서 언
수십~수백개의 소화로 구성된 포도가 상품성을 갖기 위해서는 품종에 따라 적정 착립량을 유지하는 것이 중요한 재배기술에 속한다(Park et al., 2010). 포도의 송이다듬기 정도는 품종특성, 재배방법, 생산물의 이용목적 등에 따라 달라질 수는 있으나 주요 생식용 품종에서 고품질을 유지하기 위한 적정 착립수준(지경 또는 알솎기 작업을 통한)은 품종별로 제시되어 있고 관행적으로 재배관리가 이루어지고 있는 상황이다(Jung et al., 2010; Park et al., 2010; Kim et al., 2015). 따라서 고품질 포도를 생산하기 위해서는 적정 착과량을 유지해야 하며(Ozer et al., 2012), 이를 위해 화학적·기계적·수동적인 방법으로 눈(bud), 꽃(flower), 과립(berry), 지경(pedicel), 과방(cluster) 등을 제거하는 방법들이 이용되고 있다(Bound et al., 2013). 이중 가장 일반적인 방법은 지경솎기와 알솎기 작업을 병행한 수동적인 방법이다.
단위 재배면적당 적정 착과량과 과방당 착립수는 포도 과실의 품질을 결정하는 중요한 요인임에도 일부 재배자들 중에는 생산물의 가격과 직결되는 요인인 과중을 증가시키기 위해 소극적인 적립작업이 이루어지고 있으며 이는 과다착립에 의한 생리장해 발생으로 이어지는 경우가 빈번하다(Ozer et al., 2012). 특히 과다한 착립은 과립 근처의 공기 유동을 억제하여 병에 대한 감수성을 증가시키고(McCarthy, 1997), 급격한 수분 흡수 등은 서로 밀착된 과립간 내·외적 압력이 가해져 열과가 발생할 수도 있다(Considine and Brown, 1981; Clarke et al., 2010).
포도 ‘진옥’은 ‘캠벨얼리’를 대체하기 위해 국내에서 2004년 육성된 품종으로 ‘캠벨얼리’와 매우 유사한 특성을 가진 것으로 보고(Yun et al., 2008)된 바 있으나, 아직까지 과방당 착립량에 따른 품종특성에 대한 연구가 전무한 상황이다. 특히 ‘캠벨얼리’의 경우 주산단지에서는 수확기 기상과 생육조건 등에 따라 일시에 열과가 발생하는 경우가 종종 보고되고 있으며, 심할 경우 외관이 불량한 것은 물론 과즙이 흘러내려 곰팡이에 의한 감염 등으로 상품성이 떨어지게 된다(Meneguzzo et al., 2008).
따라서 본 연구는 포도 생식용 품종인 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’의 적정 착립량을 구명하고, 과다착립에 의해 열과 발생의 원인이 되는 과피의 해부·물리학적 특성변화에 대해 조사함으로써 생리장해를 경감시킬 수 있는 재배적 대책에 대해 제안하고자 실시하였다.
재료 및 방법
실험재료
실험은 전라북도 남원시 수지면 소재(35°19’52”N, 127°21’42”E, 해발고도 81m) 8년생 포도 과원(비가림 시설)에서 수행하였다. 재식거리 2 × 2m로 식재된 포도 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’ 중 병해충 피해가 없고 생육량이 유사한 수준의 시험수를 품종별 4주씩 선정한 후 시험수 1주에 모든 처리를 임의배치하여 4반복으로 처리하였다. 또한 식물보호제 및 일반 재배관리 등은 표준영농재배법(RDA, 2016)에 준하여 관리하였다.
적립처리 및 결실관리
적립처리는 착립이 확인되는 만개 후 20일경 과방 내 과립의 수를 45, 60, 75, 90립으로 조절하였다. 이 때 과방의 선정은 과방의 길이가 15–20cm의 균일한 과방을 선정하였고, 신초당 과방의 수는 평균 1.5개로 조절하였다. 처리가 완료된 과방은 곧바로 백색봉지를 씌워 관리하였다.
