Effects of Mechanical Pruning and Defoliation on the Physiology and Fruit Quality of Apple Trees (Malus × domestica) : 기계전정과 적엽이 사과나무의 생리와 과실품질에 미치는 영향

국문 초록 (Abstract)

현대 사과재배는 노동력 고령화와 인력 확보의 어려움으로 인해 작업 효율성을 높일 수 있는 기계화 기술의 필요성이 점차 증가하고 있다. 전정과 적엽은 수관 구조 유지와 과실품질 향상에 중요한 역할을 하지만 노동 소요가 크기 때문에 이를 기계로 대체하려는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 기계전정과 기계적엽은 작업 효율 향상이라는 장점과 함께 수관 구조나 광 환경을 변화시킬 수 있어 수체생리 반응이나 과실품질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 체계적 분석이 필요하다. 특히, 기계전정의 경우 전사체 수준의 조절 양상까지 분석함으로써 현장 적용성을 검증하는 것을 목표로 수행하였다.
기계전정의 영향 분석을 위해 ‘후지’와 ‘아리수’ 사과나무에 손전정, 기계전정, 그리고 두 방법의 병행 처리를 적용하여 수관 구조, 내부 광 환경, 광합성, 엽록소 함량 및 과실품질을 비교하였다. 기계전정 처리에서는 절단면이 넓고 불규칙하게 형성되었으며 수관 내부의 광 투과가 감소하는 변화가 확인되었다. 그리고 엽록소 함량 감소와 함께 기계전정 처리구의 광합성 수준이 손전정보다 낮게 유지되는 경향이 나타났다. 그러나 주요 과실품질 지표는 처리 간 큰 차이를 보이지 않았으며, 이는 기계전정으로 구조적 변화가 발생하더라도 수확기 과실품질은 일정 수준으로 유지될 수 있음을 시사한다. 기계전정의 분자적 반응을 확인하기 위해 후지 품종을 대상으로 RNA-seq 분석을 수행하였다. 그 결과 기계전정 처리에서는 광합성 관련 유전자 발현이 전반적으로 낮게 나타났으며, 스트레스 반응과 이차대사 관련 유전자는 상대적으로 높은 발현을 보였다. 이러한 유전자 조절 패턴은 전정과정에서 발생한 물리적 자극 및 처리 이후 수체의 생리적 변화가 분자수준에서도 반영된 결과로 해석할 수 있다. 따라서 기계전정이 생리 반응과 분자 조절 모두에 영향을 유발할 수 있음을 확인하였다.
기계적엽 실험에서는 ‘후지’와 ‘피크닉’ 품종에 공압식 적엽기를 다양한 압력 조건으로 적용하여 잎 제거율, 수관 광 환경, 과실품질 변화를 비교하였다. 기계적엽 처리 후 수관 내부의 광 투과는 안정적으로 증가하였으며, 적엽 정도와 관계없이 과중과 당도는 대체로 일정한 수준을 유지하였다. 모든 적엽 처리에서 과피 색도 향상이 일관적으로 나타났으며, 이는 적엽을 통해 확보된 광 환경이 착색 형성에 유리하게 작용한 결과로 판단되었다. 또한 품종과 처리 강도에 따라 잎 손상률과 착색 반응이 달라져, 적엽기술 적용 시 품종별 기준 마련의 필요성이 제시되었다.
기계전정은 전정시간 절감 효과가 크지만, 생리 및 유전자 수준에서 손전정 대비 변화 폭이 크고 수관 내부 광 환경이 불리해지는 경향이 나타났다. 따라서 기계전정의 단독 적용보다는 수광 개선을 위한 손전정과 병행하여 관리의 안정성과 효율을 동시에 확보하는데 유효할 것으로 판단되었다. 기계적엽은 품종에 관계없이 착색을 안정적으로 향상시키는 경향을 보였으며, 품종에 따라 처리 압력 조절이 필요함을 확인하였다.
본 연구는 기계전정과 기계적엽의 생리적 반응과 과실품질 변화를 체계적으로 분석하여 사과 과원에서 노동 효율성과 과실품질 관리를 위한 중요한 정보를 제시하였다. 특히 기계전정에 대해서는 생리·품질·전사체 반응을 함께 제시함으로써 기계전정의 적용 연구에 유용한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

목차 (Table of Contents)

• GENERAL INTRODUCTION 1
• CHAPTER Ⅰ. Implementation of mechanical pruning in slender spindle-shaped of apple trees 6
• 1.1. Abstract 6
• 1.2. Introduction 7
• 1.3. Materials and methods 9
• 1.4. Results 13
• 1.5. Discussion 30
• 1.6. References 34
• CHAPTER Ⅱ. Mechanical pruning induces distinct metabolic responses in slender spindle-shaped 'Fuji' apple trees 38
• 2.1. Abstract 38
• 2.2. Introduction 39
• 2.3. Material and methods 41
• 2.4. Results 46
• 2.5. Discussion 68
• 2.6. References 72
• CHAPTER Ⅲ. Physiological and molecular responses to preharvest defoliation strategies in slender spindle-shaped of apple trees 76
• 3.1. Abstract 76
• 3.2. Introduction 78
• 3.3. Material and methods 81
• 3.4. Results 85
• 3.5. Discussion 101
• 3.6. References 103
• Summary 108
• 국문초록 110