벼 출수기 이후 광합성이 등숙에 미치는 영향

본 실험은 전남대학교 용봉캠퍼스 농업실습교육원 논에 설치된 TGFC에서 2019년 5월 30일에 중묘를 이양하여 10월 10일 수확 때까지 수행되었다. 벼 품종은 중만생종인 일미였으며 재식거리는 관행 농업인 15×30 cm로 하였고, 1주(포기)에 3~4본을 재식하였다. 실험에 사용한 TGFC는 1개였으며, 각 시설당 43.2 m² (1.8×24 m)의 면적에 960주(12×80주)의 벼를 재배하였다. 비료는 시설 면적당 N(질소) 9 kg, P(인) 4.5 kg, K(칼륨) 5.7 kg을 기준으로 처리하였으며, 밑거름과 분얼거름을 5:2 비율로 분사하였다.

TGFC는 입구가 막힘없이 개방되어 있어 안쪽은 항시 환풍기를 작동시켜 공기가 입구에서 시설 안쪽으로 이동하여 환풍기를 통해 배출되도록 설계되었다(5). TGFC의 입구는 외부 기온(AT, Ambient Temperature)과 같고, 시설 가장 안쪽의 기온은 AT 지점보다 3℃ 높은 환경(AT+3℃)이 유지되도록 시스템이 작동된다.

TGFC의 AT와 AT+3℃인 곳에서 재배하는 벼를 대상으로 출수 직후에 모든 잎을 제거하였다. 이후 새롭게 나오는 잎들도 계속 제거함으로써 수확 때까지 잎이 없는 상태를 유지했다. 수확 후에는 완전립과 불완전립을 구분하여 등숙률을 구하고, 완전립을 대상으로 천립중을 조사했다.

Fig. 1은 AT와 AT+3℃의 조건에서 정상적으로 재배한 벼와 출수 직후 잎을 제거한 경우의 등숙률을 각각 나타낸 것이다. AT에서 잎을 제거하지 않았을 때의 등숙률은 약 95.3%로서 우리나라 벼 품종 대부분의 등숙률과 유사한 모습을 보였다. 하지만 AT에서 출수 후 잎을 제거한 경우의 등숙률은 16.9%로 급격히 감소하였으며, 이것은 AT의 벼와 비교해 82%가 감소한 결과이다. 이는 출수 후 잎의 광합성이 종실 등숙에 약 82% 정도로 크게 이바지한다고도 볼 수 있다. 나머지 18%는 출수 이전의 광합성 산물이 식물체 내에서 소비되지 않았다가 종실로 재이동된 것과 출수 후 잎 이외 부위의 광합성의 합일 것으로 사료된다.

Fig 1. Ripening ratio at four different experimental conditions by elevated air temperature and leaves removal after heading.

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따라서 출수 전의 광합성 산물은 잎의 확장에 거의 소비되며, 출수 후에는 영양생장기 때 확장된 잎에서 생산되는 광합성 산물이 종실 등숙에 크게 이바지하는 것으로 보인다. 하지만, 잎은 일반적으로 출수 이후 엽록소 함량이 점차 낮아짐에 따라 광합성 효율도 떨어진다(6). 이것은 잎에서 생산되는 광합성 산물에 의해 종실의 등숙이 진행될수록, 상대적으로 잎의 광합성 효율은 떨어지는 제로섬(Zero-Sum)과 같은 모습이다(7,8). 결국, 높은 등숙률을 유지하기 위해서는 출수 전에 잎을 최대한 확장하여 출수 후에 많은 광합성 산물을 생산하는 것이 유리할 것으로 사료된다.

고온 조건인 AT+3℃에서는 등숙률이 59.3%가 되었는데, 이는 임계온도 이상의 환경에서 수정 저해에 따른 불임이 원인인 것으로 추측된다(6). 일부 수정에 성공한 경우에는 잎으로부터 광합성 산물을 공급받아 등숙이 정상적으로 진행된 것으로 보인다. AT+3℃에서도 출수 후 잎을 제거하면 등숙률이 감소하였는데, 그 감소 정도가 약 45%로서 AT에서 출수 후 잎의 제거로 등숙률이 감소한 정도인 82%보다 작다.

이것은 AT+3℃의 고온 조건에서 영양생장기 동안 빠르게 잎을 확장하였고, 출수기 차이는 크지 않았으므로 엽면적지속시간이 증가하고 누적 광합성량이 많아짐에 따라, 광합성 산물 재이동의 등숙 기여율이 증가한 것으로 보인다. 이를 뒷받침하기 위해 생육기간 동안의 광합성을 정량적으로 측정하는 등의 상세한 실험이 뒤따라야 할 것이다.

AT에서 재배한 일반적인 경우의 천립중은 24.4 g으로서 알려진 일미벼 품종의 천립중과 유사하였다. 또한, 이는 출수 후 잎을 제거한 경우와도 크게 다르지 않았다(Fig. 2). 이러한 모습은 등숙률의 경우와는 다른 모습이다. 이것은 등숙의 기계적 메커니즘이 이삭의 모든 종실을 대상으로 광합성 산물로 동시에 채우는 방식이 아니라, 종실 하나씩 차례로 등숙을 완성해 나가는 것으로 사료된다. 이를 확인하기 위해 이삭 내 종실의 위치별로 등숙률을 확인하는 실험이 필요할 것이다.

Fig 2. Weight of 1,000 seeds at four different experimental conditions by elevated air temperature and leaves removal after heading.

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