바이오 에탄올
바이오에탄올은 녹말(전분) 작물에서 포도당을 얻은 뒤 이를 발효시켜 만든다는 점에서 바이오디젤과 다르다.
대표적인 원료는 사탕수수·밀·옥수수·감자·보리·고구마 따위의 녹말 작물이다.
그밖에 카사바·볏짚 등 다양한 식물에서도 바이오에탄올을 추출할 수 있다.
바이오매스 안에 있는 탄수화물을 글루코오스(포도당)로 전환시킨 뒤, 다시 포도주나 양조 맥주를 발효시키는 것과 비슷한 발효과정을 거쳐 만든다.
탄수화물 -> 글루코오스(포도당) -> 포도주나 양조 맥주를 발효시키는 것과 비슷한 발효과정
사탕수수·밀·옥수수·감자·보리 등 주로 녹말 작물을 발효시켜 차량 등의 연료 첨가제로 사용하는 바이오연료로서 바이오디젤과 함께 가장 널리 사용되고 있다. 바이오에탄올은 녹말(전분) 작물에서 포도당을 얻은 뒤 이를 발효시켜 만든다.
화석연료와 달리 환경오염 물질이 전혀 없고, 식물로부터 연료를 얻기 때문에 언제든지 재생이 가능하다.
유해물질을 전혀 배출하지 않아 일찍부터 차량용 대체에너지로 주목을 받았다.
■ 식용작물학 ■ 1. 쌀과 쌀음식 주식의 특성 - 영양이 풍부, 기호성이 높다, 요리가 간편하다. 세계인구의 45%가 쌀을 주식으로 이용하고 있다. 우리나라는 여름에 강우량이 많고 온도가 높아 벼농사에 적합. 집약농업형태 - 좁은 국토에 부양할 인구가 많기 때문. 벼(현미) 생산성 - 4.5t / ha. 백미 100g당 탄수화물인 당질 76g, 단백질 7g, 지방 1.3g, 섬유소 0.3g. 쌀의 당질 - 약 80%가 녹말 - 포도당으로 분해되어 흰쌀 100g당 356kcal의 에너지 공급. 뇌조직은 포도당만을 에너지원으로 사용. 인슐린 분비의 자극이 적다 - 비만, 당뇨병 방지. 쌀의 단백질 - 글루텔린 - 70~80% 차지. 소화가 잘 된다. 리신이 밀가루나 옥수수보다 2배나 많다. 프롤라민 - 소화가 되지 않고 그대로 배설. 아미노산가 - 65로 우수하다. 소화흡수율 - 약 99.7%. 쌀 > 밀 > 옥수수 > 감자. 쌀의 지방 - 함량은 낮으나 불포화지방산이 많다. 소화흡수율 90%. 리놀레산 - 세포막 인지질의 일부를 만드는데 꼭 필요한 필수지방산. 올레산. 쌀에는 비타민 B 복합체가 풍부하다. 마그네슘과 칼리 비(Mg/K) - 높을수록 밥맛이 좋다. 고품질 쌀은 식미가 좋은 쌀을 의미한다. 음식물의 이상적인 칼로리 구성 - 당질 65%, 단백질 15%, 지방 20%. 무균포장쌀밥 - 항공사 기내식. 레토르쌀밥 - 군용으로 납품. 냉동쌀밥 - 쌀밥을 -50℃이상에서 급속냉동 - 필리프(볶음밥류)류가 많다. 칠드쌀밥 - 동결건조포장. 쌀떡 - 찌는 떡 - 설기, 시루떡. 빚는 떡 - 송편, 경단. 술로 부풀린 떡 - 증편. 세계 3대 식량작물 - 벼, 밀, 옥수수. 곡류재배면적의 75%, 곡류 생산량의 85%. 벼 - 연간 1억 5천만 ha에서 알벼 6억톤(현미로는 약 4억 5천만톤) 생산. 아시아가 전세계 재배면적의 89%, 생산량의 91% 차지. 중국이 가장 많이 생산 - 31%. 세계식량기구(FAO)가 권장하는 쌀재고량 - 16%. 쌀의 국제무역거래량 - 약 2300만톤 - 총 생산량의 4%정도. 우리나라 논면적 - 전국토의 11%, 농경지의 57%. 105만 ha에서 550만톤 생산. 식량자급율 - 2002년 현재 30.4%. 사료용을 제외하더라도 58.3%에 불과. 2. 논과 벼농사 영양생장기 - 못자리때(묘대기) 모내기때(이앙기) 새끼칠때(분얼기) - 뿌리내릴때(활착기) 참새끼칠때(유효분얼기) - 분얼비. 최고새끼칠때(최고분얼기) - 출수전 30일경. 헛새끼칠때(무효분얼기) - 중간물떼기. 생식생장기 - 마디사이자랄때(절간신장기) - 배동받이때(유수형성기) - 수비(이삭거름) 이삭밸때(수잉기) - 물걸러대기. 이삭팰때(출수기) 여뭄때(등숙기) - 젖익음때(유숙기) - 실비(알거름) 풀익음때(호숙기) - 누렇게익음때(황숙기) 다익음때(완숙기) - 완전물떼기. 고쇤때(고숙기) * 절간생장기와 유수발육기(이삭자랄 때)는 시기적으로 일치한다. * 우리나라 중생종의 생육일수는 약 160일 정도. - 영양생장기 약 90일, 생식생장기 약 30일, 여뭄때 약 40일. 참줄기비율(유효경비율) - 전체 새끼친수(분얼수)에 대한 참새깨친수(유효분얼수)의 비율. 참줄기비율이 높을수록 벼수량이 높다. 참새끼칠때(유효분얼기)에 분얼비를 주고 헛새끼칠때(무효분얼기) 에 중간물떼기를 하면 참줄기비율이 높아진다. 