1-MCP 전처리가 절화 백합 ‘Siberia’의 수확 후 품질에 미치는 영향
Effect of 1-MCP Pre-treatment on Postharvest Quality of Cut Lilium Oriental hybrid ‘Siberia’ Flower
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Abstract
This research was carried to determine the effect of 1-MCP pre-treatments on the maintenance of freshness and quality of Oriental cut lily‘Siberia’. Flowering was delayed and flower size were reduced by treated for 1 hour with 1.5mg․L-1 1-MCP in the chamber maintained at 5°C compared with other treatments. Chlorophyll concentration was the highest when treated for 1 hour with 1.5mg․L-1 1-MCP in the chamber maintained at 5°C. Fresh weight increased by treated for 1 hour with 1.5mg․L-1 1-MCP in the chamber maintained at 5°C. In case of water uptake increased by treated for 0.5 hour with 3.0mg․L-1 1-MCP in the chamber maintained at 15°C, and water balance showed negative (-) value from 7 days by treated with control, but showed negative (-) value from 9 days when treated with 1-MCP. Especially water balance maintained positive (+) value until 11 days by treated for 1 hour with 1.5mg․L-1 1-MCP in the chamber maintained at 5°C. Flower-bud maintained green color when treated for 0.5 hour with 3.0mg․L-1 1-MCP in 5°C chamber. When treated for 1 hour with 1.5mg․L-1 1-MCP in 5°C chamber, the vase life and quality of cut flower were increased and extended, respectively for 19 days. The number of bacteria on the surface of cut-end stem decreased when treated for 1 hour with 1.5~3.0mg․L-1 1-MCP in the chamber maintained at 5°C compared with other treatments. Ethylene production and respiration rate decreased remarkably when treated for 1 hour with 3.0mg․L-1 1-MCP in 15°C chamber. It is suggested that pre-treatment for 1 hour with 1.5mg․L-1 1-MCP in the chamber maintained at 5°C could be used to increase of water uptake according to control of bacteria, freshness maintenance, and quality of cut lily ‘Siberia’.
I. 서론
절화의 수명은 광이나 상대습도, 온도 등의 외부적인 요인과 기 질의 공급, 체관 및 물관의 흡수력 유지, ethylene과 같은 체내 hormone의 변화와 같은 내부적인 요인에 의해 좌우된다. 특히 절 화 백합은 봉오리 상태로 수확하기 때문에 소비자가 물에 꽂아 관 상할 때 개화가 잘 안되고 꽃잎이 말리거나 변색되기 쉽고(Van Doorn, 1997), 개화가 되어도 절화수명이 짧은 경우가 많다. 이런 원인을 Mayak and Halevy(1971)는 수분흡수 불량으로 인한 노 화라고 보고하였다. 따라서 수확 후 절화의 노화를 지연시키고 품 질을 높이기 위해서는 절화의 도관폐쇄 방지에 의한 수분 흡수량의 증진, 미생물 발생 억제, 호흡기질의 공급 및 에틸렌 발생억제 등의 영향에 관여하는 전처리제 처리가 요구된다(Halevy and Mayak, 1981; Lee et al., 1995; Ichimura and Hiraya, 1999; Ichimura and Suto; 1999).
절화의 수명을 단축시키는 다양한 요인들 중 에틸렌은 치명적인 요인으로 작용한다(Altman and Solomos, 1994; Amariutei et al., 1995). 에틸렌은 매우 간단한 분자 구조(C2H4)를 갖는 기체 상 태의 식물호르몬으로 산화효소를 활성화시키고, 세포막 투과성을 증가시키며, 세포간의 결합력과 당의 흡수를 떨어뜨린다. 또한 엽 록소의 분해를 촉진시키고, abscisic acid(ABA)의 생성, 페놀화합 물의 합성, 호흡을 촉진시킨다. 이처럼 에틸렌은 식물의 다양한 노 화생리 반응에 관여하여 절화의 수명을 떨어뜨려(Krishnamoorthy, 1981) 품질을 하락시키고 수명을 단축하게 한다.
