서 론

작물의 생산량 증진 및 품질향상을 위해 생장 촉진제 및 비 료의 사용에 대한 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 그 중 담수 녹 조류인 클로렐라를 배양하여 농작물에 관주 하거나 살포하는 클 로렐라 농법이 관심을 받고 있다(Choi, 2004;Na et al., 2021).

클로렐라는 엽록소를 함유하고 있어 광합성을 통해 성장이 가 능한 독립적인 생물이다(Ichimi et al., 2003;Kim et al., 2014b). 직접적인 이용 이외에도 국내외에서 유기농업 및 관행 농업의 미 생물 비료로도 활용되고 있다(Kim et al., 2014b, Choi et al., 2018). 클로렐라를 포함한 생물 비료는 천연 식물 호르몬, 특히 옥 신과 사이토키닌이 풍부하여 식물 생장, 수확량을 높이고 비생물 적 스트레스 내성을 향상시키는 데 효과를 확인하였다. 많은 연 구에서 생화학적(엽록소 및 카로티노이드 생합성의 증진), 생리적 반응(노화 지연, 식물의 1차 및 2차 대사와 관련된 유전자, 근권 을 통한 미생물군집의 활성화) 등의 직간접적 메커니즘이 보고되 었다(Safi et al., 2014). 클로렐라 추출물은 과채류의 당도를 향상 시키고, 부패율을 감소시켰으며, 저장성 향상으로 채소류의 수확 후 품질에도 영향을 미친다고 보고되었다(Kim et al., 2014).

클로렐라는 시비법이 다양하여 엽면 시비, 길항미생물과의 혼합하여 토양개량제로 제조하여 처리하거나, 수경재배에의 이 용에서는 관주 시비의 방법으로도 이용되고 있다. 발아 및 영 양소 흡수를 향상시키고 건물중 및 수확량에 영향을 미치며 뿌리 형질의 출현을 허용하고 비생물적 스트레스 저항성을 개 선하였다. 엽면 시비는 액상비료를 식물체의 엽에 직접 처리 하는 시비법으로, 잎의 기공 및 표피조직을 통해 흡수가 이루 어진다. 이 방법은 소량의 요소에 대해 효과적이며, 토양 시비 를 보충하는 용도로 사용된다(Refaay et al., 2021).

본 연구는 클로렐라 배양액을 풋고추에 관주 시비 및 엽면 시비하였을 때 생육, 수확량 및 생리활성물질 함량에 미치는 영향을 조사하여 효과를 검증하고, 최적 클로렐라 시비법을 구 명하고자 수행되었다.

재료 및 방법

식물 재료

전남 영암군 신북면 갈곡리(34° 55’ N, 126° 41’ E)에 위 치한 풋고추 농가에서 실험을 수행하였다. 공시품종으로 풋고 추(Capsicum annum L. cv. PM shingang, Nong Woo Bio Co., Ltd., Korea)를 사용하였으며, 7월 23일, 90cm 간격으로 비닐하우스에 정식하였다. 비료, 농약 등의 살포를 포함한 재 배는 원예특작과학원 고추 재배법에 준하여 수행하였다(RDA, 2021). 클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추 생육을 조사하기 위 하여 비닐하우스 1동에서 무처리, 관주 시비, 엽면 시비, 관주 시비와 엽면 시비의 조합처리로 구별 후 각 처리 구별로 12주 를 수확하여 분석하였다.

클로렐라 시비

클로렐라 배양액은 농촌진흥청에서 분양 받아 영암농업기술 센터에서 배양하였다. 본 연구에 사용한 클로렐라는 Chlorella fusca(CHK0059)였으며 Kim 등(2014a)의 방법으로 배양하였다. 배양 후 분광광도계(UV-vis Spectrophotometer 1201, Shimadzu, Japan)를 이용하여 680nm에서의 흡광도를 측정하여 표준 직 선을 산출하였고, 혈구계(Hemacytometer, Hausser Scientific Co., Ltd., U.S.A.)를 이용하여 클로렐라의 수를 환산하였다. 8 월 15일부터 10월 17일까지 7일 간격으로 총 10회 클로렐라 를 시비하였다. 시비에 사용한 클로렐라의 농도는 1×10⁷cells mL^-1였고, 배양액을 500배 희석하여 사용하였다. 준비된 현탁 액은 분무기를 이용하여 고추 잎에 처리하였다.

생장 분석

클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추의 생육은 8월 19일부터 11월 7일까지 1주 간격으로 조사하였다. 초장과 방아다리의 길 이를 측정하였으며, 생체중과 건물중을 조사하였다. 클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추의 수확량은 9월 15일부터 약 2주 간격으로 수확하여 조사하였다.