생식생장기 - 유수분화기(이삭생길때)와 더불어 시작된다. - 질적변화. 배동받이때 이삭거름을 주고, 이삭밸때 물걸러대기를 하면 벼수량을 올리는데 필요한 이삭꽃수(영화수)를 확보할 수 있고 임신율이 높아진다. 알거름 - 젖익음때 시비. 등숙률과 낟알무게를 높여준다. 황숙기 - 한 이삭의 90%정도가 누렇게 익었을 때. 수확적기. 무논의 기능 - 토양유실방지, 지력보존시스템, 온도조절, 염류집적 방지, 연작장해가 없다. 공익적 역할 - 홍수조절, 지하수 함양, 수질 및 대기정화, 야생담수어, 곤충, 조류의 보호, 자연환경유지, 보건휴양. 토층분화 - 논토양이 산화층과 환원층으로 나뉘어 지는 현상. 산화층 - 논토양과 물이 맞닿은 부분의 흙. 대기, 물에서 공급되는 산소에 의해 산화철이 만들어진다. - 황갈색. 환원층 - 산화층의 아래 부분. 유기물분해를 하는 혐기성 미생물에 의해 산소가 급격히 소모. - 암회색. 탈질작용 - 탈질박테리아가 질산을 질소가스나 산화질소형태로 만들어 공기 중으로 날려 보내는 것. 질소비료의 이용효율을 저하시킨다. 예방법 - 전층시비 및 심층시비. 질소의 심층시비 - 중후기생육기까지 비료효과의 완만한 지속으로 입수 및 등숙률 증대. --> 건물생산능력 증가. 보통논 - 물이 풍부하고 배수가 잘 되어 생산성이 높고, 생산된 쌀의 밥맛이 가장 좋다. 건답이라고도 한다. 우리나라 논의 약 1/3. 모래논 - 사질답. 양분모유력이 약하고 용탈이 심하여 시루논(누수답)이라고도 한다. 우리나라 논의 약 1/3. 토양개량이 필요 - 객토 및 규산질비료 증시, 녹비작물 재배, 유기물 및 인산 증시, 토양개량제(지오라이트) 시용.미숙논 - 미숙논 - 토양조직이 치밀하고 양분함량이 낮다. 물스밀성(투수성)이 약하다. 물리적 성질 개선필요 - 잘 썩은 퇴비를 충분히 주고 심경을 한다. 고논 - 배수가 잘 안되어 물이 차있다(습답). 유기물분해가 늦다. 수온이 올라가면 유기물이 집적 --> 뿌리가 썩기 쉽고 칼리, 규산 흡수저해. 암거배수 등으로 지수 수위를 낮추어주어야 한다. 염해논 - 간척지의 염분농도가 높은 논 - 염분농도 0.3%이하이면 벼재배 가능. 토양입자 미세 --> 통기불량 --> 토양의 환원 --> 유화수소(H2S) 발생 --> 뿌리썩음이 심하다. 물을 대어 염분을 씻어내고, 생짚, 석고, 석회 등의 토양개량제 시용. 노후논 - 추락이 일어난다. - 초기에는 생육이 왕성하나 이삭팬 이후 비리비리한다. 주된 원인은 논토양의 노후화. 객토 - 황산철, 규산, 무기염류가 많고 점토함량이 20~25%인 붉은 흙을 사용한다. 갈이흙 깊이 18cm, 점토함량 15%로 개량. 규산시용 - 도복방지, 완전립 비율 증가, 단백질 및 아밀로오스함량이 낮아져 식미향상. 유효규산함량 130mg/kg. 가을갈이(추경) - 미숙논, 염해논, 볏짚사용논. 봄갈이(춘경) - 보통논, 모래논, 고논. 7~8월은 높은 기온, 많은 비, 볕이 적다. --> 이삭꽃수 감소, 이삭패기 전후의 동화산물 축적량이 적다. --> 수량형성에 불리 --> 품종개량과 재배기술 개선으로 극복. 저온에 가장 예민한 시기 - 화분모세포의 감수분열기, 이삭팰때, 개화기. 20℃이하로 여러 날 지속되면 쭉정이 비율이 높아진다. 가장 오래된 볍씨 - 한강유역 고양시 일산 가와지유적(약 5천년 전). 농가월령가 - 조선후기 영농교과서. 3. 재배벼의 분화와 품종개량 재배종 - Oryza sativa와 O.glaberrima 뿐이다. 종자식물문 - 피자식물아문 - 단자엽식물강 - 영화목 - 벼과 - 벼속. 아시아재배종 - Oryza sativa L. 재배벼 - 속씨식물, 떡잎은 1장, 이삭꽃(영화)을 가진다. 염색체 2n=24, 약 5만개의 유전자. 아시아벼 X 아프리카벼 ---> F1은 완전불임. 아시아벼 - 조상은 다년생야생벼인 루피포곤(O. rufipogon). 인도기원설과 동남아기원설이 가장 유력한 학설. 생태종 - 인디카 - 세계에서 가장 많이 재배. 생태형이 많이 분화. 열대자포니카 - 예전에는 자바니카라 불렸다. 온대자포니카 - 우리나라, 일본, 중국동북부에 분포. 야생벼 - 일년생과 다년생. 영양번식과 종자번식을 모두 한다. 번식할 수 있는 환경범위가 넓고 유전변이가 크다. 종자의 탈립성이 강하다. - 생존에 유리. 