에틸렌의 생합성 과정이 밝혀진 이후 에틸렌 합성 및 작용 억제 를 위한 여러 연구들이 이루어져 왔다. 그 중 기체 성분의 1-MCP (1-methylcyclopropene)는 식물체의 에틸렌 수용체(ethylene receptor) 에 비가역적으로 결합하여(Serek et al., 1995), 1-MCPreceptor- complex를 만들어 에틸렌 수용체를 변형시킴으로써 에 틸렌과 수용체의 결합을 방해한다(Sisler et al., 1996). 이는 인체 유해성이 없고, 식물체에 자극적이지 않으며, 에틸렌 작용 억제제 로 뛰어난 효과를 나타내는 silver thiosulfate를 능가하는 것으로 보고되었다(Serek et al., 1995). 특히 절화류에 있어 1-MCP 전처 리는 조기개화 억제 및 선도유지에 효과적인 것으로 보고(Catherine et al., 2001)되고 있으나, 품종 및 방법, 농도에 따라 다른 효과를 나 타내고 있어, 절화 백합의 경우 1-MCP의 적정 농도 및 처리시간, 처리온도 등에 관한 일괄적인 연구가 요구된다.
따라서 본 연구는 수확 후 절화 백합 오리엔탈 계통의‘Siberia’ 에 있어 수명 연장 및 품질 향상을 위한 전처리제로서 1-MCP의 최 적 처리방법을 구명하고자 수행하였다.
II. 재료 및 방법
본 연구는 2014년 10월부터 2015년 2월까지 단국대학교 화훼학 실험실에서 수행하였다. 재배된 Lilium Oriental hybrids ‘Siberia’ 를 실험 재료로 하여 전체 5륜이 맺히고 1번화의 개화단계가 1과 2 중간단계일 때(puffy stage)를 기준으로 수확하였다(Fig. 1). 전라 북도 완주 재배농가에서 수확한 절화를 실험실로 2시간 이내에 수 송한 후 무처리를 대조구로 하여 5, 15, 25°C 저장고에서 각각 1.0mg·L-1 1-MCP(Dongbu Farm Hannong, Korea)를 2, 4시간, 1.5mg·L-1은 1, 2시간, 3.0mg·L-1은 0.5, 1시간동안 150L 챔버 안 에서 절화 백합을 넣고 처리하였다. 전처리 후 수출국까지의 유통 기간을 고려하여 5°C에서 48시간 저장한 후 절화의 줄기를 45cm 로 재 절단하고, 잎은 꽃봉오리당 2매의 잎을 남기고 물에 닿는 부 분의 잎을 모두 제거한 후 100ml의 증류수가 담긴 시험관(지름 3cm, 높이 20cm)에 꽂아 처리당 5개체 3반복 완전임의배치법으 로 실시하였다.
Developmental stages of cut Lilium Oriental hybrids ‘Siberia’ flower. 1: Tight flower buds showing green, 2: flower bud at a puffy stage, 3: beginning to open, 4: half-way opened, and 5: fully opened. Note that anthers were removed at anthesis.
모든 꽃봉오리는 개화시 수술을 제거하였으며, 조사항목으로는 개화단계, 잎의 엽록소 함량, 생체중 변화율, 수분흡수량, 수분균 형, 꽃의 색상 변화, 절화수명, 박테리아 발생량, 에틸렌 발생량 및 호흡률을 매일 오전 10시에 온도 22±3°C, 상대습도 68±5%, 광도 12.7~14.6μmol·m-2·s-1의 환경조건하에서 조사하였다. 개화단 계는 녹색 봉오리 상태인 1단계에서 꽃잎이 완전히 벌어지는 5단계 까지 기준을 설정하였으며(Fig. 1), 잎의 엽록소 함량은 Chlorophyll meter(SPAD-502, Minolta, Japan)를 이용하여 모든 잎의 중간 부분을 측정하여 평균값으로 나타내었다. 생체중은 최초 생체중 대비 당일 생체중을 백분율로 나타내었으며, 수분흡수량은 전날 용액과 용기 무게에서 당일 용액과 용기 무게를 뺀 값에서 자연 증 발량을 뺀 값으로 나타내었다. 수분균형은 수분흡수량에서 증산 량을 뺀 값으로 증산량은 전날 용액과 용기, 절화를 합한 무게에서 당일 용액과 용기, 절화를 합한 무게를 뺀 값에서 자연증발량을 뺀 값으로 나타내었다. 꽃의 색상 분석은 색차계(Chroma Meter CR-400, Minolta, Japan)를 이용하여 명도(L=lightness), 적색도 (a=redness), 황색도(b=yellowness)값으로, 3회 측정하여 평균 값으로 나타내었다. 절화수명은 절화를 화병에 꽂은 첫 날부터 3번 화의 노화단계가 9단계(Fig. 2)에 이르렀을 때까지의 일수를 계산 하였으며, 박테리아 발생량은 Pipette-Swab 표면검사키트(3M, USA)를 이용하여 면봉으로 줄기 끝 절단면을 묻혀 샘플을 채취한 후 30°C 항온실에서 48시간 배양 후 colony 수를 측정하였다. 에 틸렌 발생량과 호흡률은 1,200ml 유리 용기에 절화 백합 3본을 넣 고 4시간 동안 밀봉한 후 용기 위 3cm 부위에서 내부공기 1ml를 채취하여 Gas Chromatography(GC-2014, Shirmazui, Japan) 로 분석하였다. 모든 자료의 통계분석은 SPSS 프로그램(SPSS Statistic ver. 21, USA)을 이용하였다. 처리간 평균치의 유의차는 Tukey-Kramer’s test(honestly significant difference, HSD) 5% 수준으로 검증하여 분석하였거나, 또는 평균치와 표준오차를 5% 수준에서 표시하였다.
