서 언

2018년 우리나라 고구마 재배면적은 20,948 ha로 305,304 톤이 생산되었으나 ha당 생산량은 2000년 21.4톤 이후 지속적 으로 감소하여 2018년에는 14.6톤으로 46.6% 감소하였다 (AFRASY, 2018). 고구마의 생산량 감소는 재배품종의 다양화, 재배기간 단축, 그리고 연작으로 인한 병 발생 심화 등을 원인 으로 볼 수 있다. 특히 고구마에 발생하는 바이러스병은 우리 나라뿐만 아니라 중국, 일본, 아프리카 등 세계적으로 품질 및 수량 감소의 주된 원인이 되고 있어, 생장점배양 기술을 적용 하여 바이러스 무병묘 생산 기술 등에 대한 많은 연구들이 수 행되었다(Clark & Moyer, 1988; Domola et al., 2008;Eun et al., 2002;Wang et al., 2010). 중국의 고구마 주산지 3곳 에서 고구마얼룩무늬바이러스(SPFMV)는 21~100% 발생하였 고, 고구마잠재바이러스(SPLV)는 21~90%까지 감염된 것으로 조사되었으며(Zhang et al., 2005, 2006), 바이러스 감염이 심 할 경우는 괴근 수량이 78%까지 감소한다고 하였다(Gao et al., 2000). 고구마얼룩무늬바이러스(SPFMV)와 고구마잎말림 바이러스(SPLCV)가 감염된 묘와 바이러스 무병묘의 연차 간 수량성 비교 실험에서 감염묘 25.1톤/ha에 비하여 무병묘 1년 차에는 40.8톤/ha에서 3년까지 27.4톤/ha으로 감염묘에 비해 수량이 증수된 것으로 보고하였다(Wong and Chen, 2001). 고 구마의 괴근 수량은 재배토양 및 환경에 따라 동일 포장 내에 서도 연차 간 차이가 크다. 정식 후 7주 정도 토양 수분이 부족할 경우는 괴근 형성이 불량하여 수량 감소의 유의성이 인정된다고 하였으며(Edmond and Ammerman, 1971), 지속적 인 가뭄 하에서 수분 공급이 부족하면 지상부 생육을 억제하고 광합성 능력이 제한을 받아 후에 괴근 수량에 영향을 준다고 하 였다(Ehara and Sekioka, 1962;Gollifer, 1980). Anderson (1941)은 점토 및 양토에서 고구마의 줄기 및 괴근의 생육은 토양 형태 및 관수 빈도에 영향을 받는다고 보고하였으며, Watanabe (1979)는 토양수분 함량이 높거나 토양이 치밀할 때 는 고구마 지상부의 생육은 왕성하지만 토양 내에 산소 수준 이 낮아지기 때문에 괴근 형성이 안 되거나 억제된다고 하였 다. 본 연구는 생장점 배양 기술로 증식된 바이러스 무병묘의 정식시기 및 재배기간에 따라 씨고구마로 적당한 크기의 수량 성과 포장 재배에서 바이러스 감염 정도를 조사하여 무병묘를 대체할 수 있는 건전한 씨고구마 생산을 목적으로 2015년부 터 2018년까지 4년간 수행하였다.

재료 및 방법

시험재료

본 연구는 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소에서 실 시하였다. 조직배양실에서 생장점 배양으로 생산된 고구마 바 이러스 무병 유식물체를 망실 온실에서 증식하여, 생산된 묘 를 시험재료로 사용하였다. 정식시기 시험은 분질고구마 ‘신율 미’, ‘진홍미’와 중간질고구마 ‘풍원미’, ‘다호미’ 품종을 재료 로 하여 2015년과 2016년에 수행하였으며, 재배기간 시험은 ‘신율미’, ‘풍원미’, 그리고 2016년에 신품종으로 출원된 ‘호감 미’로 대체하여 2017년과 2018년에 수행하였다.

