서 언
재료 및 방법
실험 재료 및 처리 방법
생육 및 과실 특성 조사
광합성 색소 및 Fv/Fm값 측정
토양 온도, 수분, 전기전도도 측정
뿌리활력 측정
잎끝마름 증상 및 시들음병 조사
통계분석
결 과
재배 환경
트레할로스 용액 관주가 사계성 딸기 ‘w-331’ 생육에 미치는 영향
트레할로스 용액 관주가 엽록소 및 카로티노이드 함량에 미치는 영향
트레할로스 용액 관주가 토양 환경에 미치는 영향
트레할로스 용액 관주가 뿌리활력에 미치는 영향
트레할로스 용액 관주가 잎끝마름(tip burn) 증상 및 시들음병 증상에 미치는 영향
고 찰
서 언
국내 딸기(Fragaria × ananassa Duch.) 재배면적은 2021년 기준으로 6,103ha, 생산액은 1조 4,757억 원으로 원예작물 중 점유율이 가장 높다(Choi 2023). 딸기재배 작형은 초겨울에 수확을 개시하는 촉성 재배와 2월에서 봄철에 걸쳐 수확하는 반촉성 재배가 있다. 딸기는 주로 런너에 의해 영양 번식하는 작물로 봄에서 여름철에 걸쳐 육묘한 자묘를 8–9월경에 정식 한다(Nam et al. 2015). 여름철은 딸기재배의 단경기로 생과 수요를 위하여 사계성 딸기가 재배되며 이때 일장에 영향을 받지 않고 개화하는 중일성 품종이 권장된다(Lee et al. 2014; Lee et al. 2017). 딸기 재배의 적정 온도는 일평균 기온 17–20°C이고, 25°C 이상이 되면 생육이 저해될 수 있다(Kadir et al. 2006). 따라서 고온 다습한 여름철에 딸기의 육묘 및 재배는 고온 장해 뿐만 아니라 병해충 발생의 증가로 어려움이 많다(Lee et al. 2018). 여름철 고온기의 경우 하우스(온실) 내로 방사된 복사열로 인해 내부의 온도가 35–40°C까지 상승할 수 있다(Choi et al. 2016). 이와같은 고온기 딸기 재배의 대책으로 내서성에 강한 품종 선택, 적절한 냉방기술의 적용, 그리고 스트레스 경감에 도움을 줄 수 있는 외인성 물질 처리 등 다양한 방법이 거론되고 있다(Ryou et al. 2008; Ruan et al. 2013; Nam et al. 2015; Lee et al. 2018).
트레할로스(α-D-glucopyranosyl-[1–1]-α-D-glucopyranoside)는 두 분자의 포도당으로 구성된 이당류이다. 트레할로스는 다양한 생물에서 발견되는데, 식물의 경우는 일부 식물종을 제외하고 극히 적은 양이 생성된다(Kandler and Hopf 1980). 식물에서 트레할로스는 에너지원 보다는 신호분자 역할을 하며(Paul et al. 2008), 고온과 저온, 건조 및 염분과 같은 환경 스트레스와 식물 병에대한 반응 등 다양한 생리반응의 조절자 역할을 한다(Singh et al. 2011; Krasensky and Jonak 2012; Lunn et al. 2014). 실제로 식물체에 외인성 트레할로스를 처리할 경우 환경스트레스 및 식물병에대한 저항성을 향상시킨다는 보고가 있다(Govind et al. 2016; Luo et al. 2022). 예를들어 건조스트레스 상황의 옥수수에 트레할로스를 처리하면 토코페롤, 총 플라보노이드 및 총 페놀 함량이 증가하여 항산화 활성이 향상되었다는 보고가 있다(Ali et al. 2012). 또한 고온스트레스 상황의 작약에 트레할로스를 처리하면 항산화 효소의 활성이 증가하고 광합성 활성화에 도움을 주었다(Zhao et al. 2019). 밀에 트레할로스를 처리하면 생체막 시스템을 보호하고 탄수화물 대사 및 신호 전달을 강화하였으며, 플라보노이드 생합성 경로에서 퓨린 대사 조절, 유전자 발현 및 대사산물 축적을 통해 밀 식물체의 내열성이 향상되었다(Luo et al. 2022). 딸기에서는 재배중인 토양에 처리한 트레할로스가 염 스트레스 완화에 도움을 주었다는 보고가 있다(Samadi et al. 2019). 야생 딸기(Fragaria vesca)의 경우 외부에서 처리한 트레할로스는 열 충격 전사인자(Heat shock transcription factors; FvHsfA2a)의 발현을 유도하였다(Hu et al. 2015). 트레할로스 처리는 식물의 감염후 생리반응에도 영향을 주는데 토마토의 시들음병 저항성 향상에 도움을 주었고(MacIntyre et al. 2022), 밀의 흰가루병 저항성을 향상에 도움을 준다는 보고가 있다(Reignault et al. 2001).