과실비대 및 열과 발생 조사
과립비대 조사는 만개 후 20–90일까지 10일 간격으로 총 8회에 걸쳐 모든 과방의 최하단에 위치한 2개의 과립을 대상으로 과립경 기준 종경과 횡경을 측정하였다.
과립비대 조사와 동일한 시기에 품종과 적립처리별 열과된 과립의 수를 계수하였으며, 열과가 발생한 과방의 비율과 과방당 열과립률로 산출하였다. 이 때 열과가 발생한 과방의 비율은 1개 이상의 과립이 열과된 과방을 계수하여 전체 처리 개수에 대한 백분율로 산출하였고, 과방당 열과립률은 과방 내 열과된 과립의 수를 전체 과립수에 대한 백분율로 산출하였다.
과실품질 조사
과실품질 조사를 위해 두 품종의 적립처리된 모든 과실을 만개 후 90일에 일시에 채취하였다. 과중은 디지털 전자저울(PB602-S, Mettler Toledo Inc., Germany)을 이용하여 모든 과방을 측정하였고, 각 과방의 과립수를 계수한 후, 과방중을 과립수로 나눈 값을 평균 과립중으로 산출하였다. 과립밀도는 각 처리의 과방당 과립수를 평균 과방장으로 나누어 과방 1cm당 과립수로 산출하였으며, Hunter a값은 색차계(CR-10, Konica Minolta Sensing Inc., Japan)를 이용하여 모든 과방 내에서 착색 정도가 평균적인 2개의 과립을 선정하여 측정하였다. 가용성 고형물 함량은 각 처리의 모든 과방에서 3개의 과립을 무작위로 채취하여 6반복으로 디지털 굴절당도계(PR-101α, Atago Co. Ltd., Japan)로 측정하였으며, 산함량은 과즙과 증류수를 10:100mL로 희석하고 0.1N NaOH를 pH가 8.1이 될 때까지 적정(Easyplus titration, Mettler Toledo Inc., Germany)한 후 tartaric acid의 상당량으로 환산하였다.
해부학적 특성 조사
품종별 과립간 밀착된 부위의 과피 세포를 검경하고자, 만개 후 70일 경 과실을 채취하였고, 과립간 밀착으로 짓눌린 부위와 밀착되지 않은 정상 부위를 구분하여 Park(1995)의 2중고정법을 이용하였다. 고정된 샘플은 에탄올 시리즈(40–100%)로 탈수한 후 ethanol과 propylene oxide가 1:1로 혼합된 용액에 15분간 침지하여 propylene oxide로 유리화하였고, 최종적으로 epon에 매몰하기 위하여 propylene oxide:epon = 2:1, 1:1로 섞은 용액에 각각 60분간 처리한 후 순수한 epon에 침지하여 상온에서 하룻밤을 경과하였다. 다음날 epon의 1.5–1.8%에 해당하는 DMP30[2, 4, 6-tri (dimetylaminomethyl) phenol]을 첨가한 용액에 시료 절편과 함께 silicon mold에 넣어 60°C에서 4일간 경화시켜 epon block을 제작하였다. 이후 epon block은 ultramicrotome(Ultracut UCT, Leica Co., Germany)을 이용하여 1µm 두께의 절편체를 채취하였고 PAS(periodic acid-schiff)방법으로 염색한 후 광학현미경(BX51, Olympus Co., Japan)으로 검경하여 외표피세포(outer epidermal cell)와 아표피세포(sub-epidermal cell)의 크기, 외표피에서 아표피 6개 층까지의 두께를 조사하였다.
과피 표면의 과분(epicuticular wax) 특성 조사도 동일한 시기에 채취하여 전북대학교 공동실험실습관(CURF, Center for University-Wide Research Facilities at Chonbuk National University)의 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope)을 사용하였다. 약 0.2–0.5cm2의 크기로 분리한 과피 표면조직을 sample plate 위에 carbon tape로 고정한 후, beam 1.00kV의 저전압, 10 × 10-6mbar 이상의 진공상태에서 2,000, 10,000배율로 과분이 손상되기 전 빠르게 검경하였다.
