Application of Mevalocidin as a New Plant Growth Regulator for Thinning and Lateral Shoot Induction

Research Article
김 진석  Jin-Seog Kim*연 규환  Gyu Hwan Yon김 보관  Bo Gwan Kim최 정섭  Jung-Sup Choi김 은애  Eun Ae Kim고 영관  Young Kwan Ko이 일영  Ill Young Lee

Abstract

Modulating shoot architecture in many agricultural, horticultural, and ornamental industries, is important in increasing the yield and quality of their products. This study was conducted to investigate the possibility to use mevalocidin as a new plant growth regulator for thinning and lateral shoot induction. Mevalocidin which was discovered from static cultures of two fungal isolates by Dow Agrosciences, were sprayed with various rates at the seedlings of five crops (tomato, pepper, soybean, sweet potato, and perilla) and investigated several cultural traits such as shoot growth, lateral shoot induction and length. As a results, mevalocidin was seemed to rapidly move into shoot tip and selectively killed an apical meristem part or inhibit its growth at a proper dosage. Then the induced-lateral shoots were grown rapidly, showing that the chemical was easily metabolized in plant. Generally mevalocidin at 2-4 kg ha-1 (500-1,000 ppm) led effectively to kill the apical part although the proper rate was different to crop species. On the other hand, The lower rate of mevalocidin (1-3 kg ha-1, 250-750 ppm) were effective for height control and lateral branching through the break of apical dominance. Therefore, it seemed that mevalocidin, natural phytotoxin from microorganism metabolites, could be used as a new eco-friendly plant growth regulator for thinning and lateral shoot induction for agricultural, horticultural, and ornamental industries.

Keyword



서 언

식물 재배에 있어서 적심(thinning)과 분지(lateral shoot)의 생장조절은 수량향상, 품질증진, 초형조절, 도복억제 등을 위해 동원되는 중요한 재배기술이다(Barbier et al., 2017). 이를 위해 수작업 또는 도구를 이용한 기계적 방법을 사용하기도 하지만 노동력 부족, 작업 효율성, 작업의 적정시기 등이 고려되어야 하는 여건 속에서는 화학적 방법이 주로 활용되고 있다. 현재 적심 및 분지조절을 위한 화합물로서 6-benzylaminopurine (BA), BA+indole 3-acetic acid (IAA), naphtalam sodium, 2,3,5-triiodobenzoic acid (TIBA), ethephon, cyclanilide, capric acid methyl ester (methyl decanoate), dikegilac sodium, 2,3-dihydro-5,6-diphenyl-1,4-oxathiin, chlorflurenol등과 같은 여러 가지 약제가 개발되어 주로 화훼류 및 조경식물에 사용되고 있지만(Arzee et al., 1977; Chen et al., 2016; Cohen, 1978; Elfving and Visser, 2005; Garner et al., 1998; Grossman et al., 2013; Larsen et al., 1993; Menhenett, 1978; Miller et al., 2014; Norcini et al., 1993; Ormrod and Ballantyne, 1976; Sun et al., 2015; Teale and Palme, 2018; Zhang et al., 2017) 화합물마다 약해, 효능 부족, 심한 잔류성, 좁은 사용범위, 기타 부작용 등의 단점들이 존재하는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 원예분야에서 분지유도제로 가장 많이 사용되어 왔던 dikegulac sodium은 안전성 문제로 EU에서는 2002년 등록이 취소되었고(Wikipedia, 2020), DNA 합성억제/세포용해/세포벽 붕괴 등의 작용기작 때문에 잎의 황화, 심한 생장억제, 개화 및 결실장애와 같은 부작용도 많이 일어나고 있다(Arzee et al., 1977; Sun et al., 2015; Wikipedia, 2020). 따라서 각각의 사용분야에서 제반 단점을 보완할 수 있는 보다 안전하고 새로운 유형의 화합물 탐색과 개발은 매우 필요한 상황이다.