최근 해외에서는 작물재배시 환경스트레스나 병저항성 유도를 위한 친환경 농자재로 트레할로스의 이용 가능성을 제시하고 있으나(Fernandez et al. 2010; Mori et al. 2023), 국내에서는 관련 연구가 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 여름철 고온기 딸기 재배시에 토양에 트레할로스 수용액을 공급하면서 딸기의 생육에 미치는 영향과 아울러 특히 근권부 환경 변화 및 고온 장해 경감 효과 등에 대해서 검토하였다.
재료 및 방법
실험 재료 및 처리 방법
트레할로스 토양관주 실험은 ㈜우리종묘에서 육성한 사계성 딸기 계통 ‘w-331’을 대상으로 엽수가 4–5매인 런너 증식묘를 포트에 정식하여 실시하였다. 공주대학교 스마트온실(예산군, 36° 40.108' N, 126° 51.668' E)의 유리온실에서 상토(Heungnong-Bio®, Nongwoobio Co. Ltd, Korea) 7L에 31.5g의 완효성비료(Multicote, Haifa, Israel)를 혼합한 배양토가 담긴 백색 원형 플라스틱 화분(직경 28cm, 높이 27cm)에 1개체씩 심었다. 총 45개의 화분을 9개씩 5줄로 가로, 세로 30cm씩 떼어서 배치하였다. 처리당 15개의 화분을 완전 임의적으로 배치하여 정식(6월 20일) 직후부터 O(대조구, 물만 관주)과 10mM, 30mM 트레할로스(TREHA®, Okayama, Japan) 용액을 7일 간격으로 2L씩 7회 관주하였다. 기온은 기록계(174H, Testo, German)를 이용해 1시간 간격으로 측정하였다.
생육 및 과실 특성 조사
생육조사는 농촌진흥청 딸기 생육 조사 요령을 참조하여 엽장, 엽폭, 초장, 관부직경 및 엽수를 조사하였다. 트레할로스 처리에 따른 잎의 생장 특성을 관찰하기 위하여 세번째 전개잎을 처리당 5개씩 선정하여 표시한 후, 50cm 자를 이용해 엽장, 엽폭을 식재 직후(6월 20일)부터 7일 간격으로 측정하였다. 최종적인 생육 및 과실 특성은 처리 후 49일 경과 후(8월 8일)에 조사하였다. 초장은 50cm 자를 이용해 관부에서부터 식물체의 가장 긴 잎 끝까지 길이를 측정하였다. 관부직경의 경우 디지털 버니어 캘리퍼스(SD600-150W, Sincon, China)를 이용해 관부의 가장 긴 부분과 가장 짧은 부분을 측정하여 평균값을 사용하였다. 과실은 과고, 과폭, 당도를 측정하였다. 과고 및 과폭은 디지털 버니어 캘리퍼스를 이용해 가장 긴 부분과 가장 짧은 부분을 측정하여 평균값을 사용하였다. 당도는 비파괴 당도계(P-100, Sunforest, Korea)를 이용하여 측정하였다. SPAD값은 측정기(SPAD-502, Minolta, Japan)로 정단으로부터 3번째 출현 잎을 대상으로 엽신의 3곳을 측정하여 평균값을 사용하였다.
