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2010 한국작물학회 춘계학술발표회 (2010년 4월) 264

1.
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식량자급 즉, 식량안보는 재론의 여지가 없는 우리가 당면한 해결해야할 과제 중 가장 절박한 과제임은 자명한 사실이다. 최근 G8 식량보고서에 따르면 “각국이 폭발적으로 증가하는 인구를 부양하려면, 오는 2050 년까지 세계 농업생산량을 현재의 두 배로 늘리기 위해 당장 서둘러야 한다”고 지적했다. 자크 디우프(Diouf) 유엔식량농업기구(FAO) 사무총장도 최근 발표한 성명서에서 “식량가격 폭등과 같은 시장의 불확실성이 각국 의 사회·정치적 안정을 위협하고 있다”고 지적하며, 각국의 농업에 대한 과감한 지원과 투자를 호소했다. 식량위기의 경고음은 식량의 국외의존도가 높은 우리나라를 더욱 긴장시키고 있다. <OECD 회원국 곡물자 급률> 보고서에 따르면, 우리나라는 25.3%로 29개 회원국 중 26위이다. 29위를 차지한 아이슬란드가 북극권 섬나라인 특수한 지형이라는 것을 감안하면, 우리나라는 일본(22.4%)과 함께 식량자급률이 최하위 바닥권인 셈이다. 이러한 상황에 따라 중국은 식량자급률을 높이기 위해 농경지를 획기적으로 넓히는 계획을 추진 중이고, 지난해 4억7천만 톤이었던 곡물생산량을 2020년까지 5억4천만 톤으로 끌어올리겠다는 목표와 함께, 올해 농업부문 투자예산을 20% 증액했다. 사정이 비슷한 이웃나라 일본도 역시 2015년까지 식량자급률 목표 치를 45%에서 50%로 상향조정하는 법제화를 추진하였다. 이처럼 세계 각국이 식량위기에 대처하는 방안을 생존의 원칙에 입각하여 적극적으로 마련하고 있음에도 불구하고, 우리나라는 지난 2년 동안 전체농지(176만ha)의 5%에 달하는 약 9만여ha의 농업진흥지역 내 농지 를 해체하였다. 식량안보보다 우선하는 정책은 또 다른 부작용을 가져온다는 점을 간과해서는 안 된다. 농업은 생명이고, 우리의 미래이자 곧 삶의 터전이라는 기본적인 개념을 재음미하는 노력들이 필요한 때이 다. 특히 우리나라처럼 식량자급률이 바닥을 맴도는 나라에서는 모든 수단을 동원해서라도 식량자급률을 높여야 한다. 한번 사라지면 회복이 불가능한 우량 농지보존은 자자손손에게 이어줄 중요한 정책과제이고, 첨단농업기술개발에 대한 투자는 식량자급률을 획기적으로 높이는 방향으로 정책의 우선순위가 조정되어야 한다. 이를 위해서는 식량자급률 목표치를 달성하기 위한 구체적인 품목별 로드맵 작성을 서둘러야 할 것이다. 아울러 식량위기 상황대비 최대 식량생산 시스템 개발을 위한 지속적 연구, 기후변화 대응 재배안정성 향상 연구, 자원순환형 작부체계 연구, 융복합 첨단기술활용 우수 품종개발 연구 등에 대한 지속적인 관심과 지원 뿐만 아니라, 쌀 중심의 식문화 우수성 홍보를 통한 쌀 소비확대 여건조성이 필요하다고 사료된다.
2.
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많은 국민의 식품안전성에 대한 의식수준이 급격히 향상되어 각종 농식품의 안전성확보를 위한 체계적관 리가 매우 중요한 것으로 인식되고 있다. 이러한 시대적 변화에 따라 제안된 과학적, 합리적 제도가 농산물 우수관리제도(GAP)이다. 그러나 아직도 대부분의 소비자들은 유기농산물을 포함한 친환경농산물을 안전한 농산물로 인식하여 선호하고 있다. 안전한 농식품 생산에 영향을 주는 요소로는 농약이나 중금속을 비롯한 화학적위해요소와 각종식중독세균을 포함한 생물학적 위해요소, 그리고 머리카락등과 같은 물리적위해요소 가 있으며 이들 세가지위해요소를 모두 잘 관리한 식품을 안전한 식품으로 생각할 수 있다. 그러나 앞서 언급된 기존의 안전농산물 관리제도는 대부분 화학적 위해요소와 물리적 위해요소 위주로 관리해 왔을 뿐 실제로 외국에서 농산물의 안전사고원인으로 빈번히 나타나고 있는 식중독세균을 비롯한 생물학적위해요소 관리가 부족한 것으로 지적되어왔고, 이들 위해요소의 종합적 안전관리프로그램으로 제안된 것이 GAP제도 인 것이다. GAP제도란 HACCP원리에 기초한 제도로서 농산물의 재배환경, 재배과정, 수확 및 수확후과정중 에 발생 가능한 위해요소를 분석하여 집중적으로 관리할 중점관리점(CCP)를 결정한 다음 CCP중심으로 위해 요소를 관리함으로써 쉽고 편리하게 안전성이 확보된 농산물을 생산하는 합리적인 제도이다. 사실상 기존의 유기농을 포함한 친환경농산물은 전체경작지의 약 5%정도에서 생산되어 대단히 제한적인 반면 지금정부가 추진하고 있는 GAP제도는 대부분 경작지를 대상으로 국가가 합리적으로 안전한 농산물을 공급하는 제도로 서 GAP제도가 정착되면 안전성이 확보된 충분한 식자재를 값싸게 공급하는 것이 가능하리라고 생각한다. 2010년부터 친환경농산물의 대부분을 차지하는 저농약인증제가 폐지됨에 따라 안전한 농산물을 확보하기 위해서는 농약을 전혀사용하지 않는 유기농산물인증제와 농약을 사용하되 합리적으로 사용하여 수확하는 농산물에는 농약이 잔류하지 않거나 잔류하더라도 국가가 정해놓은 기준치 이하로 관리하여 안전한 농식품 을 생산하는 GAP인증제가 정부의 중요한 정책으로 자리잡게 될 것이다. 이러한 시기에 GAP를 올바로 이해하 는 것이 대단히 필요하므로 기존의 안전농산물 생산기법과 GAP제도의 차이점을 소개하고자 한다.
