Genotypic difference in spikelet sterility and grain filling response to air temperature during reproductive stage of rice

Abstract

지구온난화로 인한 지구의 평균기온상승은 벼 수량성 저하로 이어지고 있다. Peng (2004)에 따르면, 최저온도가 1℃ 상승 할 때 마다 벼 수량은 10%감소한다고 하였다. 벼 수량성 저하는 생식생장기 고온에 따른 임실률 저하와 등숙특성 변화에 따른 입중저하가 주요인으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 생식생장기에 온도변화에 따른 벼 품종별 불임률과 등숙특성의 변화를 연구하였다. 본 실험은 2011년과 2012년 서울대학교 부속농장에서 실시하였으며, 실험에는 조생종인 운광벼, 오대벼, 중생종인 안다벼, 화성벼 그리고 중만생종인 동안벼, 추청벼를 사용하였다. 모든 품종들은 1/5000a Wagner pot에 원형으로 15주(2011년), 10주(2012년)를 심어 등숙기 온도처리 전까지 야외 기상 조건에서 키웠으며, 생육단계와 출수기를 동기화 시켜주기 위해 분얼은 나오는 대로 제거하여 주간만을 키웠다. 각 품종은 출수기에 실외기온(AT, ambient temperature), AT+1.5℃, AT+3.0℃, AT+5.0℃로 조절되는 Plastic house에 옮겨 온도처리를 하였다. 온도처리 후 5일에서 7일마다 처리 및 품종별로 샘플을 채취하여 주당 영화수, 종실의 수분함량, 건물중 및 불임률을 조사하였다. 생식생장기 온도변화에 따른 등숙특성을 보면 모든 품종에서 현재 외기온보다 고온으로 처리된 조건에서도 등숙기간이 유의하게 단축되거나 연장되지않았으나, 최고입중은 고온조건으로 갈수록 감소하는 경향이었다. 따라서 온난화에 따른 입중 저하는 등숙기간 단축에 의한 것이라기 보다는 평균 온도 상승으로 인한 광합성 감소, 호흡량 증가 와 같은 생리적 요인들에 의한 것으로 판단된다. 온도 상승에 따른 최고입중 저하는 품종간에 유의한 차이가 있었다. 조생종인 운광벼와 오대벼가 고온에 따른 입중 저하가 가장 둔감하였으며, 중만생종인 추청벼와 통일계 중생종인 안다벼가 가장 민감하였다. 생식생장기 고온조건에 따른 벼 품종별 임실률은 50%불임을 나타내는 최고온도 Tc (℃)값을 기준으로 판단 할 수 있으며, 오대벼가 Tc값 34.6℃를 나타내어 고온에 가장 취약한 품종으로 판단되었으며, 그 외의 품종들은 38.1℃ ~ 39.7℃로 품종간에 차이가 없었다. 2012년 중생종과 중만생종의 수잉기 평균최고온도는 36℃로 2011년 28.9℃ 보다 높아 출수기 이전 벼 임실률에 영향을 주었다. 이는 수잉기 온도가 과거에는 크게 문제가 되지 않았으나 평균온도가 상승하는 미래 기후조건에서는 벼 임실률저하에 영향을 줄 것으로 판단된다. 전체적으로 고온에 따른 벼 입중 과 임실률 저하는 품종간 다르게 반응하여 재배법 및 품종 개량을 통한 온난화 적응의 여지가 있는 것으로 사료되며, 또한, 본 실험에서 사용된 등숙특성과 임실률 평가방법은 다량의 유전자원평가에 유효적으로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.