광합성 색소 및 Fv/Fm값 측정
엽록소 a, b 및 카로티노이드 함량을 측정하기 위한 시료는 식재 후 49일 경과(8월 8일) 후에 엽 생장을 측정한 잎을 채취하여 잎 0.3g당 95% 에탄올 용액 15mL을 넣고 침지하여 48시간 동안 4°C에서 추출하였다. 추출한 용액은 큐벳(KA.1937, Kartell®, Italy)에 옮겨 담아 분광광도계(UV-VIS Spectrophotometer, Neogen, Korea)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 흡광도는 엽록소 a, b 및 카로티노이드 함량계산식(Lichtenthaler and Buschmann 2001)을 참조하여 470, 648.6, 664.1nm에서 측정하였다. 생육 특성을 조사한 잎을 대상으로 정식 후 30일(7월 19일), 44일(8월 2일) 9시와 14시에 엽록소 형광 분석기(Handy PEA, Hansatech Instruments, UK)를 이용하여 엽록소 형광 값을 측정하였다. 엽록소 형광 값을 측정하기 전에 기기와 함께 제공된 클립으로 20분간 암처리를 진행하였다. Fv/Fm값(광계II의 최대 양자 수율)은 기기와 함께 제공된 분석 프로그램으로 분석하였다.
토양 온도, 수분, 전기전도도 측정
토양 온도, 수분 및 전기전도도(EC)는 6월 20일부터 7일 간격으로 관수 전, 후에 배지용 수분센서(coco-100, RFsensor, Korea)를 이용하여 측정하였다. 센서의 오차는 온도 ±0.5°C, 수분 ±3%, 전기전도도 ±0.1dS·m-1이다. 측정은 직경 0.48cm, 길이 6.8cm의 3개의 탐침을 배지에 완전히 꽂아 측정하였으며, 각각 다른 구역에 겹치는 곳 없이 3회 측정하여 나온 값의 평균을 사용하였다.
뿌리활력 측정
뿌리활력 검정을 위해 뿌리와 테트라졸리움 화합물의 화학적 환원을 통해 생성된 포르마잔의 농도를 측정하는 TTC(triphenyl-tetrazolium chloride)실험을 진행하였다(Kang et al. 2010). 다음은 간단히 정리한 실험 방법이다. 채취한 딸기 뿌리를 세척한 후 유리시험관에 넣고 1% TTC용액, 0.1M 인산나트륨(Na2H2PO4) 완충액, 증류수를 각각 1:4:5 비율로 혼합한 용액 10mL를 첨가했다. 시료가 담긴 유리시험관을 빛을 차단한 30°C의 항온 수조에서 2시간 반응 후 2N 황산(H2SO4) 용액 2mL를 가해서 반응을 정지시켰다. 막자사발에 에틸아세테이트(CH3COOC2H5)를 3–5mL 첨가하여 시료를 마쇄해 formazan을 추출하였다. 에틸아세테이트에 녹아있는 formazan 추출액을 석영 큐벳에 옮겨담아 분광광도계(UV-VIS Spectrophotometer, Neogen, Korea)로 470nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준곡선 작성은 1% TTC 용액 0.5mL에 Na2S2O2 분말 0.75g 및 에틸아세테이트 2.5mL를 첨가 후 진탕하였다. 그 다음 상등액 2.5mL를 채취하여 에틸아세테이트로 희석해 0, 2, 4, 6, 8, 10ppm에서 표준곡선을 작성하였다.
잎끝마름 증상 및 시들음병 조사
잎끝마름 증상은 이식 후 14일(7월 3일)뒤 부터 49일(8월 8일)뒤 까지 7일 간격으로 조사하였다. 잎끝마름 증상의 심한 정도는 개체 당 잎 끝부분이 타서 검게 변한 잎의 수로 나타내었다. 시들음병 증상 진단은 이식 후 9주된 딸기에서 이루어졌다. 농촌진흥청의 딸기 병해충 정보를 참조하여 어린잎에서 3개의 소엽 중 1–2개 작은 잎을 형성하여 비대칭적인 잎 발육이 나타남과 동시에 관부의 도관을 따라 갈변된 시들음 병징이 관찰된 개체의 수를 나타냈다. 이식 후 9주(8월 22일) 뒤에 시들음 증상이 발생한 개체들을 분석하였다. 시들음 증상의 정도를 0(병징 없음), 1(시든 잎이 3장 이하), 2(시든 잎이 4–5장), 3(완전히 시듬)으로 나누었다(Fig. 9).
통계분석
트레할로스 처리에 따른 실험 데이터는 반복에 대한 데이터의 평균값을 구한 후 표준편차로(Standard deviation, SD) 나타내었다. 통계분석은 SPSS 프로그램(IBM SPSS Statistics 27, IBM Co. Armonk, NY, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)후 사후검정으로 Duancan 다중검정(Duncan’s Multiple Range Test) 또는 HSD(Tukey’s honestly significant difference) 검정을 사용하여 수행하였다(p < 0.05).
