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과수의 새로운 수체생장 억제제 'Prohexadione-Ca'(프로해사디온-칼시움)
전북대학교 농과대학 - 오성도
「본 란은 지난 2001년 8월 20일부터 8월 20일 까지 3일간 서울대학교 호암 교수회관에서 개최되었던 제 9회 국제원예학회와 한국원예학회 주관으로 과실생산에 있어서 식물생장조절제 국제 심포지움(The 9th International Symposium on Plant Bioregulators in Fruit Production)에서 발표건수도 많았고 가장 관심의 대상이었던 과수의 새로운 생장 억제제 Prohexadione-Ca(프로핵사디온-칼시움)에 대하여 소개하고자 한다. 또한 이 심포지움을 무사히 끝마칠 수 있도록 경제적으로 도움을 준 경북능금협동조합에 대하여 운영위원의 한 사람으로 이 면을 빌어 고마움을 표합니다. 또한 여기 소개된 자료를 저에게 넘겨 주어서 이와 같은 발표를 할 수 있게 해준 독일 바스프 농약회사의 Rademacher박사에게 고마움을 표합니다.」
프로핵사디온-칼시움(Prohexadione-Ca)은 일명 BAS 125W라고도 한다.
과수에서 수체크기를 작게 하면서 화아분화, 개화, 결실, 수량, 과실품질은 그대로 유지하든가 더 나아가 이들을 더욱 향상시킬 수 있는 방법을 강구함은 과수재배에 있어서 중요한 목표이며 이상인 것이다. 사과나무에 있어서는 왜성대목의 이용으로 키 작은 사과나무를 재배하여 여러 가지 이점을 얻고 있으나 다른 과수에서는 왜성대목의 이용이 없는 상태이다.
나무의 키가 작으면 밀식을 하여 수량을 증가시킬 수 있고 수광상태가 좋아서 광합성작용이 잘 되어 튼튼한 나무의 생육은 물론 과실의 품질이 향상되며 화아분화도 잘 되어 나무생육의 이상적인 균형을 맞출 수 있다. 또한 생산관리 면에서는 병해충 방제, 수확관리 등 과수원 관리가 용이하여 생산비 절감 등 많은 이점이 있다.
그러므로 과수원 관리에 있어서 수체생육을 억제시키고 화아분화를 촉진하기 위하여 수분조절, 저온처리, 환상박피, 신초유인, 뿌리전정, 질소엽면시비, 생장조절제처리 등 여러 가지 방법을 시도한다. 그 중에서도 가장 많이 시도하는 것이 식물생장조정제에 의한 생육조절방법이다.
지금까지 실험된 식물생장 억제제로써 항옥신제인 TIBA(2,3,5-triiodobenzoic acid), 지베렐린 생합성억제제인 CCC(Chlorocholine chloride, Chlormequat, Cycocel), Tetcyclacis, Ancymidol, Flurprimidol, Metconazole, Tebuconazole, Daminozide(B-9),
exo-16, 17-Dihydro-GA5-13-acetate등은 과수에서는 거의 효과가 없거나 과수에서는 사용하지 못하는 것으로 되었고 한 때 크게 기대되었던 Paclobutrazol(Cultar)와 Uniconazole-P도 문제가 많아 별로 쓰이지 않는다. 물론 Paclobutrazol은 우리나라에서 시판도 되지 않은 상태에서 사과의 모양을 편원과로 만드는 등 문제가 발생하여 다른 나라에서도 사용하지 않는다.
에칠렌은 생장억제에 효과가 있으나 낙과를 유발하고 성숙을 촉진하여 시장성을 떨어뜨리고 해거리를 유발한다.
사용역사가 오래된 다미노자이드(일명 B-9)은 지베레린 생합성 억제제로써 많은 원예작물에 사용되어 왔으며 과수에서도 사용되었으나 잔류독성으로 인하여 지금은 식용작물에는 사용이 금지된 생장조절제이다.