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식품산업은 안전한 식품의 안정적 공급을 담당하는 산업이다. 소비자로부터의 신뢰가 경쟁력이며 성장의 기반이다. 식품유통시장 개방이 확대되면서 위해요소도 동반하여 국경을 넘어 확산되고 있다. 지속되는 국내 외 식품안전사고는 소비자로 하여금 안전할 뿐만 아니라 안심하고 소비할 수 있는 식품환경을 만들어줄 것을 요구하고 있다. 정부는 보다 더 안전한 식품이 제공되도록 2008년 6월 「식품안전기본법」 제정과 더불어 2009년부터 관계 부처 합동으로 정부차원의 식품안전기본계획을 수립하여 시행하고 있으며 추진사항을 정기적으로 점검하고 있다. 농림수산식품부는 2009년 4월 소비안전정책관실을 신설하여「농장에서 식탁까지, 국경에서 가정까지 국민에게 신뢰받는 안전한 먹을거리 공급」이라는 목표아래 안전 농식품 생산기반 확충, 철저한 검역으로 수입 농식품 안전성 보장, 선제적 위생관리와 소비자 선택권 보장 및 선진적이고 효율적인 식품안전체계 구축 등 중점 추진해 나갈 4대 과제를 선정하였다. 특히 2010년에는 고독성 농약 등 농약관리대책추진, 중금 속 오염농산물 관리체계 개선, 농산물 안전성 조사 확대 및 사후관리 강화, GAP제도 활성화 대책 추진, 농식 품 안전정보 수집, 공개, 교류 및 긴급대응시스템 개선 등 생산, 수입, 유통 및 관리체계 각 분야에 걸쳐 안전관 리 실천계획을 수립, 추진하고 있다. 아울러 2010. 2. 25일 발표한 “농림수산식품․농산어촌 비전 2020”에도 농축수산물 안전성을 중요한 정책과제로 채택한 바 있다. 농산물의 경우 무엇보다 생산단계에서부터 안전관리가 수행되어야 한다. 농산물우수관리제도(GAP)는 농 산물 재배 농장에서의 토양과 수질오염 방지, 재배단계에서 농약사용 기준 준수, 수확 후 미생물 오염방지 등 물리적, 화학적, 생물학적 제반 식품위해요소를 체계적으로 관리하는 제도로 2005년 「농산물품질관리 법」 개정을 통하여 도입되었다. GAP 제도는 농업인들의 농작물 재배 및 수확후 처리가 인증기준에 맞게 생산․처리되어야 하며, 이력추적관리에 등록되어야 한다. 이 GAP 제도는 사전 위해예방을 통하여 우리 농산 물의 안전에 대한 소비자 신뢰를 지속적으로 확보할 수 있고, 농업환경도 보전하는 여러 가지 효과가 기대되 는 제도이다. 아직 제도도입 초기단계로 그동안 인증시스템 구축, 인증시설 확대, 소지자 홍보 등에 주력해 왔으나 2009년 GAP 인증농산물 생산비율이 전체 생산 물량에 3%정도로 미약한 실정이다. 이에 따라 농식품부는 농업인이 이 제도를 활용한 농산물을 더 많이 생산해 공급토록 하고 소비자도 안전 관리를 철저히 한 GAP 인증농산물을 안심하고 소비할 수 있도록 홍보도 강화 하는 등 제도정착을 위한 환경 조성에 주력할 계획이다. 2010년에는 농업인 등이 GAP 제도에 대한 올바른 이해를 바탕으로 인증품목과 물량이 확대되도록 지원과 관리시설을 늘려나갈 예정이다. 관리시설을 경유하지 않아도 되는 인증 농산물의 대상도 추가로 확대하고 인증 농산물이 기준대로 재배되어 유통되고 있는지에 대한 사후관리에도 역점을 둘 예정이다. 아울러 이 제도가 활성화되기 위해서는 소비자가 농업인들의 노력과 안전에 대한 신뢰를 바탕으 로 GAP인증 농산물을 더 많이 활용하는 것이 제도 활성화에 관건으로 소비자에 대한 홍보에도 주력할 예정 이다. 이러한 생산자와 소비자의 노력과 참여로 농산물의 안전성이 크게 향상되고 농약이나 비료 등 생산 요소의 적정 사용을 통하여 생산성 향상과 지속가능한 농산물 재배환경 개선에도 크게 기여할 수 있을 것으 로 기대된다.
