수목의 냉동해 원인 및 해결방안

[당나구(서울)]

                            수목의 냉해와 동해의 원인 및 해결방안

 아래에는 냉해와 동해의 개념 및 원인을 황철호 교수님과, 홍영호 교수님의 발표논문의 내용을 발췌하여 간략히 소개 한 후 한국미생물 농법연구회에서 밝히고 있는 효소원균(BYM)과 흑설탕으로 발효한 “함당활성제”와 순식물성 미생물효소제 1호와 3호를 응용하여 엽면살포 및 관수방법으로 조경수 등을 재배하면서 현장적용으로 검정이 된 내용을 과수 및 조경수를 재배하는데 있어서의 냉해 및 동해의 예방 및 해결방안에 대한 방법으로 제시하고자 합니다.

위에서 밝힌 “함당활성제”는 화채류와 과채류 등 모든 농작물재배의 엽면살포용으로 연구개발되어 농작물재배에 상당한 효과를 보고 있는 것을 과수를 비롯한 조경수 재배에 응용한 것으로서 2회에 걸쳐서 첫회에는 수목의 냉해와 동해의 원인을 설명하고, 2회에는 그에 대한 해결방안인 함당활성제에 관하여 올리도록 하겠습니다.

식물의 저온순화

냉해와 동해를 이해하는데 있어서 먼저 이해하여야할 사항은 식물이 동절기를 견뎌내기 위하여 저온순화과정을 필수적으로 거치게 된다.

저온순화란 무엇인지에 관해서는 전문가들의 논문을 인용하여 아래에 소개하고자 한다.

온대지방의 월동식물들은 따뜻한 계절에는 결빙온도에 견디는 능력이 전혀 없다가 늦가을에서 초겨울에 이르는 기간 월동을 위한 능력을 획득한다. 이는 결빙온도가 아닌 저온의 환경조건을 식물이 감지하여 이에 반응하는 것으로 저온순화(cold acclimation)라고 한다.

예로 저온순화하지 않은 호밀은 -5℃에 얼어 죽지만, 일정기간 저온에 노출된 후에는 -30℃에서도 살 수 있다. (황철호)

특히 온대지방의 월동식물들은 따뜻한 계절에는 결빙온도에 견디는 능력이 전혀 없다가 늦가을에서 초겨울에 이르는 기간 월동을 위한 능력을 획득한다. 이는 결빙온도가 아닌 저온의 환경조건을 식물이 감지하여 반응하는 것으로 저온순화(cold acclimation)라고 한다.

가을을 맞이하면서 유비무환으로 조기에 부동액과 같은 물질을 세포에 비축하는 담금질(hardening, 야물어짐)과정을 진행함으로써 영하로 떨어지는 극한 상황에 대비한다. 이러한 담금질 과정을 겪지 않은 상태로 뜻하지 않는 저온이 찾아오면 식물은 동해(凍害)와 냉해(冷害)를 입는다.

이러한 과정을 이용하여 무서리와 눈이 오는 시기까지 배추를 방치하여 두는 지혜는 부동액인 불포화지방산과 당분 등 영양분을 섭취하려는 과학적 농법이다.[‘식물의 냉해 및 동해 방어시스템 분석 및 대책’ 인용]

저온순화가 된 수목은 결빙온도가 되면 식물 조직은 세포와 세포사이에 공간이 있어 이 세포간극에 먼저 얼음결정이 만들어진다.

이곳이 얼 때 세포안의 수분은 밖으로 빠져나와 세포 밖에서 얼음결정을 만든다.

이 얼음결정은 세포보다 크기가 수백내지 수천 배나 된다.

이것이 오히려 나무에게는 단열재(斷熱材)로 작용하여 세포를 얼어 죽지 않게 막아준다.

이와 동시에 세포 내 물질, 특히 당류의 농도가 높아져 결빙온도가 낮아지게 된다.

또한 이때 세포 내의 수분함량이 매우 낮아진다.

이런 수분 부족을 이겨내야 식물은 살 수 있다.

이렇게 보면 내한성 식물은 세포 속에 있는 아주 적은 양의 물로 살아가야하는 극심한 탈수상태에 견디어 내도록 순화된 것이다. 추위를 견딘 내한성 식물은 봄이 되어 세포간극의 얼음이 녹으면 물이 세포 안으로 들어가서 다시 정상적으로 활동하게 된다.