씨씨씨(CCC)라고도 하고 일명 클로르미쿠왔 클로라이드(Chlormequat chloride)는 서양배에서 생장억제제로 쓰이기도 하나 사용농도가 높으면 독성문제가 제기될 수도 있기 때문에 몇 개국에서는 고농도 처리 때에는 잔류허용 기준을 넘고 이것이 독성문제를 야기 시키기 때문에 사용을 금하고 있다.
파클로브트라졸(상품명; 쿨타)은 과수에서는 생장어제제로 몇 개국에서 등록되어 있는데 이 물질은 잔류기 간이 오래 지속되고 처리하면 바로 식물 생장점으로 향하기 때문에 그 곳에 축적되어 과도한 처리가 되기 쉬우므로 적정농도를 사용하기가 매우 어려운 점이 있다.
또한 과실의 잔류성과 과실의 모양을 편원형으로 만드는 것이 문제가 되고 있고 처리 후 한두해 생장이 억제되었다가 어느 신초들이 튀어 나와서 세력을 받으면 몇 개의 가지가 극심한 도장성을 나타내어 나무의 모양이 불균형을 이루는 경우가 많아서 사용이 되지 않고 있다.
그러므로 분해가 잘 되어 잔류성도 없으면서 과실모양, 품질에 영향을 주지 않고 수체생장을 억제시켜 나무를 왜화시킬 수 있는 식물생장조절제의 등장이 절실히 필요한 시점에 과수의 수체생장은 억제시키면서 결실, 수량, 과실품질에는 나쁜 영향을 끼치지 않을 뿐 아니라 오히려 경우에 따라서는 품질을 좋게 하고 나무가 왜화됨으로써 전정량을 30%정도 절감시킬 수 있는 새로운 수체생장억제제가 새로 개발되어 일부 국가에서는 보급되기 시작하였기에 소개하는 바이다.
1. 일반적 정보
가. 품목명 : Prohexadione-Ca
나. 원제명
Calcium 3-Oxido 4-propionyl-5-oxo-3-cyclohexene-carboxylate
다. 제조회사
일본 Kumiai : Kim-112
독일 BASF : BAS 125W
라. 사용목적
1) 벼와 곡류의 도장방지
2) 인과류 과수와 각과류의 과도한 영양생장의 감소
마. Prohexadione-Ca를 함유한 제품의 상품명
메닥스(MEDAX: 1998년 불란서에서 곡류용으로 등록)
아포기(APOGEE-10% 함유 : 미국에서 2000년 사과나무용, 2001년 각과류용으로 등록)
리갈리스(REGALIS-27.5% 함유: 2001년 폴랜드, 2002/3년에 프랑스, 이태리, 독일에서 사과나무용으로 등록, 그 외 네델란드, 벨지움, 스페인에서 등록예정)
바. Prohexadione의 일반적 성상
반드시 잎에 뿌려야 한다.
토양에 흘러 들어가면 급속히 분해된다.
근본적으로 신초생장점으로 이동한다(과실로는 이동하지 않는다).
식물에서의 생물적 기능기간은 10∼14일이다.
후대로 이전되지 않는다.
사. 시용후 증상(효과)
신초생장 감소
노화지연(이점은 우리가 잘 검토해야 할 사항임: 낙엽이 늦게 되어 동해를 받는다든지 아니면 여름에 2차생장을 한 후 낙엽이 늦어져서 신초가 동해를 받을 우려가 있음)
조기낙과(유월낙과) 경감
병발생 경감
2. 작용대사
가. 지베레린 대사의 방해
Prohexadione-Ca는 2-oxaloglutaric의 의사물질(擬似物質)이다.
GA 생합성의 후반과정을 억제한다. GA생합성은 조기질(助基質)로써 2-oxoglutaric acid가 있어야 dioxigenase효소에 의해서 촉매되는데 이 때 2-oxoglutaric acid 대신 Prohexadionne-Ca가 작용하여 GA들의 생합성이 일어나지 않는 것이다.
GA20 3 -hydroxylase가 기본적인 효소목적물이다. 그러나 Prohexadione-Ca는 이 효소의 생성을 억제하므로 GA 수준이 신장생장을 감소시킬 정도로 낮아진다. 그러나 GA20과 다른 GA 전구물질은 축적되기 때문에 이것들이 재 생장을 가져올 수도 있다.