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벼, 밀, 옥수수 등 식량작물은 인류의 생존을 위한 주요 에너지 공급원이었다. 국가 경제의 발전은 기아 문제의 해결과 소비자 소득 수준의 향상을 가져왔고, 작물의 사회적 수요를 ‘식량 공급원’으로부터 ‘맛있는 먹거리’, 나아가 ‘건강에 유익한 먹거리’로 바꾸어가고 있다. 작물학 분야의 연구 역시 수량의 증대, 재배기술 의 개발 등 전통적인 학술영역에 덧붙여 작물에 함유된 생리활성 물질을 탐색하고 효능을 입증하며 나아가 이러한 작물의 기능성을 증진하는 영역의 연구가 활발히 진행되고 있다. 우리나라 작물 기능성 연구의 동향을 파악하기 위하여 1980년으로부터 2010년까지의 30년간 한국작물학회지, 한국육종학회지, 한국약용식물학회 지, 한국자원식물학회지, 한국콩연구회지 등 국내에서 발간되는 주요 작물학 관련 학술지에 게재된 논문 및 학술대회 발표 초록 중 작물 기능성 관련 연구보고 약 400여 건을 수집하고 이들 기능성 연구가 수행된 작물, 대상 기능성물질의 종류, 연구 목적 등의 년차별 동향을 분석하였다.
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기능성식품은 안전성과 기능성이 결합된 형태로서 인체의 영양소를 조절하거나 생리학적 작용에 영향을 주어 질병의 예방 또는 완화 등과 같은 유용한 효과를 얻기 위해 섭취하는 식품으로, 특히 건강기능식품은 인체에 유용한 기능성을 가진 원료나 성분을 사용하여 제조 가공한 식품을 의미한다. 물질특허 제도의 도입, WTO/FTA 협상에 따른 시장개방 및 기후 변화로 자국의 농산 식품의 가치 향상을 위하여 단순 기능성평가에 서 식생활, 유전체형, 나이 등을 고려하는 목적형 기능성식품 혹은 소재를 개발하는 추세이다. 국내 농식품 기능성 연구는 최근 오믹스(transcriptomics, metabolomics) 기술을 이용한 대사체, 생체이용률 (bioavailability) 및 영양유전학적 기능 해석을 통한 생체내 바이오마커(biomarkers) 탐색 및 구축으로 생체 수준 의 농축산식품 기능성 평가 기준을 확립하고자 하고, 기능성 농식품의 유효성분 탐색 및 세포와 동물 수준의 기능성평가 수준을 탈피하여 인체 섭취시 생리활성기능을 유전자 수준에서 구명(nutrigenomics)함으로 맞춤형 및 신기능 식품(nutraceuticals)을 개발하고자 한다. 또한, 국내 기능성 농식품의 목적성분(target components)의 안정성 및 잉여생산 체계 구축을 위한 저비용 고효율 생산 공정 개발로 기능성식품 가공(processing) 기술의 국제적 leader 역할을 수행하고 하며, 국내 고품질 농축산 기능성식품의 고유 브랜드 가치 창출을 통한 건강기 능식품의 내수화 및 세계화 기반을 구축하는데 중점을 두고 있다.
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20세기는 화석연료에 의존한 화학 자재의 이용과 품종개량으로 작물의 다수확 생산 기술이 개발되면서 작물 의 수량성을 획기적으로 향상시켰다. 그러나 집약적인 다수확 생산기술은 합성 비료와 농약에 대한 의존도가 높아지게 되었고, 특히 속효성 화학 비료에 의존한 단일 작물의 연작은 농경지의 지력을 저하시키면서, 작물생 산을 위한 잠재력을 감소시키는 원인이 되었다. 그 개선책의 하나로 볏짚, 작물잔유물, 가축분뇨 등의 농축산 부산물의 이용과 녹비작물의 이용 등 유기물을 보다 효율적으로 이용하는 것에 대해 재인식하게 되었다. 농경지에서 유기물 시용은 토양의 물리 화학적 특성이나 생물학적 특성을 양호하게 유지시키는 중요한 역할을 한다. 유기물로 이용 가능한 자원은 대표적인 것이 녹비작물이며, 국내에서는 헤어리베치와 자운영에 대한 연구가 많이 이루어졌다. 녹비작물은 근류균과 공생하여 공중 질소를 고정하는 콩과작물이 잘 알려져 있으며, 후작물에 양분을 공급해 줌은 물론 토양의 생물다양성을 높이고, 비옥도 증진, 수분 보유력 증진 등의 다양한 효과를 가지고 있다. 그러나 녹비이용에 있어서 전후작물의 질소동태나 녹비환원 후에 일시적으 로 일어나는 생육억제 현상 등은 작물의 특성에 따라 다르며 명확하게 밝혀지지 않은 점이 많다. 토양의 물리성 개선, 선충 밀도 저감, 피복에 의한 잡초 억제 등의 효과가 있는 것으로 알려진 Crotalaria(네마황), Sesbania(전심초), 베치(Vicia) 등의 녹비작물은 특성이 충분히 평가되지 않은 채 이용하고 있는 실정이다. 특히 지금까지 녹비작물의 지상부 수량에 중점적으로 관심을 가졌기 때문에 근류를 형성하는 지하부의 기능 및 역할에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 근류의 질소고정능력의 경시적인 변화와 관련하여 다양한 생육기간에 환원한 콩과녹비작물 이 후작물의 질소흡수에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 녹비작물의 환원에 의해 발생할 수 있는 생육억제효 과로서 상추의 유식물 생장에 미치는 영향을 평가하였다. 여름작물인 Crotalaria, Sesbania, 그리고 겨울작물인 헤어리베치 등 녹비작물의 이용에서 후작물의 질소흡 수가 녹비작물의 뿌리 및 근류(지하부)의 기능으로서 질소고정 능력과 관련이 있음을 확인하였다. 각 작물 모두에서 지하부로부터 환원한 질소량은 지상부 환원구와 비교하여 현저히 적었음에도 불구하고 후작물에의 질소 공헌도(녹비에 의해 환원된 질소량에 대한 후작물에 의해 흡수된 질소량의 비율)는 지하부 환원구에서 현저히 높았다. 그 기작으로서 녹비환원시 지상부가 제거되는 것에 의해 급격하게 탄수화물(근류의 에너지 원)의 공급이 정지되어, 이 시기에 질소고정 능력이 높았던 근류로부터 무기태질소나 이분해성 질소 화합물이 방출되었고, 이러한 질소의 상당량이 후작물에 의한 흡수에 이용되었다는 것을 증명해준다. 