 값과 켈달장치를 이용하여 분석한 값을 비교하여 보정 계수를 구하고 보정계수를 각 분석 값에 곱하여서 구하였다.

호화특성은 Rapid-Visco Analyser(Newport scientific model RVA-4, Australia)를 이용하여 AACC Method 61-02 에 의하 여 Peak viscosity(최고점도), Trough viscosity(최저점도), Breakdown(강하점도), Final viscosity(최종점도)를 측정하였다.

아밀로스, 전분

아밀로스 함량은 Juliano(1971) 방법에 의하여 분석하였다. 분쇄한 시료 0.1 g을 평량 후 95% ethanol 1 ml 과 1 N NaOH를 첨가, 끓는 물에서 10분간 가열하여 호화시켰으며, 2 ml I₂-KI 용액과 1 N acetic acid를 첨가하여 발색반응을 일 으킨 뒤 620 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아밀로스 함량은 amylose from potato (Sigma Aldrich A0512, USA)를 이용 하여 표준곡선을 작성하여 구하였다.

전분함량 측정은 Total starch assay kit (K-TSTA-100A, Megazyme, USA)를 이용하여 AOAC 방법으로 분석 하였다 (McCleary et al., 1997). 분쇄한 시료 50 mg을 정량하여 80% 0.2 ml 에탄올을 첨가한 뒤, thermostable α-amylase, amlyoglucosidase 및 MOPS Buffer를 이용하여 전분을 분해하 고, 발색반응으로 glucose함량을 540 nm 파장에서 측정하였다.

통계 처리

모든 실험은 3회 이상 반복하여 결과 값을 평균값으로 나타 냈으며, 각 실험결과의 통계처리는 R 통계프로그램(Version 3.2.2)를 이용하여 분산분석(ANOVA) 후 Duncan’s multiple range test로 p < 0.05 수준에서 유의적 차이를 검정하였다.

결과 및 고찰

파종에서 영화분화기까지의 환경조건 및 생육변화

월동기 고온 및 춘파에 따른 파종부터 영화분화후기(유수 장 3~5 mm)에 이르기까지 소요일수 및 유효적산온도의 차 이는 Fig. 1에 나타낸 바와 같다. 영화분화후기에 이르기까 지 총 소요된 기간은 대조구(추파), 월동기고온 처리(추파), 춘파순으로 각각 137일, 115일, 65일이 소요되었으며, 대조 구 및 월동기 고온처리의 경우 생육정지기간(월동기간, 일평 균기온이 3°C이하인 날이 5일 이상 지속되는 기간)이 대조 구는 45일, 월동기고온처리 10일로 생육정지기간을 제외한 소요일수는 월동기고온처리 105일, 대조구는 92일, 춘파는 65일로 춘파에서 크게 소요일수가 단축되었다. 또한 파종에 서 영화분화후기에 이르기까지 생육정지기간을 제외한 유효 적산온도는(3°C 기준) 월동기고온, 대조구, 춘파 순으로 높 았으며, 각각 796°C, 717°C, 453°C 였고, Chun & Lim (1996)의 춘파재배와 추파재배의 비교 시험에서처럼 춘파에 서 유효적산온도가 낮아지는 결과와 유사한 경향이었다. 이 러한 차이는 평균기온 및 일조, 일사량, 일장 등의 환경조 건 변화에 따라 나타나는데, 보리의 경우 장일식물로서 일 정시간 이상의 낮의 길이에 반응하여 유수형성 및 출수·개 화가 이루어지는 것으로 잘 알려져 있다(Aspinall & Paleg, 1963). 처리별 일장변화는 Fig. 2에 나타낸 결과와 같이 대조 구 및 월동기 고온처리는 파종후 일장이 점점 감소하다가 파 종 후 66일을 기점으로 증가하는 조건에서 생육하였고, 춘파 의 경우 파종에서부터 이미 월동고온처리 영화분화기시의 일 장 보다 긴 조건에서 생육이 진행되었다. 이는 춘파에서는 기 본영양생장기간 및 영화분화에 필요한 적산온도 조건만 충족 된다면 영화분화가 가능하여, 춘파에서 영화분화까지의 소요 기간이 단축된 것으로 보인다. 춘파의 경우 파종 후 65일에 가장 빠르게 영화분화가 이루어져 있었는데, 파종 후 65일의 대조구, 월동기고온 및 춘파의 환경조건은 Table 1에 나타낸 바와 같다. 파종 후 65일까지의 유효적산온도 및 평균온도는 오히려 추파 및 월동기 고온처리보다 춘파에서 낮았지만, 일 조 시간 및 일사량 조건이 춘파에서 월등히 높았으며, 위에 서 언급한 바와 같이 추파 및 월동기 고온처리의 경우에는 영화분화에 필요한 일장조건을 충족시키지 못하여 영화 분화 가 춘파보다 늦게 이루어 진 것으로 생각되며, 이는Aspinall & Paleg(1963)의 실험에서의 장일조건에서 보리의 유수의형 성이 빨라지는 결과와 유사하였다. 월동기 고온처리의 경우 는 Fig. 3에 나타낸 바와 같이 약 40일간 월동기간동안의 평 균온도가 대조구 대비 약 4°C 가량 높았으며, 생육정지 기간 도 35일 가량 단축되어, 영화분화기 또한 앞당겨졌다.