Progress of senescence of cut Lilium Oriental hybrids ‘Siberia’ flower. 6: Normal, 7: browning at the tip of tepal, 8: browning from 1/3 of tepal, 9: browning of tepal losing turgidity, and 10: collapsing and separation of tepal followed by browning and losing turgidity.
III. 결과 및 고찰
절화 백합 ‘Siberia’의 1-MCP 전처리 및 유통과정 적용에 따른 선도유지 및 품질에 미치는 효과를 조사한 결과는 다음과 같다. 절 화 백합 ‘Siberia’의 첫째 날 개화 단계는 1.5 및 3.0mg·L-1 1-MCP 전처리시 무처리 및 1.0mg·L-1 처리에 비해 개화가 다소 지연되는 효과를 나타내었으며, 특히 5°C 조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 전처 리를 1시간동안 하였을 때 무처리 및 다른 1-MCP 처리에 비해 11 일 정도는 개화가 크게 지연되었고, 실험 종료 시에는 5단계까지 완 전히 만개하여 다른 처리구와 큰 차이가 없었다(Table 1). 꽃봉오 리가 많은 백합에서는 절화 후 상부의 꽃봉오리에 적절한 수분이나 양분이 공급되지 않아 하부의 꽃보다 수명이 짧거나 개화가 불량하 게 되는데(Son et al., 1995), 본 연구에서는 모든 처리구에서 상부 꽃봉오리까지도 개화가 정상적으로 되었다. 절화 백합의 1-MCP 전처리 후 잎의 엽록소 함량은 무처리를 포함한 모든 처리구에서 엽록소의 소실이 거의 없다가 9일 이후 급격히 소실되는 경향을 보 였으며, 무처리는 13일에 15.05로 가장 낮은 엽록소 함량을 나타내 어 잎의 황화현상이 관찰되었다. 그러나 1.5와 3.0mg·L-1 1-MCP 전처리시 무처리 및 1.0mg·L-1 처리에 비해 높은 엽록소 함량을 유 지하였으며, 특히 5°C 조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 전처리를 1시 간동안 하였을 때 13일까지 36.45로 높은 엽록소 함량 결과를 나타 내었다.
Effect of 1-MCP concentration, duration and temperature on developmental stage of flower bud and chlorophyll concentration of cut Lilium Oriental hybrid ‘Siberia’
생체중에 있어서는 대조구에서 5일까지 증가하다 이후 급격히 감소되었으나, 모든 1-MCP 처리구에서는 7일까지 증가하였고, 특히 5°C 조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 전처리를 1시간동안 하였을 때 11일까지 증가하다 이후 감소되어 대조구 및 다른 1-MCP 처리 에 비해 높은 증가율을 나타내었다(Fig. 3, A). 수분흡수량에서는 모든 처리구에서 7일동안 감소하다가 증가하였으며, 특히 대조구 는 첫날 높은 흡수량을 나타내다 이후 급격히 감소한 반면, 5°C 조 건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 1시간 처리구와 15°C 조건에서 3.0mg· L-1 1-MCP 전처리를 0.5시간동안 하였을 때는 꾸준한 흡수량을 나 타내었다(Fig. 3, B). 수분균형에 있어서 대조구는 7일째 (-)값으로 떨어지는데 비해 다른 1-MCP 처리구에서는 9일을 전후로 감소되 는 경향을 나타내었다(Fig. 3, C). 특히 5°C조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 전처리를 1시간동안 하였을 때 꾸준한 (+)값을 나타내다 11일에 다소 증가되고 13일부터 (-)값을 나타내어 수분균형에 있 어 매우 효과적임을 알 수 있었다. 수분균형이 (-)값으로 감소되는 것은 증산량이 수분흡수량보다 높아 꽃이 시들기 시작하는 것으로 수분균형이 (-)값을 띄는 시점과 생체중이 감소되는 시점은 대부분 거의 일치한다. 5°C조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 전처리를 1시간 동안 처리했을 때 수분균형이 감소되다 다시 증가하는 경향을 나타 내었는데 이는 절화의 점차적인 노화로 인하여 생리적인 활성이 감 퇴되어 화판의 호흡이나 잎의 광합성으로 인한 증산량도 급격히 줄 어든다(Marousky, 1972)는 결과로 사료되었다. 1-MCP 처리는 생체중이나 수분흡수량, 수분균형에 직접적인 효과보다 에틸렌 억 제에 의한 노화 지연에 효과가 있다고 보고하였으나(In et al., 2002), 본 연구에서는 1-MCP의 농도, 처리시간 및 처리시 온도와 같은 일괄관리를 통해 생체중, 수분흡수량 및 수분균형에 영향을 주어서 개화가 지연되고 절화수명이 연장되는 것으로 판단되었다.
