9급 농업직 공무원, 농촌지도사, 농업연구사 시험대비 꼭 알아두어야 할 재배학 요점 요약 정리 4. 변온 및 작물과 생장의 관계

4. 변온 및 작물과 생장의 관계

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<온도와 작물의 생리작용>

동화물질의 전류

동화물질이 잎에서 생장점 또는 곡실로 전류되는 속도는 적온까지는 온도가 높을수록 빠르고 그보다

저온이나 고온이면 그 차이만큼 느려진다.

저온에서는 뿌리의 당류농도가 높아지기 때문에 잎으로부터의 전류가 억제되고 고온에서는 호흡작용이

왕성해져서 뿌리나 잎에서 당류가 급격히 소모되므로 전류물질이 줄어든다.

동화물질이 곡립으로 전류하는 양은 조생종에서 많고 만생종에서는 적다.

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수분 및 양분의 흡수 이행

온도상승에 따라 세포의 투과성과 호흡에너지의 방출 및 증산작용이 증대하고 수분의 점성도 감소하므로

수분흡수가 증대한다.

온도의 상승과 양분의 흡수와 이동도 증가하지만 적온 이상으로 온도가 상승하게 되면 호흡작용에 필요한

산소의 공급량이 줄어들어 탄수화물의 소모가 많아짐에 따라 오히려 양분의 흡수가 감퇴한다.

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<온도의 변화 - 일변화>

동화물질의 축적

변온이 어느정도 큰 것이 동화물질의 축적이 많아진다. 낮의 기온이 높으면 광합성과 합성물질의 전류가

촉진된다. 발아 기온은 비교적 낮아야 호흡소모가 적다.

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생 장

밤의 기온이 어느 정도 높아서 변온이 작을 때 대체로 생장이 빠른데 이는 무기성분의 흡수와 동화양분의

소모가 왕성하기 때문이다.

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결 실

변온조건에서 결실이 좋아지는 작물이 많으며 가을 결실 작물은 변온에 의하여 결실이 촉진

※ 벼는 평야지보다 산간지에서 등숙이 좋은 경향이 있는데 산간지는 변온이 커서 동화물질의 축적에

이롭고 등숙기의 평균기온이 낮아서 동화물질의 전류가 완만하여 등숙기간이 길어지기는 하지만

전분을 합성하는 포스포릴라아제의 활력이 고온인 경우보다 늦게까지 지속되어 전분축적의 기간이

길어지므로 오히려 등숙이 양호해져서 입중이 증대

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<작물의 생장과 발육 - 온도>

낮과 밤의 온도 차이는 식물의 생장에서 중요한 의미를 지닌다. 일반적으로 주간온도는 높고 야간온도는 낮은 것이 생장에 유리하다. 주야간의 적온은 종류에 따라 다르며 주야간 온도차이의 범위에 따라 식물의 분포가 결정되기도 한다. 야간에 온도가 낮으면 당함량이 높아지고 뿌리로의 당 이동이 증가하고 호흡에 의한 탄수화물의 소모가 감소하기 때문에 생장에 유리하다. 낮과 밤의 온도 차이를 DIF라고 하며 DIF가 생장에 미치는 효과는 원예작물에서 상업적으로 널리 이용되고 있다. DIF가 클수록 신장생장이 좋아지는 경향이 있다.

☞ 소결론 : 변온이 생장에 유리하다. 하지만 밤의 기온이 너무 낮으면 안된다. 적정수준을 제시할 순 없지만

생장에 불리할 정도의 변온으로 내려가면 호흡으로 인한 소모가 크게 되서 불리하다.

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* 개화반응 : 온도와의 상호작용

- 일장유도 처리된 식물은 비교적 높은 온도에서 개화가 촉진되는 것이 일반적

- 장일식물에서 암기를 늘려 개화를 억제

- 단일식물에서 암기를 늘려 개화를 촉진 시킬 경우 온도가 낮으면 개화억제나 촉진효과가 감소, 밤의 온도에 따라 개화

반응이 변경된다.

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* 고립상태에서의 광포화점

- 광포화점은 온도와 이산화탄소 농도에 따라 변화한다. 생육적온까지 온도가 높아질수록 광합성속도는 높아지나 광포화점은 낮아지고 또 이산화탄소포화점까지 공기 중의 이산화탄소 농도가 높아질수록 광합성속도와 광포화점이 높아진다.