인구증가 및 삶의 질 향상에 따라, 농촌 일손이 부족한 가운데에서도 깨끗하고 우수한 품질의 농산물 생산성 제고는 지속적으로 요구되고 있다. 이러한 문제의 궁극적 해결을 위해서는 농작업의 기계화, 친환경 농업기술 및 효율성 좋은 농자재의 적극적 개발이 필요한 상황이다. 몇 가지 작물에 대해 예를 들면, 토마토 및 고추의 경우 대부분 비닐하우스 또는 식물공장에서 최적환경 제공과 비배관리를 집중하며 재배하는데 이때 밀식재배보다는 입묘율을 낮추어 분지수가 많은 개체로부터 다량의 과실을 수확할 수 있게 재배하는 것이 바람직하다. 아울러 재배 도중에 불필요한 가지들이 많이 발생하면 결실과 생장에 장애를 초래하여 품질을 낮추기도 하기 때문에 적당한 분지유도와 적심이 꼭 필요하다. 콩의 경우는 환경조건에 따라 덩굴성으로 생장하는 습성이 있어 적당한 생장억제와 분지 유도는 다수확 재배에 필수적이다. 들깨의 경우도 다수확의 기본은 분지수가 많은 개체를 육성하는 것이다. 한편 고구마의 경우, 괴근을 수확하기도 하지만 최근엔 잎과 줄기를 채소로 이용하기 위해 재배하기도 하는데 이때 분지유도는 증수에 매우 유용한 재배기술이 된다. 기타 여러 가지 화훼류(국화, 포인세티아 등)에 있어서도 많은 꽃 봉우리를 착생시키기 위해 분지유도 기술을 필수적으로 적용하여야 한다. 이러한 요구성에 부합되는 적심 및 분지유도 생장조절제를 개발하려면 특히 작물재배 분야에서의 해당 화합물의 특성이 보다 안전하고 친환경적 이어야 하며, 침투이행성이 좋아 정단부로 신속히 이행되어 작용하면서 최소한의 약해로 분지가 유도되도록 하고, 일정 작용기간이 지난 다음 식물체내 분해가 용이하여 분지 후의 생장이 정상적이며, 처리 적용시기가 광범위한 것이 바람직하다. 따라서 이러한 특성의 화합물은 천연물에서 탐색하는 것이 필요하다고 여겨져 연구하던 중, 미생물 유래의 천연물인 mevalocidin (Gerwick et al., 2008; 2013)이 본 특성에 부합함을 발견하고 적심 및 분지생장조절제로서의 사용 가능성을 검토하고자 본 연구를 수행하였다.

Mevalocidin은 Fusarium DA056446 및 Rosellinia DA092917 미생물의 발효산물에서 처음 분리 동정되었다(Gerwick et al., 2008; 2013). 이는 식물체내 이행성이 좋고 기존 제초제와는 다른 새로운 제초증상을 나타내지만 약제처리후 제초활성이 나타날 때까지의 기간이 길고, 잡초에 대해 고농도 경엽처리에서만 제초활성을 가져(Gerwick et al., 2013), 아직까지는 이를 상업화하지 못하고 있다. 또한 이러한 특성의 mevalocidin을 적심 및 분지유도제로서 작물에 활용하려는 연구사례는 전혀 보고되지 않았다.

재료 및 방법

시험화합물

본 실험에 사용한 mevalocidin (Fig. 1)은 문헌에 알려진 방법(Gerwick et al., 2008; 2013)으로 순도가 97% 이상인 나트륨염(sodium salt) 타입과 락톤(lactone) 타입을 합성하여 이를 기기 분석 [1H NMR (ppm CDCl3, 300 MHz) δ 5.45 (s, 1H), 5.25 (s, 1H), 4.97 (d, J=12 Hz, 1H), 4.78 (d, J=12 Jz, 1H), 2.82 (d, J=12 Hz, 1H), 2.70 (d, J=12 Hz, 1H), 2.29 (brs, 1H), 1.52 (s, 3H)]으로 확인한 다음 아세톤에 녹인 후, 물에 희석하여 여러 가지 농도의 시험 용액으로 제조하여 사용하였다. 이때 시험 용액 내의 아세톤 및 트윈 20 (Tween 20)의 최종농도는 각각 50, 0.1% 이었다.

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Fig. 1. Chemical structures of mevalocidin.

Mevalocidin 처리가 메꽃과 까마중 생육에 미치는 효과

부농 원예용 상토2호(제오라이트 7%, 펄라이트 7%, 질석 3%, 코코피트 68%, 피트모스 14.729%, 비료 0.243%, 습윤제 0.004%, pH 조절제 0.024%)가 담긴 표면적 350 cm2의 사각폿트에 까마중(Solanum nigrum L.)과 메꽃(Calystegia sepium)을 파종하고 온실조건에 10-14일 둔 다음, mevalocidin(salt type) 시험용액을 1 kg ha-1 (250 ppm)과 4 kg ha-1 (1,000 ppm) 수준이 되도록 14 mL 처리하였다. 약제가 처리된 폿트를 온실에 두어 2주 동안 재배하면서 생육반응특성과 증상을 관찰하였다.