Texture parameters 측정
두 품종의 과다착립에 의해 밀착된(짓눌린) 과립과 밀착되지 않은 정상 과립의 물리적 특성을 비교하고자, 만개 후 70일경에 과실을 채취하였다. 측정은 texture analyzer(TA/XT@, Stable Micro System Ltd., Haslemerd, UK)를 이용하여 return to start 방식과 strain target mode(25%)로 설정하고, P/36R probe를 사용하였다(Segade et al., 2013). 측정부위는 과피를 제거하지 않은 상태에서 10반복으로 하여 경도(hardness), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 검성(gumminess), 씹힘성(chewiness), 탄성(resilience) 등 과립의 물리적 특성을 측정하였다.
통계분석
조사된 데이터는 Sigmaplot(Sigmaplot 14.0, Systat Inc., USA) software를 이용하여 통계분석과 그래프를 작성하였다.
결과 및 고찰
포도 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’의 착립수준별 만개 후 일수에 따른 과립 비대 특성을 조사한 결과(Fig. 1), 두 품종 모두 종경과 횡경은 만개 후 30일까지 급격한 비대 이후 완만한 경향을 보였는데, 이는 과립세포의 분열과 생장(Coombe, 1992), 포도 과실의 생장 곡선(Coombe, 1992; McCcarthy, 1997)과 관계된 보고들과 유사하였다. 또한 만개 후 20–50일까지는 적립처리간 큰 차이를 보이지 않았으나 60일 이후부터는 후기 비대에 의해 과방당 과립수가 적은 45, 60립 처리구가 75, 90립 처리구에 비해 커진 경향을 확인할 수 있었다.
Fig. 1.
Changes in berry length (A, C) and diameter (B, D) during the growth stage of ‘Jinok’ (A, B) and ‘Campbell Early’ (C, D) grapes as influenced by the various berry set levels used here, i.e., 45, 60, 75, and 90 berries per cluster. Vertical bars represent the standard error of the means (n = 20). The legend shows the number of berries per cluster.
수확기(만개 후 90일경) 과실품질을 조사한 결과(Table 1 and Fig. 2), 두 품종 모두 송이당 착립수준이 증가할수록 과립중은 감소하였고, 과립 수와 과립밀도, 과방중은 증가하는 경향이었다. 특히 착립수준이 높을수록(과립수가 많을수록) 가용성 고형물 함량은 낮고, 산함량은 높은 경향을 나타냈는데, 착과량이 늘어날수록 당도가 낮아지고(Guidoni et al., 2002) 산함량이 높아진다(Matsumoto et al., 2007)는 보고와 일치하였다. 이와 같은 결과는 포도 ‘진옥’의 75, 90립 처리구에서 45, 60립처리구에 비해 hunter a값이 증가하는 경향을 보여 숙기가 지연(Jung et al., 2014)된 것으로 추정되었다. 포도 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’ 두 품종의 수확기 과실품질 요인들은 대부분 착립수준이 영향을 미친 것으로 조사되었으며, 상대적으로 ‘진옥’이 ‘캠벨얼리’보다 가용성 고형물 함량이 높고 산함량이 낮은 결과(Yun et al., 2008)를 보였다.
Table 1.