까락이 있다. - 종자의 분산을 돕고 새나 짐승으로부터 보호. 휴면이 길고 발아가 고르지 못하다. - 불량환경에 대처. 개화기간이 길고 암술주주가 커서 영밖으로 까지 나온다. - 타가수정 용이. 꽃밥이 크며 꽃가루수가 많고 수명이 길다. 꽃가루의 확산범위가 넓다. 품종의 3대 구비조건 - 구별성, 균등성, 안정성. 초형 - 잎면적지수와 수광태세를 결정 --> 단위면적당 광합성에 영향. 다수성 벼품종의 특성 - 초형은 직립. 다비재배로 저장기관의 크기가 늘어나도 등숙율이나 수확지수(이삭/짚)가 떨어지지 않는다. 키는 반왜성이며 튼튼한 줄기. 인디카 온대자포니카 낟알모양 가늘고 길다. 둥글고 짧다. 까락 없다. 있다. 탈립성 잘 떨어진다. 잘 안 떨어진다. 키 크다. 작다. 식물체 세기 억세다. 부드럽다. 내냉성 약하다. 강하다. 내한성(가뭄) 강하다. 약하다. 아밀로오스함량 23~31% 10~20% 조직감 퍼석퍼석하다. 끈기가 있다. 소비자는 쌀의 품질을 영양성, 안전성, 기호성, 경제성으로 평가. 꽃의 분화시기 - 기본영양생장성, 감광성, 감온성 등에 지배받는다. 조생품종 만생품종 기본영양생장성 짧다. 짧다. 감광성 약하다(둔하다). 강하다(예민하다). 감온성 강하다. 약하다. 재배적지 북부고랭지 추운 곳. 일장에 관계없이 꽃눈 분화. 중남부 평야지대 따뜻한 지방 광지역 적응성품종 - 감광성과 감온성이 약하면서 기본영양생장성이 적당하여 고위도 및 저위도지역에서 모두 재배할 수 있는 품종. - IR36, IR72. 내병성품종 - 침입저항 - 식물체가 형태적으로 강하여 병원균 침입 방지. 확대저항 - 식물체가 병원균이 필요한 영양분을 갖고 있지 않음. 억제물질 - 식물체가 피토알렉신을 생산하여 침입균 사멸. 우리나라 벼품종역사 - 약 5000년 전부터 벼농사 시작. 고문헌에 나오는 최초의 벼품종 - 「농사직설」--> 조도, 만도. 권업모범장 - 1906년 수원에 설립. 체계적인 벼육종의 효시. 재래품종 - 조숙성, 키가 크다. 포기당 이삭수 적고 이삭당 이삭꽃수는 많다. 대립종이며 까락이 있다. 저온발아성과 내한성은 강하나 도열병에 약하다. 도입품종 - 1910년 일본으로부터 도입. - 일출, 조신력. 남선13호 - 1933년 국내 최초의 교배육성품종. 근연교배. 통일형벼 - 1971년 최초의 원연교배(인디카 X 자포니카) 육성품종. IR8 // Yukara / TN1. Yukara - 자포니카. IR8, TN1 - 인디카. 반왜성 직립초형, 다수성, 인디카에 가깝다. 내비성이 크고 도열병저항성이 크다. - 수중형, 내도복성. 등숙최적온도 19℃. 1976년 쌀자급을 이루었다. - 녹색혁명의 견인차. 화성벼 - 1985년 최초의 꽃가루배양 육성품종. 꽃가루배양(반수체육종)은 벼품종 육성기간을 5~6년으로 단축시켰다. 일품벼 - 식미가 좋은 품종. 새추청벼, 안성벼 - 3개의 도열병 균주에 강한 다계품종. 다계품종 - 작물학적 특성은 균등하면서 특정 유전자만 다른 2개 이상의 계통(동질유전자 계통이라 한다.)을 혼합하여 만든 품종. 대립벼1호 - 1933년 최초 보급된 특수미품종. 천립중이 일반품종의 1.7배나 무거운 대립종. 튀김용이나 술쌀로 적합. 교배양식 - 단교배, 3원교배, 여교배, 다계교배. 4. 볍씨의 발아와 모 생장 벼의 일생은 이삭생길때(유수분화기)를 기준으로 영양생장기와 생식생장기로 나뉘어 진다. 최고분얼기 - 출수전 30일쯤. 유효분얼기종지기는 최고분얼기보다 약 15일 빠르다. 이삭자랄 때 - 유수형성기(배동받이때) - 이삭생길때부터 감수분열기 직전까지. 수잉기(이삭밸때) - 감수분열기부터 이삭팰때(출수기)까지. *출엽속도가 느려진다. - 영양생장기에는 4~5일 이던 것이 생식생장기에는 약 8일이 걸린다. 감수분열기 - 출수전 15일전 시작하여 10일 정도 걸린다. 냉해, 한해, 영양부족 등에 민감. 출수 - 끝잎(지엽)의 잎집(엽초)에 싸여있던 이삭이 밖으로 나오는 것. 배는 출수와 동시에 또는 그 다음날 벼꽃이 되며, 자가수분 후 4~5시간 안에 수정이 이루어진다. 출수시 - 한 논의 10%정도 팼을 때. 출수기 - 〃 40% 〃 . 수전기 - 〃 80%이상 팼을 때. 이삭 1포기가 전부 패는 데는 1주일, 한 논의 출수가 모두 끝나려면 약 2주일 걸림. 이삭자라는 기간과 여뭄기간은 품종의 조.만성에 관계없이 거의 일정하다. - 즉 영양생장기간의 길이에 의해 일생의 길고 짧음이 결정된다. 