토마토에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

부농 원예용 상토2호가 담긴 8.5 cm × 8.5 cm 크기의 원형폿트(Ariwha-90, Bumnong Co., Ltd., Goyang, Korea)에 토마토(서광, 흥농상사, 한국) 유묘를 이식하고 온실조건에 키운 다음, 본엽 3엽이 전개되고 4엽이 10% 정도 전개되는 생육시기에 mevalocidin (lactone type) 시험용액을 1 kg ha-1 (250 ppm), 2 kg ha-1 (500 ppm), 3 kg ha-1 (750 ppm) 수준이 되도록 처리하였다 (6개 식물에 11 mL 처리). 정아의 인위적 적심(hand-pinched)은 처리 후 1주일째 실시하였다. 약제처리된 폿트를 온실에 두어 3주 동안 재배하면서 1주일 간격으로 신초(new shoot) 길이, 분지 위치, 분지 발생율, 분지 길이 등을 조사함과 동시에 작물 생육상태를 관찰하였다.

고추에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

부농 원예용 상토2호가 담긴 8.5 cm × 8.5 cm 크기의 원형폿트(Ariwha-90, Bumnong Co., Ltd., Goyang, Korea)에 고추(향촌, 팜한농, 한국) 유묘를 이식하고 온실조건에 키운 다음, 본엽 6엽이 전개되고 7-8엽이 10% 정도 전개되는 생육시기에 mevalocidin (lactone type) 시험용액을 1 kg ha-1 (250 ppm), 2 kg ha-1 (500 ppm), 3 kg ha-1 (750 ppm) 수준이 되도록 처리하였다(6개 식물에 11 mL 처리). 기타 인위적 적심, 재배 및 조사는 토마토시험에서와 같았다

콩에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

부농 원예용 상토2호가 담긴 8.5 cm × 8.5 cm 크기의 원형폿트(Ariwha-90, Bumnong Co., Ltd., Goyang, Korea)에 콩(연풍콩, 국립종자원, 한국) 종자를 파종하고 온실 조건에서 키운 다음, 초엽이 전개되고 제1삼복엽이 10-20% 정도 전개되는 생육시기에 mevalocidin (lactone type) 시험용액을 0.5 kg ha-1 (125 ppm), 1.0 kg ha-1 (250 ppm), 2.0 kg ha-1 (500 ppm), 3.0 kg ha-1 (750 ppm) 수준이 되도록 처리하였다(6개 식물에 11 mL 처리). 기타 인위적 적심, 재배 및 조사는 토마토시험에서와 같았다

고구마에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

부농 원예용 상토2호가 담긴 8.5 cm × 8.5 cm 크기의 원형폿트(Ariwha-90, Bumnong Co., Ltd., Goyang, Korea)에 고구마(Ipomoea batatas cv. Xu29, China) 2-3마디짜리 삽수를 이식하고 온실 조건에서 키운 다음, 본엽 3엽 전개가 거의 완료되고 4엽이 20% 정도 전개되는 생육시기에 mevalocidin (lactone type) 시험용액을 2 kg ha-1 (500 ppm), 4 kg ha-1 (1,000 ppm) 수준이 되도록 처리하였다(6개 식물에 11 mL 처리). 기타 인위적 적심, 재배 및 조사는 토마토시험에서와 같았다

들깨에 대한 mevalocidin 처리효과

부농 원예용 상토2호가 담긴 8.5 cm × 8.5 cm 크기의 원형폿트(Ariwha-90, Bumnong Co., Ltd., Goyang, Korea)에 들깨(품종 미상) 유묘를 이식하고 온실조건에 키운 다음, 3본엽(호생엽)이 전개되고 4본엽이 5-10% 정도 전개되는 생육시기에 mevalocidin (lactone type) 시험용액을 0.5 (125 ppm)-3 kg ha-1 (750 ppm) 수준이 되도록 처리하였다(6개 식물에 11 mL 처리). 기타 인위적 적심, 재배 및 조사는 토마토시험에서와 같았다.

결 과

Mevalocidin 처리가 메꽃과 까마중 생육에 미치는 효과

Mevalocidin의 일반적인 식물생육저해활성 특성을 파악하기 위하여 실험한 결과, Fig. 2에서 보는 바와 같이 덩굴성 식물인 메꽃의 경우, 4 kg ha-1 수준의 mevalocidin 처리후 5-6일째부터 식물정단부가 위조되기 시작하여 9일째에는 완전히 고사되었지만 중간 이하의 엽액에서는 마디마다 측지가 발생되었다가 12일째이면 왕성한 생장을 이루었다(Fig. 2). 또한 1 kg ha-1 수준의 mevalocidin이 처리된 까마중의 경우도 처리후 5일째부터 식물정단부 조직이 위조 고사되기 시작하여 9일째에는 완전히 고사되었지만 중간 이하의 엽액에서는 마디마다 측아가 발생 신장하여 여러 개의 분지가 정상 생장을 이루었다(Fig. 2). 이러한 결과를 통해 mevalocidin은 식물정단부(shoot tip)로 용이하게 이행되어 축적되면서(Gerwick et al., 2013) 정단부 세포를 위조 고사시킴으로서 정아우세현상(apical dominance)을 타파시키고, 그 이하의 식물조직에는 생육억제효과가 낮아짐으로써 측아가 발아, 신장되면서 결국 여러 개의 분지를 유도시키는 것으로 생각되었다. 한편 유도된 분지가 비교적 빠르게 정상적으로 양호하게 생장한 것을 볼 때, 식물 체내로 흡수된 mevalocidin은 오랫동안 잔류하고 있지 않고 신속히 대사(무독화)되는 것 같았다. 이는 mevalocidin이 적심 및 분지유도 식물생장조절제로 사용하기에 보다 적합한 성질을 보유하고 있음을 시사해준다.