재배법

시험포장은 적색 황토를 객토(2015년 2월)한 밭으로 토성은 양토이며 이화학적 특성은 Table 1과 같다. 2015년 시험구의 시비량은 토양 검정을 실시하여 요소 14.3–용성인비 102.2–염 화칼리 35.8 kg/10a를 시용하였다. 연차별 시비량도 토양검정을 실시하여 표준시비량인 요소 12.0–용성인비 31.5–염화칼리 26.0 kg/10a에 준하여 시용하였다. 피복자재는 폴리에틸렌 흑색·투명 배색필름을 사용하였으며 이랑넓이 70 cm에 주간간격 20 cm 로 정식하였다. 정식시기 시험은 5월 하순, 6월 중순, 그리고 7 월 상순에 정식하여 재배 관리한 다음 5월과 6월 정식은 120 일 재배, 7월 정식은 110일 재배하여 수확하였다. 재배기간 시 험은 5월 중순에 정식한 후 110, 120, 130일에 수확하였다.

강수량 및 토양수분 함량

고구마 재배기간 동안 강수량 자료는 전남 무안군 바이오에 너지작물연구소 내에 설치된 기상관측 시스템에서 수집된 데이 터를 사용하였다. 토양수분 함량은 Time domain reflectometry (TDR) 방식을 이용한 용적 측정에 의한 수분함량으로 나타냈 다. 센서는 2가닥 20 cm stainless steel rods로 구성되어 있는 다공성 도체의 water content reflectometer (CS616-Ll00, Campbell Sci. Canada)를 사용하였으며 표토층 20 cm 내의 용적수분함량을 1시간 단위로 datalogger system (CR1000X, Campbell scientific Inc. USA) 으로 기록하였다.

수량조사

정식시기 및 재배기간에 따른 고구마 괴근의 수량성은 11.2 m²(길이 4 m ×이랑폭 0.7 m × 4이랑) 시험구 내에서 가운데 2 이랑(5.6 m²)을 수확하여, 괴근의 개당 무게가 50 g 이상부터 700 g까지의 무게를 10a로 환산하였으며, 씨고구마로 알맞은 괴근 수량 무게는 100~300 g 크기를 계산하였다.

바이러스 검정

생장점 배양으로 생산된 고구마 바이러스 무병 유식물체를 망실 온실에서 증식하여, 정식 전에 고구마 잎에서 바이러스 감염 여부를 검정하고, 정식 후 포장에서 바이러스 이병 정도 를 알아보기 위해 수확 전 잎을 채취하여 multiplex RT-PCR 분석법(Kwak et al., 2014)으로 바이러스 검정을 실시하였다. 먼저 정식 전 및 수확 전 채취한 고구마 잎을 액체 질소가 담 긴 멸균된 막자 사발에 넣고, 막자를 이용하여 곱게 간 다음, 잎 시료 150 μg을 1.5 ml microcentrifuge tube에 넣어 Viral DNA/RNA Extraction kit (iNtRON, Korea)에서 제시한 방법 으로 DNA/RNA Virus를 추출하였다. 다음은 RT-PCR을 수행 하기 위하여 추출한 DNA/RNA Virus를 1 μg/ml로 정량하여 1st antisence DNA를 합성하였다. Antisence DNA를 합성하기 위하여 4종의 Virus의 reverse primer를 이용하였다(Table 2).

결과 및 고찰

강수량 및 토양수분함량의 변화

고구마는 정식 후 50일까지(괴근 분화 및 형성기)의 토양수 분 조건이 괴근의 수를 결정하고 비대기의 토양 수분은 크기 를 좌우하기 때문에 재배기간 동안의 강수 횟수 및 양에 따라 연차 간 수량 차이가 클 수 있다. 정식시기인 5월 상순부터 7 월 상순까지의 강수량은 2015년 139.5 mm로 용적토양수분 함량은 6.0~26.0%로 약간 낮게 유지되었지만 정식 후 활착, 괴근 분화 및 형성에 문제는 없었으며, 2016년은 393.5 mm 로 2015년에 비해 254 mm가 많아 토양수분이 10.0~36.6% 까지 높게 유지되어 괴근 형성 개수를 감소시켰을 것으로 판 단된다. 이는 본 연구결과 2015년과 2016년의 정식시기별 주 당 괴근 수(Table 3)의 차이와 토양수분함량이 높을 경우 고 구마 지상부의 생육은 왕성하지만 토양 내에 산소 수준이 낮 아지기 때문에 괴근 형성이 안 되거나 억제된다고 한 보고 (Watanabe, 1979)와 일치하였다. 재배기간 시험의 정식시기인 5월의 2017년 강수량은 15.5 mm로 매우 부족하여 정식 후 살수장치(스프링쿨러)로 1회 2시간 정도 수분을 공급해 주었 으며, 2018년은 68.5 mm로 초기 생육은 문제가 없어 관수를 실시하지 않았다. 괴근 비대기인 7월 중순부터 8월 중순까지 의 강수량은 11.5 mm로 2017년 308 mm 비해 적어 지상부 시들음 및 고사 증상이 나타나 살수 관수를 하였지만 이 기간 동안의 토양 수분은 10~13% 수준으로 낮게 유지되어 괴근 비대에 불리한 영향을 주었을 것으로 보인다(Fig. 1, 2).

