농촌 지도사, 농업직 9급 등 필독 재배학 요약 정리 10강. 광환경

 

10. 광환경

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1. 태양광에너지와 식물생장

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1) 광합성

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녹색식물이 광에너지를 받아서 대기의 이산화탄소와 뿌리가 흡수한 물을 이용하여 탄수화물을 합성하는 물질대사 과정.

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2) 호흡작용과 증산작용

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- 광은 광합성에 의해 호흡기질을 생성하여 호흡을 증대시킴.

- 광이 조사되면 온도가 상승하여 증산이 조장.

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- 열리는 과정 : 공변세포의 광합성→포도당 생성으로 공변세포 내부의 농도 높아짐→주위 세포로부터 물 흡수→팽압

이 높아져 공변세포가 휘어짐 →기공이 열림

- 닫히는 과정 : 공변세포의 광합성 중지 →공변세포 안의 양분 이동 → 공변세포 내부의 농도 낮아짐 →공변세포의 물

이 빠져나감 →팽압이 낮아져 공변세포의 모양 회복 →기공이 닫힘

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3) 작물의 광합성 특성

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<표> C 3 작물, C 4 작물, CAM작물의 광합성 특성

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<표> C 3 작물, C 4 작물, CAM작물의 광합성 특성

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4) C3, C4, CAM식물의 광합성 특성

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1) C3식물

• 이산화탄소를 공기에서 직접 얻어 칼빈회로에 이용하는 식물로 최초로 합성되는 유기물이 3탄소화합물임

• C3식물 : 벼ㆍ밀ㆍ콩ㆍ귀리

• 날씨가 덥고 건조하면 C3식물은 광호흡이 증대됨

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2) C4식물

• 수분을 보존하고 광호흡을 억제하는 적용기구가 있음

• 날씨가 덥고 건조하면 기공을 닫아 수분을 보존하고 탄소를 4탄소화합물로 고정시킴

• 엽육세포와 유관속초세포가 매우 인접하여 있어 효율적으로 광합성을 수행

• C4식물 : 옥수수ㆍ수수ㆍ기장ㆍ사탕수수 등

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3] CAM 식물

• CAM식물

: 선인장ㆍ파인애플ㆍ솔잎국화 같은 대부분의 다육식물

• 밤에만 기공을 열어 이산화탄소를 받아들이는 방법으로 수분을 보존하며 이산화탄소를 4탄소화합물로 고정

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4] C3식물과 C4식물의 해부학적인 차이

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- C3식물의 유관속초세포

엽록체가 적고 그 구조도 엽육세포와 유사

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- C4식물의 유관속초세포

다수의 엽록체가 함유되어 있고 엽육세포가 유관속초세포 주위에 방사상으로 배열

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5) 광의 생리작용

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1] 신장및 개화

• 단파장의 광(자외선) : 식물의 신장을 억제

• 광이 부족하거나 자외선의 투과가 적은 환경 : 웃자라기 쉬움

• 광조사가 좋으면 C/N율이 높아져서 화성이 촉진된다.

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2] 착색(전자기 스펙트럼)

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3] 굴광성

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• 광의 조사 시 식물체가 구부러지는 현상

: 광이 조사된 쪽의 옥신 농도가 낮아지고 반대쪽의 옥신농도가 높아지는데서 오는 현상

• 광합성에 이용되는 파장역

: 400~700㎚의 가시광선 부분, 특히 청색광(400~490㎚)과 적색광(620~680㎚)이 주로 흡수

• 줄기나 초엽에서는 향광성, 뿌리에서는 배광성이 나타남

• 굴광성 : 빛에 대해 방향성을 갖는 생장 호르몬 관여(옥신)

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4] 착색

• 광이 없을 때에는 엽록소의 형성이 저해되고, 에티올린 (etiolin) 색소가 형성되어 황백화현상을 일으킴

• 엽록소의 형성에 효과적인 광파장

: 430~470㎚의 청색광역과 620~670㎚의 적색광역

• 사과ㆍ포도ㆍ딸기ㆍ순무 등의 착색

: 안토시안의 생성에 의한 것

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2. 광보상점과 광포화점

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1) 광포화점과 광보상점의 관계

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- 광포화점 - 어느 한계에 이르면 광도를 더 증가시켜도 광합성량이 더 이상 증가하지 않는 상태의 광도

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- 광보상점 - 암흑상태에서 광도를 점차 높여 이산화탄소의 방출속도와 흡수속도가 같게 되는 때의 광도

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- 고립상태에서의 광포화점

• 음생식물 : 보상점이 낮아 음지에서 잘 자라는 식물 (내음성이 강함)