영양생장기간 - 조생종 50일, 중생종 90일, 만생종 110일. 볍씨의 구조 - 큰 껍질(외영, 까락이 있다), 작은 껍질(내영). 벼가 다 익으면 받침껍질(호영)과 벼알가지(소지경)사이에 이층형성이 생겨서 탈립이 된다. 자포니카 - 이층형성이 충분치 않아 탈립이 잘 되지 않는다(탈립성이 낮다). 인디카 - 탈립성이 높다. 현미 - 씨방(자방)이 발달한 것. 벼의 열매에 해당. 씨껍질(종피), 씨눈(배), 씨젖(배유)으로 구성. 식물학적인 종자에 해당. 배 - 발아하여 벼로 생장할 어린 식물. 어린 싹(유아) - 초엽으로 싸여 있는 어린 싹은 1엽, 2엽, 3엽으로 분화되어 있다. 어린뿌리(유근) - 근초가 감싸 보호하고 있다. 1개의 씨뿌리(종자근). 배반 - 배에서 어린 싹과 어린뿌리를 제외한 부분. 발아 시 필요한 효소들이 들어있다. 책상흡수세포는 배와 배유가 접한 곳에 있어서 발아 시 배의 활동을 촉진시킨다. 백미 - 현미에서 열매껍질(과피), 씨껍질(종피), 호분층, 배를 제거한 것. 즉 쌀겨(등겨)를 제거한 것이다. 발아과정 - 흡수기 --> 활성기 --> 발아 --> 생장기. 흡수기 - 수분흡수 - 배와 배유의 생리적 활성 유발. 볍씨무게의 15%가 되는 때부터 배가 활동 시작. 온도가 높을수록 수분이 빨리 흡수된다. 활성기 - 약 30~35%의 수분함량을 유지하면서 발아를 준비하는 시기. 배의 호흡이 왕성해진다. 배반과 호분층에 있는 효소가 활성화된다. 산소가 전혀 없는 조건에서 볍씨는 발아율이 80%정도 된다. - 초엽만 이상신장. 씨뿌리는 거의 자라지 않는다. - 발아에 필요한 카탈라아제, 시토크롬산화효소, 아밀라아제 등과 같은 효 소들의 활성이 매우 낮다. - 빛의 유무와 관계없이 잘 발아하지만, 산소가 부족한 상태에서의 암흑조 건에서는 중배축이 신장하여 어린 싹이 나온다. 중배축 - 초엽마디와 씨뿌리 근초 사이. 보통상태에서는 신장하지 않는다. 소금물가리기(염수선) - 비중 1.13인 소금물에 가라않지 않는 종자 제거. 볍씨담그기 - 6~7일간 담가둔다. 매일 물을 갈아준다. 발아에 필요한 수분을 충분히 흡수. 왕겨에 들어있는 발아억제물질 제거. 엽령 - 주간의 출엽수에 의해 산출되는 벼의 생리적 나이. 묘령 - 불완전엽인 1엽을 제외한 엽수. (엽령 - 1). 주간 - 최초의 줄기. 가장 길이가 길다. 어린모 - 엽령 2.5~3.0. 기계이앙에 알맞다. 배유양분이 30~50%정도 남아있어 기계이앙 중간모보다 활착이 빠르다. 중간모 - 엽령 4.5~5.0. 자란모 - 엽령 7.0~8.0. 손이앙. 이유기 - 광합성을 시작하는 시기. 엽령 2.5부터. 배유의 저장양분은 모가 3.8엽 정도 자라면 완전히 소모된다. 5. 벼의 잎, 줄기, 뿌리의 생장 잎집(엽초) - 영양생장기간동안 여러 잎이 겹쳐져서 마치 줄기처럼 식물체를 지탱해준다. 도복방지에 중요한 역할. 출수전에 녹말이나 당을 일시적으로 저장. 잎새(엽신) - 광합성과 증산작용. 1엽은 불완전엽으로 잎집만 있다. 2엽은 잎새는 있으나 잎집보다 짧다. 3엽부터 정상적인 형태를 갖춘다. 잎새길이가 가장 긴 것은 위에서 세 번째 잎. 주간의 잎수 - 조생종 11~14매, 만생종 18~20매. 끝잎(지엽) - 맨 위의 잎. 잎혀만 있고 잎귀는 없다. 끝잎의 잎집이 출수 전의 이삭을 싸고 있다. 잎혀 - 잎집의 끝이 퇴화한 것. 빗물이 잎집과 줄기 사이로 들어가는 것을 막아준다. 잎집과 줄기 사이의 공기습도조절. 잎귀 - 표면에 긴 털이 많이 나 있다. 깃의 양쪽에 1개씩 있다. 잎집이 줄기에서 분리되지 않도록 해준다. 잎새조직 - 엽육조직, 유관속(관다발조직), 기동세포, 기공, 수공, 통기강 등. 엽육조직 - 광합성에 필요한 엽록체가 있는 유세포로 구성. 기동세포 - 수분 부족 시 안쪽으로 말아 수분증산을 막아준다. 기공 - 잎의 앞뒷면에 고르게 분포. 직립초형이 광합성에 유리. 상위엽일수록, 잎선단일수록 많다. 일액현상 - 저녘 무렵 수공을 통해 물이 배출되는 현상. 뿌리의 흡수로 생기는 물관내의 근압 때문이다. 벼는 잎에서 뿌리로 공기를 수송하는 통기계가 형성되어있어서 담수조건에 적응할 수 있다. 출엽주기 - 영양생장기 4~5일. 생식생장기 약 8일. --> 출엽대신 마디사이가 신장하기 때문. 출엽주기에 필요한 적산온도 - 영양생장기 약 100℃. 생식생장기 약 170℃. 