정식시기별 괴근 및 씨고구마 수량

2015년 정식시기 시험의 주당 50 g 이상 괴근 수는 5월 하 순 정식의 ‘진홍미’ 3.3 ~ ‘풍원미’ 2.3개 보다 6월 중순과 7 월 상순 정식의 ‘신율미’ 3.6 ~ ‘풍원미’ 4.6개로 많은 경향이 었으나 평균 괴근 무게는 괴근 수가 적은 5월 하순 정식구가 무거웠다. 그러나 2016년은 6월 중순 정식구의 ‘풍원미’ 5.7개 를 제외하고는 5월 하순, 6월 중순 그리고 7월 상순 정식 시 험구 모두 주당 괴근 수가 2.2 ~ 3.5개 수준으로 적어 연차 간 차이가 있는데(Table 3), 이는 2015년과 2016년의 괴근 형 성기에 토양수분 차이로 판단된다(Fig. 1). 5월 하순과 6월 중 순 정식의 괴근 수량은 2016년이 2015년에 비해 ‘신율미’ 12.6, 5.9%, ‘진홍미’ 30.0, 29.6%, ‘다호미’ 34.2, 45.0% 그 리고 ‘풍원미’ 1.4, 32.2% 수준으로 각각 감소하였으며, 7월 상순 정식구의 경우는 2015년에 비해 2016년의 수량이 ‘신율 미’ 37.4%, ‘진홍미’ 67.6%, ‘다호미’ 87.6%, 그리고 ‘풍원미’ 58.8%가 감소되어 연차 간 차이가 컸다. 2년간 평균 괴근 수 량에서 ‘신율미’는 3,622~3,050 kg/10a으로 5월 하순, 6월 중 순 그리고 7월 상순 정식 시험구 간에 유의성은 없었다. ‘다 호미’는 7월 상순 정식구의 수량이 2,437 kg/10a으로 5월 상 순과 6월 중순 정식구에 비해 적었다. ‘풍원미’는 6월 중순 수 량이 4,234 kg/10a으로 많은 경향이었다(Table 4). 바이러스 무병묘 정식시기에 따라 씨고구마로 사용하기에 알맞은 100~300 g 크기의 괴근 생산 가능량을 조사한 결과는 Table 5와 같다. ‘신율미’는 6월 중순 정식이 2,364 kg/10a으로 많은 경향이나 7월 상순 정식하여 재배하여도 2,043 kg/10a 생산 가능하였다. ‘진홍미’와 ‘다호미’는 5월 하순과 6월 중순에 비 해 7월 상순 정식에서 각각 1,799, 1,390 kg/10a 수준으로 씨고구마 수량이 낮았다. ‘풍원미’는 6월 중순 정식 2,625 kg/ 10a, 7월 상순 정식 1,985 kg/10a으로 씨고구마 생산량이 많 았다. 본 시험의 결과로 볼 때 남부지역에서 바이러스 무병묘 를 사용하여 씨고구마 생산을 목적으로 재배할 경우 7월 상순 까지 정식하여 110일 정도 재배하여도 품종별로 차이는 있지 만 1.4톤~2.0톤/10a 정도의 씨고구마 생산이 가능하기 때문에 무병 씨고구마 생산량을 늘리기 위해서는 무병묘를 계속 증식 하면서 본답에 정식할 필요가 있다고 판단하였다.

