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제 46 회 전국 과학전람회

과산화수소(H2O2)를 이용한 벼의

초기 내냉성 검정 방법 연구

출품분야 학생부 출품부문 농림수산

시․도학 교(소 속)

학 년(직 위) 성 명

경기도

경기도

경기도

경기도

경기도

경기과학고등학교





3

2

1

1

1

최 성 용

심 하 나

권 민 구

한 충 용

홍 하

지도교사 경기과학고등학교 교사 송광래

<제목차례>

Ⅰ. 연구의 동기 및 목적 ·························································································································1

Ⅱ. 연구의 필요성 ·····································································································································1

1. 선행 연구 ···········································································································································1

(1) 벼의 형태 ····································································································································1

(2) 냉해 장해와 원인 ······················································································································5

(3) 냉해의 형태 ································································································································6

(4) 냉해의 기작 ································································································································6

2. 벼 재배와 육종과정의 현실 ···········································································································8

3. 문제의 해결방안 ·····························································································································10

Ⅲ. 연구의 내용 ·······································································································································11

1. 실험설계 ···········································································································································11

(1) 실험 도구와 재료 ····················································································································11

(2) 종자 선택 ··································································································································12

(3) 유묘의 준비 ······························································································································14

(4) 중묘의 준비 ······························································································································15

(5) 묘에 스트레스를 가하는 방법 ······························································································15

(6) 적고 등급 판정 ························································································································16

(7) 엽록소 농도의 측정 ················································································································16

2. 실험방법 ···········································································································································17

(1) 기초 실험 ··································································································································17

(2) 유묘의 적고등급 조사 ············································································································19

(3) 중묘의 엽록소 감소량 조사 ··································································································19

Ⅳ. 연구의 결과 ·······································································································································20

1. 기초 실험 ·········································································································································20

(1) 유묘의 피해정도 달관조사 ····································································································20

(2) 유묘의 생장률 조사 ················································································································21

(3) 중묘의 피해정도 달관조사 ····································································································24

2. 유묘의 적고등급 조사 ···················································································································29

3. 중묘의 엽록소 감소량 조사 ·········································································································34

Ⅴ. 결 론 ·················································································································································41

Ⅵ. 제언 ·····················································································································································41

Ⅶ. 참고 문헌 ···········································································································································42

- 1 -

Ⅰ. 연구의 동기 및 목적

우리 나라를 비롯한 중국 일부와 일본 등과 같은 온대지역과 열대 및 아열대의

고산지대에서 벼농사는 항상 저온으로 인한 피해가 우려되는 지역이다. 지난 1980

년에는 우리 나라 총재배면적의 64%에 해당하는 783천ha, 1993에는 18%에 해당하

는 208천ha에 냉해가 발생되어 그 해의 쌀 생산량을 크게 감소시킨바 있다.

식물 종의 육종은 매우 어려운 과정이며, 많은 시간과 노력이 필요하고 특히 우

리의 주식인 쌀의 육종은 더욱 그러하다. 우리는 지정학적 위치에 따른 제한성 때

문에 더욱 많은 어려움을 겪고 있다. 그 중 가장 두드러진 것이 냉해에 대한 저항

성 검정이라고 할 수 있다. 현재의 내냉성 검정 방법은 매우 긴 시간 동안 까다로

운 실험 조건을 유지할 것을 요구하므로, 경제적 부담이 매우 크다.

이에 본 연구에서는 활성원자를 공급할 수 있는 과산화수소를 이용한 내냉성 검

정 방법을 제시하고 타당성이 있는지 밝히고자 한다.

Ⅱ. 연구의 필요성

1. 선행 연구

(1) 벼의 형태

그림1.벼 뿌리의 분

류와 호칭

벼 뿌리에는 종자근, 중 배축근과 관근이 있다 <그림 1>. 종자근은 배에서

발생된 뿌리이고 중배축근은 중배축에서 발생되는 뿌리이며 관근은 줄기에서

발생하는 뿌리이다.

이들로부터 다시 나오는 뿌리를 분지근이라 하고 분지근에서 또 다른 분지근

이 나온다. 전자를 1차 분지근, 후자를 2차 분지근이라 부른다. 그림 1에서 보면

- 2 -

O표시는 종자근 1차 분지근이며 X표시는 판근의 2차 분지근이라 한다. 벼에서

는 종자근이 1개이고 발아초기의 양분흡수를 조절하며 관근 발생 후 보통 7엽

기경까지 기능을 유지한다. 따라서 종자근은 못자리동안 그 기능을 가지고 있

다. 발아 후 2～3일에 3～5cm가 되고 이 때부터 기부쪽에서 분지근이 발생된다

<그림 2-c>.

정상적인 생육상태에서는 중배축에서 중배축근이 발생되지 않는다. 그러나 건

답직파에서 아주 깊게 파종된 경우나 약제 처리 시에 발생되는 경우가 많이 있

다. 보통 가는 뿌리에서는 분지근이 발생되지 않는다.

그림 2. 종자근의 신장

a. 발아 후 4-5일, 관근발생기

b. 2. 2엽기

c. 7엽기, 종자근 완성 (관근은 생략)

중배축의 하부로부터 차례대로 위쪽으로 발근하고, 그 수도 일정하지 않은

일종의 부정근이다. 중배축근은 주로 옆으로 뻗는 성질이 있다. 관근은 초엽절

이상의 각 절부에서 나오는 뿌리로 하위절에서 차례대로 상위절로 발근한다. 몇

개의 뿌리가 절의 둘레에서 거의 같이 나오기 때문에 각 절에 대하여 관장으로

뿌리가 발생하므로 관근이라 부르고 있다. 관근을 자세히 보면 벼에서는 절의

직상부와 직하부에 있는 발근대에서 발생하고 있다. 절간을 구성단위로 본 것이

요소설인데 요소를 기본으로 하여 보면 <그림 2>에 나타낸 바와 같이 절의 상

부근대의 뿌리는 그 절의 상위요소와 하위근 절의 하위근대의 뿌리는 하위요소

의 상위근이 된다. 결국 1개의 요소는 상위근과 하위근을 갖게 된다. 관근은 상

위절로부터 나오는 것일수록 수가 많고 굵으며 세력이 좋은 뿌리로 되고 길게

자란다. 그러나 이것도 자세히 보면 같은 요소의 하위근은 그 상위근에 비하여

굵고 길게 자란다. 그러므로 관근은 각 절을 사이에 끼고 굵은 뿌리가 나오는

근대와 가는 뿌리의 근대가 서로 겹쳐 있다는 뜻이다. 그러나 간의 하위 제 3요

소 근처까지는 그 각각의 하위근과 상위근이 대체로 같은 굵기이다.

벼과 식물의 줄기는 경 또는 간이라고 한다. 벼의 간은 출수 후 이삭의 바로

아래 부분이 처음으로 노출될 뿐이고 다른 부분은 모두 엽초에 의하여 덮여 있

다. 완성된 줄기의 엽초를 벗겨보면 <그림 3>과 같이 절과 절간으로 되어 있

다. 절간은 이삭 밑에 있는 최상절의 절간이 가장 길고 가늘며 부드러운데, 이

- 3 -

를 수수 또는 수수절간이라 한다. 그림에서와 같이 수수절간을 제 I로 표시하고

그 아래로 헤아려 제 II, 제 III번째 절간은 점차 짧아져 제 V번째는 1 - 2cm,

제VI번째 아래가 되면 1mm이하로 된다. 특히 IV번째 아래 부분은 마디가 빈틈

없이 겹쳐 있다. 위에서 V번째까지를 신장경부, VI번째 이하의 부분을 불신장

경부로 구분한다. 일반적으로 분얼, 또한 간장의 장단과 관계없이 신장경부는

대체로 5절간까지이다. 따라서 간장의 장단은 이 상부 5절간, 특히 상위절간의

길이에 의하여 결정된다. 보통 벼의 주간은 14 - 17절간으로 되고 분얼은 착생

위치가 높을수록 절간의 수가 적다. 따라서 절간수가 적은 간은 불신장경부의

절간수가 적게 된다.

그림 3. 줄기의 외형

신장경부의 마디 부분을 보면, 절의 상위에서 분얼이 발생되며 여기는 간이

가늘고 부드러우며 상부로 가면 굵고 단단하게 된다. 절의 바로 하위부터 잎이

나와 있고 절을 포함한 부분에서 잎의 기부는 조금 두껍게 때문에 절부가 술통

처럼 위후한 모양이 된다.