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Fig. 2. Effect of mevalocidin on the growth of (A, B) Calystegia sepium and (C, D) Solanum nigrum. Fictures were taken at 12 d after mevalocidin treatment. A and C: Untreated; B and D: Mevalocidin-treated.

토마토에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

Mevalocidin 처리 후 1주일째의 토마토 생장억제율은 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 11.3, 32.9, 41.6% 이었으며, 본엽절에서의 분지 발생율이 각각 33.3, 55.6, 11.6%로서 2 kg ha-1 처리에서 가장 높았고 분지길이는 1 cm 미만으로서 작았다(데이터 제시 생략).

Mevalocidin 처리 2주 후에는 토마토의 생장억제율이 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 4.9, 32.3, 57.4% 이었다(Table 1). 분지발생율에 있어서는 3 kg ha-1 처리가 약간 높은 편이지만 분지수 및 분지길이는 2 kg ha-1 처리에서 보다 양호하였고, mevalocidin 2 kg ha-1 이상의 처리에서는 자엽절에서도 분지가 발생되는 경향을 보였다(Table 1). 전반적으로 3 kg ha-1 처리는 신초 및 분지의 생육억제가 심한 경향이었기 때문에 2 kg ha-1 내외의 처리가 토마토 분지유도 처리에 보다 적합할 것으로 판단되었다.

Table 1. Growth status of tomato at 14 d after mevalocidin treatment in greenhouse.

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y Mevalocidin.

z Data represents average±standard deviation of 6 plants. Values in parenthesis describe the growth inhibition % to untreated control.

Table 2. Growth status of tomato at 20 d after mevalocidin treatment in greenhouse.

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y Mevalocidin.

z Data represents average±standard deviation of 6 plants. Values in parenthesis describe the growth inhibition % to untreated control.

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Fig. 3. Pictures of tomato growth status at 20 d after mevalocidin treatment in greenhouse. (A) exhibits a dosedependent growth inhibition and increased lateral shoot induction. (B) exhibits the growth of induced lateral shoot at 2 kg ha-1 mevalocidin. M: Mevalocidin.

약제처리 후 3주째에는 생장억제율이 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 5.8, 24.7, 42.2% 로서 2주째에 비해 상당히 회복되는 경향이었다(Table 2; Fig. 3). 이는 mevalocidin이 침투 이행성이 좋아 정단부로 신속히 이행되었고, 잔류기간이 길지 않아 생장이 정상적으로 회복되고 있음을 나타내주는 것으로서 mevalocidin은 최소한의 약해로 분지를 유도시키며 이후 생장이 신속히 정상화되기 때문에 토마토 적심 또는 분지 유도용 조성물로서 유용하게 사용될 수 있을 것 같았다.

고추에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

Mevalocidin 처리 1주일 후의 고추 유묘 생장억제율은 처리농도에 상관없이 11% 미만으로서 매우 낮았으며, 본엽절에서의 분지발생율도 없었다. 그러나 신초 정단부의 위축과 흑변괴사 증상은 처리 농도가 높을수록 높게 나타나는 경향이었다(데이터 제시 생략). 이는 토마토에서와 달리 고추에서는 약제의 효과 발현이 상대적으로 보다 늦게 진행되는 특징을 보여준다.

Mevalocidin 처리 2주 후에는 고추의 생장억제율이 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 12.0, 14.0, 31.8% 이었다(Table 3; Fig. 4). 분지발생율, 분지수 및 분지길이는 처리농도가 높을수록 높은 경향이었으며, mevalocidin 3 kg ha-1 처리에서의 고추 본엽절 분지 발생율은 평균 94.7%이었고 분지수도 6.0으로서 가장 높았다(Table 3; Fig. 4). 따라서 고추의 분지유도 처리를 위해서는 토마토에서보다는 높게 3 kg ha-1 수준이 적합할 것으로 여겨졌다.