- 고립상태에서 온도와 이산화탄소 농도가 제한조건이 아닐 때 옥수수, 수수, 사탕수수와 같은 C4작물은 최대조사광량에서도 광포화점이 나타나지 않으며 이때 광합성률은 C3작물의 2배에 달한다.

- 온난한 지대보다는 냉량한 지대에서 더욱 강한 일사가 요구된다.

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* 군락의 광포화점

- 군락의 광포화점은 군락의 형성도가 높을수록 높아지게 된다.

- 포장군락에서는 전광에서도 포화상태에 도달하지 않았다고 한다.

- 고립상태에 가까운 생육 초기에는 낮은 조도에서 광포화를 이루지만, 군락이 무성한 출수기 전후에는 전광에 가까운

높은 조도에서도 광포화가 보이지 않는다. 따라서 군락이 무성한 시기일수록 더욱 강한 일사가 필요하다.

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* 춘화처리시 저온춘화가 필요한 작물 : 추파맥류, 배추, 유채(십자화과 작물)

※ 최아종자의 저온 처리의 경우에는 광의 유무가 춘화에 관계가 없으나 고온처리 춘화의 경우에는 암조건이 필요하다.

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* 춘화처리온도에 의한 구분

① 저온춘화 : 월년생 장일식물 / 0~10℃의 처리가 유효

② 고온춘화 : 단일식물 / 10~30℃의 처리가 유효

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* CAM식물의 광합성 특징

- 밤에 CO2를 고정하여 다량의 말산 또는 시트르산을 액포에 축적한다. 낮에는 말산에서 CO2가 유리되면서 피루브산이 되며,

유리된 CO2는 칼빈-벤슨회로에 의하여 RuBP와 결합하여 PGA를 만든 다음에 탄수화물로 전환된다.

이와 같은 식물은 밤에 CO2를 효율적으로 포착하여 기공이 닫히는 낮에 잎 안에서 광합성을 하는 데 이용한다.

- 밤에는 이와 같은 다육식물의 산 함량은 증가되고 탄수화물 함량은 급격히 감소되지만,

낮에는 이와 반대로 산 함량은 감소되고 탄수화물 함량은 증가된다.

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* 내음성(% - 보상점)

* 고립상태일 때의 광포화점(단위 : %)

* 가소영양생장 : 기본영양생장성을 지배하는 기본영양생장기간은 환경의 지배를 받지 않는다고 가정하지만, 감광성이나

감온성에 지배되는 영양생장은 일장(단일)이나 온도(고온)에 따라 크게 단축될 수 있기 때문에

이를 가소영양생장이라고 한다.

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* 연화재배 : 차광재배로 희고 연하게 자라게 하는 재배방법으로 천, 왕겨, 암실 등을 이용하여 고도의 차광을 해준다.

↳ 연화재배 대상 작물 : 파, 부추, 아스파라거스, 샐러리, 땅두릅

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* 소모도장 효과 : 광합성은 건물을 생산하고 주로 일조의 영향을 받는 반면 호흡은 건물을 소모하고 주로 온도의 영향을 받는다.

일조의 건물생산효과에 대한 온도의 호흡증대효과의 비를 소모도장효과라고 하는데 소모도장효과가 크면

건물의 생산에 비한 소모경향이 커지고 도장경향이 생긴다.

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<군락의 수광태세> - 이상적인 초형

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※ 키와 영양생장기간은 비교적 짧으나 생식생장기간이 길어 등숙이 잘되는 초형이어야

다비 밀식에 적응하는 다수성 품종이라고 한다.

※ 군락의 수광태세가 좋을수록 광포화점은 감소한다. 군락의 광포화점은 군락의 형성도가 높을수록 높아지게 되는데

군락의 수광태세가 좋아지면 수광능률이 높아지므로 광포화점은 감소하게 된다.

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* 식물의 일장형

① 중성식물은 일정한 한계일장이 없다.

② 단일식물은 단일 상태에서는 화성이 유도 촉진되며 장일 상태에서는 화성이 저해된다. 장야조건이 중요하다.

최적일장과 유도일장의 주체가 단일 측에 있고 한계일장은 보통 장일측에 있다.

③ 장일식물은 최적일장과 유도일장의 주체가 장일 측에 있고 한계일장은 보통 단일측에 있다.

장일 상태에서는 화성이 유도 촉진되며 단일 상태에서는 화성이 저해된다.

장야조건에도 단시간의 광파장만으로도 장일 효과를 볼 수 있다.

④ 장단일 식물은 처음에는 장일, 뒤에는 단일이 되면 화성이 유도 계속 일정한 일장에만 두면 개화하지 못한다.