간의 표면에는 길이로 달리는 평행하게 뻗어 있는 가는 마름모가 많이 있고,

표피는 서로 긴 세포가 배열되어 그 곳곳에서는 규산 세포와 콜크 세포가 상하

로 대칭되어 존재한다. 세포의 길이는 절부가 가장 짧고 절간이 고위일수록 길

게 된다. 절간의 중앙부분의 세포는 현저히 길지만 규산 세포와 콜크 세포는 신

장되지 않는다. 표피 아래의 세포에는 엽록체가 있으므로 줄기는 농녹색을 나타

낸다. 벼의 잎은 잎집과 잎몸으로 되어 있고, 그의 경계에는 잎귀와 잎혀가 있

다. 엽초의 기부는 외형적으로 마디 부분에 붙어 있고 그것보다 상위의 줄기,

- 4 -

잎 또는 유수 등을 싸고 있으며, 엽초의 가장자리는 좌우가 서로 약간 겹쳐 있

다. 절간신장 전에는 엽초가 여러 개 겹쳐 있어 마치 줄기와 같이 되어있고 점

차 상위엽을 높게 추출하는 역할을 하고 있으며, 절간신장 후에도 줄기를 보강

하고 유수를 보호하는 역할을 하게 된다. 엽신은 긴 피침형으로 중앙에 중륵과

그의 양축에 대소의 평행엽맥이 있으며, 광합성과 증산의 주된 기관이다.

잎은 주간에는 보통 14 - 17매가 붙는다. 발아 시에 나온 초엽의의 다음 잎

이상을 본엽이라고 하고 초엽의 다음 잎, 즉 가장 하위 엽부터 제 1엽, 제 2

엽… 등의 순으로 아래에서 윗 잎으로 헤아려 올라간다. 최상위의 잎은 상엽이

라고도 부른다. 주간엽수는 품종에 따라 대개 정해져 있는데, 일반적으로 조생

종은 14 - 15매, 중생종은 15 - 16매, 만생종은 16 - 17매이지만 재배조건에 다

라 변화한다. 분얼경에는 그 분얼의 착생부위에 따라서 주간보다 적은 잎을 발

생한다.

그림 4. 잎의 외형

분얼에서 처음 나오는 잎을 전엽이라고 부르고 그 다음 잎부터 분얼 제 1엽,

제 2엽… 이라고 헤아린다. 잎의 길이(옆초 + 엽신)는 제 1엽에서 상위엽으로

갈수록 길어서 지엽에서 아래쪽으로 2 - 4번째의 잎이 가장 길고, 가장 긴 잎에

서 지엽까지는 점차 짧아진다. 주간에 17매의 잎이 붙은 예에서 조사하여 보면

<그림 4>, 엽초는 제 1엽에서 지엽까지 엽위가 높아질수록 길어진다. 그러나

엽신은 제 1엽에서 지엽까지 엽위가 높아질수록 길어진다. 그러나 엽신은 제 1

엽에서 육안으로 보이지 않을 정도로 짧고 제 2엽에서 좀 길어지나, 제 3엽부터

는 엽초보다 길고 차례대로 엽신은 엽초보다 짧아지고 현저히 짧아질 경우에는

깃대와 같은 모습이 되므로 지엽을 복엽이라 부르기도 한다. 일반적으로 영양상

태와 그 외 조건에 따라서 엽신은 엽초보다 길이의 변화가 현저하다.

(2) 냉해 장해와 원인

- 5 -

벼의 냉해는 기온에 의한 피해의 의미이나 수량의 감소가 없는 냉온장해라고

하고, 감수의 경우만을 냉해라고 불러 구별하고 있다. 냉해의 원인에는 직접적

또는 간접적으로 냉기온 또는 냉수온이 관여하고 있다. 활착부족을 예로 들면

냉온이 원인이라면 냉온장해이지만, 그것을 직접 냉해라고는 하지 않는다. 활착

불량의 결과로써 생육이 지연되어 등숙기의 냉온에 의해 등숙불량이 되었을 때

비로소 냉해가 된다. <표 4>은 냉해를 분류한 예이다. 본 실험에서는 못자리기

간에 대해서 실험을 하였다.

생육 시기 냉해의 원인

못자리이전 ․해동이 늦어져서 파종 및 이앙의 지연

못자리기간

․못자리기간의 냉온으로 발아불량, 생육불량, 입고병 발생

․보온 못자리의 비닐제거 후 냉온에 의한 냉해(적고,고사)

․이상의 제반원인에 의한 이앙기의 지연

본답생육

초․중기

․이앙기 냉온으로 인해 이앙지연

․이앙 직후 냉온으로 인한 활착부족

․분얼기 냉온으로 엽수의 감소, 유수분화의 지연

․유수형성기 전후의 냉온에 의한 생육, 유수발육지연,이삭의 단축

유 아 기․유수형성기 ～ 유아기의 냉온에 의한 지경근화, 영화 감소, 영화의

발육정지, 생육지연

출 수 기 ․출수의 지연

개 화 기 ․개화지연, 부수정, 이삭 불묘출로 하위영화의 개화 불능

등 숙 기

․출수전 각 생육시기의 생육지연에 기인하는 출수지연의 결과로 생

기는 등숙불량

․등숙기간의 냉온에 의한 등숙불량, 벼알의 변색

․이른 서리(조상)에 의한 등숙의 정지

각 기 ․냉수해, 냉풍해, 우박해 및 냉도열병

표 5. 벼 냉해 장해와 냉해의 원인 (서산. 1985)

- 6 -

(3) 냉해의 형태

냉해는 벼에 미치는 기온의 영향은 벼의 생육시기에 따라 크게 달라지며, 냉

온의 발생시기가 어느 생육시기에 해당하느냐에 따라 <그림 5>과 같이 지연형

냉해, 장해형냉해, 혼합형냉해의 3가지형으로 분류하고 있다.

지연형냉해의 피해양상인 등숙불량은 직접으로는 등숙기의 저온에 의한 것이

지만, 그 원인은 출수의 지연이다.

출수의 지연은 육묘와 이앙의 지연을 비롯해서 냉해, 냉온에 의한 활착과 초

기생육의 지연, 유수발육의 지연등 출수기를 지연시킬 가능성이 있는 것은 모두

지연형냉해의 원인이 된다.

장해형냉해는 영양생장기의 기상은 정상적이어서 영양생장도 양호했으나 생

식생장의 중요한 시기에 일시적으로 냉온이 내습하여 화기에 장해를 주어 수분.

수정이 방해되어 불임현상을 일으키는 냉해이다.

지연형과 장해형의 양자가 겹쳐서 발생하는 경우로 병행형냉해라고도 한다.

이것은 장기저온형의 기상인 해에 발생하는 것으로 그 피해는 치명적이다.

그림 5. 냉온기상에 따른 벼의 냉해 3형

(4) 냉해의 기작

많은 식물체는 빙점이상의 저온에 노출되었을 때 냉해를 입는 것으로 알려져

있다. 세포 수준에서 냉해가 어떻게 일어나는가 하는 문제, 바꾸어 말하면 냉해

발현의 기작은 아직도 규명되어져 있지 않으며, 다만 그 초기과정은 생체막의

상전이라고 제안한 Lyons등의 설이 일반적으로 받아들여지고 있다.

생체막의 정상적인 활성이 유지되는 액체 결정상으로부터 비정상적인 고체

교질상으로의 상전이는 membrane과 관련되는 여러 가지 생화학적 기능들의 저

해를 야기할 수 있으며 저해의 대표적인 것으로는 막 결합효소의 활성저해 및

막수송 성질의 변화 등을 들 수 있다. 이러한 막기능의 변화 내지 저해는 결과

적으로 세포대사의 동적 균형을 파괴하게 함으로써 대사 중간물질의 과다축적

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에 기인한 독성수준의 상승을 초래할 수 있고, 이것은 결과적으로 세포 자체의

죽음에까지 이르게 하는 냉해 후기과정에 직접적인 원인이 될 것이다.

여러 가지 세포 소기관 중에서 세포의 생존과 직접 관련되는 소기관으로는

식물의 경우에 chloroplasts와 mitochondria를 들 수 있다.

이중 특히 mitochondria 는 세포 에너지의 동력원으로서 세포생리의 사활적

기능을 보유하고 있으므로, 이 소기관의 기능저해는 심한 경우에 세포의 죽음에

까지 이르게 될 것이다. 이와 같은 관점에서 냉해의 발현과 mitochondria의 상

전이 간에는 밀접한 상관관계가 성립할 것이라는 가정 하에 수행한 연구를 통

해서 다음과 같은 중요한 결과들을 발표하였다.

많은 품종이 육종되어 있는 벼를 가지고 실시한 연구결과에 의하면, 냉해가

일어나는 온도범위에서 mitochondria 막의 상전이가 일어난다. 막의 인지질의

불포화도와 상전이 온도간에는 밀접한 상관관계가 성립한다. 막의 상전이 온도

에서 mitochondria 호흡계 효소들의 활성전이가 일어난다.

