온도 민감도가 다른 세 가지 고추(Capsicum annuum L.) 유전자형의 비교 열 스트레스 반응

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14203(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

지난 수십 년 동안 지구 온도가 꾸준히 증가함에 따라 열 스트레스가 형태-생리적 특성과 원예 작물의 경제적 수확량에 미치는 영향에 대한 연구는 많은 과학자와 농민의 관심을 점점 더 많이 받고 있습니다. 고추(Capsicum annuum L.)는 한국의 노지에서 주로 재배되는 중요한 채소 작물입니다. 본 연구에서는 스트레스 감수성 수준에 따라 서로 다른 세 가지 고추 유전자형에 대한 장기간의 열 스트레스가 미치는 영향을 평가했습니다. 이 연구는 75일 동안 두 개의 서로 다른 온도 조절 온실에서 수행되었습니다. 48일 된 식물을 대조 온실과 열처리 온실에서 각각 75일 동안 낮 동안 온도를 30°C와 35°C로 설정하여 재배했습니다. 세 가지 종의 형태학적, 생리학적, 영양학적 특성을 측정하였다. 모든 고추 접근은 약 한 달 이내에 장기간의 열 스트레스 노출로부터 회복될 수 있었습니다. 일부 중요한 형태학적, 생리학적 특성에서 회복 현상이 관찰되었습니다. 예를 들어, 열처리 40일 후에 식물 생장 속도와 광합성 속도가 크게 증가했습니다. 열 스트레스 민감도는 유전자형에 따라 다양했습니다. 열처리 초기에 바이오매스 대비 과실 생산량이 많은 식물은 상대적으로 회복이 늦어 수확량 손실이 가장 컸다. 이 주요 형태학적 특성은 장기간의 열 스트레스에 적응하기 위한 향후 육종 프로그램에 사용될 수 있습니다.

온도는 광합성, 증산, 호흡, 수분, 과실 발달 등 식물 성장 및 발달 과정에 영향을 미치는 중요한 환경 요인 중 하나이므로, 꾸준히 상승하는 온도는 식물의 성장 및 발달을 제한하는 주요 비생물적 스트레스가 되어 왔습니다. 특히 생식 기관 발달 단계(예: 개화, 수분, 수정) 동안 식물은 대부분 열 스트레스에 민감하여 과일 수확량이 감소했습니다1,2. 지구 온난화로 인해 지구 온도는 1880년대 이후 평균 1.1°C 이상 상승했습니다3,4. 2021년 지구 표면의 평균 기온은 20세기 평균보다 0.84°C 높았습니다5. 그린피스 보고서6에 따르면 우리나라에서는 1980년대 이후 기온이 33°C를 넘는 날이 지속적으로 증가해 왔습니다. 최근에는 35°C 일수가 크게 늘어났습니다6. 많은 기상학자들이 이러한 따뜻한 현상이 향후 30년 동안 지속적으로 증가할 것이라고 예상했기 때문에7,8,9 열 스트레스가 식물 성장과 과일 수확량에 미치는 잠재적 영향을 이해하는 것은 이러한 영향을 상쇄하기 위한 적응 전략 개발에 중요한 역할을 할 것입니다.

고추(Capsicum annuum L.)는 한국 요리의 주요 향신료로 인해 한국에서 경제적으로 중요한 열매 맺는 야채입니다. 2022년 우리나라 고추 총 생산량은 약 92,757톤10이다. 한국에서는 대부분의 고추가 노지에서 점적관개와 뿌리덮개를 이용해 재배됩니다. 따라서 재배 지역의 기상 조건(예: 온도, 강수량 등)은 작물의 과일 수확량에 직접적인 영향을 미칩니다. 고추는 더운 기후에 잘 적응해 왔지만, 더운 날(33°C 이상)의 증가는 한국에서 지속 가능한 고추 생산을 달성하는 데 큰 도전이 되어 왔습니다. 과일 형성과 품질에 가장 적합한 온도 범위는 21~29°C입니다11. 온도가 32°C를 초과하면 고추 성장이 느려질 수 있습니다. 과일에서는 꽃 끝 부패(BER)가 관찰될 수 있습니다. 과일이 맺히는 현상이 발생하여 수확량이 낮아질 수 있습니다12.

열 스트레스에 대한 식물의 반응은 스트레스의 정도와 기간, 식물의 발달 단계에 따라 크게 달라집니다13. 열 스트레스는 식물의 기능을 직간접적으로 손상시켜 형태생리학적 변화, 비정상적인 성장 단계 및 대사 과정14 및 수확량 감소15를 초래합니다. 이러한 성장 이상은 식물이 열 스트레스에 노출되는 동안 식물에서 지속적으로 관찰되거나 나타나지 않을 수 있으며, 모든 식물 또는 유전자형은 열 스트레스 조건을 관리하기 위한 자체 내성 또는 메커니즘을 가지고 진화했습니다16. 대조적으로, 여러 작물 종 내의 일부 내성 유전자형은 고온 조건에서 가장 높은 수확량을 보였습니다. 여러 연구에서 고추의 발아율과 묘목 생장률20,21, 작물 생장, 생리학, 수확량21, 광합성20,22, 열간 꽃가루관 길이와 꽃가루 발아 및 막 안정성23,24의 비교를 통해 고추의 내성/감수성의 유전형 차이가 보고되었습니다. - 감수성이 있고 열에 강한 유전형. 이러한 이전 연구에 따르면 지속 시간과 온도의 증가는 온도가 최적 식물 성장 온도보다 최소 5°C 이상 높거나 42°C21일 때 발아율, 묘목 무게, 광합성 속도 및 과일 수확량을 크게 감소시켰습니다.