이러한 결과는 질소고정 능력이 높은 줄기 근류를 형성하는 Sesbania의 지상부를 녹비환원 했을 경우에도 후작물의 생육 촉진 효과를 확인 할 수 있었다. 한편 모든 작물에서 지상부 환원에 의한 후작물의 생육 억제가 나타났는데 이것은 부숙되지 않은 유기물인 녹비의 분해초기에 일어나는 미생물과 후작물과의 질소 경합에 의한 것으로 판단되며, 지하부 축적 질소가 이러한 경합을 완화시키는 가능성이 시사되어 녹비를 환원 할 때 근류의 활성 상황이 매우 중요하다는 것을 확인하였다. 또한 녹비환원에 의한 후작물의 초기생육 억제는 녹비작물의 종류, 생육 단계, 환원 부위에 따라 다르기 때문에 저투입 작물생산을 위한 다양한 작부체계에서 녹비작물의 적절한 선택과 후작물을 위한 적절한 환원 시기의 구명을 통하여 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 녹비작물과 후작물 간의 특성을 충분히 고려해야 할 필요가 있다. 지속농업의 목적은 화학적으로 합성한 물질의 과용으로부터 나타나는 피해를 최소한으로 줄이고, 자연자 원의 순환 및 보존, 생물다양성의 유지를 통해 농업생태계의 생산성을 유지하는 동시에 농업환경을 오염시키 지 않아야 한다. 본 연구결과들은 콩과녹비작물의 지하부 축적 질소가 후작물의 질소 흡수를 촉진시켜 생육이 양호해졌으며, 이들 콩과녹비작물의 잠재력이 바이오매스 생산량 뿐 만아니라 생육기간동안 뿌리의 질적인 변화(질소고정능력)에 의존한다는 것을 의미한다. 향후 연구에서는 이들 녹비작물에 의해 생산된 질소량의 평가, allelochemicals의 동정을 통하여 후작물에 영향을 미치는 생육억제효과와 고정된 공중질소를 후작물이 효율적으로 이용하기 위한 기술 및 이산화탄소 흡수 등 공익적인 기능도 규명되어야 할 것이다.
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To know how interacting climate drivers may affect rice quality, we investigated physio-chemical properties of brown and milled rice. Rice crops (Oryza sativa L., cv. Ilmybyeo and Pyounganbyeo) were grown under either ambient [370ppmV (2008)/396ppmV (2009)] or elevated CO2 of 650ppmV (2008)/673ppmV (2009) in three levels of air temperature [(Ta), local ambient Ta [25.9℃ (2008)/24.8℃ (2009)], 1.3℃ and 2.4℃ above ambient Ta] over whole seasons, using six temperature gradient chambers established in paddy fields. Over 2 years, thus the experiments were a 2×3 factorial design with three replicate plots of each CO2×Ta combination. The fractions of normal brown rice were reduced with elevating CO2 by 8% (Ilmybyeo)~14% (Pyounganbyeo), and with rising Ta by 16% (+1.3 ℃)~27% (+2.4℃) in Ilmybyeo and by 27% (+1.3℃)~42% (+2.4℃) in Pyounganbyeo (p=0.015, 0.000, 0.059, 0.000 and 0.017 for CO2, Ta, CO2×Ta, cultivar and Ta×cultivar, respectively). With respect to immature rice, elevating CO2 increased milky-white rice, white-based rice and white-belly rice across cultivars. Warming also significantly increased all immature rice across cultivars, though no CO2×Ta interaction was observed. Over 2 years, the deteriorative effect of warming on brown rice quality was significantly greater in Pyounganbyeo than in Ilmybyeo. Across cultivars, protein contents of milled rice were decreased (c. 5~9%) with elevating CO2 but increased (c. 5%) with warming, though no CO2×Ta interaction was found (p=0.119). Elevating CO2 significantly increased whiteness of milled rice over cultivars but not amylose contents and gloss value of cooked rice, while warming had a strong affect these properties all related rice quality. Overall, our results suggest that warming and elevating CO2, in each alone or in combination, may have the potential to deteriorate physio-chemical properties of rice related to quality.