벼잎의 수명 - 줄기 위쪽으로 갈수록 길고, 끝잎의 수명이 가장 길다. 잎면적지수(LAI) - 단위면적당 전체잎새면적 / 포장면적. 출수직전에 최대값이 된다. 생리적 활동중심 - 광합성이 가장 왕성한 잎. 벼가 한창 자라고 있을 때(영양생장기) - 위에서부터 3엽, 4엽. - 광합성산물은 대부분 위쪽 잎으로 이동. 다자란 벼(생식생장기) - 끝잎과 2엽. - 광합성산물은 주로 이삭으로 이동. - 3엽과 그아래쪽의 광합성산물은 뿌리로 전류 줄기 - 마디 수 14~18개로, 이삭으로부터 아래쪽 4~5개 마디사이가 길다. 불신장마디부위 - 밑에서부터 10마디 사이까지. 모두 합하여 약 10cm정도. 신장마디부위 - 불신장마디 위쪽의 1~5마디사이. 생식생장기가 시작되면서 빠르게 신장. 이삭목마디사이 - 벼이삭 바로 아래마디로 가장 길다. - 약 30cm정도. 벼의 키(간장) - 지표면에서 이삭목마디(수수절)까지의 길이. 이삭길이(수장) - 이삭목마디부터 이삭 끝까지의 길이. 수강 - 벼줄기 마디사이의 가운데 속이 빈 곳. 표피와 수강사이에 유관속과 통기강이 있다. 통기계 - 마디와 마디사이를 연결하는 통기조직. 간기중 - 토양표면에서 상위 10cm까지의 건물 중. 무거울수록 내도복성이 강하다. 새끼친줄기(분얼경) - 신장부위마디는 새끼칠눈(곁눈)이 휴면하고 있어서 새끼친줄기가 나오지 않고, 불신장마디부위에서 나온다. 불신장마디부위는 10마디이므로 새끼친줄기도 10개정도 나온다.(1차 새끼친줄기). 벼 지상부의 질소함량이 3.0%이상인 경우에 새끼치기가 왕성하다. - 2.5%이하가 되면 새끼치기가 정지된다. - 주간의 인함량이 0.25%이상 되어야 정상적인 새끼치기가 이루어진다. 동신신장 - 주간의 n번째 잎이 나올 때에는 반드시 그보다 3잎아래인 n-3번째 잎의 겨드 랑이에서 새끼친줄기가 나오고, 동시에 n-3마디사이에서는 뿌리(관근)가 발생한다. 참새끼줄기(유효분얼경) - 새끼친줄기가 일찍 먼저 나온 것. - 이삭의 알벼가 익는다. 헛새끼친줄기(무효분얼경) - 유효분얼종지기 이후에 나온 새끼친줄기. - 이삭이 없다. 최고새끼친수(최고분얼수) = 참새끼줄기 + 헛새끼줄기. 참줄기비율(유효경비율) = (참새끼줄기수 / 최고새끼친수) X 100 보통 60~80%. 작황진단의 지표가 된다. 벼의 뿌리 - 씨뿌리(종자근), 중배축뿌리, 근관(뿌리골부). 중배축뿌리 - 밭 못자리나 건답직파에서 3cm이상 깊게 파종되었을 때 발생. 막뿌리(부정근)이며 정상적인 상태에서는 발생하지 않는다. 관근 - 초엽마디 이상의 각 마디 부위에서 나온 막뿌리. 잎과 함께 동신생장을 한다. 줄기의 상위마디부위에서 나온 것일수록 뿌리수도 많고 굵고 길게 자란다. 벼가 담수한 논에 적응, 생장할 수 있는 요인. - 벼뿌리조직의 피층내에 통기조직 발달. - 벼뿌리 끝에서 산소 방출 - 토양을 산화적으로 교정. - 벼뿌리 표면에 산화철 피막 형성 - 유화수소의 피해 방지. 6. 벼의 생육과 양분흡수 및 이용 단백질 - C, H, O, N, S 로 구성. 핵산(DNA, RNA) - C, H, O, N, P 로 구성. 필수다량원소 - 탄산수질칼칼마인황(C, O, H, N, K, Ca, Mg, P, S). 미량원소 - 망구아비몰폐렴(Mn, Cu, Zn, B, Mo, Fe, Cl). 규소 - 도열병저항성과 잎의 직립성 등 다수성초형 유지하는데 중요. 질소의 10배에 달하는 양을 흡수, 이용한다. - 규산식물. 질소 - 단백질무게의 16%. 너무 많으면 셀룰로오스, 리그닌 등 세포벽물질이 적게 만들어져 연약해진다. 물에 녹아 암모니아(NH4+)나 질산이온(NO3-)이 된다. 논에서 벼는 주로 암모니아이온으로 흡수하여 아미노산 합성에 이용. 글루타민 - 제일 먼저 합성되는 아미노산이다. 핵산을 비롯한 모든 유기질소화합물을 합성하는 출발물질. 인 - 핵산, 인지질, ATP, NADP 등의 구성성분. 인산이온(H2PO4-)형태로 흡수. 부족시 새끼친줄기가 적어 참이삭수(유효수수) 확보가 어렵다. 추운 지역에서는 저온으로 인해 인산이온 흡수가 잘 안되어 결핍증이 나타나기 쉽다. 칼리 - 식물체에 질소함량이 높으면 칼리가 많이 필요하다. 이삭밸때(수잉기)까지 흡수한 칼리가 일생의 75%에 달한다. 흡수된 후 대부분 잎, 줄기, 왕겨에 집적. 칼슘 - 펙틴과 결합하여 세포벽의 구성성분이 된다. 식물체 내에서의 이동이 쉽지 않다. 