결 과
재배 환경
트레할로스 토양 관주처리가 고온환경에서 재배중인 딸기에 스트레스 경감 효과가 있는지 여부를 분석하기 위하여 우선 딸기의 재배환경을 관찰하였다. Fig. 1은 실험기간(2023년 6월 20일–8월 22일) 동안 공주대학교 예산캠퍼스 스마트온실 내부의 기온 및 토양 온도의 변화를 보여준다. 월별 기온은 6월에는 최고 42.9°C, 평균 27.2°C, 7월은 최고 45.8°C, 평균 28.1°C, 8월의 경우 최고 38.0°C, 평균 28.8°C였다(Fig. 1A). 토양 온도가 30°C를 넘는 기간이 4주 이상 지속되었다(Fig. 1B).
트레할로스 용액 관주가 사계성 딸기 ‘w-331’ 생육에 미치는 영향
정식 및 트레할로스 처리 후 6주간 1주일 간격으로 3번째 잎의 크기를 추적 조사하였는데, 길이와 폭은 이식후 둘째 주까지 빠르게 신장하다가 그 이후에는 완만하게 신장하였고, 4주 후에는 정체 경향을 나타냈다. 그러나 Fig. 2에서 보는 바와 같이 딸기 잎의 생장 과정 중 트레할로스 처리구와 대조구 간의 차이를 관찰할 수 없었다. 트레할로스 처리구 및 대조구에서의 딸기 초장은 19.8–20.21cm, 관부 직경 20.15–20.24mm, 포기당 입의 수는 12.8–13.3개로 처리간에 유의적인 차이가 관찰되지 않았다(Table 1). 트레할로스 처리에 대한 딸기의 엽록소의 함량 변화를 파악하기 위하여 측정한 SPAD 값은 52.9–54.7로 처리간에 유의적인 차이가 없었다(Table 1). 트레할로스 처리 및 대조구에서의 사계성 딸기의 과실 생육에서도 유의적인 차이가 인정되지 않았다. 과고는 39.2–40.3mm, 과경은 27.3–27.8mm, 과일중은 13.1–13.6g, 그리고 당도(°Brix)는 7.43–7.50 범위에 있었다(Table 2).
Fig. 2.
Effects of soil irrigation with the trehalose solution on strawberry leaf growth. Strawberry plants were irrigated with 0, 10, and 30 mM trehalose solutions, applied once every seven days for 42 days. The growth of the leaf length (A) and width (B) was observed and measured throughout the treatment period. The error bars represent standard deviations (n=5).
Table 1.
Effects of soil irrigation with 0, 10, and 30 mM trehalose on the growth of strawberry plants
| Treatmentz |
Plant height (cm) |
Crown diameter (mm) | No. of leaves | SPAD value |
| Control | 20.2 ± 0.97 ay | 20.2 ± 0.71 a | 13.0 ± 1.1 a | 54.7 ± 1.70 a |
| Tre-10 | 19.9 ± 0.62 a | 20.2 ± 0.66 a | 12.8 ± 1.4 a | 53.5 ± 1.06 a |
| Tre-30 | 19.8 ± 0.92 a | 20.2 ± 0.52 a | 13.3 ± 1.5 a | 52.9 ± 2.01 a |
Table 2.