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녹두는 여러 차례 개화와 성숙을 하기 때문에 100% 손 수확하고 저가의 수입산 및 소 면적 재배 등으로 인해 경쟁력이 매우 낮은 작물이다. 국내산 녹두의 경쟁력 확보 선결과제는 대 면적 생력재배로 판단되어 생력재배기술을 개발하였다. 남부지역에서 기계(범용콤바인) 일시수확을 위한 최적 파종기는 7월 20일로 수 량이 많고 기계수확이 가능하였다. 7월 15일 파종은 2회 수확해야 하므로 기계수확이 불가능하였고, 7월 25일 이후 파종은 수량이 급격이 떨어졌다. 생력재배(범용콤바인 수확)에 적합한 품종은 다현으로 수량(1.66톤/ha) 이 가장 많고 도복 및 병해에 강했다. 개발한 생력재배기술을 2007년과 2008년에 자체 실증한 결과, ha당 수량은 1.5톤 있었다. 2009년에 친환경(무농약 인증)재배기술과 패키지화하여 영농현장에 실증한 결과, 노동 력 74%와 생산비 47%가 절감되었고 ha 당 수확 및 탈곡시간은 2.5시간으로 관행(640시간)에 비해 99% 생력화 가 가능하였다. 시간당 노동생산성은 17,893원으로 3.3배 높았고, 순수익은 10배 많았다. 생력재배한 9품종의 종실성분은 관행재배에 비해 전분과 조지방 함량이 많고, 조단백과 vitexin 및 isovitexin 함량은 비슷하였으며, 지방산 linoleic acid와 palmitic acid의 조성비는 높았고 linolenic acid와 stearic acid의 조성비는 낮았다. 이상의 결과로 볼 때 여름 밭작물 중 가장 노동력이 많이 투입되는 녹두가 생력재배에 가장 적합한 작물로 전환이 가능하고 호당 5ha 이상 재배가 가능할 것으로 보아졌다.
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Climate warming has the potential to deteriorate grain yield and quality of rice (Oryza sativa L.), offsetting the stimulative effects of elevating CO2. To know how the change in sink-source balances by reducing sink-size (RSS) may affect grain yield and quality of rice grown under various climate change scenarios, we conducted a temperature gradient chamber experiment with/without CO2 fumigation systems which were established in paddy field. Rice crops (cv. Ilmybyeo) were exposed to either ambient (396ppmV) or elevated CO2 of 673ppmV in three levels of air temperature [(Ta), local ambient Ta (24.8℃), 1.3℃ and 2.4℃ above ambient Ta] over whole seasons. Thus, the experiment was a 2×3 factorial design with three replicate plots of each CO2×Ta combination. At flowering, for two hills from each combination treatment total thirty (10 per each top, middle and basal parts of panicle) spikelets per panicle were removed with order of panicle appearance by scissors. This corresponded to a 25% reduction of total sink-size per hill. In ambient Ta and CO2 , grain yield decreased with RSS by 23.4%, approximately mirroring the reduced sink-size. With rising Ta, however, the yield reduction by RSS was significantly mitigated (-5.6% in 1.3℃ above ambient Ta), and the yield rather increased with RSS by 9.3% in 2.4℃ above ambient Ta. This was due primarily to the increased single grain mass with RSS. A similar response fashion of grain mass and yield with RSS to Ta was found in elevated CO2, but not CO2×Ta interaction. For brown rice, the fraction of normal rice was linearly reduced with rising Ta, ranging from 78.5~79.2% in local ambient Ta to 48.2~55.5% in 2.4℃ above ambient Ta over CO2 treatments. However, this deteriorative effect of rising Ta was significantly alleviated with RSS; the fractions of normal rice were a 81.9~84.1%, 75.9~77.2% and 64.0~66.3% in local ambient Ta, 1.3℃ and 2.4℃ above ambient Ta, respectively. The alleviative effect of RSS on rice quality was due mainly to the reduced immature rice, and was more conspicuous as Ta rises. These results suggest that current rice cultivars in Korea, at least cultivars tested in this experiment, will likely to be prone to source-limitation in the future projected warming with elevating CO2, and thereby will be needed a cultivar having either a greater source ability or a less sink size compared with current cultivars, in order to ensure a rice quality in the future warming conditions.