탄수화물운반자 역할. 마그네슘 - 엽록소의 구성성분으로 광합성에 직접 관여. 결핍 시 엽록소가 파괴되어 황백화현상이 나타난다. Mg/K비가 높을수록 밥맛이 좋다. 철 - 산화환원효소를 형성하는 헤모프로테인(철.황단백질)의 구성성분. 약 80%가 엽록체에 존재. 식물체 내에서 이동이 잘 안된다. 식미를 좋게 하는 성분 - 마그네슘, 인산. 식미를 나쁘게 하는 성분 - 질소, 칼리, 아밀로오스. 생육3상 - 영양생장기 - 단백질합성이 활발. 새끼친줄기수가 많아진다. 생식생장기 - 세포벽물질인 리그닌, 셀룰로오스 등이 만들어 진다. 잎, 줄기의 건물 중 증가. 등숙기 - 녹말(탄수화물)집적, 이삭이 무거워진다. 3요소(N, P, K)의 흡수는 주로 영양생장기 동안 새 뿌리에 의해 이루어진다. 흡수시기가 제일 늦은 규소와 망간은 출수직전에 흡수량이 가장 많다. 뿌리의 양분흡수 최적수온은 30~32℃이다. - 이보다 낮을 때에는 질소, 인산, 칼리, 규소 등의 흡수는 크게 떨어지고, 칼슘과 마그네슘은 그다지 영향을 받지 않는다. 여름에 온도가 높아지면 --> 논토양에 산소부족 --> SO4- 가 H2S(황화수소)로 환원 --> 무기양분의 흡수장해. ===> “인 > 칼리 > 규소 > 암모늄태 질소 > 망간 > 물 > 마그네슘 > 칼슘”의 순으로 흡수가 억제된다. 벼에는 “단백질 - 리그닌 - 셀룰로오스 - 녹말” 의 순으로 집적된다. 영양생장기 동안 잎새에서 광합성을 하여 생성된 녹말은 잎집과 줄기에 저장하며 여뭄때 이삭으로 이전시킨다. - 잎새에는 저장되지 않는다. 질소는 주로 잎에 저장되며 뿌리는 질소, 녹말 모두 저장하지 않는다. 분얼비(새끼칠거름) - 영양생장기의 참새끼칠때(유효분얼기). 수비(이삭거름) - 생식생장기 배동받이때(유수형성기). 실비(알거름) - 여뭄때(등숙기)의 젖익음때(유숙기). 논토양의 환원상태가 심하면 벼뿌리가 흑색이 되고 악취가 나며 황화수소의 장해를 나타낸다. - 인산, 칼리의 흡수가 크게 저하된다. 급성위조현상 - 여뭄초기에 줄기와 잎이 갑자기 마르는 풋마름 증상. 1976년 통일형품종인 유신벼에서 문제시 되었다. - 유신벼의 교배친인 IR262에서 유래. 이러한 벼에는 잎과 줄기에 질소함량이 높고, 칼리와 탄수화물 함량이 낮으며, 특히 K2O/N비가 현저히 낮다. 7. 벼이삭의 발달과 볍씨의 형성 이삭생길때(유수분화기) - 생육상의 전환기점. 출엽주기가 4~5일이던 것이 8일 정도로 늦어진다. 이삭목마디 분화시작. 주간의 상위 1~5마디 사이가 신장하여 간장이 커지기 시작. 이삭밸때(수잉기) - 감수분열이 이루어지는 시기. 벼꽃 - 암술 1개, 수술 6개, 1쌍의 인피로 된 완전화. 인피 - 수분을 흡수하여 커짐으로써 그 압력으로 큰 껍질을 바깥쪽으로 밀어내어 꽃이 벌어지는 것을 돕는다. 암술 - 주두(암술머리), 화주(암술대), 자방(씨방). 수술 - 약(꽃밥), 화사(수술대). 화분 - 1개의 화분관세포, 2개의 정세포. 배낭 - 난세포 1개, 조세포 2개, 반족세포 3개, 극핵 2개. 감수분열기 - 특히 저온과 수분에 민감하게 반응한다. 감수분열한창때 20℃이하가 되면 화분이 죽거나 수정능력이 없어진다. 생식생장기의 각 생육과정에 필요한 일수는 품종에 관계없이 일정하다. 이삭생길때 - 출수전 30~32일, 엽령지수 76~78. 이삭꽃생길때 - 출수전 24일, 엽령지수 87. 이삭밸때 - 출수전 15일, 엽령지수 97. 엽령지수 = (일정시기까지 전개된 잎수 / 주간전체잎수) X 100. 엽이간장 - 끝잎의 잎귀와 2엽의 잎귀 사이의 길이. 이삭발달의 지표. 엽령지수가 100이 다되어 더 이상 사용할 수 없는 시기, 즉 감수분열기를 진단하는데 유용한 방법이다. * -10cm일 때 - 감수분열 시작. * 0 cm일 때 - 감수분열 한창때. * +10cm일 때 - 감수분열 끝날 때. 개화기간(껍질이 열리기 시작하여 다시 닫힐 때 까지)은 1~2.5시간정도이며 화분이 수정능력을 가지는 것은 약 5분뿐이다. 꽃피기 한창때(개화최성기) - 11시 전후. 벼의 타가수분비율은 1%정도 밖에 안된다. 폐화수분 - 하루 종일 비가 올 경우 꽃이 피지 않은 채 수술대가 신장하여 수분하는 현상. 중복수정 ==> 배(2n) = 정세포(n) + 난세포(n) 배유(3n) = 정세포(n) + 극핵(2n) 수분에서 중복수정이 끝날 때 까지는 4~5시간이 걸린다. 