Effect of soil irrigation with 0, 10, and 30 mM trehalose on the growth of strawberry fruits
| Treatmentz |
Fruit height (mm) |
Fruit diameter (mm) |
Fresh weight (g) |
Soluble solids (°Brix) |
| Control | 40.3 ± 2.74 ay | 27.8 ± 0.83 a | 13.5 ± 1.02 a | 7.43 ± 0.61 a |
| Tre-10 | 39.2 ± 4.45 a | 27.4 ± 0.76 a | 13.1 ± 1.43 a | 7.50 ± 0.72 a |
| Tre-30 | 39.4 ± 4.46 a | 27.3 ± 1.70 a | 13.6 ± 1.99 a | 7.43 ± 0.73 a |
트레할로스 용액 관주가 엽록소 및 카로티노이드 함량에 미치는 영향
트레할로스 처리에 대한 딸기의 생리적 변화 중 광합성 효율을 분석하기 위하여 고온 환경에서 재배중인 딸기잎의 엽록소 a와 b의 함량 및 Fv/Fm값(양자효율)을 측정하였다. 엽록소 a는 대조구에서 11.33 ± 1.29mg·g-1, 10mM 트레할로스 처리에서 9.91 ± 0.57mg·g-1, 30mM 트레할로스 처리에서 9.64 ± 1.36mg·g-1로 트레할로스 처리가 딸기잎의 엽록소 a 함량을 경미하게 감소시키는 효과가 있었다. 엽록소 b는 처리구와 대조구간의 차이가 없었다(Fig. 3A and 3B). 딸기 잎의 카로티노이드 함량은 대조구에서 2.27 ± 0.45mg·g-1, 1 0mM 트레할로스 처리에서 1.80 ± 0.25mg·g-1, 30mM 트레할로스 처리에서 1.68 ± 0.44mg·g-1로 트레할로스 처리가 카로테노이드 함량을 경미하게 감소시키는 효과가 있었다(Fig. 3C).
Fig. 3.
Effects of soil irrigation with the trehalose solution on the contents of chlorophyll and carotenoids in 42-day-old strawberry leaves. Strawberry plants were irrigated with 0, 10, and 30 mM trehalose solutions, applied once every seven days until the analysis. Chlorophyll a (A), b (B), a/b (C), and carotenoid (D) contents were measured using a spectrophotometer. Error bars indicate standard deviations (n=5). Different letters indicate significant differences among the treatments (α = 0.05, Duncan’s multiple range test).
식물의 최적 엽록소형광값(Fv/Fm값)은 0.79–0.84 이며, 이보다 낮을 경우 식물은 스트레스 상황이라고 판단한다고 알려져 있다(Kitajima and Butler 1975). 두 번의 독립적인 측정을 식재 30일 후와 식재 44일 후 수행하였다. 두 번 모두 오전에는 수치가 0.79 이상으로 나타났고, 오후에는 수치가 감소하여 0.79 이하로 나타나는 것으로 보아 오후에는 고온으로 인한 스트레스를 받고 있음이 확인되었다. 그러나 두 번의 실험 모두에서 트레할로스 처리(10mM, 30mM)가 고온 스트레스 동안에 Fv/Fm값에 영향을 주지 않음이 관찰되었다(Fig. 4A and 4B).
Fig. 4.
Fv/Fm measurements of 30-day-old (A) and 44-day-old (B) strawberry plants. Strawberry plants were irrigated with 0, 10, and 30 mM trehalose solutions, applied once every seven days until analysis. Error bars indicate standard deviations (n=5). Different letters indicate significant differences among the treatments (α = 0.05, Duncan’s multiple range test).
트레할로스 용액 관주가 토양 환경에 미치는 영향
트레할로스 관주가 토양환경에 미치는 영향을 분석하기 위하여 딸기가 자라고 있는 포트의 토양 수분 함량과 전기전도도를 분석하였다. 토양 수분의 경우 트레할로스 용액을 관주한지 5–6주된 토양의 경우가 물만 관주한 대조구보다 일시적으로 높았는데, 그 차이는 2% 내외로 크지않았지만, 통계분석 결과에는 유의한 것으로 나타났다(Fig. 5). 전기전도도의 경우 트레할로스 용액을 관주하고 2주 뒤 부터 처리구 사이의 차이를 관찰할 수 있었는데, 이는 5주차까지 유지되다가 6주차 이후로는 대조구와 비슷한 분석값을 보였다(Fig. 6). 특히 관주 4주차에 트레할로스 용액을 처리한 토양의 전기전도도 값은 대조구와 가장 큰 차이를 보이는데, 10mM 처리의 경우 대조구의 75%, 30mM 처리의 경우 대조구의 약 60%로 처리한 트레할로스의 농도에 따라 전기전도도값이 낮게 나타났다. 토양환경 분석 실험을 통하여 트레할로스 용액 관주가 토양수분 함량과 전기전도도에 영향을 주는 것을 관찰할 수 있었다.
Fig. 5.
Soil moisture changes following soil irrigation with 0, 10, and 30 mM trehalose applied once every seven days for 42 days. Error bars indicate standard deviations (n=15). Different letters indicate significant differences among the treatments (α = 0.01, one-way ANOVA and Tukey HSD test; SPSS software).
Fig. 6.