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* 일장효과의 농업적 이용(추가)

① 자연일장에 대한 재배적 이용 : 벼의 만생종은 단일식물이고 한계일장이 뚜렷하여 조파조식을 하면 영양생장량이

증대하여 증수할수 있다.

② 수량의 증대 : 호프는 단일식물인데 개화 전에 보광을 하여 장일상태로 하면 영양생장을 계속하며, 알맞은 때 보광을

정지하여 단일상태로 두면 개화하게 된다. 이렇게 하면 꽃은 작으나 수효가 많아져서 수량이 상당히 증대한다.

③ 꽃의 개화기 조절 : 국화의 경우 일장처리로 개화기를 조절가능하며 연중 개화가 가능한 주년재배가 가능하다.

④ 육종에의 이용

- 인위개화 : 고구마순을 나팔꽃 대목에 접목하고 8~10시간 단일처리를 하면 인위적으로 개화가 유도되어 교잡육종이

가능해 진다.

- 개화기 조절 : 벼의 조생종과 만생종을 교잡하려고 할 때에는 보통 만생종에 단일처처리를 하여 개화기를 앞당겨

두 품종의 개화기를 같게 한 다음 교잡한다.

- 육종연한의 단축 : 세대단축온실에서 일장처리를 하면 연간 2~3모작을 할 수 있어 육종연한이 단축된다.

⑤ 품종의 선택 : 작물의 종, 품종에 따라 일장에 대한 반응에 차이가 있어서 지리적, 재배적 생태조건에 알맞게 선택

⑥ 성전환의 이용

- 삼(대마) : 장일은 ♂ → ♀, ♀ → ♂의 성전환 억제, 단일은 ♂ → ♀, ♀ → ♂의 성전환 조장

성전환에 의해 XX개체의 수꽃과 보통의 암꽃을 교배하게 되면 암그루만 생기며 삼은 암그루가 생육이

왕성하여 섬유의 수량은 많으나 품질은 낮다.

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* 광(착색) - 사과, 포도, 딸기 순무 착색 관여 : anthocyan의 생성은 비교적 저온에서 촉진되며 자외선, 자색광 파장이

anthocyan의 생성촉진, 볕이 잘 쬘 때 착색이 좋다.

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* 화학물질과 일장효과

① 장일식물 : 옥신처리 → 화성 촉진 ② 단일식물 : 옥신처리 → 화성 억제 ③ GA는 저온, 장일을 대체할 수 있다.

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* 화곡류의 연작 : 천근성 작물을 연작하면 토양이 긴밀해져서 물리성이 약화된다.

☞ 기지 현상이 적은 작물들이므로 연작을 하면 안 나쁜 것만 생각하므로 문제의 함정에 빠질 수 있다.

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<토양 온도>

※ 한지형 목초의 대부분은 저온, 장일에 출수 / 대체로 봄철 장일기에 출수

* 목초의 하고현상 : 북방형(한지형) 목초의 생육온도가 낮아서 여름에 기온이 오르면서 발생

☞ 하고현상 조장 환경조건 : ① 고온 ② 건조 ③ 장일 ④ 병충해 ⑤잡초

↳ 여름철 기온이 높고 건조가 심할수록 심하다.

☞ 한지형 목초는 대체로 요수량이 크다. 월동목초는 대부분 장일식물로 장일조건이면 생식생장으로 전환

※ 하고현상의 대책

① 스프링플러시의 억제 : 초봄에 방목하여 채초, 덧거름을 늦여름에 주면 스프링플러시의 정도와 하고현상도 완화

② 관개 : 고온건조기에 관개를 하면 수분을 공급하고 지온을 낮춰서 하고현상을 줄인다.

③ 초종의 선택 : 평지에서는 티머시보다 하고현상이 덜한 오처드그래스를 많이 재배

④ 혼파 : 난지형 목초와 혼파 ⑤ 방목, 채초의 조절 : 약한 정도의 방목과 채초가 하고 현상을 경감

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* 수발아

① 작물의 선택 : 우리나라에서는 보리가 밀보다 수발아의 위험이 적다.

② 품종의 선택 : 조숙종이 만숙종보다 수발아의 위험이 적다. ③ 조기수확

④ 도복방지 : 도복은 수발아의 유발원인 ⑤ 발아억제제의 살포 : 출수 후 발아억제제를 살포(MH-30)

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* 냉해의 양상 : 수도작 연계 - 벼의 생육 시기별 냉해 양상 참조!