배의 발생 - 수정 후 10일 사이에 생장점, 잎, 뿌리의 원기가 분화하여 발아능력을 갖춘다. 현미의 외형적 크기는 길이 --> 너비 --> 두께 순으로 발달한다. 길이 생장 - 수정 후 5~6일 동안. 폭 생장 - 15~·6일 까지. 두께생장 - 20~25일쯤에 완성. 8. 벼의 물질생산과 수량구성요소 빛 686kcal ↓ ________________ (산화) _______________↑ 현미의 85%는 광합성에 의한 유기물, 15%는 뿌리에서 흡수한 무기성분이다. 세포호흡 - 식물의 생활에 필요한 에너지를 만든다. 미토콘드리아에서 이루어진다. 세포의 에너지 이용효율 - 포도당 한 분자에 저장된 에너지(686kcal)중에 약 38%를 ATP에 저장한다. 광합성속도 - 새끼칠때(분얼기) 최고에 달한다. 벼의 광합성은 대기중 탄산가스농도(0.035%)의 3~3.5배까지 거의 직선적으로 증가하며, 약 1%전후에서 포화점에 도달한다. 카로티노이드 - 빛이 지나치게 강할 때 잎이 받는 피해를 방어하는 역할. 광합성의 변화는 잎새의 질소농도에 의해 지배된다. 광합성적온은 20~33℃ - 고온에서는 호흡량증가 --> 건물생산량은 20~21℃에서 더 높다. 개체군광합성=(단위면적당광합성속도 X 잎면적지수 X 개체군 수광상태) - 잎새외의 호흡량 최적잎면적지수 - 광합성량에서 호흡량을 뺀 순생산량의 최고값. 출수기를 지나면 엽신의 질소농도와 LAI의 저하 때문에 광합성량이 계속 낮아진다. 모내기때부터 새끼칠때까지의 생육초기는 개체의 광합성 능력은 높지만 잎면적지수는 낮다. 배동받이때(엽령지수 69~92) - 질소시비를 하지 않는 것이 개체군의 수광태세를 좋게한다. 엽령지수 92이후 - 이삭거름(수비)을 준다. --> 이삭꽃의 퇴화를 방지하고 잎새의 질소함 량이 높아져 광합성에 유리하다. 아밀로플라스트 - 막에 싸여 있는 녹말립. 발아때는 수분이나 효소에 의해 아밀로플라스트막이 파괴되기 쉽고 녹말 소립이 흩어진다. 등숙기 - 적온은 20~22℃. 일교차가 큰 것이 유리하다. 수확지수(HI) = 벼수량(경제적 수량) / 전체건물중(생물적 수량). 조 / 고비 = 벼수량 / 볏짚무게. 수량(현미) = 단위면적당 이삭수 X 이삭당이삭꽃수 X 여뭄비율 X 낟알무게 * 벼의 수량구성요소간에는 부(_)의 상관관계가 있어서 4요소를 모두 증가시킬 수 없다. * 단위면적당 이삭꽃수(단위면적당 이삭수 X 이삭당 이삭꽃수)가 많고, 여뭄비율과 낟알무게의 감소가 적을수록 수량이 높다. * 4요소 중 낟알부게가 변이가 가장 적다. sourse - 물질생산능력. 초형, 잎면적, 엽록소함량, 광합성능력, 뿌리활력, 잎기능 장기유지 sink - 물질수용능력. 단위면적당 이삭수, 이삭당 이삭꽃수, 왕겨용적. 출수전축적량 - 벼수량의 약 30%정도. 출수후동화량 - 벼수량의 약 70%정도. 벼의 식물체내 물질전류 최적 평균기온은 21~22℃. 9. 벼 이앙재배 기계이앙재배 - 모가 얕게 심어져서 새끼칠마디(분얼절위)가 낮아 참이삭수(유효수수)의 확보가 유리하다. 새끼친줄기(분얼경)가 더 많다. - 영양생장기간이 길기 때문. 부직포못자리에서 모가 4엽기에 이르면 부직포를 벗겨준다. 기계이앙모 모기르기과정 - 싹키우기 --> 푸른 싹 만들기 --> 모굳히기. 싹키우기 - 암흑조건에서 2일간. 푸른 싹 만들기 - 약광조건에서 1~2일간. 모굳히기 - 자연상태에서. 안전출수기 - 일평균기온이 22℃(안전여뭄적온) 되는 때의 40일 전. 조기재배 - 벼가 생육할 수 있는 기간이 짧은 북부 및 산간고랭지. 감온성 품종(조생종). 조식재배 - 평야지 1모작지대의 주된 재배형. 감광성품종(중.만생종). 영양생장기간이 길어 참이삭수 확보 유리. 최적엽면적지수가 높아 광합성량이 많다. 여뭄기간에 볕이 좋아 여뭄비율이 높고 수량이 많아진다. 생육기간이 길어지므로 거름(비료)주기를 잘 해야 한다. 보통기재배 - 안전출수기 내에 이삭이 팰 수 있도록 제때 모내기하는 재배형. 만기재배 - 중.남부 평야지대에서 감자, 채소 등의 뒷그루로 하는 재배형. 감온성, 감광성 모두 둔한 품종. 만식재배 - 어쩔 수 없이 늦게 모내기하는 재배형. 심경의 효과를 기대할 수 없다. 벼의 요수량 - 밭벼나 콩보다도 적다. 약 211~300g. 생리수 - 양분과 수분의 이동, 증산작용, 광합성, 기타 대사활동의 기초물질로 사용되는 물. 