각 품종별로 내냉성이 강한 품종일수록 상전이 온도가 낮아진다. 냉해는 상전

이 이하의 저온 처리 중에 나타나는 것이 아니고 저온 처리 후 상온으로 환원

되었을 때 나타난다. 저온 처리 후 상온으로 환원시키는 과정에서 세포독성 산

소화학종인 O₂수준이 급격히 증가한다. 또한 이때 항 산소성 효소(superoxide

dismutase catalase)활성이 증가한다. 이상의 결과들에 근거하여 제안된 냉해발

현 mechanism은 식물세포가 한 저온에 있게 되면 mitochondria 막에는 상전이

가 일어난다. 이러한 막의 상전이는 막결합 호흡계 효소의 활성전이를 일으키게

되며, 아울러 막수송 활성의 저해를 야기 시키는 것으로 추청된다.

호흡활성 저해와 막수송 활성의 저하는 glycolysis → TCA cycle →

respiratory electron transport chain으로 이루어지는 에너지 생성대사의 동적균

형 파괴를 초래하게 될 것이다. 왜냐하면 해당과정은 막의 상전이와는 무관한

세포질에서 일어나고 호흡은 mitochondria membrane에서 일어나기 때문이다.

이와 같은 energy 대사의 균형파괴는 해당과정 생산물, 이중 특히 최종 산물

인 pyruvate의 세포질 내 축적을 야기 시키게 될 것이다. 이러한 식물세포가 상

온으로 환원되면 막의 활성(막수송 활성 및 막결합 단백질의 효소활성)은 정상

으로 회복되며, 따라서 과다 축적된 pyruvates는 mitochondria 내부로 들어가서

TCA cycle을 거쳐 산화되고 이때 호흡계의 전자 공여체 즉, NADH 및

succinate 의 과다생성을 초래하게 된다. 그런데 호흡계의 전자전달반응

( 4H++4e-+O 2 → 2H 2O) 속도는 적정수준 이상의 기질농도(공급되는 e-

농도)에는 무관하게 일정하므로, 과잉 공급된 전자중 상당한 양은 호흡계에서

일어나는 전자전달의 부반응 (complex I, II 및 III를 통하여 일어나는

O 2+e- → O　―․

2 반응은 complex IV 경로) 에 참여하여 소모됨으로, 결과적으

로 O　―․

2 의 과잉생성을 초래할 것이다.

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여기에서 O　―․

2 의 과잉생성이라 함은 세포내에 내재되어 있는 superoxide dis-

mutase(SOD) 가 처리할 수 있는 수준 이상의 생성을 의미한다. 이 superoxide

는 세포 성분물질들에 대한 강한 화학적 파괴력을 갖고 있으므로, 과잉생성된

O　―․

2 에 의한 세포독성을 냉해발현의 직접적인 요인이라고 해석하였다. 한편,

앞에서 언급한 바 있듯이 세포 내에서는 O　―․

2 독성에 대한 방어 효소로서

SOD 가 존재한다. 그런데 이 SOD는 기질인 O　―․

2 에 의해 활성유도 될 수 있

는 효소라는 관점에서, 냉해 기작의 과정 중에 O　―․

2 가 과잉생성 됨으로서 이에

대응하여 SOD 활성이 유도되는가를 조사하였던 바, 저온 처리된 식물을 상온

으로 환원시켰을 때 superoxide 축적이 일어남과 아울러 약 3시간 정도의 lag

time을 가진 다음 SOD의 활성유도가 관찰되었다.

2. 벼 재배와 육종과정의 현실

벼는 우리 나라의 중요한 식량작물로서 오래 전부터 재배하여 왔으며 그 재배

기술이나 육종에 대한 연구도 다른 작물에 비하여 고도로 발전되었다. 벼 재배에

서 가장 중요한 것은 기상환경이라 할 수 있다.

벼는 열대작물로서 기온이 높고 강우량이 많은 지방에서 생육이 양호하지만 품

종의 개량과 재배기술의 발달에 따라 세계각지에서 확대 재배되고 있으며, 그 분

포는 남위 35°로부터 북위 53°까지, 해발 2,000m이상의 지역까지 재배되고 있

다. 따라서 위도상으로 넓은 지역에서 재배가 가능한 작물로 최저 8～10℃, 최고

40～42℃까지 생육이 가능하다고 하나 생육최적기온은 30～32℃로 알려져 있다.

하지만 저온보다는 비교적 높은 온도에서 잘 자라기 때문에 적도를 중심으로

열대 및 아열대 지역에서 많이 재배되고 있다.

벼 종자의 발아와 출아의 적온은 32℃로서 높은 온도가 적합하지만, 그 후의 생

육 적온은 일 평균 25℃ 에서 20℃로 점차 낮아서 못자리기간의 일 최저기온 1

0℃이상이면 되고 일 평균기온 25℃ 이상에서 오히려 적당하지 않다.

이앙 이후부터는 재차 고온이 적합하게 되어 출수기까지의 적온은 평균 24℃

부터 28℃까지가 적당하며, 성숙기간에는 적온이 점차 낮아져서 일 평균기온 10℃

내외에서 수확하는 것이 좋다.

즉 저온 및 고온한계는 생육시기에 따라 다르나 보통 20℃ 이하와 30℃ 이상이

다. 이들 한계온도는 품종, 한계온도의 지속기간, 기온의 일변화(일교차) 그리고

식물의 생리적 상태에 따라 다르다.

작물의 생육에는 적온뿐만 아니라 저온 및 고온의 범위와 한계가 있다. 극단의

온도, 즉 저온 한계와 고온 한계를 넘는 저온과 고온은 작물의 생장에 있어서 심

각한 영향을 준다.

벼의 생장시기별로 냉해의 원인과 장애를 살펴보면, 먼저 못자리의 냉해는 저온

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에 의한 생육지연과 적고와 고사현상이 있으며, 이앙 직후 발생한 냉해로 활착부

족이 일어난다.

본답생육 초․중기에는 엽수의 감소, 유수 분화의 지연, 이삭 수의 감소과 같은

피해가 생긴다.

유아기에는 생육이 지연되며 출수시기와 개화시기 또한 늦어진다.

이와 같은 출수전 각 생육시기의 지연으로 등숙불량, 벼 알의 변색, 등숙정지

현상이 일어나 결국은 전체 수확 수량에 영향을 미치게 된다.

벼의 생장시기별로 냉해의 원인과 장애를 살펴보면, 먼저 못자리 이전의 냉해로

인한 이앙의 지연과 보온 못자리 제거 후에 의한 적고와 고사 현상이 있으며, 이

앙 직후 발생한 냉해로 활착부족이 일어난다.

본답생육 초․중기에는 엽수의 감소, 유수 분화의 지연, 이삭 수의 단축과 같은

피해가 생긴다.

유아기에는 생육이 지연되며 출수시기와 개화시기 또한 늦어진다.

이와 같은 출수 전 각 생육시기의 지연으로 등숙불량, 벼 알의 변색, 등숙정지

현상이 일어나 결국은 전체 수확 수량에 영향을 미치게 된다.

그림 6. ‘93 지대별 냉해 피해 양상

- 10 -

그림 7. 벼의 생활사 및 내냉성 검정 시기

다음 <그림 6>은 93년도 지대별 냉해의 정도를 나타낸 것이다. 냉해는 10년을

주기로 찾아오는데, 이와 같이 냉해를 입은 해는 전국적으로 그 피해가 심각하다

는 것을 알 수 있다. <그림 7>은 벼의 생활사를 나타낸 것이다. 기존의 방법은

벼의 전 생활사에 걸쳐서 정밀한 벼의 내냉성을 검정하는 것이다. 그 결과 벼의

내냉성을 정확하게 검정할 수 있지만, 너무 많은 시간과 인력이 요구된다는 단점

이 있다.

필리핀 같은 나라는 우리 나라와 같은 작물 연구소를 세울만한 지형적 조건이

갖추어지지 않은 나라이다. 하지만 고산지가 많아서 우리 나라보다 냉해 피해가

더 심각한 실정이다. 필리핀에서도 새로운 벼 품종을 육성하는 과정에서, 실제적

인 내냉성의 검정은 우리 나라에 많이 의존하는 실정이다.

3. 문제의 해결방안

현재 우리 나라에서의 벼 작황에 냉해가 직접 미치는 영향이 크지는 않지만, 대

체로 10년을 주기로 냉해가 오는 경향이 있다. 그리고 기존의 방법은 정확하지만

너무 많은 비용과 시간이 소요된다. 빠르고 간편하게 내냉성을 검정하는 방법이

개발되면, 이것을 기초실험 삼아 어느 정도 강한 내냉성을 가진 품종들만 추리고

이것들을 기존의 방법으로 정확하게 검정한다면 지금보다 한결 더 육종이 용이할

것이다.