Table 3. Growth status of pepper treated with mevalocidin at 14 d after treatment in greenhouse.

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y Mevalocidin.

z Data represents average±standard deviation of 6 plants. Values in parenthesis describe the growth inhibition % to untreated control.

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Fig. 4. Pictures of pepper growth status at 14 d after mevalocidin treatment in greenhouse. (A) exhibits a dosedependent growth inhibition and increased lateral shoot induction. (B) exhibits the growth of induced lateral shoot at 3 kg ha-1 mevalocidin. M: Mevalocidin.

콩에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

Mevalocidin 처리 1주일 후의 콩 유묘 생장억제율은 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 0, 11.3, 3.4% 로서 매우 낮았으며, 자엽절 및 본엽절에서의 분지발생율도 없었다(데이타 제시 생략). 그러나 신초 정단부의 위축과 황화/위조/고사 증상은 처리농도가 높을수록 높게 나타나는 경향이었다. 따라서 콩은 고추에서처럼 mevalocidin 효과발현이 보다 늦게 진행되는 작물그룹에 속하는 것 같다.

한편 mevalocidin 처리 2주 후에는 콩의 생장억제율이 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 12.4, 41.7, 41.7% 이었다(Table 4; Fig. 5). Mevalocidin 처리농도에 따른 콩의 생장상태를 살펴보면, 1 kg ha-1에서 식물 개체당 본엽절 분지수 2개, 분지길이가 3.5 cm로서 가장 양호하였다(Table 4). 반면 2 kg ha-1 이상 처리에서는 자엽절과 본엽절 모두에서 분지가 발생하였으며 분지 발생율도 47-66%를 나타내었지만 분지수 및 분지길이는 1 kg ha-1 처리에서 보다는 낮은 경향이었다(Table 4; Fig. 5). 이를 종합해 볼 때, 생장억제율이 그다지 높지 않고, 본엽절 분지발생이 많으면서 분지길이가 가장 양호했던 1 kg ha-1 처리가 콩의 분지유도 처리에 보다 적합한 것으로 판단되었다.

Table 4. Growth status of soybean treated with mevalocidin at 14 d after treatment in greenhouse.

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y Mevalocidin.

z Data represents average±standard deviation of 6 plants. Values in parenthesis describe the growth inhibition % to untreated control.

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Fig. 5. Pictures of soybean growth status at 21 d after mevalocidin treatment in greenhouse. (A) exhibits a dosedependent growth inhibition and increased lateral shoot induction. (B) exhibits the growth of induced lateral shoot at 3 kg ha-1 mevalocidin. M: Mevalocidin.

고구마에 대한 mevalocidin의 적심 및 분지 유도 효과

Mevalocidin 2, 4 kg ha-1 처리후 1주일째의 고구마 유묘 생장억제율은 공히 49.6% 이상이었으며 각 마디에서의 분지발생도 두 처리 모두에서 일어났다. 그러나 신초 정단부의 위축과 황화/위조/고사 증상은 4 kg ha-1 처리에서만 관찰되었다(데이터 제시 생략).

Mevalocidin 처리 2 후의 생장상태를 살펴보면, 2 kg ha-1 처리구의 경우 고구마 생장억제율이 77.8% 이었고, 분지발생율은 100% 이었으며 발생된 분지의 평균 신장은 8.3 cm 정도였다(Table 5; Fig. 6). 이는 고구마의 왕성한 영양생장력 때문에 타 작물보다 효능이 높게 나타나는 것으로 생각된다. Mevalocidin 4 kg ha-1 처리에도 비슷한 경향을 보였는데 상대적으로 생육저해율이 보다 높았고, 분지 위치가 상단보다는 하단에서 이루어지고 분지길이도 하단의 것이 양호하였다. 이는 정단부에 축적된 약제의 억제적 영향 때문일 것으로 추정된다. 종합적으로 볼 때 mevalocidin 2 kg ha-1 내외의 처리가 고구마의 분지유도 처리에 보다 적합할 것으로 판단되었다.

Table 5. Growth status of sweet potato at 14 d after mevalocidin treatment in greenhouse.

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x Mevalocidin.

y Data represents average±standard deviation of 6 plants. Values in parenthesis describe the growth inhibition % to untreated control.

z Not determined

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Fig. 6. Pictures of sweet potato growth status at 14-17 d after mevalocidin treatment in greenhouse. M: Mevalocidin. DAT: Days after treatment.

들깨에 대한 mevalocidin의 처리효과

Mevalocidin 처리 1주일째의 들깨 생장정도는 2 kg ha-1 이상 처리에서 약간의 억제 경향이 관찰되었으나 무처리구와의 차이는 통계적 유의차가 나지 않았다(데이타 제시 생략).