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출엽속도 추정에 의한 발육단계 예측모델은 평균발육속도 추정에 의한 기존 발육단계 예측모델에 비하여 예측 정확도가 높은 편이다. 그러나 대부분의 작물모형은 평균발육속도 추정에 의한 발육단계 모델을 사용하 는데, 이는 출엽속도에 비해 평균발육속도를 추정하는 것이 쉽고, 작물모형의 서브모델로써 다른 서브모델과 연결시키기 쉽기 때문이다. 본 연구는 출엽속도 및 평균발육속도 추정에 의한 발육단계 예측모델을 여러 벼 품종 및 재배조건에서 비교 검토하여 출엽속도 추정모델의 장점과 한계 구명을 통해 적용성을 검토하고자 하였다. 시험품종은 조생종 오대벼, 중생종 화성벼, 중만생종 일품벼로 하여 2002년과 2003년에는 직파재배와 육묘기 무보온 이앙재배 조건에서, 2004년, 2005년, 2006년에는 육묘기 부직포 보온 이앙재배 조건에서 수행 하였다. 직파재배는 육묘기 보온과정에서 발생하는 불규칙한 온도 변화와 이앙기 활착스트레스의 영향 없이, 육묘기 무보온 이앙재배는 이앙기 활착스트레스만 고려될 때, 육묘기 부직포 보온 이앙재배는 육묘기 보온과 정에서의 온도변화와 활착스트레스 모두 고련된 조건에서 발육단계 예측능력을 검토하기 위하여 수행되었 다. 추정방법에 관계없이 오대벼는 화성벼 및 일품벼에 비해 발육단계 예측 정확성이 불량하였다. 출엽속도 추정에 의한 발육단계 예측모델은 담수직파와 육묘기 무보온 이앙재배에서 기존모델에 비하여 출수일수를 잘 예측하였다. 육묘기 부직포 보온 이앙재배 시 출엽속도 추정에 의한 모델은 출수일수를 과소 추정하는 경향이었으나, 기존모델에 비해 결정계수가 0.94로 매우 높으며, 추정값과 실측값과의 단순회귀선인 1:1선에 평행하였다. 따라서 출엽속도 추정에 의한 발육단계 예측모델의 적용성을 높이기 위해서는 육묘기 보온에 의한 온도상승 효과를 반영시킬 수 있는 알고리즘 개발이 필수적이라 할 수 있겠다.
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근년 벼 못자리에서 키다리병 다발생으로 민원이 증가하여 문제시되고 있으며, 병 발생의 억제를 위하여 관련 기관이 많은 노력을 기울여 다시 줄어드는 경향을 보이고 있다. 본 발표에서는 키다리병 감염율이 약 25%(묘대기이병율 약80%)인 종자를 입수하여 재식주수(1, 3, 5본식)를 달리하여 수량에 미치는 영향을 조사 하였다. 키다리병은 출수기 포장에서 약 36~51%정도 이병한 것으로 관찰되었으며, 수량은 대조구의 약 70~75%로 감소하였다. 재식주수에 따른 수량은 1주1본식구에서 약간 적었으나 재식주수에 따른 영향은 크지 않은 것으로 판단되었다. 1주1본식구의 경우는 영양생장기의 고사로 인한 개체수의 감소가, 1주3본, 5본식구 의 경우는 생식생장기의 일부고사주 및 도장주의 증가로 주당이삭수의 감소가 수량감소의 주원인으로 판단 되었다.
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1998년 영국에서 처음으로 출엽속도 추정에 의한 발육단계 예측모델이 밀에서 개발되었으며, 이후 2001년에 는 진주조와 수수 등에서도 개발되었다. 출엽속도 추정에 의한 발육단계 예측모델은 평균발육속도를 추정하 여 발육단계를 예측하는 기존모델에 비해 예측 정확도가 높은 것으로 인정되었다. 우리나라에서도 2001년 독자적으로 벼에서 출엽속도 추정에 의한 발육단계 예측모델이 개발되었는데, 예측 정확도가 높은 것으로 인정되었으나, 단일 시험품종으로 다양한 유전적 변이를 검토하지 못하였다. 또한 출엽속도 추정에 의해 발육 단계를 예측하기 위해서는 최종엽수를 정확하게 추정해야 하는데, 일장에 의한 최종엽수 추정식이 미흡하였 다. 따라서 본 연구에서는 품종을 조생종 오대벼, 중생종 화성벼, 중만생종 일품벼를 시험품종으로 하여 18, 21, 24, 27℃ 조건에서 온도에 대한 출엽속도 반응을, 12:00, 13:00, 13:30, 14:00, 16:00 조건에서 일장에 대한 최종엽수 반응을 검토하여 보다 적용성과 정확도가 높은 벼 발육단계 예출모델을 구축하고자 하였다. 오대벼, 화성벼, 일품벼 모두 유효적산온도와 주간엽수가 매우 밀접하게 관련되었는데, logistic 함수에 의하여 99% 이상 모두 잘 설명되었다. 따라서 유효적산온와 주간엽수와의 logistic 관계식을 미분하여 유효적산온도에 의한 출엽속도 추정식을 구하였다. 최종엽수는 일장과 매우 밀접한 관련성을 보였으며, 오대벼와 화성벼는 bilinear 함수, 일품벼는 quadratic 함수에 의하여 98% 이상 모두 잘 설명되어 최종엽수 추정식으로 사용 가능한 것으로 판단되었다. 여기에서 구한 출엽속도 추정식과 최종엽수 추정식을 이용하여 벼 발육단계 예측모델을 구축하였다.