Change in electrical conductivity following soil irrigation with 0, 10, and 30 mM trehalose, applied once every seven days for 42 days. Error bars represent standard deviations (n=15). Different letters indicate significant differences among the treatments (α = 0.01, one-way ANOVA and Tukey HSD test; SPSS software).
트레할로스 용액 관주가 뿌리활력에 미치는 영향
고온 환경에서 재배중인 딸기의 뿌리활력에 대한 트레할로스의 효과를 분석하기 위하여 TTC 실험을 이용하여 포르마잔 함량을 분석하였다. 뿌리의 포르마잔 함량은 트레할로스(10mM, 30mM)를 관주한 구가 대조구보다는 약간 높은 경향이었지만 통계적으로 유의하지않았다(Fig. 7). 이것은 화분 토양에 관주한 트레할로스 용액은 딸기 뿌리의 활력에 영향을 주지않는 것으로 보인다.
Fig. 7.
Effect of a trehalose pretreatment on strawberry root vitality. The formazan contents in strawberry roots were measured after soil irrigation with 0, 10, and 30 mM of trehalose. Error bars represent standard deviations (n=3). Different letters denote significant differences among the treatments (α = 0.05, Duncan’s multiple range test).
트레할로스 용액 관주가 잎끝마름(tip burn) 증상 및 시들음병 증상에 미치는 영향
딸기 잎의 잎끝마름 증상은 정식 2주후 부터 발생하기 시작하여 7주후까지 계속 증가했다. 그러나, 30mM 트레할로스 용액을 관주한 화분에서 자란 딸기의 경우 대조구보다 잎끝마름 증상이 유의성 있게(약 ‒40%) 억제된 것을 관찰할 수 있었으나, 10mM 농도 처리구에서는 유의적인 차이가 관찰되지 않았다(Fig. 8). 본 실험의 딸기 식물체에서 비대칭적인 잎 발육, 관부의 도관이 갈색으로 변하는 것, 잎의 고사 등으로 나타나는 딸기 시들음병 유사 증상을 관찰할 수 있었다(Fig. 9A). 정식 후 9주된 딸기의 시들음병 유사 증상의 발생률 및 심각도는 딸기 개체당 시든 잎의 수로 나타냈는데, 본 실험 딸기의 시들음병의 심각도는 30mM 트레할로스 용액을 관주한 딸기의 경우 10mM 또는 대조구의 경우보다 30% 낮은 것으로 나타났다(Fig. 9B).
Fig. 8.
Effect of the trehalose treatment on tip burn symptoms in strawberries: A: Tip burn symptoms of strawberry leaves. B. Leaf wilt severity was analyzed after soil irrigation with 0, 10, and 30 mM trehalose, applied once every seven days for 42 days. Error bars represent standard deviations (n=15). Different letters indicate significant differences among the treatments (α = 0.01, one-way ANOVA and Tukey HSD test; SPSS software).
Fig. 9.
Effect of trehalose pretreatment on resistance to wilt disease in strawberries: A: Wilt symptoms of strawberry leaves. B. The severity of the leaf wilt symptoms was analyzed following soil irrigation with 0, 10, and 30 mM trehalose, applied once every seven days for 63 days. Error bars represent standard deviations (n=5). The following disease index for wilting symptoms was established: 0 (no symptoms), 1 (fewer than three wilted leaves), 2 (four to five wilted leaves), and 3 (completely wilted). Different letters indicate significant differences among the treatments (α = 0.01, one-way ANOVA and Tukey HSD test; SPSS software).