게다가 여러 가지 여건으로 정확한 내냉성 검정을 할 수 없을 경우에 유용하게

- 11 -

사용될 수 있다. 그러므로 유묘기에 비교적 구하기 쉽고 취급하기 쉬운 과산화수

소수를 이용하여 내냉성을 검정하는 방법을 개발하게 되었다.

Ⅲ. 연구의 내용

본 연구의 목적은 냉해의 요인인 O　―․

2 와 유사한 성질을 가진 과산화수소수를 이

용, 유묘기 동안 실험을 하여 빠르고 간편하게 벼의 내냉성을 검정하는 방법을 밝

히는 것이다.

냉해를 유발하는 O　―․

2 는 라디칼 형태의 불안정한 물질로서 산화력이 큰 화학물

질이다 이와 같은 것을 활성산소 또는 고반응성산소종(reactive oxygen species.

ROS)이라고 한다. 활성산소에는 과산화수소 ( H 2O 2 ), 수산화기 ( ․OH ), 알킬 과

산화물, 할로겐산화물 등이 있다. 본 실험에서는 냉해의 직접적 요인인 O　―․

2 와 유사

한 효과를 얻기 위한 재료로 주변에서 구하기 쉽고 취급이 간단한 과산화수소를 사

용하기로 하였다.

1. 실험설계

(1) 실험 도구와 재료

실험에 사용한 도구와 재료는 다음과 같다. Nikon F-90 (카메라), Sony

TRV-110 (캠코더), CPD 030 (Critical Point Dryer), SC 7620 (Sputter Coater),

Leo 420 (SEM), 흡광분석기, 원심분리기, 전자저울, 막자사발, 메스실린더, 비

커, 페트리디쉬, 시험관, 피펫, 거즈, tray, 28% 과산화수소수, 80% 아세톤, 유한

락스, 증류수, 금오․ 남원․ 둔내․ 삼백․ 삼천․ 상산․상주․소백․안산․

신운봉․오대․오봉․운봉․운장․조령․중화․진미․진부․진부올․진부찰․

간척․금오1․금오2․남천․내풍․농안․다산․대립1․대진․동해․봉광․서안

․서진․신선찰․안중․장안․주안․청명․팔공․향미2․화영․화선찰․화성․

화중․화진․계화․금남․낙동․대산․대안․대야․대청․동안․동진․만금․

양조․일미․일품․추청․탐진․향남․향미1․화남․영남․화삼․화신․상남밭

벼․농림나1․흑진주․화동․그루․상주찰․영해․화명․남평․남강․아량향찰

․흑남․샛별․설악․상풍의 종자.

- 12 -

그림 8. 흡광분석기 그림 9. 흡광분석기에 사

용한 셀

그림 10. 원심분리기

(2) 종자 선택

종자의 선택은 주제에 입각하여 내냉성이 강한 품종은 과산화수소에 대한 저

항성도 강할 것이라는 전제하에 하였다.

기초실험은 종합 내냉성에 근거를 두어 품종별로 내냉성이 강한 품종, 중간

품종, 약한 품종으로 나누어서 하였다. 이때는 종자를 작물시험장의 연구결과를

토대로 내냉성의 정도를 분류하였다.

내냉성이 강한 품종으로는 ‘오대’, ‘상풍’ 중간 품종으로는 ‘추청’, 약한 품종으

로는 ‘흑진주’, ‘샛별’을 선택하였다. 이들을 선택한 근거는 <그림 11, 12>와 같

다. 그림은 춘천 냉해 실험장에서 98년도와 99년도에 각각 측정한 자료를 그래

프로 나타낸 것으로 수치가 낮을수록 내냉성이 강한 품종이다.

그림 11. '98 종합 내냉성 그림 12. '99 종합 내냉성

종합 내냉성에는 여러 가지 변수가 작용할 수 있으므로 본실험에서는 유묘의

적고등급을 품종별 내냉성의 기준으로 삼았다. 과산화수소 피해가 냉해와 같은

지 알아보기 위해 실험결과 얻어진 품종별 유묘의 적고등급과 춘천 작물시험장

에서 발표한 품종별 유묘의 적고등급을 서로 비교해야 한다. 따라서 시험장에서

사용한 80 품종을 선택하였다. <표 5>의 자료는 시험장에서 17℃의 냉수로 유

묘를 처리하여 얻은 결과이다.

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번호 계통명적 고 등 급

번호 계통명적 고 등 급

1 반복 2 반복 1 반복 2 반복

1 설악 1 2 41 화성 4 32 오대 2 3 42 대야 4 33 오봉 2 3 43 화신 4 34 운봉 2 3 44 농림나1 4 35 진부 2 3 45 영해 4 36 동안 3 2 46 삼백 4 47 상남밭벼 3 2 47 화중 4 48 금오 3 3 48 대안 4 49 상산 3 3 49 만금 4 410 진미 3 3 50 둔내 4 511 진부올 3 3 51 봉광 5 512 진부찰 3 3 52 조령 5 213 금오2 3 3 53 동해 5 314 대진 3 3 54 안중 5 315 서진 3 3 55 금남 5 316 신선찰 3 3 56 동진 5 317 장안 3 3 57 추청 5 318 주안 3 3 58 향남 5 319 화영 3 3 59 영남 5 320 낙동 3 3 60 화삼 5 321 대청 3 3 61 흑진주 5 322 일미 3 3 62 아량향찰 5 323 일품 3 3 63 삼천 5 424 화남 3 3 64 운장 5 425 그루 3 3 65 상주찰 5 426 화명 3 3 66 안산 5 527 남강 3 3 67 중화 5 528 남원 3 4 68 대립1 5 529 소백 3 4 69 팔공 5 530 금오1 3 4 70 계화 5 531 청명 3 4 71 흑남 5 532 화진 3 4 72 내풍 5 633 남평 3 4 73 대산 5 734 신운봉 3 5 74 농안 7 535 서안 3 5 75 양조 7 536 탐진 3 5 76 남천 7 737 화동 3 5 77 다산 7 738 상주 4 3 78 향미2 7 739 간척 4 3 79 향미1 7 740 화선찰 4 3 80 샛별 7 7

표 6. ’98 유묘검정

- 14 -

(3) 유묘의 준비

가. 페트리디쉬 사용

종자의 감염을 막기 위해 종자의 소독을 먼저 하였다. 종자를 비커에 담아

2시간동안 1.5% 유한락스 수용액 속에 놓았다. 이때 종자는 소독액에 완전히

잠기도록 하였으며, 소독의 효과를 높이기 위해 간간히 유리막대로 저어 주었

다. 종자를 비커에 담아 흐르는 물에 48시간동안 놓는 방법으로 침종을 하였

다. 이때 소독된 종자가 오염되지 않도록 깨끗한 물을 사용하였다. 페트리디

쉬 바닥에 거즈를 깔고 침종이 완료된 종자를 가로․세로로 5알씩 배열하였

다. 이때 종자간 가로와 세로의 간격은 1cm로 하여 정사각형이 되도록 하였

다. 페트리디쉬에 물을 반쯤 채우고 32℃로 설정 해 놓은 인큐베이터에 광조

건으로 놓는 방법으로 최아를 하였다. 각 페트리디쉬에는 품종별로 번호를 매

겨 관리를 하였다. 품종번호는 <표 5>를 이용하여 매겼다. 최아가 되면 2

8℃로 온도를 재 설정하여 배양을 하였다. 배양은 10일간 하여 실험에 사용하

였다.

그림 13. 페트리디쉬에 파종한 모습

나. Tray 사용

tray는 기초실험용으로 사용하였다. ‘가’의 방법대로 하여 침종까지 마친다.

침종이 완료된 종자를 32℃로 설정 해 놓은 인큐베이터에서 암조건으로 24시

간 동안 놓는 방법으로 최아를 하였다. 최아가 된 종자를 tray에 50 g 씩 넣

었다. 이때 tray의 크기는 가로, 세로, 높이가 각각 20cm x 19cm x 6.5cm이

다. 28℃가 일정하게 유지되는 암조건의 인큐베이터에서 5일간 배양을 하여

시료로 사용하였다. 이때 시료로 사용한 유묘 줄기의 길이는 약 5.5cm 이다.

최대 배양 기간은 10일이며, 10일 이상 경과된 유묘의 경우는 배젖에 저장

된 양분이 다 떨어져 죽고 그 결과 주변이 균류로 오염될 수 있으므로 폐기

하였다. 암조건에서 배양한 까닭은 암조건 하에서 배양을 해야 유묘가 빠르게

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자라기 때문이고, 이는 본실험에 앞서 신속히 기초실험을 수행하는데 유리하

다.