Effects of various berry set levels (45, 60, 75, and 90 berries per cluster) on fruit quality at harvest (90 days after full bloom) of ‘Jinok’ and ‘Campbell Early’ grapes
| Cultivar |
Berry set level (per cluster) |
Berry number (per cluster) |
Berry densityz |
Berry weight (g) |
Cluster weight (g) |
Soluble solids (°Brix) |
Titratable acidity (%) | Hunter a valuey |
| Jinok | 45 | 40.1 dx | 2.48 d | 5.2 a | 207.0 d | 16.7 a | 0.23 b | 1.7 b |
| 60 | 62.2 c | 3.84 c | 5.0 a | 309.8 c | 16.6 a | 0.23 b | 1.9 b | |
| 75 | 77.5 b | 4.78 b | 4.8 a | 372.1 b | 16.0 b | 0.27 a | 2.3 ab | |
| 90 | 95.3 a | 5.88 a | 4.9 a | 466.1 a | 15.5 c | 0.27 a | 2.6 a | |
| Campbell Early | 45 | 41.2 d | 2.54 d | 5.4 a | 221.1 d | 16.1 a | 0.26 b | 2.2 a |
| 60 | 59.4 c | 3.67 c | 5.3 a | 315.6 c | 16.0 a | 0.28 ab | 2.0 a | |
| 75 | 80.7 b | 4.98 b | 5.2 a | 419.5 b | 15.1 b | 0.29 a | 2.6 a | |
| 90 | 96.4 a | 5.95 a | 5.1 a | 494.1 a | 15.2 b | 0.30 a | 2.1 a | |
| Significance | ||||||||
| Cultivar (A) | NS | NS | NS | NS | * | * | NS | |
| Berry set level (B) | ** | ** | * | ** | * | * | NS | |
| A × B | NS | NS | NS | NS | NS | NS | NS | |
포도 ‘진옥’과’ ‘캠벨얼리’의 열과는 각각 만개 후 70, 50일에 발생하기 시작하였으며, 과실 성숙기에 증가하는 경향을 보였다(Fig. 3). ‘진옥’의 누적 열과 발생 과방 비율은 착립수준 45, 60, 75립에서는 발생하지 않았고, 90립 처리구에서는 10.0%, ‘캠벨얼리’의 경우 각각 0.0, 5.0, 10.0, 15.0%가 발생하였다. 과방당 열과립의 비율은 열과 발생 과방 비율과 유사한 결과를 나타내었다. 특히 두 품종 모두 착립수준이 높을수록 열과 발생이 많아 착과량과 열과 발생의 비례적 관계에 대한 보고(Shim et al., 2007)와 일치하였다. 또한 수확기 품종간 비교에서는 상대적으로 ‘진옥’이 ‘캠벨얼리’보다 열과 발생이 적었다. 제한된 면적내에서 과방당 착립수의 증가는 과립간 밀착과 생장 압력이 가해져 열과 발생을 야기하며(Clarke et al., 2010), 착립수의 조절은 열과의 주요 원인이 되기도 한다(Considine and Brown, 1981). 본 연구에서도 만개 후 70일경부터 착립수준별 과립횡경이 차이를 보이기 시작하였고, 동 시기 열과 발생이 급격히 관찰되어 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’의 열과 발생에 착립수준과 생육시기가 밀접한 관계가 있는 것으로 추정되었다. 특히 상업적인 포장단위와 외관을 고려했을 때(국립농산물품질관리원 표준규격 참조), 과방중의 크기가 350g 이상(L등급 이상)이 되어야 하며, 연구내용에서의 열과 발생 등을 종합적으로 고려했을 때, 과방당 적정 착립수준은 평균 75립 정도로 조절해야 할 것으로 판단되었다.
착립수의 증가는 과립밀도의 증가를 의미하며, 과립밀도가 증가하는 것은 서로 맞닿아 짓눌린 형태의 과립들이 증가하게 되므로(데이터 미제시), 열과 발생 원인을 구명하고자 밀착된 과립의 표면과 과립 횡단면의 형태학적 특성을 정상 과립과 비교·분석하였으며, 그 결과는 Fig. 4와 Table 2와 같다. 만개 후 70일 경 채취한 포도 ‘진옥’(Fig. 4A and 4B)과 ‘캠벨얼리’ (Fig. 4E and 4F)의 정상 과립 표면은 일정한 방향성이 없는 ‘platelet’형의 과분 형태(Shin et al., 2009)가 치밀하게 발달된 것을 확인할 수 있었다. 반면 과다착립에 의해 과립간 밀착이 나타난 과립 표면은 ‘진옥’(Fig. 4C and 4D), ‘캠벨얼리’(Fig. 4G and 4H) 두 품종 모두 정상 과립 표면에 비해 과분이 짓눌린 형태로 발달이 현저히 불량하였다.