• 양생식물 : 보상점이 높아 태양광 아래서만 양호한 생육을 할 수 있는 식물

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2) 포장상태에서의 광합성

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1] 포장동화능력

• 포장상태에서의 단위면적당 동화능력을 말함

• 포장동화능력의 표시

: 총엽면적 × 수광능력 × 평균동화능력

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2] 군락의 광포화점

• 군락상태 : 포장에서 식물이 자라서 잎이 서로 얽혀 많은 잎들이 직사광선을 받지 못하는 상태

• 군락이 우거져 그늘 잎이 많아지면 군락의 광포화점은 높아짐

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3] 최적엽면적

• 군락상태에서 건물생산을 최대로 할 수 있는 엽면적

(엽면적이 최적엽면적일 때의 엽면적지수를 최적엽면지수라고 한다.)

• 식물의 건물생산은 진정광합성량과 호흡량의 차이인 외견상광합성에 의해 지배.

• 식물의 건물생산량은 어느 한도까지는 군락의 엽면적이 커짐에 따라 증가하나 그 이상으로 엽면적이 증대한 경우에는 오히려 감소

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• 엽면적지수(optimum LAI : leaf area index)

: 군락의 엽면적을 토지면적에 대한 배수체로 표시한 것

• 최적엽면적지수를 크게 하는 것

: 군락의 건물생산력을 크게 하여 수량을 증대시키는 것

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3) 생육단계와 일사

- 일조부족의 영향은 작물의 생육단계에 따라서 차이가 있음

- 감수분열기의 차광은 영화수를 작게 하며, 유숙기의 차광은 정조 천립중을 크게 감소시킴

- 일조부족이 수량에 가장 큰 영향을 주는 시기는 유숙기이고, 다음이 감수분열기이다.

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4) 군락의 수광태세

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* 벼의 초형

• 잎이 두껍지 않고, 약간 가늘며, 상위엽이 직립한다.

• 키가 너무 크거나 작지 않다.

• 분얼 – 개산형(開散型, gathered type)이 좋다..

• 각잎이 공간적으로 되도록 균일하게 분포한다

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* 콩의 초형

• 키가 크고, 도복이 안되며, 가지를 적게 치고 가지가 짧다.

• 꼬투리가 원줄기에 많이 달리고, 밑에까지 착생한다.

• 잎자루가 짧고 일어선다.

• 잎이 작고 가늘다.

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군락의 최적엽면적지수는 군락의 수광태세가 좋을 때에 커짐

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* 수광태세의 개선

광에너지의 이용도를 높이는 데 있음

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* 군락의 수광태세를 개선하기 위한 조건

우수한 초형의 품종을 육성하고 재배법도 개선하여 군락의 잎 구성을 좋게 해야 함

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* 수광태세를 개선하기 위한 재배적 방안

• 어느 작물이나 재식밀도와 비배관리를 철저히 해야 함.

• 맥류에서 광파재배보다 드릴파재배를 하는 것이 수광 태세가 좋아지고 지면증발량도 적어짐.

• 벼나 콩에서 밀식을 할 때에는 줄 사이를 넓히고 포기 사이를 좁히는 것이 군락 하부로의 광투사를 좋게 함

• 벼에서 규산과 칼리를 충분히 사용하면 잎이 직립하며, 무효분얼기에 질소를 적게 주면 상위엽이 직립

(* 분얼 : 화본과식물의 땅 속에 있는 마디에서 가지가 나오는 것, * 무효분얼 : 분얼은 되었어도 이삭을 맺지 못하거나 죽은 것 )

드릴파재배

광파재배

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3. 작물의 재배조건과 일사

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1) 작휴 및 파종조건

- 대부분은 이랑의 방향을 남북향으로 하는 것이 동서향으로 하는 것보다 수광량의 증가를 보임

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- 증수재배의 요점

작물의 생육 초기에는 엽면적을 증가시켜 포장동화능력을 증대하고 생육 후기에는 최적엽면적과 단위동화능력을

증가시켜 포장동화능력을 증대시키는 것

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- 생육 초기의 엽면적 증대, 후기의 최적엽면적 및 단위동화능력을 제고하기 위한 합리적인 재배방법 (간작기간, 재식밀도, 시비 및 관리법)을 강구해야 함

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Q1. 작물의 개화기 조절과 관계가 먼 것은?

1

일장효과

2

춘화처리

3

감온성

4

T/R율

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정답 : 4

해설 : 작물의 내적균형은 C/N율, G-D균형이며, T/R율은 식물의 지상부(top)와 지하부(root) 생장의 중량비율을 말한다.