그림 14. 실험에 사용한 tray의 모습

(4) 중묘의 준비

품종별로 적당량의 종자를 위의 ‘(3) 유묘의 준비’의 ‘가’와 같은 방법으로 하

여 유묘로 기른다. 그리고 1주일간 계속 인큐베이터에서 길러 성장시킨후, 중묘

로 재배하였다. 준비된 어린 유묘를 4월 20에 모판에 옮겨 심어, 비닐하우스에

서 계속 재배를 하였다. 그리고 시료가 필요할 때는 중묘를 모판에서 떼어, 거

즈가 깔린 샬레에 옮겨서 준비하였다. 이때 시료로 사용한 중묘 잎의 길이는 약

12cm 이다.

그림 15. 실험에 사용한 모판의 모습

(5) 묘에 스트레스를 가하는 방법

벼에 스트레스를 주는 방법으로, 일정 부피의 과산화수소수를 농도별로 실험

구에 가해 주는 방법과, 일정 농도의 과산화수소수를 가해주는 부피에 차등을

두어 실험구에 가해 주는 방법을 생각해 볼 수 있다. 우리는 이 두 방법 중에

첫 번째 방법을 사용하기로 하였다.

- 16 -

이때 과산화수소는 28% 과산화수소수 적량을 취하여 증류수로 희석하여 만

들었다. 그리고 가해주는 부피는 50mL로 하되 25mL씩 두 번 2시간의 시간 간

격을 두어 분무기로 살포하였다. 25mL씩 살포 할 때에는 1분내에 모두 살포하

였으며, 특별히 명시하지 않는 한 살포는 묘의 잎에 하였다. 그 까닭은 냉해가

잎에서 진행되기 때문이다.

(6) 적고 등급 판정

적고등급은 IRRI에서 제안안 방법을 사용하여 매겼다. 묘의 변색정도와 그에

따른 적고등급은 <표 6> 과 같다.

적고등급 증 상

1 진한 녹색3 연한 녹색5 노란색7 갈색9 말라 죽음

표 7. 어린 묘의 적고등급 판정

(7) 엽록소 농도의 측정

우선 실험시작 30분전에 흡광분석기를 warming up시켰다. 그리고 실험구에

서 시료 m(g)을 채취해 80%아세톤을 넣고 막자사발로 곱게 갈았다. 이때 막자

에 시료가 묻어서 소실되지 않도록 주의하였다. 그리고 막자로 간 시료 현탁액

을 거즈로 걸러서 원심분리한 후 상층액의 부피를 재었다. 그리고 상층액의

1mL를 채취한 후 80% 아세톤 5mL를 넣어서 희석을 시켜서 흡광도를 측정하

였다. 이렇게 한 이유는 상층액의 엽록소 농도가 높아서 그대로 측정하면 오차

가 크게 나기 때문이다. 그 다음, 80%아세톤을 기준으로 흡광분석기에서 영점

조정을 하고, 파장이 645㎚, 663㎚일 때 상층액의 흡광도 A 645nm, A 663nm를 측정

하였다.

마지막으로 다음 연립방정식의 해를 구하여 엽록소 a 와 b의 농도를 구하였

다. 이때 Beer-Lambert 법칙을 적용하였다.

Beer-Lambert law : A=abc (흡광계수×통과길이×농도)

A 645nm = a chl.a 645 × b × C ochl.a + a chl.b 645 × b × C o

chl.b

A 663nm = a chl.a 663 × b × C ochl.a + a chl.b 663 × b × C o

chl.b

( a chl.a 645=16.75 mL/cm⋅mg a chl.b 645=45.6 mL/cm⋅mg

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a chl.a 663=82.04 mL/cm⋅mg a chl.b 663=9.27 mL/cm⋅mg )

이때 흡광계수가 모두 주어졌고, 통과길이는 1cm이므로, 연립방정식의 해를

구하면 엽록소 a의 농도 C ochl.a (mg/mL) 과 엽록소 b의 농도 C o

chl.b (mg/mL)

를 얻을 수 있다. 단, 이때는 원래 상층액을 6배로 묽힌 것이므로, 상층액의 엽

록소 농도를 구하기 위해서는 위 식의 C ochl.a과 C o

chl.b에 6을 곱해주어야 한다.

그리고 측정된 상층액의 부피(mL)를 곱해주면 상층액에 들어 있던 엽록소 a 와

b의 질량(mg)을 알 수 있다. 따라서 이 엽록소들의 질량을 다시 시료의 질량으

로 나누어주면, 시료 1g당 들어있는 엽록소 a 와 b의 질량을 구할 수 있고, 질

량 백분율도 알 수 있다. 상층액의 부피를 V(mL) 라고 한다면 상층액의 엽록소

a 의 농도 C chl.a와 엽록소 b 의 농도 C chl.b는,

C chl.a = { (A 645nm-A 663nm⋅a chl.b 645

a chl.b 663

)/(a chl.a 645-a chl.a 663⋅a chl.b 645

a chl.b 663

)}×6

=4.919 A 663nm - A 645nm

64.4687(mg/mL)

C chl.b = { A 663nm-C chl.a⋅a chl.a 663

a chl.b 663}×6

=21.209 A 645nm - 4.328 A 663nm

154.5(mg/mL)

따라서, 유묘 잎 1g 에 들어있는 엽록소 a와 엽록소 b의 질량 m chl.a와

m chl.b는,

m chl.a =C chl.a⋅V

1000m(g)

m chl.b =C chl.b⋅V

1000m(g)

즉, 시료중의 엽록소 a와 엽록소 b의 질량백분율 p chl.a 와 p chl.b 는,

pchl.b= 100m chl.b (%), pchl.b= 100m chl.b (%)

2. 실험방법

(1) 기초 실험

가. 유묘의 피해정도 달관 조사

추청의 유묘를 tray에 준비하여 시료로 사용하였다. 만약 과산화수소와 냉

해에 의한 피해가 비슷하다면, 내냉성이 강한 벼 품종일수록 과산화수소에 대

한 저항성도 강할 것이다. 추청의 내냉성이 중간 정도이므로, 그것이 피해를

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드러내기 시작하는 농도의 과산화수소를 여러 벼 품종에 처리하면 내냉성이

약한 품종은 피해 양상이 심각할 것이며, 내냉성이 강한 품종은 피해 양상이

미미할 것이다. 따라서 추청의 유묘가 피해양상을 드러내기 시작하는 과산화

수소의 농도를 찾는다면, 유묘에 대한 내냉성 검정의 적정 농도를 찾을 수 있

을 것이다.

처리한 과산화수소의 농도는 3%를 기준으로 대수적으로 계산하여, 0.35%,

0.75%, 1.5%, 3%, 6%, 12% 이고, 대조구를 두어서 유묘의 피해 상황을 비교

하였다. 3%를 기준으로 삼은 이유는 소독용 과산화수소수의 농도가 3%이기

때문이다.

이런 방법으로 처리를 하여 24시간이 지난 후 유묘의 상태를 관찰하였다.

어느 농도의 과산화수소부터 피해를 입기 시작하였는지를 중점적으로 관찰하

였다. 그리고 농도별 피해모습을 사진기와 전자현미경으로 촬영하였다.

나. 유묘의 생장률 조사

오대, 상풍, 추청, 흑진주, 샛별의 유묘를 tray에 준비하였다. 이때 처리한

과산화수소의 농도는 0.75%를 기준으로 0.5%, 0.75%, 1% 이다. 그 이유는

‘가’ 실험의 결과 0.75%가 유묘의 내냉성 검정의 적정 농도로 밝혀졌기 때문

이다. 그리고 약간의 농도 간격을 둠으로 적정농도가 타당한지 재확인 해 보

았다.

이런 방법으로 처리를 한 후 12시간마다 실험구와 대조구의 뿌리와 줄기의

생장길이를 측정하였다. 그리고 측정결과를 바탕으로 시간에 따른 뿌리․줄기

의 생장길이를 그래프로 나타내어 보았다. 과산화수소 처리된 유묘의 피해정

도와 그것의 생장률을 비교하여 보았다.

과산화수소피해와 냉해가 서로 유사하면 내냉성이 강한 품종은 과산화수소

를 처리하여도 생장에 지장을 받지 않을 것이며, 이를 그래프로 나타냄으로서

종별 내냉성을 검정할 수 있다. 이 그래프를 기존의 연구결과와 비교해 어느

정도 상관관계가 나타나는지 알아보았다.

다. 중묘의 피해정도 달관조사

오대, 상풍, 추청, 흑진주를 대상으로 하였다. 유묘보다 중묘가 내냉성이 강

하므로 위와 마찬가지로 과산화수소에 대한 저항성도 강할 것이다. 따라서 중

묘 내냉성 검정의 적정농도는 유묘의 그것보다 높을 것이다.