온대지방의 낙엽수와 과수는 대부분 영하 40도에서도 냉해를 입지 않는다.

겨울에 앙상한 가지만 보이는 가로수는 이 같은 탈수상태를 견디면서 봄을 기다리고 있는 것이다. (홍영호 교수)

이상과 같이 저온순화를 이해하게 된다면 냉해와 동해에 대한 개념파악을 하는데 있어서

어려움이 없다고 보며 아래에는 냉해와 동해의 개념만 소개하고자 한다.

냉해

식물체 조직의 결빙온도(0℃) 이상에서 세포조직 안에 결빙이 생기지 않는 범위의 저온에 의하여 저온순화과정을 거치지 않으므로 발생하는 식물체 내지 식물체 기관이 피해를 받는 냉온장해이다.

고온을 필요로 하는 작물의 성장 등 생육기관 중에 냉온을 만나서 받는 피해이며,

동해처럼 고사하지는 않지만 세력을 잃거나 서서히 고사하는 피해이다.

따라서 냉해는 생육기관 내 빙점 이상의 온도에서 발생하는 저온피해이며,

예를 들어 열대식물이 15℃ 이하에서 냉해를 입고,

벼와 화분모가 16℃ 이하의 상온에서 냉해를 입고 열매가 맺지 않는 피해 등이다.

춘란에서도 일교차와 온도가 0℃ 부근에서 발생하는 냉해가 있을 수 있다.

동해

빙점이하(0℃이하)에서 세포의 결빙으로 동결피해를 입는 것을 말하며 세포의 원형질막 파손에 의한 탈수현상에 의하여 즉시고사에 이르게 되는 것을 말하며 부연하면 다음과 같다.

저온의 환경에서 식물조직의 동해(凍害)라는 개념은

-세포 간 결빙(結氷)에 의한 세포내 탈수(Dehydration),

-원형질막 구성 지방산 조성의 차이 발생

-활성산소에 의한 식물 지질막의 손상

-세포 밖 공간에 형성된 얼음이 세포를 물리적으로 파괴

-저온유도 단백질의 변성으로 세포의 대사에 이상이 발생하여 식물세포의 원형질체막이 파괴되는 결과로 해석한다.

[‘식물의 냉해 및 동해 방어시스템 분석 및 대책’ 인용]

저온순화와 내동성의 확립

저온순화시 일어나는 변화 중에서 가장 많이 연구된 것은 지질 조성의 변화이다(46, 55).

구성 지방산의 불포화도가 증가하는 방향으로 변화를 진행하여 저온에서도 일정 수준으로 막 유동성을 보장하여 막의 파괴를 막거나, 막에 내재하고 있는 전자전달계 등의 필수적인 체계를 보호하려는 노력이다.

이외에 sucrose(설탕) 등의 당이 저온순화기간에 축적되어 결빙에 의한 막의 손상을 막는 안정제로서 작용하기도 한다(1, 50).

또한 친수성 아미노산들로 구성된 domain을 특징적으로 많이 포함한 dehydrin 등의 다양한 종류의 단백질이 저온순화과정에 생산되어 결빙에 의한 막의 손상을 막는 안정제로서 작용하기도 한다(5, 6).

이외에도 활성산소의 작용에 의한 막의 손상을 막기 위해서는 저온순화 과정 중에 항산화기작을 활성화하거나(32), 단백질의 변성을 막거나, 변성으로부터 회복하기 위해서는 chaperone기능 단백질을 발현하는 방어 기작이 내동성 증진에 기여하고 있다(30).

*세프론:합성중이거나 삼차원 구조가 풀린 폴리펩타이드(폴리펩티드)에 붙어 제 구조를 회복시키거나, 폴리펩타이드(폴리펩티드)가 세포막을 잘 통과하도록 안내하는 단백질. 대표적인 것으로 셰퍼로닌(chaperonins), hsp70, hsp90이 알려져 있음.

또한 세포 밖 공간의 얼음과 주변 세포벽 또는 원형질막과의 직접 접촉에 의한 손상을 막기 위해서 세포 밖 공간에 당 등의 함량을 높이는 일도 저온순화기간에 일어나고 있다(30).