한편 이러한 생육 초기의 환경조건 차이는 엽의 발달과 분 얼의 형성에 영향을 미치는데(Jamieson et al., 1995), 보리의 경우 어느 정도의 저온에서 저 절위의 분얼발생이 촉진되며 (Percival, 1921), 고온 장일조건에서는 생식생장기로의 전환이 빨라져, 분얼의 발달의 저해하여(Fletcher & Geoffrey, 1975), 수량을 결정 짓는데 중요한 요인인 경수의 변화가 생기게 된 다. 각 처리에 따른 영화분화까지의 생육단계별 생육정도는 Table 2에 나타낸 바와 같다. 대조구(추파)의 생육재생기로 판 단되는 파종 후 115일에 월동기 고온처리구는 이미 영화분화 기에 접어들었으며, 대조구 대비 초장이 증가하였고, 엽의 발 달은 약 1엽기 정도 더 진행 되었지만 분얼수는 오히려 적거 나 차이가 없었다(Fig. 4). 고온 장일 조건에서 생육이 진행된 춘파 처리구 또한 유사한 경향을 나타내었으며, 이 결과에 대 한 원인구명을 위해 온도 및 일장에 따른 분얼의 발달에 대한 좀 더 면밀한 실험 및 분석이 필요 할 것으로 보인다. 생육단 계별 경수변화 및 성숙기 최종 이삭수는 Fig. 5에 나타낸바와 같다. 월동기 고온처리 및 춘파에 따른 고온 장일에서의 생육 으로 각 개체의 생육단계 대비 분얼형성이 저하됨에 따라 m² 당 경수가 감소하였고, 수량을 결정하는 최종 이삭수 또한 감 소하였다.

영화분화에서 출수까지의 환경조건 및 생육변화

영화분화 이후 생식생장기의 월동기 고온 및 춘파 각 처리 에 따른 환경조건 변화는 출수시기 및 이삭당립수 등의 생육 변화에 영향을 줄 것으로 생각된다. 영화분화에서 출수까지의 평균 기온 및 일조시간 등의 환경요인은 Table 3에 나타낸 바 와 같다. 영화분화에서 출수기까지의 평균기온은 월동기 고온 처리시 영화분화시기가 앞당겨짐으로 인해 대조구 보다 6.3~6.6°C 낮았으며, 춘파 처리구에서는 14.8~14.9°C로 월동기 고온처리구 대비 약 2배 이상 높았다. 평균 일조시간은 처리 별로 큰 차이가 없었고, 일장은 월동기 고온처리구에서 가장 짧았으며, 춘파 처리구에서 상대적으로 긴 조건에서 생육이 진 행되었다. 이러한 환경조건 차이에 따른 영화분화에서 출수에 이르기까지 소요된 기간은 고온, 장일 조건에서 생육이 진행 된 춘파 그리고 대조구, 월동기 고온처리 순으로 영화분화에 서 출수까지 소요 기간이 단축되었으며, 유효적산온도 또한 감 소하였다. 단축된 기간에 따라 이삭당 립수가 감소하였으며 (Fig. 6), 수장 또한 감소하는 경향을 나타내었다(Figs. 7, 8). 영화분화 후기부터 출수에 이르기까지의 환경조건 및 생육변 화에 대한 상관분석을 진행한 결과는 Table 4에 나타낸 바와 같다. 영화분화에서 출수까지 소요기간은 평균온도가 높고, 일 장이 길수록 짧아지는 부의 상관관계를 나타냈으며, 소요기간 이 길어질수록 출수까지 필요한 유효적산온도는 높아지는 정 의 상관관계를 보였다. 수장은 소요기간이 길어질수록 커졌으 며, 이삭당립수 또한 소요기간이 길어질수록 많아지는 정의 상 관관계를 나타내었다.