Mevalocidin 처리 2주 후에는 들깨의 생장억제율이 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 0.0, 2.9, 19.8% 이었다(Table 6). 분지발생율 및 분지수의 경우, 들깨는 무처리구에서도 자연적으로 자엽절 및 본엽절에서 분지가 유도되어 생장하는 작물이기 때문에 모든 처리에서 100% 진행되었다. 그러나 분지의 신장에 있어서는 차이가 있었으며 자엽절 및 본엽절 공히 mevalocidin 처리구에서 신장이 더 양호한 경향이었고, 본엽절 분지의 평균길이는 mevalocidin 2 kg ha-1에서 0.9 cm (무처리구는 0.35 cm)로서 가장 높았다(Table 6).

Table 6. Growth status of perilla at 14 d after mevalocidin treatment in greenhouse.

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y Mevalocidin.

zData represents average±standard deviation of 6 plants. Values in parenthesis describe the growth inhibition % to untreated control.

Mevalocidin 처리 3주 후에는 들깨의 생장억제율이 1, 2, 3 kg ha-1 처리에서 각각 0.0, 9.7, 41.6% 이었다(Table 7; Fig. 7A). 자엽절 및 본엽절에서 자란 분지의 신장에 있어서는 공히 mevalocidin 처리구에서 보다 양호한 경향이었고 처리농도가 증가할수록 분지길이도 증가되는 경향이었다, 본엽절 분지의 평균길이의 경우 mevalocidin 2, 3 kg ha-1에서 각각 3.2, 3.4 츠 (무처리구는 1.2 cm)로서 가장 높았다(Table 7). 이들의 엽위별 분지의 길이를 비교해 보면, 무처리구에서는 엽위간 분지길이의 차이가 적으면서 2위절 분지가 가장 높았다. mevalocidin 2 kg ha-1 처리에서는 엽위간 분지길이 차이가 무처리구보다 컸고 2위절의 분지가 가장 길었으며, 3 kg ha-1 처리에서도 2위절의 분지가 가장 길었지만 엽위간 분지길이 차이가 2 kg ha-1 처리에서보다 심하였다(Table 8; Fig. 7B). 이는 mevalocidin 처리농도가 높을수록 정단부에 집적된 약제가 주지(main shoot) 및 상위분지의 생장억제로 작용하였기 때문으로 판단된다. 따라서 들깨의 경우, 3 kg ha-1 처리에서는 신초 및 상위절 분지의 생육억제가 심한 경향을 보이기 때문에 2 kg ha-1 내외의 처리가 본엽절에서의 분지신장 촉진에 보다 적합할 것으로 판단되었다.

Table 7. Growth status of perilla at 21 d after mevalocidin treatment in greenhouse.

http://dam.zipot.com:8080/sites/wts/images/N0260090104_image/Table_WTS_09_01_04_T7.png

y Mevalocidin.

zData represents average±standard deviation of 6 plants. Values in parenthesis describe the growth inhibition % to untreated control.

Table 8. Lateral shoot lengths according to leaf positions of perilla at 21 d after mevalocidin treatment in greenhouse.

http://dam.zipot.com:8080/sites/wts/images/N0260090104_image/Table_WTS_09_01_04_T8.png

y Mevalocidin.

zData represents average±standard deviation of 6 plants.

http://dam.zipot.com:8080/sites/wts/images/N0260090104_image/Figure_WTS_09_01_04_F7.png

Fig. 7. Pictures of (A) perrila growth status and (B) differences of lateral shoot length according to leaf positions at 21 d after mevalocidin treatment in greenhouse. M: Mevalocidin. DAT: Days after treatment.