☞ 저온을 만나면 ① N · P · K · Si · Mg 등의 양분흡수 저해 ② 물질의 동화와 전류 저해

③ 질소동화가 저해되어 NH3의 축적이 많아지고

④ 호흡이 감퇴되어 원형질유동이 감퇴 · 정지하여 모든 대사기능이 저해된다.

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* 내한성 작물 순서 : 호밀 > 밀 > 겉보리 > 쌀보리 ⇨ 호밀은 불량환경 적응성이 큰 작물중 하나임.

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* 작물의 내동성 정도

① 세포내의 자유수 함량이 적을수록, 전분함량이 낮을수록 내동성이 높다.

② 삼투압이 높을수록, 유지 함량이 높을수록, 가용성 당함량이 높을수록 내동성이 높다.

③ 같은 수분함량이면 친수성함량이 많을수록 내동성 증가

☞ 친수성 콜로이드에 들어 있는 수분은 얼지 않으며 친수성 콜로이드가 많고 세포액의 농도가 높으면 조직액의

광에 대한 굴절률이 커지고 내동성 증가한다.

④ 원형질의 투과성이 클수록 내동성 증가

⑤ 포복성, 잎의 색이 진함, 생장점의 위치가 땅속 깊은 일수록 내동성이 강하다.

⑥ 원형질의 점도와 연도 : 점도가 낮고 연도가 크면 세포 외 결빙에 의해서 세포가 탈수될 때나

융해시 세포가 물을 다시 흡수할 때 원형질의 변형이 적으므로 내동성이 크다.

⑦ 내동성이 강한 작물과 품종에는 단백질분자에 -SH기가 많고 약한 것에는 -S-S-기가 더 많다. - 내건성도 높다.

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* 내열성 : 점성 · 염류농도 · 단백질 함량 · 유지함량 · 당분함량 증가 · 작물체 연령이 높아지면 내열성 증대

/ 고온 · 건조 · 다조(多照)인 환경에서 오래 생육한 것은 경화되어 내열성이 증대

☞ 내열성 정도 : 주피, 늙은잎 > 눈, 유엽 > 미성엽, 중심주 / 내열성이 큰 것이 내건성도 크다.

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* 방품림의 설치 : 방풍림의 방풍효과 범위는 그 높이의 10~15배 정도이다.

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<대기 중의 CO2와 작물의 생리작용>

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* 호흡작용 : 대기중의 CO2 농도가 높아지면 일반적으로 호흡속도는 감소하나 예외도 있다.

☞ 광선이 있을때 1% 이상의 CO2는 호흡을 멎게 한다.

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* 광합성 - 광 강도 - CO2 관계

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① 광이 약할 때 CO2 보상점 높고 CO2 포화점 낮아진다.

② 광이 강할 때 CO2 보상점 낮고 CO2 포화점 높아진다.

☞ C4식물은 C3식물보다 CO2보상점이 낮고 낮은 농도의 CO2 조건에서도 적응할 수 있으나 CO2 포화점은 높다. ⇨ 위측 그래프 참조

☞ C3식물은 광합성 과정에 들어온 전체 CO2의 30~35%를 광호흡으로 재방출하기 때문에 CO2 고정이 극히 낮아서 광합성률이 C4식물의 1/1.5 ~ 1/2정도이다.

작물의 CO2포화점은 대기 중 농도의 7~10배(0.21 ~ 0.3%)가 된다.

☞ 밀, 완두, 해바리기 등에서는 이산화탄소의 농도 증대로 암중 발아를 촉진하고

강낭콩 종자를 파종하기 전에 CO2가 함유된 물에 담그면 그 생장이 증대된다.

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* 탄산시비 : 보통 0.15 ~ 0.3% 농도로 하며 시용시각은 일출 30분 후 부터 환기할 때까지 2~3시간

오후에는 광합성 능력이 저하하므로 CO2를 시용할 필요가 없고 전류를 촉진하도록 유도한다.

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<온 도>

* 온도와 작물의 생리작용

- 온도계수 : 온도가 10℃ 상승하는 데 따르는 이화학적 반응이나 생리작용의 증가배수를 온도계수 또는 Q10 이라고 한다.

여름작물의 광합성은 대체로 30~35℃에 이르기까지 Q10이 2 내외이고,

40~45℃에서 정지하는데 호흡은 50℃ 정도에서 정지하고 Q10이 2~3이다.