유묘 실험과 마찬가지로 가해주는 과산화수소수의 농도가 지나치게 묽거나

진한 경우에는, 대부분의 중묘가 피해양상이 비슷하므로 종별 내냉성을 구분

하기가 어렵다. 내냉성이 강한 종은 잘 살아남고, 내냉성이 중간인 종은 다소

피해의 양상을 보이고, 내냉성이 약한 종은 많이 피해를 입는 중묘에 대한 내

냉성 검정의 적정 농도를 찾는다면, 이와 동일한 조건에서 과산화수소수를 중

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묘에 살포하여 피해양상을 관찰하여 중묘에 대한 내냉성을 검정 할 수 있을

것이다.

우선 중묘 실험에 대한 기초 실험으로서 오대, 추청, 흑진주를 대상으로

0.75% 과산화수소를 처리하고 24시간 후 결과가 어떻게 나타나는지 관찰을

하였다. 처리 24시간 후 에는 흑진주를 제외하고는 피해 양상이 뚜렷이 나타

나지 않았고, 3일 후에야 모든 품종에서 내냉성에 따른 피해양상이 나타났다.

이는 ‘신속한 내냉성 검정’이라는 본 연구의 목적과는 거리가 멀어서 우리는

이보다 농도를 높여서 다시 실험을 하게 되었다.

두 번째 중묘 실험에서는 오대, 상풍, 추청의 중묘에 0.75%, 1%, 1.5%, 2%,

2.5%, 3%의 과산화수소수를 처리하고 24시간 후 나타나는 결과를 관찰하였

다. 이때 내냉성이 약한 종인 흑진주가 제외된 이유는, 흑진주는 이미 0.75%

에서도 다른 종과는 달리 피해상황이 심각하여서, 실험할 이유가 없다고 판단

되었기 때문이다. 이때 0.75%의 결과가 우연한 결과일수도 있다고 판단하고

1.5% 과산화수소수를 흑진주에 처리해 보았더니, 0.75%일 때보다 더 심한 피

해를 보였다. 그러므로 흑진주를 제외하고 실험을 진행하여도 무방하다. 이때

흑진주가 빠진 상태에서 적정농도를 찾으려면 내냉성이 중간인 추청을 기준

으로 찾으면 될 것이다.

이런 방법으로 처리를 하여 중묘의 상태를 관찰하였다. 어느 농도의 과산화

수소에서 품종별 내냉성에 따른 피해양상이 나타나는지를 중점적으로 관찰하

였다. 그리고 농도별 피해상황을 전자현미경으로 촬영하였다.

(2) 유묘의 적고등급 조사

상풍을 제외한 80종의 유묘를 페트리디쉬에 준비한다. 종자를 파종하고 10일

이 지난 후 0.75% 과산화수소수를 실험구에 처리하였다. 처리하고 24시간이 지

난 다음 유묘의 변색 정도를 관찰하여 적고등급을 판정하였다. 적고등급은 5명

이 참여하여 개별적으로 판정하여, 가장 많은 등급을 적고등급으로 결정하였다.

이것을 연구소의 자료와 비교하여 상관관계가 분석하였다.

(3) 중묘의 엽록소 감소량 조사

오대, 상풍, 추청, 흑진주, 샛별의 중묘를 준비하였다. 이때 실험구와 대조구를

품종별로 준비하였다. 과산화수소를 실험구에 처리하였다. 처리한 과산화수소의

농도는 1.5%를 기준으로 0.5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.5% 이다. 그 이유는 기초실험

의 결과 중묘의 내냉성 검정 적정농도가 1.5%로 밝혀졌기 때문이다. 그리고 약

간의 농도 간격을 둠으로 적정농도가 타당한지 재확인 해 보았다. 실험구에 처

리하고 24시간이 지난 다음 실험구와 대조구 엽록소 농도를 측정하여 비교하였

다. 측정결과를 바탕으로 내냉성에 따른 실험구의 엽록소 감소 정도를 도표화하

였다. 각 농도별 자료를 한 그래프에서 서로 대조하여 봄으로서 감소율을 비교

- 20 -

하였다.

Ⅳ. 연구의 결과

1. 기초 실험

(1) 유묘의 피해정도 달관조사

다음은 농도별로 과산화수소수를 5일된 유묘의 줄기에 살포하고 24시간 후

나타나는 결과이다. 유묘의 사진과 그것의 전자 현미경 사진이다.

그림 16. 추청 대조구 그림 17. <그림 16>의 SEM 사진 (1000x)

그림 18. 0.75%에 손상된 추청의 잎 그림 19. <그림 18>의 SEM 사진(1000x)

<표 7> 는 농도별 추청의 줄기의 피해상황을 달관 조사와 전자 현미경 사진

관찰을 통해 정리한 표이다. 이제 까지 제시한 과산화수소수를 처리한 유묘의

전체적인 모습과, 줄기의 전자현미경의 모습을 통해 볼 때, 0.75%를 처리 할 때

부터 유묘에서 냉해의 피해와 비슷한 현상들을 보이기 시작하였다는 것을 알

수 있다.

- 21 -

농도 줄기의 피해 양상

0.35% 거의 피해를 입지 않음.

0.75% 줄기가 전체적으로 누렇게 변하며, 줄기 밑둥에 갈색 반점이 나타남.

1.5%0.75%일 때 보다 줄기가 전체적으로 더 누렇게 되었으며, 갈색 반

점의 수도 많다.

3% 줄기가 붉게 변하였으며, 줄기 밑둥은 거의 갈색을 띈다.

6% 줄기 윗 부분에서도 갈색 반점이 나타나며, 쌀알 같은 반점이 나타났다.

12% 줄기가 붉은색으로 되어서 말라 죽었으며, 흰색 얼룩이 져있다.

표 8. 유묘에서 과산화수소수의 농도에 따른 줄기의 피해 상황

따라서 모든 것을 종합해 볼 때, 유묘의 내냉성은 0.75% 과산화수소수를 살

포할 때 가장 잘 드러났다.

따라서 유묘에 대한 내냉성 검정의 적정농도는 0.75%이다. 추후에 이 연구의

주제가 타당하다는 것이 밝혀지면 유묘의 내냉성 검정에 유용하게 사용될 수

있을 것이다.

(2) 유묘의 생장률 조사

다음은 0.75% 과산화수소수를 발아하는 중인 종자에 처리한 다음 24시간 후

나타나는 모습이다.

왼쪽 사진은 과산화수소가 처리되지 않은 대조구의 모습이고 오른쪽 사진은

과산화수소가 처리된 실험구를 찍은 사진이다.

그림 20. 과산화수소를 처리하지 않

은 오대의 대조구

그림 21. 과산화수소를 처리한 오대

의 실험구

- 22 -

그림 22. 흑진주의 대조구 그림 23. 흑진주의 실험구

다음은 시간이 지남에 따라 측정한 뿌리와 줄기의 길이이다.

시 간 0 시간 12 시간 24 시간 36 시간

오대대조구 1.00 2.00 2.25 3.00실험구 1.00 2.00 2.25 2.67

상풍대조구 1.41 1.71 2.09 3.04실험구 1.41 1.66 1.92 2.10

추청대조구 1.42 2.00 2.46 3.54실험구 1.42 1.74 1.77 2.20

흑진주대조구 1.29 1.71 2.5 3.08실험구 1.29 1.40 1.55 1.66

샛별대조구 1.05 1.56 3.12 3.69실험구 1.05 1.06 1.06 1.07

표 9. 시간에 따른 유묘 뿌리 길이 (단위 : cm)

시 간 0 시간 12 시간 24 시간 36 시간

오대대조구 1.00 2.00 3.50 4.50

실험구 1.00 1.96 3.36 3.96

상풍대조구 1.10 2.00 4.00 5.94

실험구 1.10 1.76 3.00 3.21

추청대조구 1.00 1.32 3.05 5.53

실험구 1.00 1.12 2.14 2.71

흑진주대조구 1.10 2.03 3.00 4.03

실험구 1.10 1.60 1.62 1.77

샛별대조구 1.05 1.84 3.71 4.75

실험구 1.05 1.34 1.82 1.90

표 10. 시간에 따른 유묘 줄기 길이 (단위 : cm)

- 23 -

측정된 결과를 바탕으로 시간에 따른 대조구에 대한 실험구의 생장 미달 정

도 그래프를 구할 수 있었다.

0 12 24 360

10

20

30

40

50

60

70

80

생장

율 저

하 (

%)

경과시간

샛별 흑진주 추청 상풍 오대

그림 24. 뿌리의 생장 미달 정도

0 12 24 360

10

20

30

40

50

60 샛별 흑진주 추청 상풍 오대

생장

율 저

하(%

)

경과 시간

그림 25. 줄기의 생장 미달 정도

위의 결과를 볼 때, 내냉성이 약한 종은 과산화수소의 존재 하에서 뿌리와

줄기의 발육이 나쁘며, 과산화수소 처리를 하지 않은 대조구에서 조차 대체로

생장 속도가 내냉성이 강한 종보다 느리다는 것을 알 수 있다.