고 찰

식물의 적심 및 분지유도제로서 주로 사용된 화합물들은 대부분 옥신계(TIBA, naphtalam sodium, IBA 등), 싸이토키닌계(BA), 에틸렌계(ethephon)와 같은 식물호르몬제, C4-C14 지방산 유도체(methyl decanoate, Off-Shoot-o 등), dikegulac sodium 등이 대표적인데 본 연구의 mevalocidin은 이들과 다른 작용기작의 화합물에 속한다. 기존 보고(Gerwick et al., 2008; 2013)에서도 제시된 바와 같이 약제처리 효과가 처리후 7-9일부터 나타나며 처리농도에 따라 차이가 있지만 정단부 생육정지 및 기존 잎의 농록화, 일부 조직의 황화 또는 자색화, 잎의 위조 고사와 같은 기존 약제들과 차별화된 작용증상을 나타낸다. 그리고 처리된 약제는 신속히 흡수되어 식물체내의 이동이 용이한데(Gerwick et al., 2013) 상대적으로 생장이 왕성한 정단부로 이동, 집적되면서 주변의 세포기능을 억제하는 것 같다. 이는 까마중, 메꽃, 들깨 등에서의 mevalocidin 약제처리반응에서 잘 관찰되고 있다. 즉 정단부 또는 그 하부 위치의 조직만을 고사시키고 정단부와 먼거리의 지제부 위치의 조직은 영향을 받지 않고 정상 생육한다(Fig. 2 and Fig. 7B). 한편 처리된 mevalocidin은 상대적으로 분해대사가 빠른 편인 것 같다. Dikegulac sodium의 경우 처리 6주 이상이 되어야 약해가 회복된다고 하는데(Sun et al., 2015), mevalocidin은 처리 2-3주까지 억제반응이 지속되다가 그 이후엔 빠르게 회복되는 경향이었는 바, 본 연구에서 까마중, 토마토 등이 이러한 특징을 가장 잘 나타내주었다(Fig. 2 and Fig. 3). 따라서 본 화합물은 기존의 분지유도 조절제와는 달리 초본성 화훼류 뿐만 아니라 일반 초본성 작물에도 잘 적용될 가능성이 있는 것으로 여겨졌다.

용도면에서 mevalocidin은 제초제로 사용될 수 있다고 보고되었지만(Gerwick et al., 2008; 2013) 본 연구에서와 같이 처리농도를 완전고사 이하로 내리면 정아 및 측아를 쉽게 고사시키기 때문에 적심효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 그 이하의 적정농도로 낮추어 처리하면 정아우세현상(apical dominance) 파괴를 통해 분지 유도효과를 얻을 수 있기 때문에(Barbier er al., 2019; Cline, 1997; Rameau et al., 2015) 농업 현장에서 적심 및 분지유도제로도 잘 활용될 수 있을 것 같다.

농업 현장에서의 적심 및 분지유도 기술 효과를 살펴보면, 토마토 재배시 수확량을 높이고 품질을 증진시키기 위해 순지르기를 필수적으로 실시하고 있는데 여기에 소요되는 노력은 매우 많은 편이다. 김제농업기술센터에서는 “토마토 2줄기 재배기술”을 개발하여 한줄기 재배 대비 생산량을 증가시키고 단위면적당 종묘비를 절감시키는 기술을 보급하였다(일간전북, 2015. 9. 22). 한편 충남농업기술원에서는 고추 육묘 중에 인산과 황산마그네슘을 넣어주고, 야간에 저온처리를 하여 고추 가지를 3개 이상 발생시키는 기술, 즉 “고추다분지재배법”을 확립하여 고추수확량을 33% 증가시켰다(농민신문, 2006. 9. 1). 들깨의 경우도 다수확을 위해서 깻잎순치기를 3회에 걸쳐 실시하기도 한다. 고구마는 흔히 덩이뿌리를 즐겨 먹지만, 어린잎을 포함한 줄기 20 cm 부분에 해당하는 끝순을 나물처럼 먹을수 있도록 “고구마 끝순 재배기술”을 농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소에서 개발하여 농가 보급을 시도하고 있다(식품저널, 2019. 06. 24). 이를 위해서 고구마가 20-25 cm로 자라면 15-20 cm 길이로 자른 후 다시 분지를 유도시켜 생장시키는 방법으로 년 10회 정도 수확한다고 한다. 이상에서 보는 바와 같이 현재 농업현장에서의 적심 및 분지유도는 주로 재배적인 접근의 물리적인 방법을 통해서 실시하고 있는데 이를 위해서 소요되는 노동력이 매우 높은 편이다. 향후 노동력 절감을 위하여 보다 안전한 화합물을 이용하는 화학적 방법이 병행될 필요성이 있으며, mevalocidin이 이에 적용될 수도 있을 것이다. 그런데 먹거리 분야에서 가장 강조되어야 할 부문은 식품안전성이기 때문에 이에 대한 추가 검토는 면밀히 연구되어야 하겠다. 그러나 본 연구 결과들에 준하여 볼 때, 식품안전성에 대한 염려가 상대적으로 낮은 분야인 화훼류 등에서는 어렵지 않게 적용될 수 있으리라 여겨지며, 생장 및 분지유도 특성 발현은 식물종, 재배환경마다 다르기 때문에 보다 구체적인 연구를 통해서 향후 활용방안을 강구하여야 하겠다.