고 찰
본 연구에서는 여름철 딸기 재배 시 복합스트레스 경감에 활용할 친환경 농업제재로서 트레할로스의 활용 가능성을 탐색하고자 했다. 작물 재배기간 동안의 고온은 활성산소 생산을 유도한다. 이는 식물 세포의 구성요소인 단백질, DNA, 지질을 손상시키며 식물의 생장 발달 및 생리에 부정적인 영향을 준다(Wahid et al. 2007; Luo et al. 2018). 이때 트레할로스와 같은 삼투보호제는 고온장해 경감에 긍정적인 영향을 주는데, 주로 정상적인 광합성을 유지함으로서 열로인한 손상을 완화할 수 있다(Luo et al. 2018; Luo et al. 2021). 딸기는 전형적인 저온성 작물로 일평균 17–20°C가 생육 적온이고, 35°C 이상에서는 생육이 크게 저해를 받는다(Kadir et al. 2006). 본 연구의 재배환경은 실험기간 총 63일 중 최고기온이 40°C 이상인 일수는 10일이었고 35°C 이상인 일수는 33일이었다(Fig. 1). 또한 재배기간동안 딸기의 광합성효율을 분석한 결과 상대적으로 온도가 높은 오후에는 Fv/Fm값이 감소하여 0.79 이하였다(Figs. 3 and 4). 보통 스트레스를 받지 않은 딸기의 광합성 효율은 Fv/Fm값은 0.79보다 큰 것으로 보고되어 있다(Na et al. 2014; Choi et al. 2016). 본 연구에서는 위와 같은 고온환경에서 재배중인 딸기에 트레할로스 용액을 토양에 관주 한후 고온장해 경감 및 토양환경에 미치는 효과를 분석하였다. 우선 트레할로스 처리구와 대조구 사이의 생육 특성의 차이(Fig. 2) 및 광합성 효율(Figs. 3 and 4)을 비교분석 하였는데 유의성있는 차이를 관찰할 수 없었다. 지금까지의 연구에 의하면 트레할로스가 식물체내에서 영양원이나 식물생장조절제로써의 역할보다는 스트레스 관련 신호 전달 등의 관여가 많이 지적되고 있다(Fernandez et al. 2010; Govind et al. 2016; Kosar et al. 2019). 트레할로스가 식물체의 생육에 직접적인 영향을 미친다는 보고는 많지 않지만, Schluepmann et al.(2004)은 트레할로스 처리가 애기장대의 유묘 생장을 억제한다고 보고하였다. 또한, 호접란 등 난 조직배양에서 배지에 탄소원으로 트레할로스를 첨가한 경우 수크로스만 첨가한 것보다 Protocorm-like body의 생육이 좋아진다고 보고하였는데, 저자들은 난류의 경우 균근균이 공급하는 트레할로스를 탄소원으로 이용하는 것을 오랜 진화에서 획득한 것이 아닌가하고 추론하고 있다(Liu et al. 2006). Mori et al.(2023)에 의하면 가지나 토마토의 가지과 작물에서 트레할로스 엽면 살포에 대한 생장이나 화기 크기에는 별 영향이 없었으나 토양 관주 처리시에 주두의 신장을 촉진하여 스트레스하에서의 단주화 발생에 의한 수량 저하를 막을 수 있다고 하였다(Mori et al. 2023). 딸기 재배에서 장기간 토양 관주 처리한 본 연구에서는 생육 촉진 효과는 보이지 않았지만, 또한 생장 억제나 약해 증상도 나타나지 않아 친환경제재로의 이용 가능성은 있는 것으로 보여진다.
본 연구에서 재배토양에 트레할로스 용액을 관주했을 때 토양 특성에도 영향을 줄 수 있다는 가설을 토대로 트레할로스 처리에따른 토양의 수분함량과 전기전도도를 분석하였다. 총 7주동안 매주 트레할로스 용액(10mM, 30mM)을 관주하였는데, 대조구와 비교했을 때 2% 내외의 토양수분 증가 효과가 관찰되었다(Fig. 5). 트레할로스는 산에의한 가수분해에 강하고, 산성 pH와 고온에서도 분자적 안정성과 고유의 특성을 유지할 수 있다(Kosar et al. 2019). 트레할로스는 내부에 수소결합을 형성할 수 없으므로 친수성이 높은 물리화학적 특성을 갖는다(Paul and Paul 2014). 실제로 트레할로스는 보습에 효과가 있다고 알려져 있으며, 보습용 향장품이나 식품보존제 등으로 활용되지만(Ohtake and Wang 2011), 현재까지 직접적인 관주시 토양 보습 효과에 관한 연구는 없다. 