- 24 -

이것은 내냉성이 약한 종들이 내냉성이 강한 종보다 생육 적온이 높아서 그

런 현상이 나타난 것으로 생각된다.

특히 0.75% 과산화수소수를 살포하고 24시간이 흘렀을 때 유묘의 생장 미달

정도가 그 품종의 종합 내냉성 등급과 매우 유사한 경향을 나타냈다.

(3) 중묘의 피해정도 달관조사

다음은 사진들은 중묘 실험에서 농도별로 과산화수소수를 줄기에 처리하고

24시간 후 나타나는 결과를 모은 것들이다.

과산화수소를 살포한 중묘의 모습과 전자현미경 사진이다.

그림 26. 0.75%를 살포한 후 세종의

반응 비교

그림 27. 0.75%를 살포한 후 관찰한

오대의 잎

그림 28. <그림 27>의 SEM 사진

(5000x)

그림 29. 0.75%를 살포한 후 관찰한 흑

진주의 잎

- 25 -


(5000x)

그림 31. 흑진주에 1.5% 과산화수소

수를 살포한 결과

<그림 26>는 오대, 추청, 흑진주를 한데 모아서 찍은 사진이다. 그림에서 볼

수 있듯이 오대와 추청은 과산화수소에 대해 별 피해를 받지 않았다.

그러나 <그림 26>와 <그림 29>의 흑진주의 사진을 자세히 보면, 잎이 말리

고 꼬여 있는 것을 볼 수 있다. 따라서, 가장 내냉성이 약한 종인 흑진주에서

과산화수소에 대한 피해가 가장 먼저 나타난 것을 알 수 있다.

<그림 31>는 두 번째 중묘 실험을 하기 전에 1.5% 과산화수소수를 살포한

흑진주의 모습이다.

그림에서 볼 수 있듯이 0.75%를 살포하였을 때 보다 흑진주 잎의 변형이 훨

씬 심하며 전체적으로 갈색이다. 이로 미루어 볼 때, 만약 더 높은 농도의 과산

화수소를 처리한다면 <그림 31>에서 보다 잎이 더 심하게 변형될 것이다.

그러므로 0.75% 과산화수소수 보다 높은 농도로 흑진주를 처리할 필요가 없

다. 0.75% 과산화수소수로 처리 할 경우 이런 식으로 벼의 내냉성이 드러나는

데 시간이 3일 걸렸다.

따라서 본래 목적인 ‘빠른 내냉성 검정’에 적합하지 않아서 농도를 좀더 높여

서 실험을 다시 하였다.

다음은, 두 번째 중묘 실험의 결과를 모은 것이다.

- 26 -

그림 32. 1.5% 살포 후 세 품종의 반응비교

그림 33. 1.5% 살포 후 관찰한 오

대의 잎


(5000x)

그림 35. 1.5% 살포 후 관찰한 상풍

의 잎

그림 36. <그림 35> 의 SEM 사진

(5000x)

- 27 -

그림 37. 1.5% 살포 후 색이 변한

추청의 잎


(5000x)

그림 39. 2.5% 살포 후 세 종의 반응 비교

그림 40. 2.5% 살포 후 관찰한 오대

의 잎


(5000x)

- 28 -

그림 42. 2.5% 살포 후 누렇게 변한

상풍의 잎


(5000x)

그림 44. 2.5% 살포 후 잎의 끝이

갈색으로 변한 추청의 잎


(5000x)

다음 <표 10>는 중묘실험의 결과를 종합한 것이다.

이제 까지 제시한 방법으로 과산화수소를 처리한 중묘의 전체적인 모습을 볼

때, 1.5% 과산화수소수를 처리 할 때부터 내냉성이 중간인 추청이 피해 현상을

나타내기 시작했다.

따라서 모든 것을 종합해 볼 때, 중묘의 내냉성은 1.5% 과산화수소수를 살포

할 때 가장 잘 드러났다.

이 역시 중묘의 내냉성 검정에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

- 29 -

농도

품종오대 상풍 추청 흑진주 샛별

0.75% 변화 없음 변화 없음 변화 없음 잎이 누렇게 됨 ―

1% 변화 없음 변화 없음 색이 약간 변함 ― ―

1.5% 변화 없음 변화 없음색이 누렇게 변하기

시작

잎이 갈라지고

죽음―

2% 변화 없음 변화 없음색이 누렇게 변하는

잎이 많아짐― ―

2.5% 변화 없음색이 누렇게

변하기 시작

잎의 끝이 갈색으로

변하고 전체적으로

잎의 색이누렇게

변함

― ―

3% 변화 없음잎의 끝이

누렇게 변함

잎이 누렇게 변하고

잎이 말려버림― ―

표 11. 중묘에서 과산화수소 처리 24시간 후 피해상황

2. 유묘의 적고등급 조사

다음은 배양한 80종의 품종 중 11개의 사진이다. 사진은 6일차의 사진이다.

작물시험장에서 발표한 자료에 근거하여 가장 적고등급이 낮은 것부터 큰 것으

로 배열한 것이다.

즉 내냉성이 강한 품종부터 약한 순서로 배열하였다.

그림 46. 설악 그림 47. 오대

- 30 -

그림 48. 진부 그림 49. 청명

그림 50. 간척 그림 51. 화성

그림 52. 운장 그림 53. 흑진주

- 31 -

그림 54. 다산 그림 55. 향미

파종하고 10일 후 과산화수소를 살포하였다. 24시간 후 실험구유묘의 모습이다.

그림 56. 설악 그림 57. 오대

그림 58. 진부 그림 59. 청명

- 32 -

그림 60. 간척 그림 61. 화성

]

그림 62. 운장 그림 63. 흑진주

그림 64. 다산 그림 65. 향미

- 33 -

품종

번호

적고등급 품종

번호

적고등급

1차 2차 3차 4차 5차 최종 시험장 1차 2차 3차 4차 5차 최종 시험장

1 1 1 1 1 1 1 1 41 2 5 3 3 3 3 3

2 1 2 2 2 1 2 2 42 3 4 3 3 2 3 3

3 3 4 6 3 2 3 3 43 3 4 6 4 3 4 4

4 1 2 3 3 2 2 2 44 3 4 2 5 4 4 4

5 2 2 3 3 2 2 3 45 3 4 3 3 3 3 3

6 3 3 4 3 3 3 3 46 3 5 4 4 4 4 4

7 4 5 6 3 4 4 3 47 3 5 4 4 3 4 4

8 3 3 5 3 3 3 3 48 3 5 4 4 3 4 4

9 3 3 4 3 3 3 3 49 2 5 3 4 2 2 4

10 2 5 4 3 2 2 3 50 3 4 4 3 3 4 4

11 2 3 3 3 1 3 3 51 3 5 5 5 5 5 4

12 2 3 3 2 2 2 3 52 2 5 3 4 2 2 2

13 1 2 3 3 3 3 3 53 3 5 5 5 4 5 5

14 1 3 2 3 2 2 3 54 3 5 3 4 3 3 3

15 2 5 4 3 2 2 3 55 4 5 5 4 3 4 3

16 2 4 3 3 3 3 3 56 3 7 5 4 5 5 5

17 2 3 4 4 3 3 3 57 3 4 3 4 2 3 3

18 3 3 5 4 4 4 3 58 3 6 5 5 4 5 5

19 1 2 4 3 2 2 3 59 2 5 4 4 2 4 3

20 3 3 3 3 2 3 3 60 3 4 3 4 3 3 3

21 2 4 3 3 3 3 3 61 5 6 7 6 4 6 5

22 2 5 5 3 3 3 3 62 3 7 3 4 4 4 3

23 2 5 4 3 2 2 3 63 3 5 4 4 3 4 4

24 2 5 4 3 3 3 3 64 3 6 7 5 5 5 5

25 2 3 3 3 2 3 3 65 3 6 6 5 4 6 5

26 2 3 3 3 1 3 3 66 4 7 5 5 4 5 5

27 2 3 4 3 2 3 3 67 4 5 4 4 4 4 5

28 1 3 4 3 1 3 3 68 4 6 4 5 4 4 5

29 1 4 4 3 2 4 3 69 3 5 3 5 3 3 5

30 2 4 4 3 3 3 3 70 4 6 5 5 4 5 5

31 3 4 3 3 3 3 3 71 3 7 4 5 2 7 5

32 2 3 3 3 2 3 3 72 4 4 5 5 4 4 5

33 3 5 3 3 3 3 3 73 4 7 5 6 4 4 5

34 4 4 3 4 2 4 5 74 6 7 4 7 5 7 7

35 3 5 5 3 4 3 3 75 4 5 5 6 3 5 5

36 2 3 5 4 2 2 3 76 5 6 5 7 5 5 7

37 3 4 4 3 3 3 3 77 5 6 6 7 5 6 7

38 3 4 6 4 4 3 4 78 4 7 5 6 2 7 7

39 2 3 2 3 2 2 3 79 5 7 6 7 4 7 7

40 3 4 4 4 3 4 4 80 6 7 7 7 5 7 7

표 12. 과산화수소 처리후 유묘의 적고등급과 작물시험장의 적고등급의 비교

80품종의 적고등급은 <표 11>와 같다. 5명의 관찰자가 적고등급을 각각 매겼

- 34 -

다. 최종적인 적고등급과 작물시험장에서 발표한 적고등급과 비교하였다. <표 11

>을 바탕으로 실험 결과 얻어진 적고등급과 작물 시험장에서 발표한 적고등급간

상관관계를 찾았다. 그래프는 <그림 66>과 같다.