이상의 결과를 종합해 볼 때, 작물에 따라 약간씩 차이가 있지만 mevalocidin 2-4 kg ha-1 농도 범위에서 양호한 적심효과(thinning, 정아 고사)가 나타났고, 보다 낮은 1-3 kg ha-1 농도처리 범위에서는 정단의 생장억제와 함께 정아우세현상 타파로 인한 분지유도가 진행되면서 유도된 분지의 양호한 생장을 이루는 결과를 보여주었다. 따라서 mevalocidin은 미생물 유래의 천연물을 기반으로 하고 있기 때문에 환경 친화적이며, 적심 및 분지유도 효능이 우수하고, 잔류기간이 비교적 짧은 특징을 가지고 있어서 원예작물, 식량작물, 일부 수목 등에 적심 및 분지(分枝) 유도를 위한 친환경적 신규 생장조절제로서 유용하게 활용되어 수량향상, 품질증진, 초형조절, 도복억제 등의 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

현재 적심 및 분지조절제로서 여러 가지 약제가 개발되어 사용되고 있지만 화합물마다 약해, 효능 부족, 심한 잔류성, 좁은 사용범위, 기타 부작용 등의 단점이 있기 때문에 이를 보완할 수 있는 보다 안전하고 새로운 유형의 물질 탐색과 개발은 매우 필요한 상황이다. 본 연구에서는 미생물 유래의 천연물인 mevalocidin에 대해 적심제 및 분지생장조절제로서의 사용 가능성을 검토하였다. 토마토, 고추, 콩, 고구마, 들깨 유묘를 대상으로 여러 농도의 mevalocidin을 처리해 본 결과, 흡수된 mevalocidin은 정단부로 빠르게 이동하여 생장점을 고사시키는 특징을 보이며 상대적으로 체내 대사가 빠르게 진행되는 것 같았다. 작물에 따라 적정농도가 다르지만 전반적으로 2-4 kg ha-1 처리범위에서 양호한 적심효과가 나타났고, 1-3 kg ha-1 처리 범위에서는 정단 생장억제와 함께 분지가 유도되면서 유도된 분지의 양호한 생장이 진행되었다. 따라서 미생물 유래의 천연물인 mevalocidin은 원예작물, 식량작물, 일부 수목에 적심 및 분지(分枝) 유도를 위한 친환경적 신규 생장조절제로서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

요 약

현재 적심 및 분지조절제로서 여러 가지 약제가 개발되어 사용되고 있지만 화합물마다 약해, 효능 부족, 심한 잔류성, 좁은 사용범위, 기타 부작용 등의 단점이 있기 때문에 이를 보완할 수 있는 보다 안전하고 새로운 유형의 물질 탐색과 개발은 매우 필요한 상황이다. 본 연구에서는 미생물 유래의 천연물인 mevalocidin에 대해 적심제 및 분지생장조절제로서의 사용 가능성을 검토하였다. 토마토, 고추, 콩, 고구마, 들깨 유묘를 대상으로 여러 농도의 mevalocidin을 처리해 본 결과, 흡수된 mevalocidin은 정단부로 빠르게 이동하여 생장점을 고사시키는 특징을 보이며 상대적으로 체내 대사가 빠르게 진행되는 것 같았다. 작물에 따라 적정농도가 다르지만 전반적으로 2-4 kg ha-1 처리범위에서 양호한 적심효과가 나타났고, 1-3 kg ha-1 처리 범위에서는 정단 생장억제와 함께 분지가 유도되면서 유도된 분지의 양호한 생장이 진행되었다. 따라서 미생물 유래의 천연물인 mevalocidin은 원예작물, 식량작물, 일부 수목에 적심 및 분지(分枝) 유도를 위한 친환경적 신규 생장조절제로서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

주요어: 메발로시딘, 분지유도, 식물생장조절제, 육묘, 화학적 적심

Acknowledgements

This Research has been performed as a project No. SKO1930-30 and KK2061-24, supported by the Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT).

Authors Information

Jin-Seog Kim, Research Center for Eco-Friendly New Materials, Korea Research Institute of Chemical Technology, Researcher, https://orcid.org/0000-0002-9939-522X

Gyu Hwan Yon, Research Center for Eco-Friendly New Materials, Korea Research Institute of Chemical Technology, Researcher

Bo Gwan Kim, Research Center for Eco-Friendly New Materials, Korea Research Institute of Chemical Technology, Researcher, https://orcid.org/0000-0002-0031-9033

Jung-Sup Choi, Research Center for Eco-Friendly New Materials, Korea Research Institute of Chemical Technology, Researcher

Eun Ae Kim, Research Center for Eco-Friendly New Materials, Korea Research Institute of Chemical Technology, Researcher, https://orcid.org/0000-0002-8888-0377

Young Kwan Ko, Research Center for Eco-Friendly New Materials, Korea Research Institute of Chemical Technology, Researcher

Ill Young Lee, Research Center for Eco-Friendly New Materials, Korea Research Institute of Chemical Technology, Researcher, https://orcid.org/0000-0002-0788-430X

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