Effect of 1-MCP pre-treatment on fresh weight (A), water uptake (B), and water balance (C) of cut Lilium Oriental hybrids ‘Siberia’. Vertical bars represent SE.
절화 백합‘Siberia’의 색상변화에 있어서는 5°C조건에서 3.0 mg·L-1 1-MCP 전처리를 0.5시간동안 처리시 유통과정 이후 첫째 날 녹색을 표시하는 a값이 –15.5로 가장 낮게 나타났으며, 5°C조 건에서 3.0mg·L-1 1-MCP 1시간 처리구도 –14.6의 결과를 나타내 었다(Table 2). 그러나 25°C조건에서 1.0mg·L-1 1-MCP 전처리 를 2시간동안 처리시 a값이 –6.7로 가장 높게 나타났으며, 대조구 및 저농도의 고온조건에서 장시간 처리는 대체로 높은 결과를 나타 내었다.
Effect of 1-MCP concentration, duration and temperature on flower color of cut Lilium Oriental hybrid ‘Siberia’.
1-MCP를 3.0mg·L-1의 고농도 저온조건으로 처리시 봉오리 상 태의 녹색 값이 비교적 높게 유지되는 결과로, 1-MCP 처리시 국화 의 꽃봉오리 색이 연녹색에서 흰색으로 변하는 시기를 지연시켰다 (Suh et al., 2013)는 결과와 일치하여, 수출국 현지까지 절화 백합 의 선도를 어느 정도 유지시켜 상품의 수확 후 선도유지 차원에서 매우 중요한 결과로 사료되었다. 절화수명은 5°C조건에서 1.5mg· L-1 1-MCP를 1시간동안 처리시 대조구 및 1.0mg·L-1의 저농도 처 리조건의 16일에 비해 19일로 증가되는 결과를 나타내었다. 본 실 험에서는 꽃봉오리의 녹색을 유지하여 개화를 지연시키고 수분손 실을 억제하여, 1-MCP 처리가 에틸렌 작용억제제로 작용하여 개 화와 노화진행 속도를 늦춰(Serek et al., 1995) 선도유지 효과가 있음을 알 수 있었다. 줄기 절단면의 박테리아 발생량은 무처리에 비해 1-MCP 전처리시 월등한 효과를 나타내었으며, 특히 5°C조 건에서 1.5와 3.0mg·L-1 1-MCP 1시간 처리시 첫째 날부터 실험종 료일까지 대조구에 비해 박테리아 발생 농도를 현저히 감소시키는 결과를 나타내었다. 절화 장미의 경우 특정 세균의 수가 107~ 1011CFU·L-1정도 검출되었을 때 도관막힘이 일어나 절화수명이 단축되는 보고가 있었는데(Macnish et al., 2008), 본 절화 백합에 있어서는 1-MCP 처리시 도관막힘이 일어날 정도의 박테리아가 다량으로 검출되지 않아 절화수명 단축에 영향을 미치지 않은 것으 로 판단되었다.