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녹비작물 재배는 작부체계상 토양의 건전성(soil quality) 향상과 농업생태계의 지속성(substantiality) 유지에 중요한 역할을 한다. 본시험의 목적은 답리작에서 녹비작물 헤어리베치 (Vicia Villosa R.)의 재배 및 벼 이용 시 안전성을 증진하기 위하여 수행하였다. 시험은 2006/2007년부터 2008/2009년까지 3개년간 포장에서 수행 하였다. 시험포장은 경기도 수원시 소재 국립식량과학원 벼 시험포장인 신흥통(식양질)에서 수행하였다. 헤어 리베치는 중국에서 수입한 H-1을 10월 상순경에 벼 부분경운파종기를 이용하여 파종하였다. 벼 품종은 중생 종인 풍미벼(‘07, ’08)와 조생종인 운광벼(‘09)로 25~30일묘를 6월 상순에 기계이앙하였다. 시험 기간 3년 모두 부분경운파종 시 헤어리베치의 biomass 및 질소 생산성은 벼 입모중파종과 유의적인 차이는 없었고 벼 수량도 차이가 없었다. 또한 2008/2009년에는 부분경운 파종 시 파종량 9 kg/10a와 6 kg/10a도 헤어리베치 biomass와 쌀수량이 유의적 차이가 없었다. 따라서 답리작에서 부분경운파종법을 이용하면 녹비작물 헤어리 베치의 재배 및 벼 이용의 안전성 뿐만아니라 녹비작물의 종자대 절약도 가능할 것으로 판단되었다.
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Early diagnosis of crop growth at various growth stages will help to make an optimum fertilization. If we can diagnose crop growth at around the time of topdressing of N fertilizer, N fertilization can be made based on crop growth and target crop yield, which may provide economic and environmental benefits as compared with fixed rate fertilization. In this study we devised methods to diagnose rice growth non-destructively at panicle initiation stage and to determine N topdressing rate. SPAD-502, Field Scout CM1000 and Green Seeker GNDVI were used to diagnose the growth status of rice grown at different soil N fertilities. The values measured by the diagnostic equipments at rice panicle initiation stage were then regressed to rice grain yield. It was found that CM1000 and GNDVI were more efficient than SPAD to diagnose rice growth. Therefore, a multivariate model with CM1000 and GNDVI values was developed to make a decision of N fertilization at rice panicle initiation stage. In a subsequent field study, N fertilization determined by non-destructive growth diagnose by CM1000 and GNDVI, and the multivariate model could minimize N fertilizer use to achieve our target yield, resulted in significant reduction of N fertilizer as compared with fixed rate N fertilization.
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Miscanthus is a rhizomatous perennial C4 grass and has been studied as a lignocellulosic biomass energy crop in Europe and USA. Although Korea has many native Miscanthus species, however, Miscanthus has never been considered as a potential bioenergy crop and not much studied. Therefore, we collected Miscanthus spp (M. sinensis and M. sacchariflorus) in Korea and overseas and conducted a field experiment during 2008-2010 to investigate their agronomic characteristics related to biomass yield and thus to select genotypes with a high biomass yield potential. The agronomic characteristics assessed are plant height, leaf area, stem thickness, stem density, flowering time, dry weight and so on. Some Korean genotypes particularly collected in Jeju and Gyeonggi showed very high biomass yield, suggesting that they can be used for breeding a new Miscanthus cultivar for biomass production. Correlation analyses showed that plant height, stem thickness and density are closely related with biomass yield. Flowering times vary with genotypes and their collection sites. Phenotypic information of Korean Miscanthus we present herein may be useful for further studies on Miscanthus as a bioenergy crop.
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억새는 우리나라 등 동아시아가 원산인 C4작물로서 연간 바이오매스 수량이 30톤/㏊ 이상으로 많아 유망한 에너 지작물이지만 대량증식기술이 개발되지 않아 재배면적 확대가 어렵다. 본 연구는 억새의 줄기삽목에 의한 대량 증식기술을 개발하기 위해 수행하였는데 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 삽수의 유형은 마디에 신선한 잎집이 남아 있는 것을 어린 삽수로, 잎집이 고사되었거나 소멸된 것을 성숙삽수로, 마디의 눈에서 새싹이 신장하였으나 새잎이 완전히 전개되지 않은 것을 신초신장 초기 삽수로, 마디의 눈에서 새싹이 신장하여 새잎 이 전개된 것을 신초신장 후기삽수로 구분하였다. 어린 삽수 및 성숙 삽수의 발근율은 각각 47%, 70%이었으나 신초신장 초기 및 후기 삽수는 각각 94%, 100%로 높았다. 억새 줄기 삽목시 발근율이 높고 묘 소질이 좋은 신초신장 삽수를 얻기 위해 줄기의 상단부를 절단하여 14일 후에 절단하지 않은 줄기와 신초신장 삽수 수를 비교한 결과 상단부를 절단하지 않은 줄기에서는 신초신장 삽수를 1개만 얻을 수 있었으나 절단한 줄기에서는 6개로 신초신장 삽수가 증가하였다. 억새 대량 증식을 위한 줄기 삽목방법의 다양한 억새 종에 대한 적용 가능 성을 구명하기 위해 일반 물억새(M. sacchariflorus), 3배체 억새(M. X. giganteous), 거대억새 1호(M. sacchariflorus)를 삽목하여 발근 및 지상부 생육양상을 비교한 결과 3배체 억새와 물억새 모두 발근율이 100% 인 점에서 거대억새 1호와 차이가 없었다. 따라서 억새 대량 증식을 위한 줄기 삽목방법은 거대억새 1호, 물억새 뿐만 아니라 바이오매스 수량은 많지만 종자번식이 불가능한 3배체 억새 증식에도 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
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All aspects of plant life are controlled by the regulated synthesis of new proteins and the precise degradation of preexisting proteins, predicting up to 50% of total plants protein is replaced every week. The ubiquitin/26S proteosome pathway is known to be one of mechanisms to regulate signal pathways, developmental process and abiotic/biotic stress responses via protein degradations. In the previous study, we have identified a large number of the RING ubiquitin ligase proteins whose functions have been clarified in the protein degradation pathway. Curiously, one RING-H2 finger protein gene evidenced striking differences in expression patterns in response to salt and dehydration stress between leaf and culm-node tissues. Characterization of the gene evidenced its function as E3 ubiquitin ligase activity by using an in vitro ubiquitination assay. We have constructed a library with rice culm-node tissues under salt stress for Yeast two hybrid assay and performed primary yeast two-hybrid screening with the gene as a bait. A total of 13 candidate genes were isolated as positive interacting partners. Gene ontology of most candidate genes appears to be related with various abiotic stresses. Therefore, the RING-H2 finger protein genes might function to regulate plant abiotic stress responses via protein degradation pathways.