Fig. 4.
Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) images of epicuticular wax deposited onto the surfaces of berries observed on non-contact (A, B, E, and F) and contact sides of neighboring berries (C, D, G, and H) in ‘Jinok’ (A-D) and ‘Campbell Early’ (E-H) grapes, taken 70 days after full bloom. A, C, E, and G were observed at ×2,000 and B, D, F, and H were observed at ×10,000. EWC: epicuticular wax crystals.
Table 2.
Skin cell characteristics of berries of ‘Jinok’ and ‘Campbell Early’ grapes determined from both non-contact and contact sides of neighboring berries taken 70 days after full bloom
| Cultivar | Classificationz | Outer epidermal cell | Sub-epidermal cell | O-6E (µm)y | ||||
| Length (µm) | Width (µm) | Length (µm) | Width (µm) | |||||
| Jinok | Non-contact | 32.1 ± 1.63x | 7.6 ± 0.61 | 105.3 ± 4.40 | 30.3 ± 2.04 | 172.4 ± 6.99 | ||
| Contact | 27.3 ± 1.30 | 6.3 ± 0.35 | 77.2 ± 3.11 | 23.9 ± 2.03 | 133.6 ± 7.77 | |||
|
Campbell Early | Non-contact | 26.1 ± 1.15 | 8.3 ± 0.26 | 104.7 ± 4.86 | 35.3 ± 2.54 | 196.8 ± 5.88 | ||
| Contact | 24.3 ± 1.47 | 5.3 ± 0.30 | 85.7 ± 2.58 | 18.1 ± 1.13 | 139.3 ± 3.54 | |||
| Significance | ||||||||
| Cultivar (A) | NS | NS | NS | NS | NS | |||
| Classification (B) | NS | NS | NS | NS | NS | |||
| A × B | * | * | NS | ** | NS | |||
과립 표피세포를 검경한 결과(Table 2), 포도 ‘진옥’은 ‘캠벨얼리’와 동일하게 1개의 외표피(outer epidermis)와 수십개의 아표피(sub-epidermis), 그 아래 과육세포(flesh cell)로 구성되어 있었고, 두 품종 모두 밀착된 과립의 외표피세포와 아표피세포는 정상 과립의 표피세포에 비해 길이가 길고 폭이 짧은 장타원형 형태를 보였다. 또한 과립 횡경면의 최외각층인 외표피세포에서 아표피세포 6층까지의 길이는 정상과립과 밀착된 과립이 각각 ‘진옥’ 172.4 ± 6.99µm, 133.6 ± 7.77µm, ‘캠벨얼리’ 196.8 ± 5.88µm, 139.3 ± 3.54µm로 밀착된 과립의 세포층이 내·외부의 생장 압력에 의해 짓눌려 있는 형태를 확인할 수 있었다.
두 품종의 동일시기와 부위에 대하여 물리적 특성을 조사한 결과는 Table 3과 같다. 두 품종간에는 큰 차이를 보이지 않았으나 경도의 경우 과립간 밀착되지 않은 정상부위와 밀착된 부위에서 ‘진옥’은 6.48 ± 0.394, 4.93 ± 0.250kg, ‘캠벨얼리’ 6.11 ± 0.571, 3.88 ± 0.327kg으로 두 품종 각각 밀착된 부위가 밀착되지 않은 정상부위보다 23.9, 36.5% 감소하였고, ‘캠벨얼리’의 감소폭이 더 큰 것으로 조사되었다. 경도를 제외한 탄력성, 응집성, 검성, 씹힘성은 통계적인 차이는 없었으나 상대적으로 정상 과립에서 밀착된 과립에 과립에 비해 더 높은 경향을 보였다.
Table 3.