절화 백합 ‘Siberia’의 1-MCP 전처리별 에틸렌 발생량은 모든 처리에서 조사 5일째부터 점차 증가되어 꽃봉오리가 열리기 시작 하는 7일째 가장 높은 수치를 나타내고 이후 감소되는 경향을 나타 내었는데(Fig. 4, A), 대조구는 1-MCP 처리구에 비해 초기부터 다 소 높은 수치를 나타내었다. 특히 15°C조건에서 3.0mg·L-1 1-MCP을 1시간 처리시 가장 낮은 에틸렌 발생량을 보이면서 대조 구와 비교해 볼 때 차이를 나타내었다. 절화 백합은 에틸렌에 민감 한 식물로 봉오리 탈리와 불개화 현상 등 내생에틸렌에 의해 수확 직후 호흡 증대와 노화가 급격히 진행되는 작물(Durieux et al., 1983; Van Meeteren and De Proft, 1982; Swart, 1980)로 에틸렌 작용억제제인 1-MCP는 에틸렌 수용체의 구조를 변화시킴으로써 수용체와 에틸렌과의 결합을 방해하여 에틸렌 생성이 억제되는 효 과를 나타낸다. 호흡률에 있어서는 첫날부터 3일까지 증가하다 이 후 지속적인 감소 추세를 나타내었고, 특히 대조구는 다른 1-MCP 처리에 비해 조사 3일째 가장 높은 수치를 보였으며, 대부분의 처리 에서 non-climacteric 양상을 나타내었다(Fig. 4, B). 그러나 15°C 조건에서 3.0mg·L-1 1-MCP을 1시간동안 처리시 대조구 및 다른 1-MCP 처리와 다른 climacteric 양상을 나타내었다.
Effect of 1-MCP pre-treatment on ethylene production (A) and respiration rate (B) of cut Lilium Oriental hybrids ‘Siberia’. Vertical bars represent SE.
본 실험의 결과를 종합한 결과 절화 백합의 품질이 떨어지는 것 은 절화 식물체내 수분 이동이 원활하지 않아 위조되기 때문으로 수분이동을 원활히 하고 위조를 막음으로써 노화현상을 늦출 수 있 다면 결과적으로 절화수명 및 품질을 더욱 연장(Petridou et al., 2001)시킬 수 있을 것으로 사료되었다. 따라서 본 실험에서는 1-MCP가 절화 백합의 선도를 유지시킬 수 있었으며, 이는 줄기 절 단면에 세균 증식을 억제시켜 수분흡수 및 생체중을 증가시키고 절 화수명 및 품질에도 효과적이었음을 알 수 있었다.
IV. 적요
절화 백합‘Siberia’의 수확 후 수명 연장과 품질 향상을 위해 1-MCP의 효과적인 처리 농도, 시간 및 온도를 구명하기 위해 수행 하였다. 개화 단계는 모든 처리별 5°C처리가 개화지연 효과가 가장 좋았으며, 특히 5°C조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP를 1시간 처리시 다른 처리구에 비해 개화 단계가 지연되었다. 잎의 엽록소 함량은 모든 처리구가 대조구보다 다소 높은 엽록소 함량을 유지하였으며, 5°C조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP를 1시간 처리시 높은 함량을 나타 내었다. 생체중은 대조구가 5일부터 감소되는 반면 5°C 조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 전처리를 1시간동안 하였을 때 11일까지 증가 되었다. 수분흡수량에서는 대조구가 실험 종료일까지 꾸준하게 감 소하는 반면 15°C조건에서 3.0mg·L-1 1-MCP를 0.5시간 처리시 가장 높은 흡수량을 나타내었다. 수분균형은 무처리시 7일부터 (-) 값으로 급격히 떨어지는데 비해 대부분의 1-MCP 처리구는 9일부 터 서서히 (-)값으로 떨어지고, 특히 5°C조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP 1시간 처리구는 11일까지 유일하게 (+)값을 유지하는 결 과를 나타내었다. 각 전처리별 조사 초기 색상 변화에서는 5°C조건 에서 3.0mg·L-1 1-MCP를 0.5시간 처리시 녹색값이 비교적 높게 유지되었으며, 절화수명 및 절화 품질에 있어서는 5°C조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP를 1시간 처리시 19일로 가장 연장되는 효과를 나타내었다. 박테리아 발생량은 5°C조건에서 1.5와 3.0mg·L-1 1-MCP를 1시간 처리시 가장 낮은 발생량을 나타내었다. 에틸렌 발생량 및 호흡률은 대조구보다 낮은 발생량을 나타내었으며, 특히 15°C조건에서 3.0mg·L-1 1-MCP를 1시간 처리시 다른 처리에 비 해 낮은 양상을 나타내었다. 이상의 결과를 종합적으로 고찰해보면 5°C조건에서 1.5mg·L-1 1-MCP를 1시간 처리시 도관의 미생물 발 생 억제 효과가 지속적으로 작용하여 수분 흡수가 원활히 이루어짐 으로써 수확 후 절화 백합의 선도유지 및 품질에 매우 효과적임을 알 수 있었고, 수출저장유통 과정 중에 상용적인 기술로 사용 가능 함을 제시 할 수 있었다.