생리활성물질 분석

클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추 과실 및 잎의 엽록소 함 량 분석을 위해 클로렐라 시비 방법에 따라 풋고추의 잎과, 생 과를 11월 13일에 수집하여 사용하였다. 잎 시료 5g에 아세톤 20mL을, 생과 시료는 10g에 아세톤 20mL을 희석한 후 분쇄하 였다. 이후 원심분리기를 이용하여 상층액을 분리해 1.5mL를 추출하였다. 흡광도는 분광광도계를 이용하여 측정하였다.

과실의 비타민C 함량의 분석을 위해 고추의 생과를 10% 메탄인산용액 50mL에 균질화하여 시료를 0.45mL 필터에 여 과해 HPLC(Thermo Di Thermo Dionex ultimate 3000, Thermo Scientific, USA)를 이용하여 비타민C 분석에 사용하였 다. C-18 컬럼(inno C18 column 4.6×250mm, 5mm, innopia, Korea)을 사용하였으며, 이동상은 0.05M의 (NH₄)H₂PO₄ 였 다. 유속은 1mL min^-1 였으며, 검출기의 파장역은 UV 264nm였다.

통계 분석

난괴법 3반복으로 각 12주의 생장 데이터를 SAS 윈도우 9.4 버전(SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 p<0.05에서 Duncan 의 다중 범위 테스트를 사용하여 분석하였으며, 그래프는 sigmaplot 12.0(Systat Software, USA)를 사용하여 작성하였다.

결 과

클로렐라 시비법에 따른 풋고추의 생육

클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추 생육의 영향을 알아보기 위해 시비 방법별 풋고추 초장 조사를 하였다. 8월 15일 클로 렐라 처리 1회 후 8월 19일에 측정한 결과 무처리구 92.9cm, 관주 처리구 91.8cm, 엽면 처리구 87.2cm, 엽면 + 관주 처리 구 90.9cm로 초기에는 유의한 차이가 없었으나, 클로렐라 10 회 처리 후 무처리구 초장 201.0cm, 관주 처리구 185.5cm, 엽면 178.9cm, 엽면 + 관주 처리구 167.9cm로 무처리구 초장 이 처리구 초장에 비해 높은 것을 확인하였다(Fig. 1).

풋고추의 첫 화방인 방아다리 까지의 길이를 측정한 결과, 실험시작 시점과 종료시점 모두 클로렐라 관주 처리구의 길이 가 가장 높은 결과를 보였으며 엽면 시비한 풋고추의 방아다 리가 가장 짧았고 무처리와 엽면+관주의 길이는 유의한 차이 를 보이지 않았다(Fig. 2).

클로렐라 시비법에 따른 풋고추의 수확량

풋고추의 클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추의 수확량은 9 월 15일부터 2주 간격으로 1개의 식물체에서 생산한 풋고추 의 수확량을 조사하였다(Fig. 3). 풋고추의 평균 수확량은 4주 차 부터 유의한 차이가 보이기 시작하였으며, 무처리구 39개, 관주 처리구 48개, 엽면 처리구 56개, 관주+엽면 처리구 50개 로 클로렐라를 엽면 시비하였을 때 수확량이 높은 결과를 보 였다. 반면 8주차의 수확량은 무처리구 65개, 관주 처리구 85 개, 엽면 처리구 61개, 관주+엽면 처리구 79개로 관주 처리구 의 수확량이 높은 결과를 보였다.

클로렐라 시비법에 따른 풋고추의 생리활성 물질 생산

클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추의 비타민C 함량을 분석한 결과, 무처리구가 613mg/kg, 엽면 처리구가 1,178mg/kg, 관주 처리구가 967mg/kg이며 엽면+관주 처리구가 1,382mg/kg으로 비타민C 함량이 가장 높았다(Fig. 4).

클로렐라 시비 방법에 따른 풋고추엽의 엽록소 함량 분석결 과, 관주 처리구가 84.0mg/100g로 엽록소 가장 함량이 낮았으 며 무처리구가 96.6mg/100g, 엽면 처리구 156.3mg/100g, 엽 면+관주 처리구 198.9mg/100g로 엽면 시비와 관주 시비를 동 시에 시비한 처리구가 엽록소 함량이 가장 높았다(Fig. 5. A). 풋고추 생과는 엽과 같은 방법으로 실험을 진행한 후 분석한 결 과 무처리구 23.3mg/100g, 관주 처리구 34.1mg/100g, 엽면 처 리구 28.3mg/100 g, 엽면 + 관주 처리구 27.2mg/100g로 관주 처리구가 엽록소 함량이 가장 높은 결과를 보였다(Fig. 5. B).

고 찰

작물의 재배에 있어 비배 관리는 생장과 수확량에 영향을 미치는 중요한 요소다. 풋고추 재배에 있어 화학 비료를 대체 할 수 있는 유기농법 및 친환경 재배가 각광을 받음에 따라 생물 비료에 대한 연구가 꾸준히 진행되었다(Naik and Hosamani, 2003;Berova et al., 2010;Kumbar et al., 2017;Gulab et al., 2019).