Prohexadione-Ca가 분해된 후에는 축적되었던 전구물질들이 GA1이나 다른 활성 GAs로 바뀌어 재생장을 촉진할 수도 있다.
부수적으로 Prohexadione-Ca는 생물적으로 활성인 GAs(내생적으로 존재하는 것이나 또는 인위적으로 시용한 것이나 간에)의 이화작용을 차단하기도 한다. 이러한 것이 신초신장을 유도할 수도 있다.
나. 종합적 기작
이 약제는 여러 가지 다른 반응을 촉매하는 이산화효소(dioxigenase)활성을 억제한다.
2-oxoglutarate와 관련된 GAs-3 -hydroxylase와 그와 관련된 효소활성의 억제
그 결과 : 생장억제 - 신초신장의 활성 GAs의 감소
아스코르빅산과 관계되는 ACC산화효소에 작용
결과 : 에칠렌생성의 감소, 노화지연, 낙과억제
2-oxaloglutarate와 관련된 flavanone 3-hydroxylase효소 증가
결과 : 식물색소체 일종인 플라보노이드 변화(증가), 병원(病原)대한 저항성 유도(그림 5)
3. 연구결과
표 1은 1년생 묘목에 이 약제를 처리하여 신초생장이 정지하여 정아가 발생한 상태를 본 것인데 후지/M9에 있어서 무처리는 주간정아는 발생하지 않았는데 비하여 9월 1일 처리에서는 100%, 측아에서도 100% 발생하여 생장을 정지하였다.
골든데리셔스품종에서도 9월 1일 처리에 의하여 주간끝과 측지에 100%정아가 발생하였다.
표2는 데리셔스품종에 있어서 처리농도에 따라 신초생육이 억제되고 있음을 보여 주고 있다.
표 3은 스타크림손/MM106에서 처리회수를 많이 할수록 정단신초 곁가지 생장이 감소되었으며 4회 살포의 경우는 30cm이상 자란 신초의 수가 무처리에 비하여 1/4로 감소하였다. 따라서 전정량도 1/5로 줄었다.
이상은 미국에서 실시한 연구 결과이고 독일에서 실시한 연구에서 마찬가지 결과를 얻었다.
그림 6에서 보는바와 같이 150g/ha의 저농도 살포임에도 불구하고 조기살포하며 신초생장이 무살포에 비하여 48%정도밖에 되지 않았고 살포시기를 늦추어도 60% 정도의 신초생장을 보였다. Prohexadione-Ca는 생장을 조절하지만 과실품질에는 영향을 미치지 않거나 오히려 더 좋은 효과를 가져온다.
그림 7은 착색이 25%이상된 과실의 비율을 나타낸 것인데 통계적 유의차는 없으나 무처리에 비하여 착색이 잘 된 과실비율이 약간 높은 경향을 보이고 있다.
표 4에서는 결실도 많아졌는데 주간횡단면 단위면적당(cm2) 과실수도 무처리나 하기전정처리구 보다 많았고 100화총당 결실수도 유의하게 많았다. 따라서 총 수량도 많았으나 결실량이 많은 결과로 과실크기는 감소하였다.
그러나 흥미로운 것은 적과제를 살포할 때 prohexadione-Ca를 첨가하면 적과효과가 향상된다. 즉 과실을 더 떨어 뜨린다. 또한 이 약제를 처리한 나무의 과실은 저장력이 향상되었다. 표 5에서 보는 바와 같이 저장전 상태는 경도는 약간 높은 편이며 당도는 약간 낮았고 착색, 상품과 비율이 높았으며 20주 저장후 경도는 높았고 부패과율은 낮았으며 일소증상 발생도 고농도처리과에서는 제일 높았다. 결국 과실저장에도 효과를 보이는데 이는 이 물질에 결합된 Ca때문이 아닌가 추측하기도 한다.
표 6에서 보는 바와 같이 적과제로 사용하는 카바릴(Carbaryl), 바이데이트(Vydate), 에테폰(Ethephon)에 첨가하였을 과실을 더 많이 떨어 뜨렸는데 특히 에테폰에 첨가하였을 때 그 효과가 뚜렸하였다.