등숙기 환경조건 및 수량, 수량구성요소, 품질특성 변화

등숙은 영화분화 및 출수시기와 비교하여 상대적으로 일장 변화에 큰 영향을 받지 않으며, 온도 및 일조시간, 일사량의 차이에 따라서 등숙기간과 전분 축적이 변화할 것으로 생각된 다. 등숙기 고온은 등숙 관련효소의 활성에 영향을 미쳐 등숙 속도를 증가시키며 등숙기간을 단축시키게 된다. 등숙기간이 단축되면 동화산물 축적이 감소되며, 이때 증가된 등숙속도가 이를 보상하지 못하여 전분축적 저해 및 종실중의 감소를 일 으키는데(Tahshiro & Wardlaw, 1989; Liu et al., 2011), 처 리별 출수시기의 차이로 인한 등숙기의 평균기온 및 일사량 및 일조시간의 차이는 Table 5에 나타낸 바와 같다. 추파 및 월동기고온처리구 대비 춘파에서 등숙기 평균기온은 약 2~3°C 가량 높아 등숙기간이 단축되었고, 이는 전분축적에 영향을 미 쳤을 것으로 보인다. 한편 일사량 및 일조시간은 춘파처리에 서 높았는데, 이는 등숙기간의 단축으로 인한 전분축적 저해 를 어느 정도 보완해 줄 수 있는 요인일 것으로 사료된다. 처 리별 등숙기 평균기온의 변화에 따른 등숙기간 및 등숙기간동 안의 적산온도는 Table 5에 나타난 바와 같이 등숙기 평균기 온이 높았던 춘파처리에서 감소하였으며, 등숙기 평균기온과 등숙기간 사이의 회귀식은 Fig. 9에 나타낸바와 같이 약 16°C 에서 19°C 사이의 평균기온에서는 평균기온이 1°C 상승하였 을 때 등숙기간이 약 3.3일정도 감소하는 관계식을 보였다.

한편 월동기 고온 및 춘파에 따른 각 생육시기별 환경조건 변화로 인한 수량 및 수량구성요소의 변화는 Table 6에 나타 낸 바와 같다. 영양생장기 고온 및 장일조건으로 인하여 월동 기 고온처리의 경우, 수당립수는 다소 증가하였지만 m² 당 수 수의 감소로 수량이 다소 감소하였으며, 춘파의 경우에는 수 수 및 수당립수 천립중 등이 모두 감소하여, 수량감소가 컸다. 춘파처리의 경우 등숙기 고온에 따라 단축된 등숙기간에 비하 여 천립중의 감소가 Lee et al(2016)의 실험 결과와 비교하여 다소 적었는데, 이는 춘파처리에서 수수 및 수당립수가 적으 며, 일사량 및 일조시간이 길었던 것과 관련이 있을 것으로 생각된다. 등숙기 고온에 따른 등숙기간 단축으로 인하여, Table 7와 같이 단백질 함량이 증가하며 전분의 축적의 감소 를 보였는데, 이는 고온등숙 조건에서 단백질함량 차이는 거 의 없었지만, 상대적으로 전분합성은 고온스트레스에 민감하 여 전분함량이 감소되었기 때문에 전체 종실 구성성분 중 단 백질의 비율(%)이 증가한 것으로 판단되었다. 또한 아밀로스 함량의 감소는 Chun. (2009)의 결과와 같이 감소하는 경향을 보였지만, 처리 간 함량 차이가 전분함량 감소 대비 다소 작 았으며, 이와 같은 종실의 구성성분 변화로 인한 전분호화특 성의 변화는 Table 8에 나타낸바와 같이 등숙기 평균기온이 높아 전분함량의 감소가 컸던 춘파처리에서 최고, 최저, 강하 점도는 감소하였지만, 치반점도가 증가하여 노화정도가 커졌 을 것으로 생각되며, 아밀로스함량이 높은 큰알보리의 경우 아 밀로스함량이 상대적으로 낮은 흰찰쌀보리 대비 치반점도의 변화가 작은 경향을 보였다. 월동기고온 및 특히 춘파의 경우 수량의 증가를 위해서는 파종량을 늘려 m² 당 이삭수를 확보 하는 것이 중요하지만, 이삭수가 증가할 경우, 천립중의 감소 및 품질저하 정도가 커질 수 있으므로, 생산자의 보리 판매 목적에 따라 파종량의 조절이 필요할 것으로 보인다.

적 요

추파, 월동기고온처리(추파) 및 춘파에 따른 보리의 생육 및 수량 품질특성에 미치는 영향을 분석한 결과는 다음과 같다.