본 연구에서 얻은 트레할로스의 토양에서의 보습효과는 통계적으로 유의성있지만 그 차이가 크지 않았고(Fig. 5), 추가적인 실험을 통해 토양 보습 효과에 관해 구명할 필요가 있다. 딸기 수경재배시 양액의 적정 전기전도도는 정식 초기 0.75dS·m-1, 출뢰기 1.00dS·m-1, 개화기 1.25dS·m-1, 과실 비대기 1.25dS·m-1으로 생육 단계에 따라 다르게 공급하는 것이 좋다고 알려져 있다(Choi et al. 2017). 본 실험에서 트레할로스를 처리하지 않은 대조구의 평균 전기전도도는 1.56dS·m-1 이며 이는 적정 전기전도도의 평균값보다 50% 이상 높았다. 딸기 수경재배시에 배양액의 전기전도도가 높을수록 잎끝마름과 마른잎 증상이 높아지는 경향을 보였다는 보고가 있다(Lee et al. 2017). 정식 후 잎끝마름 증상 발생은 높은 전기전도도와 연관이 있을 수 있는데, 본 실험의 7주 동안의 전기전도도는 처리 3주 후부터 대조구(1.69dS·m-1)와 30mM 트레할로스 처리구(1.24dS·m-1) 사이에 분석값의 차이가 관찰되기 시작했다. 그리고 트레할로스 처리 4주째의 전기전도도는 대조구(1.56dS·m-1), 10mM 트레할로스 처리구(1.17dS·m-1), 30mM 트레할로스 처리구(0.94dS·m-1)로 트레할로스 처리 농도에 따라 측정값이 유의적으로 낮아졌다(Fig. 6). 트레할로스의 처리 농도에 따라 잎끝마름 증상이 다르게 나타나는 것이 관찰되었는데, 그 차이는 처리 4주째부터 관찰되었으며, 6주 후에는 처리한 트레할로스 농도에 따른 뚜렷한 감소 경향을 나타냈다. 잎끝마름 증상은 트레할로스 30mM 처리구(2.2개)는 대조구보다 거의 50% 감소된 경향을 보였다(Fig. 8). 이러한 실험 결과를 종합했을때, 트레할로스는 토양의 전기전도도 감소에 영향을 주었고 더 나아가 잎끝마름증상 완화에 관여했을 가능성이 높다는 것을 보여준다.
고온 다습한 여름철에 많이 발생하는 딸기병으로는 Colletotrichum fructicola에 의한 탄저병(발병적온: 25–35°C) (Yoo et al. 2024), Fusarium oxysporum f. sp. fragariae(Fof)에 의한 시들음병(27°C 이상 고온선호) (Nam et al. 2020), Phytophthora cactorum에 의한 역병(발병적온: 30°C 전후) (Lu et al. 2021)이 대표적이다. 본 재배실험 동안에 딸기에서 새잎이 황록색이 되거나 작아지고, 3소엽 중 1소엽이 다른 소엽에 비해 작게 되어 짝잎을 형성하고, 과병을 절단했을 때 도관이 갈색으로 변하는 시들음병 유사증상을 증상을 관찰하였다(Fig. 9A). 본 실험에서 9주 동안 트레할로스 용액(10mM, 30mM)을 관주한 딸기와 대조구의 생육 특성을 비교 관찰한 결과 30mM 트레할로스 처리는 30% 정도 시들음 증상 발병률과 심각도를 완화시켰다. Britto et al.(2021)에 의하면 plant growth-promoting fungi(PGPF) 중 하나인 Trichoderma atroviride의 세포벽 구성물질인 트레할로스가 엘리시터 역할을 한다고 보고했다. 엘리시터는 식물이 병원균을 만났을때 파이토알렉신 축적을 증가시켜 식물의 저항성 신호체계 유도에 관여할 수 있다(Britto et al. 2021). 실제로 토마토에서 트레할로스 처리가 Ralstonia solanacearum에 의한 세균성 시들음병 개선에 도움을 주었다는 보고가 있다(MacIntyre et al. 2022). R. solanacearum에 감염된 식물은 도관부의 물 흐름이 억제되어 시들음 증상을 나타내는데, 이때 외부에서 처리한 트레할로스는 앱시스산(ABA) 신호전달체계를 활성화해서 건조 스트레스에 내성을 갖게 되었다. 또한 살리실산에 의해 매개되는 저항성 유전자의 발현을 유도하여 병 저항성이 향상되었다고 설명하였다(MacIntyre et al. 2022). 본 연구에서도 딸기의 시들음병 증상 완화에 트레할로스의 효과가 관찰되었다. 따라서, 앞으로는 시들음병 증상을 일으킨 원인균을 확인하고, 발병 억제에 대한 트레할로스의 효과와 작용 기작을 명확히하는 후속 연구가 필요하다.