클로렐라 시비법에 따른 풋고추의 생육 및 수확량

풋고추는 가지과로 분류되는 작물로 분지가 나뉘어 자라 는 특성을 갖고 있다. 초장과 방아다리 길이가 짧을수록 재 배관리 및 수확에 유리한 조건을 가지고 있다. 지상부가 웃 자랄 경우 이후의 개화 및 결실에도 영향을 줄 수 있다. 육묘장에서는 고추의 묘 생산 시 생장조절제를 배지에 관주 처리하여 초장 및 생육을 조절하고 있다. 클로렐라 시비를 통해 초장과 방아다리 길이를 짧게 하여 작물의 생육 및 품질을 향상시킬 수 있었다. 클로렐라 배양액을 이용하여 토 마토의 수경 재배 시 수량이 크게 증대된 사례가 보고되었 다(An, 2018). 이번 연구에서 무처리구 보다 관주 처리구, 관주+엽면 처리구의 수확량이 높았다. 배추나 시금치와 같 은 엽채류 재배에 클로렐라 엽면 및 관주시비를 조합처리하 여 엽의 광합성을 증대시키고 그 결과 수확량이 증가되었다 는 결과가 보고된 바 있다(Ann et al., 2021). 관행의 농법 에서 화학비료의 지속적인 시비를 통해 발생할 수 있는 부 영양화나 양분집적에 의한 피해를 대체할 수 있는 생물 비 료의 시비는 관주 및 엽면시비를 통해 식물의 생장을 돕는 효과를 볼 수 있으며(Abdiani et al., 2019;Lim, 2021), 풋고추의 경우에도 엽면과 관주 시비를 조합처리 할 경우 수확량을 증대할 수 있을 것으로 판단한다.

클로렐라 시비법에 따른 풋고추의 생리활성 물질 생산

엽록소의 함량은 광합성과 밀접한 연관을 갖는 요인으로 잎 에서는 대조구에 비해 엽면 살포가 포함된 처리구에서 높았다. 이와는 달리 과실의 엽록소 함량은 클로렐라 처리구가 대조구 보다 높았으나 잎의 엽록소 함량과 반대의 경향을 보였다(Fig. 4). 비타민C의 함량은 고추의 재배 조건에 영향을 받으며(kim et al., 2020), 본 실험에서는 대조구의 비타민C의 함량이 가장 낮게 나타났으며, 관주+엽면 처리구가 가장 높았다(Fig. 5). 클 로렐라는 10mm 이하의 구형 단세포 생물로(Kim et al., 2014b) 세포 내에 엽록소 a와 b를 다량 함유하고 있다. 재배 중 잎의 기공 및 표피조직을 통한 흡수에 의해 효과를 나타낸 것으로 판단한다. 풋고추 과실의 엽록소를 포함한 탄소 동화 산물은 분배에 의해 다른 형태의 1, 2차 대사산물의 재료로 변환된다. 클로렐라 엽면시비와 관주처리를 통해 생장에 유효 한 잎의 엽록소 함량은 증가하였으며, 개화 결실 이후 과실의 비타민C를 포함한 생리활성 물질 함량이 증가한 이유이다.

적 요

클로렐라 시비 방법이 풋고추의 생육, 수확량 및 생리활성 물질 함량에 미치는 영향을 조사하여 최적 클로렐라 시비법을 구명하고자 하였다. 아래와 같은 연구결과는 다른 작물의 클 로렐라 시비 시에 적용 가능하며, 농가의 소득 향상뿐만 아니 라 소비자에게 건강하고 안전한 고품질의 농산물을 공급하는 데 도움이 되리라 생각한다.

풋고추의 초장은 무처리구가 클로렐라 시비 처리구(관주, 엽 면, 엽면+관주)보다 더 높았고, 이를 통해 클로렐라 시비가 고 추의 도장을 억제하는 것을 확인하였다.

엽록소 함량 분석 실험의 결과 풋고추 엽의 총 엽록소 함량 은 엽면+관주 처리구의 함량이 높았으며, 풋고추 생과는 관주 처리구의 엽록소 함량이 가장 높은 결과를 보였다.

수확량은 관주시비와 엽면+관주 조합시비 처리구에서 가장 높았다. 생리활성물질 함량 분석 결과 비타민C 함량은 엽면+ 관주 조합처리구가 가장 높은 결과를 보였다.

본 연구의 결과 클로렐라를 시비가 풋고추의 생육, 수확량 및 생리활성물질 함량을 증가시킨다는 결과를 확인하였다.

추가 주제어: 시비, 엽면 시비, 클로렐라, 풋고추