재배기간에 따른 괴근 및 씨고구마 수량

고구마 바이러스 무병묘를 5월 중순에 정식하고 110일, 120 일, 그리고 130일 후 수확하여 50 g 이상 괴근 수량을 조사 한 결과 2017년 ‘신율미’ 3,583, 3,658, 4,106 kg/10a, ‘풍원 미’는 3,002, 3,363, 3,510 kg/10a, 그리고 ‘호감미’는 3,299, 3,776, 4,092 kg/10a으로 재배기간이 길수록 수량은 증가하는 경향이었다. 2018년에도 ‘신율미’ 등 3품종 모두 2017년에 비 해 감소는 하였지만 같은 경향으로 2년 평균 괴근 수량은 ‘신 율미’ 3,288~3,864 kg/10a, ‘풍원미’ 2,467~3,127 kg/10a, 그 리고 ‘호감미’는 3,160~3,697 kg/10a로 재배기간이 길수록 수 량은 증가하였으나 유의적인 차이는 없었다(Table 6). 그러나 씨고구마로 적당한 100~300 g 크기의 수량은 2017년의 경우 ‘신율미’와 ‘풍원미’는 110일 재배가 각각 2,564, 2,175 kg/ 10a으로 많았으며, ‘호감미’는 130일 재배가 2,304 kg/10a 으로 많은 경향이었으나, 2018년는 ‘신율미’, ‘풍원미’, ‘호감미’ 모두 130일 재배에서 각각 2,456, 1,825, 1,969 kg/10a으로 많아 연 차 간 수량 차이가 있었다(Table 7). 이는 2018년 괴근 비대기 인 7~8월에 가뭄이 지속되어 토양 수분 부족으로 괴근 비대가 억제되어 괴근 수량이 감소된 영향으로 판단된다. 재배기간 시 험 결과 씨고구마로 사용하기에 적당한 100~300 g 크기의 수량 은 재배기간이 너무 길어지면 괴근이 커져서 불리 할 수 있기 때문에 130일 이전에 수확하는 것이 적당하다고 판단되었다.

수확 전 고구마 잎의 바이러스 감염 정도

바이러스 무병묘를 5월 하순, 6월 중순, 그리고 7월 상순에 정식 재배하여 정식 전 고구마 잎과 수확 전 고구마 잎에서 잎말림바이러스(SPLCV), 고구마얼룩무늬바이러스(SPFMV), G-바이러스 (SPVG), 고구마잠재바이러스(SPLV) 등 4종의 바 이러스를 검정한 결과는 Table 8과 같다. 바이러스 무병묘의 정식 전 잎에서는 4품종 모두 4종의 바이러스가 검출되지 않 았다. SPLCV는 2016년 5월 하순 정식의 ‘다호미’ 13.3%와 6월 중순 정식의 ‘풍원미’ 6.7%가 검출되었다. SPFMV는 2016년 5월 하순 정식구의 ‘진홍미’ 6.7%, ‘다호미’ 13.3%와 6월 중순 정식구의 ‘신율미’가 6.7% 정도 감염되었다. SPVG 는 2015년 7월 상순 정식구의 ‘신율미’ 30.0%, 6월 중순 정 식구의 ‘진홍미’가 13.3% 감염된 것으로 나타났다. SPLV는 2015년 5월 하순 정식의 ‘다호미’ 26.7%와 2016년 5월 하순 정식의 ‘진홍미’ 13.3%가 감염되었으며, ‘다호미’는 5, 6, 7월 정식에서 각각 13.3, 6.7, 6.7%가 감염된 것으로 검정되었다. 재배기간에 따른 수확 전 잎의 바이러스 감염 정도는 ‘신율미’ 의 경우는 일정한 경향없이 SPLCV 15.0~30.0%, SPFMV 130일- 20.0%, SPVG 110일-35.0%, 130일-30.0% 감염된 것 으로 나타났으며, ‘풍원미’는 검출되지 않았다. ‘호감미’는 SPLCV가 110일과 120일에 각각 15.0% 감염된 것으로 검정 되었다(Table 9). 잎말림바이러스는 담배가루이, 그리고 얼룩무 늬바이러스, G-바이러스, 잠재바이러스는 진딧물이 매개를 한 다고 하였다(Kwak et al., 2014).

적 요

남부지역에서 고구마 바이러스 무병묘의 정식시기 및 재배 기간에 따른 괴근 수량 및 씨고구마 생산량을 조사한 결과는 다음과 같다.