10 20 30 40 50 60 70 801

2

3

4

5

6

7 시험장 적고등급 실험결과 적고등급

적고

등급

품종 번호

그림 66. 작물 시험장 성적과 실험 결과의 상관 분석

그래프에 표시된 두 자료의 상관계수는 약 0.79 이다. 따라서 저온에 의한 냉해

피해와 과산화수소에 의한 스트레스는 그 원인은 다르지만 결과는 큰 상관관계를

가진다는 것을 알 수 있다. 그러므로 냉해의 검정에 본 실험이 유효하다고 판정할

수 있다.

3. 중묘의 엽록소 감소량 조사

과산화수소 처리 24시간 후 농도에 따른 엽록소 현탁액의 흡광도는 다음 <표

12>와 같다.

- 35 -

처리 농도 0%

품 종 오대 상풍 추청 흑진주 샛별

시료 질량 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g

상층액 부피 7.8ml 8ml 8.7ml 8.7ml 8.8ml

흡광도645㎚ 0.206 0.286 0.160 0.173 0.198

663㎚ 0.453 0.601 0.395 0.367 0.347

처리 농도 1%


질 량 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g

상층액 부피 7.8ml 7.8ml 8.7ml 7.2ml 6.7ml

흡광도645㎚ 0.204 0.276 0.150 0.153 0.176

663㎚ 0.451 0.611 0.330 0.341 0.351

처리 농도 1.5%


질 량 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g


흡광도645㎚ 0.204 0.232 0.142 0.102 0.101

663㎚ 0.451 0.500 0.357 0.276 0.264

처리 농도 2%


질 량 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g


흡광도645㎚ 0.198 0.218 0.151 0.092 0.098

663㎚ 0.431 0.462 0.371 0.245 0.256

처리 농도 2.5%


질 량 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g 0.5g


흡광도645㎚ 0.203 0.206 0.137 0.087 0.087

663㎚ 0.454 0.451 0.336 0.227 0.213

처리 농도 3%


질 량 0.5g 0.5 0.5 0.5g 0.5g


흡광도645㎚ 0.188 0.203 0.101 0.083 0.065

663㎚ 0.417 0.443 0.206 0.219 0.167

표 13. 처리한 과산화수소 농도에 따른 흡광도

- 36 -

이 표를 바탕으로 <표 13>를 계산하였다. 이것은 중묘에 농도별로 과산화수소

수를 줄기에 처리하고 24시간 후 엽록소 a 와 b 의 질량백분율을 정리한 것이다.

이 표에서 볼 수 있듯이 내냉성이 약한 품종일수록 처리한 과산화수소의 농도

가 증가하면 엽록소의 질량백분율이 많이 감소하는 것을 알 수 있었다.

과산화수소

농도

엽록소

종류오대 상풍 추청 흑진주 샛별

0%

a 0.008156 0.011045 0.007224 0.007342 0.006865

b 0.004053 0.005980 0.003453 0.003906 0.005122

1%

a 0.008124 0.010996 0.006627 0.005675 0.005372

b 0.003996 0.005508 0.003291 0.002748 0.003200

1.5%

a 0.007994 0.008408 0.006259 0.004610 0.004087

b 0.003805 0.004341 0.002373 0.001484 0.001423

2%

a 0.007652 0.008286 0.005947 0.003914 0.003843

b 0.003877 0.004416 0.002651 0.001307 0.001340

2.5%

a 0.007821 0.008116 0.005708 0.003567 0.003179

b 0.003801 0.004068 0.002482 0.001247 0.001275

3%

a 0.007677 0.007561 0.004751 0.003342 0.002464

b 0.003674 0.003186 0.001711 0.001139 0.000891

표 14. 시료중 엽록소 a 와 b 의 질량백분율 (단위 : %)

다음 <표 14>는 위의 <표 13>를 바탕으로 만든 농도별 엽록소 질량 백분율의

상대량을 나타낸 것이다.

- 37 -

처리농도 0%


엽록소 a 100 100 100 100 100

엽록소 b 100 100 100 100 100

처리농도 1%


엽록소 a 99.60 99.56 91.74 77.30 78.25

엽록소 b 98.59 92.11 95.31 70.35 62.48

처리농도 1.5%


엽록소 a 98.01 76.12 71.62 62.79 59.53

엽록소 b 93.88 72.59 56.82 37.99 27.78

처리농도 2%


엽록소 a 95.90 75.02 65.71 53.31 55.98

엽록소 b 93.79 73.85 55.20 33.46 26.16

처리농도 2.5%


엽록소 a 94.13 73.48 64.01 48.58 46.31

엽록소 b 90.66 68.03 53.52 31.93 24.89

처리농도 3%


엽록소 a 87.41 68.47 39.17 45.52 35.89

엽록소 b 85.96 53.28 48.62 29.16 17.40

표 15. 농도별 대조구 엽록소 질량백분율에 대한 상대량 (단위 : %)

다음 그래프들은 <표 14>를 바탕으로 만든 엽록소 a 와 b 의 감소율이다. 처

리한 과산화수소의 농도에 따라 나타낸 것이다.

이때 대조구 엽록소의 질량 백분율을 100%로 하였다.

- 38 -

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

2

4

6

8

10

12

14

16 엽록소 a 엽록소 b

엽록

소의

감소

율 (

%)

과산화수소의 농도

그림 67. 오대의 엽록소 감소율

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


엽록

소의

감소

율 (

%)


그림 68. 상풍의 엽록소 감소율

- 39 -

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


엽록

소의

감소

율 (

%)


그림 69. 추청의 엽록소 감소율

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

10

20

30

40

50

60

70


엽록

소의

감소

율 (

%)


그림 70. 흑진주의 엽록소 감소율

- 40 -

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

10

20

30

40

50

60

70

80


엽록

소의

감소

율 (

%)


그림 71. 샛별의 엽록소 감소율

<그림 72> 은 1.5%를 처리 시 품종별 엽록소 a 와 b 의 감소율을 나타낸 것이

다.

0

1

2

3

4

5

6

7

8 종합 내냉성

종합

내냉

성 등

급

1 2 3 4 50

10

20

30

40

50

60

70

80

엽록소 a 엽록소 b

품종

엽록

소의

감소

율(%

)

그림 72. 농도에 따른 품종별 엽록소 a 와 b의 감소율과 종합 내냉성

각 농도별로 과산화수소수를 처리하였을 때, 1.5%에서 각 품종별로 영향이 다

- 41 -

르게 나타남을 알 수 있었다. 내냉성이 강한 오대는 엽록소 감소량이 적었으나,

상풍과 과 추청에서는 갑자기 감소하기 시작했고, 흑진주는 1.5%이하의 농도에서

도 급격하게 감소하는 경향을 보였다.

특히, <그림 72>를 볼 때 엽록소 b의 상대량 감소 경향이 종합 내냉성 등급과

유사하게 나타났다.

Ⅴ. 결 론

1. 작물시험장의 결과와 과산화수소를 처리한 결과, 상관계수가 0.79로 높은 상관

관계임을 확인하였다.

2. 유묘에 0.75%, 중묘에 1.5%의 과산화수소를 처리하였을 때, 품종별 내냉성 등

급 차이가 분명하게 구분되었다.

3. 중묘 줄기에 1.5%의 과산화수소수를 처리하여 24시간 경과 후에 엽록소 b의

감소량이 품종별 내냉성 등급 차이와 유사한 경향을 보였다.

4. 과산화수소에 의한 실험적 적고와 엽록소 감소율이 내냉성 검증 자료와 강한

상관을 보이므로 간편한 내냉성 검정 방법으로 가치가 있음을 확인하였다.

Ⅵ. 제언

1. 이앙 후에 꽃이 필 때, 출수할 때의 영향도 측정해본다.

2. 오이, 토마토, 배 등의 다른 작물에도 적용시켜 본다.

3. 엽록소 감소정도를 실험할 때 좀더 정확하게 실험을 해 본다.

4. 어느 정도의 저온이 어느 농도의 과산화수소에 대응하는지 연구해 본다.

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