이 물질은 병해발생도 감소시킨다.프로핵사디온-칼시움은 살균제나 살세균제로써 작용은하지 않으나 처리수의 생리적 저항성을 유발하므로써 내병성이 강해져서 병발생이 적어진다고 한다. 그러한 내병성의 증가는 그림 5에서 보는 바와 같이 처리잎내의 flavonoid(프라보노이드) 증가에서 오는 것이 아닌가 추측하고 있다.
따라서 세계적으로 각 나라마다 감염 전파되는 것을 제일 두려워 하고 있는 fireblight(화상병)발생율도 표 7에서 보는 바와 같이 감소하였다. 스트렙토마이신 처리보다도 발병율이 낮았다. 표8 과 9에서 보는 바와 같이 스트렙토마이신에 스트렙토마이신을 첨가하여 처리하는 경우 급격히 감소시킬 수 있으므로 약제방제가 어려워 저항성 품종을 재식하는 것만이 fireblight(화상병)를 방제할 수 있는 유일한 방법이었었는데 이 병에 대한 방제방법을 강구 할 수 있는 방안이 강구될 수 있다. 그러므로 표 10에서 보는 바와 같이 화상병를 방제하면서 신초 생장은 억제시키는 1石2鳥의 큰 효과를 얻을 수 있는 것이다.
화아분화 촉진 효과에 관한 것인데 생장이 억제되고 신초정아 발생이 촉진되면서 당연히 화아분화가 촉진될 것이므로 그림 8는 사과나무 유목에 200g/ha를 처리했을 때 화아발생이 무처리 46개에 비하여 141개로 거의 4배정도 화아형성이 크게 증가되었다.
표 10 에서 보는 바와 같이 서양배에서도 신초생장이 크게 억제되었으나 수량은 변화가 없고 과실무게 과실 폭은 약간 증가하였다.
그림 9는 양앵두에서의 생장 억제 효과를 보여주고 있다. 감과양앵두(Prunus avium L.)의 Hedelfinger(헤델휭거)품종에서 무처리구에 비하여 신초생육이 43%정도에 불과하고 다른 품종(Schneider's Schwarze Knorpel)에서는 74% 정도밖에 생장하지 않았다. 신초길이별 분포상황을 보면 헤델휭거 품종에서는 무처리에서 신초길이 분포가 100 cm까지였으나 처리수에서는 모두 70 cm이하 이었고 수세가 강한 다른 품종에서는 무처리에서는 신초길이가 100 cm까지 분포하나 처리를 하면 대부분 70cm이하로 되며 그 이상 생장하는 것은 적었다. 그러므로 여러 가지 과수에서 사용이 가능하다는 보여주고 있다.
4. 결 론
Prohexadione-Ca의 살포에 의하여 여러 가지 이점을 얻을 수 있다.
가. 영양생장의 억제효과로 얻어지는 이점
정단신초 생장 감소
수관내의 가지 밀생정도의 감소
수관 폭의 감소
수광상태 양호
수관내 환기의 개선
전정량 감소
병해충 피해 경감
착과 및 수량 증가
착색, 과실크기, 상품성 증가
화아분화 증가
나. 2차적 효과
수형개선
합리적인 전정
조기결실 유도
적과효과(적과제에 첨가)
다. 사용농도 및 앞으로의 과제
현재는 미국과 유럽에서 2001년부터 등록되어 시판될 예정이며 우리나라와 일본에는 판매되지 않고 있음.
사과나무의 경우 왜화성 대목일수록 더 효과적이므로 반왜성대목을 많이 쓰는 미국은 유럽보다 단위면적당 살포량이 더 많음.
외국에서는 현재 250ppm의 농도로 사용. 우리나라에서는 앞으로 많은 연구를 수행하여 우리나라 환경조건에 맞는 농도 및 살포횟수 구명이 뒤 따라야 하며 무엇보다도 제조회사의 보급계획에 의하여 우리나라에서 등록되어야 사용할 수 있다.
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