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Drought is one of the most important types of abiotic stress that affects stability and amount of yield. This study was conducted to screen for drought tolerance at early seedling stages for 318 ecogeographically diverse wild barley (HordeumvulgareL.spp.spontaneum) diversity collection (WBDC). Considerable variation was observed for all the seedling characters examined. Seedling growth was significantly reduced by 17% polyethyleneglycol -induced osmotic stress with significant variation among accessions. Comparison of mean performance under normal and osmotic stress conditions indicated that shoot length was the most sensitive trait, followed by seedling length, seminal root number, root-shoot length ratio and root length. The mean of root-shoot length ratio, however, increased under osmotic stress. Correlation studies indicated that the root length was the most important trait, followed by shoot length and root-shoot length ratio. The accessions from the Fertile Crescent and North Africa showed more drought tolerance than those from the other geographical regions. The accessions WBDC009 (Jordan), WBDC075 (Libya), WBDC181 (Jordan), WBDC242 (Jordan) and WBDC280 (Israel) exhibited the lowest stress susceptibility index ‘S’ values. Consequently, these accessions showed tolerance to drought at the early seedling stage and are considered to be good sources of drought tolerance for cultivated barley improvement. This work was supported by a grant from Regional Subgenebank Support Program of Rural Development Administration, Republic of Korea .
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Barley landraces harbor significantly higher genetic diversity than modern cultivars. Diversity of agronomic and morphological traits was investigated for 386 accessions of Korean landrace barley which were back-introduced from Okayama University, Japan. Among the accessions, 279 were covered barley and 89 naked barley. Seeds were sowed in late October and major growth characteristics were investigated at maturity and after harvest. The traits evaluated exhibited higher variation with respect to the CV, ranging from 47 to 60. The trait exhibiting the greatest variation was flag leaf width (FLW, CV=60 with 2.8x difference between minimum 0.6 and maximum 1.7). Those traits exhibiting least variation were heading date (HD, CV=47.2 with 31 days difference between the earliest and the latest) and seed number per spike (SNS, CV= 48.9 with 2.8x difference between minimum 36 and maximum 72). The other eight traits [maturity date (MD, CV= 53.7), culm length (CL, CV= 55.4), flag leaf length (FLL, CV= 51.6), spike length (SL, CV= 54.3), awn length (AL, CV= 54.4), whole spike length (WSL, CV= 52.9), spike density (SD, CV= 52.7), seed rows of spike (SRS, CV= 50.1)] were intermediate in their level of variation with respect to the CV. The first, second and third principal components explained about 30.3%, 17.0% and 13.4% of the total variation of the traits, respectively. The traits which contributed more positively to PC1 were SL, SD, WSL and AL. The traits which contributed more positively to PC2 were SRS and SNS, and those contributed more positively to PC3 were FLL and FLW. The Korean landrace barley accessions contain significantly diverse variation to explore for the improvement of agronomic and morphological traits of current elite cultivars. This work was supported by a grant from Regional Subgenebank Support Program of Rural Development Administration, Republic of Korea.
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Eating quality is critical for consumers who take rice as staple food. Here we present the development and identification of high eating quality rice lines. The identification of positive transgenic lines, physicochemical properties of transgenic rice, mRNA expression and enzyme activity were analyzed. OsSbe1 was introduced into Gopumbyeo seeds using Agrobacterium-mediated transformation, and 1,005 out of 1,065 T1 plants were shown positive. The apparent amylose contents in T2 brown rice ranged from 11% to 25% in 890 favorable lines (Gopumbyeo was used as a reference with 18% of AAC). The activity of starch branching enzyme including three isoforms (SBE1, SBE3, and SBE4) in endosperms of T3 lines was higher than that of Gopumbyeo. Physicochemical properties related to eating quality for T3 polished rice were detected using 52 favorable lines out of 500 lines selected according to AAC. The Toyo taste meter value in 52 T3 lines ranged from 61.1 to 72.6, whereas 70.4 in Gopumbyeo. Of them, eleven lines displayed the higher palatability score than Gopumbyeo. Moreover, these elite lines produced higher yields (607.9~695.8 kg/10a) than Gopumbyeo (602.7 kg/10a). These results indicated the possibility of developing new high quality rice varieties in the future.
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