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광 합 성 외견상 광합성은 진정광합성 보다 온도상승에 따른 속도 증가가 고온까지 계속되기 힘들며 외견상 광합성은 적온 이상에서는 급격히 감소하고 온도상승에 따라 생장속도는 적온까지 증가한다. ​ 호 흡 • 호흡작용의 Q10은 일반적으로 30℃ 정도까지는 2~3이고 32~35℃에 이르면 감소하기 시작하며 50℃ 부근에서는 호흡도 정지 • 적온을 넘어 고온이 되면 체내의 효소계가 파괴되므로 호흡속도가 오히려 감소하며 벼의 호흡은 Q10이 1.6~2.0이다. • 고온에서는 광합성에 의한 유기물의 생성은 저하되는 반면 호흡에 의한 유기물의 소모는 급중하므로 유기물의 축적은 그리 높지 않은 온도에서 최대로 된다. ​ 동화물질의 전류 저온에서는 뿌리의 당류농도가 높아지기 때문에 잎으로부터 전류가 억제되고 고온에서는 호흡작용이 왕성해져서 뿌리나 잎에서 당류가 급격히 소모되므로 전류물질이 줄어든다. 동화물질이 곡립으로 전류하는 양은 조생종에서 많고 만생종에서는 적다. ​ 수분 및 양분의 흡수이행 온도상승에 따라 세포의 투과성과 호흡에너지의 방출 및 증산작용이 증대하고 수분의 점성도 감소하므로 수분흡수가 증대한다. 적온 이상으로 온도가 상승하게 되면 호흡작용에 필요한 산소의 공급량이 줄어들어 탄수화물의 소모가 많아짐에 따라 오히려 양분의 흡수가 감퇴 ​ 증 산 온도가 상승하면 수분의 흡수와 이동이 증대되고 엽내 수증기압이 상대적으로 증가하며 공기중의 포화부족량도 증가하게 되므로 온도가 과도하게 높아져서 식물체에 이상이 생기지 않는 한 증산량도 증가

* 적산온도(sum of temperature)

- 작물의 발아로부터 성숙에 이르기까지의 0℃ 이상의 일평균 기온을 합산하여 적산온도를 구한다.

※ 발아 ~ 성숙 기간의 일평균 유효온도 합산시 최저온도를 냉량지 작물은 5℃

온난지 작물은 10℃ / 열대 작물은 15℃ 이다.

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* 기온의 일변화(변온)

발 아 변온은 작물의 발아를 촉진하는 경우가 있다. ​ 동화물질의 축적 변온이 어느 정도 큰 것이 동화물질의 축적이 많아진다. 낮의 기온이 높으면 광합성과 합성물질의 전류가 촉진된다. 발아 기온은 비교적 낮아야 호흡소모가 적다 ​ 생 장 밤의 기온이 어느 정도 높아서 변온이 작을 때 대체로 생장이 빠른데 이는 무기성분의 흡수와 동화양분의 소모가 왕성하기 때문이다. ​ 괴근 괴경 발 달 • 고구마 : 항온(29℃) 보다 20~29℃ 변온에서 발달 촉진 ☞ 동화물질의 축적이 양호 • 감자 : 변온(야간기온 10~14℃ 저하)이 괴경 발달 ​ 개 화 일반적으로 작물은 변온이 커서 밤의 기온이 비교적 낮은 것이 동화물질의 전류와 축적이 활발하여 개화가 촉진, 화기도 커진다. * 맥류에서는 밤의 기온이 높아서 변온이 작은 것이 출수 개화 촉진 ​ 결 실 변온조건에서 결실이 좋아지는 작물이 많으며 가을 결실 작물은 변온에 의하여 결실이 촉진

* 수온 ․ 지온 및 작물체온의 변화 : 수온 ․ 지온의 최저 ․ 최고 시간은 기온보다 약 2시간 늦게 온다.

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<광 (光)>

* 광보상점과 광포화점의 관계

* 광스트레스(Solarization) : 그늘에서 작물을 강광에 노출시키면 잎이 타서 죽는데 발생원인은 엽록소의 광산화에 있다.

* 광호흡 : 광합성 과정에서 O2를 사용해서 CO2 방출현상, 광합성율을 떨어뜨리는 원인이며

광호흡의 조건은 높은 O2농도, 낮은 CO2농도, 强光에서 발생한다.

☞ 불량환경 적응성 증대, 유기물 생산성 감소 / 조건 : 고온, 강광, CO2농도 적고, O2농도 높다.

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