Texture characteristics of berries of ‘Jinok’ and ‘Campbell Early’ grapes determined from both non-contact and contact sides of neighboring berries taken 70 days after full bloom
| Cultivar | Classificationz |
Hardness (kg) |
Springiness (mm) |
Cohesiveness (g) |
Gumminess (kg) |
Chewiness (MJ) | Resilience |
| Jinok | Non-contact | 6.48 ± 0.394y | 0.44 ± 0.015 | 0.39 ± 0.040 | 2.48 ± 0.225 | 1,104.4 ± 115.78 | 0.17 ± 0.024 |
| Contact | 4.93 ± 0.250 | 0.40 ± 0.013 | 0.42 ± 0.038 | 2.16 ± 0.342 | 903.6 ± 167.80 | 0.20 ± 0.023 | |
| Campbell Early | Non-contact | 6.11 ± 0.571 | 0.39 ± 0.019 | 0.41 ± 0.064 | 2.38 ± 0.361 | 1,140.5 ± 258.37 | 0.20 ± 0.039 |
| Contact | 3.88 ± 0.327 | 0.36 ± 0.013 | 0.62 ± 0.032 | 2.36 ± 0.235 | 1,017.8 ± 95.68 | 0.38 ± 0.034 | |
| Significance | |||||||
| Cultivar (A) | NS | * | NS | NS | NS | NS | |
| Classification (B) | * | * | NS | NS | NS | NS | |
| A × B | NS | NS | * | NS | NS | * | |
포도 열과 발생의 중요한 메커니즘은 과실 내부로의 급속한 수분 흡수로 증가된 팽압에 기인하며(Andersen and Richardson, 1982), 부가적으로 과실세포의 활성(Tilbrook and Tyerman, 2008), 과피 두께(Land and During, 1990), 피목의 존재(Brown and Considine, 1982) 등과 같은 유전적 요인(Yamamoto and Satoh, 1994)과 저온 또는 고온(Lang and During, 1990), 과실표면의 수분(Knoche and Peschel, 2006), 토양수분(Considine and Brown, 1981), 칼슘(Choi et al., 2010), 호르몬(El-Zeftawi, 1971) 처리 및 착립수준(Choi and Choi, 2023) 등의 다양한 재배·환경적인 요인들이 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히 포도의 과분은 일반적으로 잿빛곰팡이와 같은 병 발생과 상관관계가 있고(Ribérau-Gayon et al., 2000) 기공 외의 과피를 통한 수분 이동을 조절하는 인자로 알려져 있으며(Yamamura and Naito, 1983), 열과 발생과 아표피의 두께가 밀접한 관계에 있다는 연구결과(Considine and Brown, 1981; Yamamura and Naito, 1985; Yu and Kim, 1989)도 보고된 바 있다. 포도 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’의 해부·물리적 특성은 착립수준이 증가할수록 과립간 생장 압력에 의한 밀착이 증가하여 정상적인 과분과 세포 발달을 저해하며, 과립의 물리적 특성을 약화시켜 결과적으로 열과 발생이 증가하였다. 이와 같은 결과는 과피의 경도와 두께가 밀접한 관계가 있고(Zsófi et al., 2014), 열과에 대한 저항은 포도가 부분적인 손상없이 급격한 부피 증가를 수용할 수 있는 정도에 달려 있으며, 이는 과피의 기계적 성질과 관계되어 있다는 보고(Ramteke et al., 2017)와 유사하였다.
이상의 결과는 포도 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’의 과다착립시(과방당 90립 이상) 나타나는 과립간 밀착은 과립의 과분과 과피세포의 정상 발달 및 물리성을 약화시켜 결과적으로 열과 발생을 증가시키고, 가용성 고형물 함량이 적고 산 함량이 높아 성숙을 지연시키는 결과를 초래하였다. 따라서 포도 ‘진옥’과 ‘캠벨얼리’를 포함하여 열과 감수성이 높은 품종들은 재배·환경적인 요인들을 고려하여 품종 특성이 뚜렷하게 나타날 수 있는 적정 착립수준을 유지해야 과실품질을 향상시키고 열과 발생을 경감할 수 있는 재배적 대책이 될 것으로 판단되었다.