저온순화과정 중 세포 밖 공간에 반 결빙 단백질을 축적하여 세포 밖 얼음결정의 성장을 막아 얼음결정의 성장에 의한 탈수 및 주변 세포의 물리적 손상을 막는 기작도 보고된 바 있다.(11, 19).

또한 손상을 당하는 세포 자체를 보호하기 위해 세포 내에 proline 등의 다양한 삼투조절제의 합성과 축적 을 통해 결빙온도로 인한 탈수에 저항하는 기작이 있다(44).

결론적으로 식물이 결빙온도에 노출되었을 때 입게 되는 손상은 주로 생체막에서 일어난다. 따라서 이러한 생체막 손상을 막는 일은 내동성 기작에 중요한 요인으로 저온순화기간에 생기는 다양한 변화가 이에 밀접하게 연관되어 있다.[황철호 교수]

이상에서 살펴본 바와 같이 식물의 ‘저온순화와 내동성 확립’에 필요한 주요영양소 및 성분을 요약하여 보면 다음과 같다.

지질조성의 변화, 구성 지방산의 불포화도 증가, sucrose(설탕) 등의 당성분 및 단백질의 수체 및 초체내의 축적, 또한 세포 밖 공간의 얼음과 주변 세포벽 또는 원형질막과의 직접 접촉에 의한 손상을 막기 위해서 세포 밖 공간에 당 등의 함량을 높이는 일도 저온순화기간에 일어나고 있다.

여기서 주목하여야만 할 사항은 휴면기에 들어가기 전의 저온기와 휴면기가 끝난 후의 지온상승기에는 수목의 수체 및 농작물의 초체 내에서 저온 및 냉온기와 지온상승기에 식물 스스로가 살아남기 위해서 다량의 당 생산을 필요로 한다는 사실이다.

이것은 무엇을 말하느냐 하면 저온순화기와 지온상승기에는 식물 스스로 수체 및 초체와 더불어 뿌리에도 당 생산을 극대화 하여 함당율을 높임으로써 저온 및 냉온기의 기온변화와 큰 일교차 등 온도스트레스에 적응함과 동시에 극복한다는 사실에 대한 주의 깊은 이해가 필요하다고 본다.

여기에서 하나 밝혀둘 것은

지금까지 식물의 뿌리는 무기성분만 흡수하는 것으로 알고 있었다는 사실이다.

그러나 1958년 일본 오끼나와 대학의 연구진에서 발표한 식물의 뿌리에서도 당성분을

흡수한다는 연구내용이 사장되어 있다가 유기농 및 미생물농법의 확대보급으로 새로이

주목받고 있다는 사실도 밝혀둔다.

결론적으로 말하자면

저온기 및 지온상승기에 식물이 필요로 하는 당 생산을 높이기 위해서는 함당활성제로 엽면살포하여 식물의 지상부의 함당율을 높혀주는 기술과 더불어서 토양내의 유기물의 함유량을 높임으로써 토양미생물에 의하여 분해된 당성분이 식물 뿌리에 흡수되어 저장근에 다량의 당함유량을 증가시키는 기술의 보급이 절대적으로 필요한 시기에 와있다고 본다.

황철호교수님 등 연구논문의 일부내용과 더불어 저가 공부한 내용 중 일부를 적어보았습니다.

과수재배하시는분들께 조금이나마 도움이 되었으면 합니다.

냉해의 대책에 관련하여 “함당활성제”에 관한 자료는 내일 올려드리도록 하겠습니다.

출처 :	[Daum우수카페]귀농사모/한국귀농인협회  |  글쓴이 : 흙내음이 풍기는 곳 원글보기
메모 :	고맙습니다 !

[별하늘-친구(의정부)]

그렇다면 가을~초겨울까지 설탕을 녹이거나 효소를 관수해 주어야 하겠네요~

[당나구(서울)]

주는 것은 좋은데 발효시켜서 주어야 뿌리에서 흡수가 용이하며 더욱이 삼투압현상이 일어나지 않도록 물을 500배 이상 희석해서 주어야 할 것입니다.

[랭구리(광주)]

좋은글 감사합니다.

[기산블루베리(칠곡군기산면)]

잘 읽었읍니다.^^

[부지런아(논산)]

몰랐던 부분을 이제 좀 알 것 같으네요. 감사합니다.