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- 개화기 조절에 관여하는 내적요인으로 C/N율설이 중요하다.

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- 개화기 조절에 관여하는 외적요인으로 온도(춘화처리)와 일장(일장효과)이 있다.

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Q2. 춘화처리에 대한 설명으로 옳은 것은?

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1추파성 정도가 높은 식물일수록 장기 저온처리를 해야 효과가 있다.

2춘화처리에 감응하는 부위는 잎이다.

3춘화처리에 산소의 공급은 필요하지 않다.

4최아한 봄밀(春播麥類)을 1~2℃에서 저온처리 했을 때 개화촉진 효과가 나타나 는 것을 말한다.

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정답 : 1

해설 : 춘화처리는 작물의 개화를 유도, 촉진하기 위하여 일정기간 인위적인 온도처리를 하는 것이며 감응부위는 생장점이다. 처리 중에 산소가 부족하면 호흡에 영향을 미쳐 춘화처리 효과가 늦어지거나 발생하지 못한다. 처리온도와 기간은 추파맥류에서는 최아종자가 0~3℃에서 30~60일, 벼에서는 37℃에서 10~20일 정도이다.

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Q3. 저위도 지방에서 가장 다수성을 가져올 수 있는 기상생태형은?

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1감온형

2감광형

3기본영양생장형

4세 기상생태형 모두 안 된다.

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정답 : 3

해설 : 저위도 지대는 기본영양성이 크고, 감온성ㆍ감광성이 작아서 고온단일인 환경에서도 생육기간이 길어 수량이 많은 기본영양생장(Blt형)이 재배된다.

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Q4. 벼의 여러 가지 기상생태형 중에서 저위도 지대에 분포하는 품종의 생태형은?

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1기본영양생장성과 감온성이 작고 감광성이 큰 감광형

2기본영양생장성과 감광성이 작고 감온성이 큰 감온형

3감온성과 감광성이 작고 기본영양생장성이 큰 기본영양생장형

4감광성이 작고 감온성과 기본영양생장성이 큰 감온ㆍ기본영양생장형

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해설 : 기상생태형의 지리적 분포

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- 저위도지대 : 기본영양성이 크고 감온성, 감광성이 작아서 고온단일인 환경에서도 생육기간이 길어 수량이 많은 기본영양생장형이 재배된다.

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- 고위도지대 : 여름의 고온기에 일찍 감응되어 출수, 개화하여 서리가 오기 전에 성숙할 수 있는 감온성이 큰 감온형이 재배된다.

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- 중위도지대 : 위도가 높은 곳에서는 감온형이 재배되며, 남쪽에서는 감광형이 재배된다.

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■ 핵심요약 정리

C3작물은 날씨가 덥고 건조하면 기공을 닫기 때문에 광합성률이 감소되어 작물생산이 줄어들고

광호흡이 증대한다.

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C3작물과 C4작물 광합성의 차이는

① C3식물은 날씨가 덥고 건조하면 기공을 닫으므로 광합성률이 감소되어 작물생산이 줄어든다.

② C3식물은 광호흡을 하며 벼 · 밀 · 콩 · 귀리 등이 해당된다.

③ C4작물은 수분을 보존하고 광호흡을 억제하는 적응 기구를 갖고 있으며 옥수수 · 수수 ·

사탕수수 등이 해당된다.

④ C4작물은 이산화탄소 농도가 산소농도보다 훨씬 낮은 조건에서도 4탄소화합물을 고정할 수

있다.

⑤ C4식물의 유관속초세포에는 다수의 엽록체가 함유되어 있고 엽육세포가 유관속초세포

주위에 방사상으로 배열한다.

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옥신은 작물의 굴광성과 관련 있는 호르몬이다.

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광포화점이란 광도가 증가함에 따라 광합성이 증가하다가 더 이상 증가하지 않는 때의 광도이다.

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군락상태에서는

① 자연상태의 최대일사에도 광포화상태에도 달하지 못하는 경우가 많다.

② 군락상태에 있는 식물의 하위 잎은 포화광에 이르지 못하는 경우가 많다.

③ 광포화점이 높다.

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엽면적지수란 군락의 엽면적을 토지면적에 대한 배수체로 나타낸 것이고, 최적엽면적이란

군락상태에서 건물생산을 최대로 할 수 있는 엽면적을 말한다.

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경화(hardening)란 월동작물이 5℃ 이하의 저온에 계속 처하게 되면 내동성이 증가하는 현상을

말한다.

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최적엽면적지수를 크게 하면 군락의 건물 생산능력을 크게 하여 수량을 증대시킨다.

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