논물의 대부분은 환경수의 역할을 한다. 실제 벼재배에 필요한 용수량(수잉기에 가장 많다.)은 요수량보다 많다. 용수량 = 잎면증산량 + 수면증발량 + 지하침투량. 관개수량 = 용수량 - 유효강우량(강우량의 70%). 중간물떼기 - 헛새끼치기 억제. 토양 중 유해가스 방출. 벼뿌리에 신선한 산소 공급. 내도복성 증대. 헛새끼칠때 실시한다. 완전물떼기 - 이삭팬후 30~40일쯤. 일찍 물을 떼면 - 수량감소, 청치증가, 품질하락, 식미감소. 늦게 물을 떼면 - 동할립증가, 미립내 단백질이나 아밀로오스 증가. 10. 벼 직파재배 1) 직파재배 - 육묘, 이앙 등에 드는 노력이 기계이앙에 비해 약 25%의 생력효과가 있다. 물사정이 좋은 논(수리안전답), 배수가 약간 불량한 사양질, 식양질 토양에 알맞다. 입모(씨.뿌리세우기)가 불안정. 잡초방제가 어렵다. 쓰러지기 쉽다. 새끼칠마디가 낮아(저위분얼) 이삭수 확보에 유리하나 과번무 하기 쉽다. 2) 마른 논 직파재배 마른 논 줄뿌림재배 - 파종시기는 일평균기온이 13~15℃ 되는 날짜를 기준으로 15일전. 대형기계를 사용할 수 있다. 잡초발생이 심하다. 누수가 심하여 관개용수가 많이 필요. 논갈이와 논고르기가 매우 중요하다. 본논기간이 길고 입모기간(3~4엽) 동안 마른 논 상태 유지. 잎이 3~4매 자랐을 때(파종 후 30~35일) 물을 대준다. 논물 댄 후 20일부터 10일 간격으로 2~3회 중간물떼기를 하면 도복 을 방지할 수 있다. 요철 마른 논 줄뿌림재배 - 파종이후 이랑이 잠기게 물을 댄 후 곧바로 물을 빼주어 출아기까지 마른 논 상태로 관리. 싹이 튼 후에는 바로 논물을 대어 6엽기까지 담수상태 유지. 부분경운 직파재배 - 비 온 후에도 파종할 수 있다. 마른 논 줄뿌림재배보다 11.4%의 노력 절감. 토양수분이 한계토양수분보다 낮을 때 파종. * 한계토양수분 - 미사질토양에서 입모율 50%가 되는 토양수분의 약 33%. 3) 무논 직파재배 무논 표면뿌림재배 - 싹을 틔운 볍씨를 파종한다. 서산간척지. 입모율이 낮고 입모상태가 고르지 못하다. 관번무 하기 쉽고 쓰러지기 쉽다. 새끼칠마디가 낮아 이삭수 확보에는 유리하다. 파종시기 - 일평균기온 13~15℃ 이상 되는 때. 파종 후 30일쯤 2~3회 중간물떼기를 강하게 한다. - 뿌리뻗음을 좋게 하여 도복방지. 11. 벼의 스트레스와 방제 지연형 냉해 - 영양생장기의 저온에 의해 출수시기가 지연된다. 단위면적당 이삭수 감소. 장해형 냉해 - 이삭밸때와 출수기때의 저온으로 인해 수분, 수정장해. - 불임률이 높아져 수량이 감소한다. 화분에 양분공급하는 타페트세포가 이상비대하여 제기능을 발휘하지 못한다. 냉해방지법 - 냉해상습지역은 내냉성이 강한 조생종 또는 중생종으로 2~3개 품종을 재배 하여 위험분산. 냉해 우려 시 질소 시용량을 줄인다. 장해형 냉해 우려 시 이삭거름을 주지 말고, 지연형 냉해 우려 시 알거름을 생략한다. 산간고랭지 등에서는 인, 칼리를 20~30% 더 시용한다. 찬물 댄 논은 돌림도랑을 설치하여 물온도를 높인다. 한해 - 이삭밸때(감수분열기) 내한성이 가장 약하다. 불시출시 - 못자리때 가뭄은 못자리 기간 연장되어 모가 노화하고 심할 경우 모의 줄기마디가 신장하여 이삭이 팬다. 가물 때 질소비료를 많이 주면 한해가 더 커진다. 방지법 - 내한성 품종. 늦심기 할 때는 웃자란 모의 잎끝을 잘라내고 도열병약과 살충제를 섞어 뿌린 후 모내기 한다. 늦심기 할 때는 단위면적당 포기수를 확보한다. 질소거름을 줄이고 인산과 규산 증비. 퇴비증시. 침수 - 잎새 일부가 물위로 나온 상태. 관수 - 완전히 물에 잠긴 상태. 피해가 더 크다. 관수기간이 7일이상일 때는 수확을 전혀 기대할 수 없다. 수해를 받기 가장 쉬운 시기 - 감수분열기~출수기. 상자육묘병해 - 키다리병, 모도열병, 모마름병, 모썩음병. 본논병해 - 잎도열병, 잎짚무늬마름병, 흰잎마름병, 바이러스병, 깨씨무늬병. 흰잎마름병 - 침수 되었을 때, 질소비료 과다시용 시 많이 발생. 바이러스병 - 줄무늬잎마름병, 검은줄무늬오갈병, 오갈병. 중국에서 날아오는 비래해충 - 벼멸구, 흰등멸구, 혹명나방. 도입해충 - 벼물바구미 --> 수입 식물에 묻어 들어온다. 잡초발생량 - 마른논직파 > 무논직파 > 어린모 기계이앙 > 중간모 기계이앙 > 손이앙. 우리나라 논잡초 - 1년생 60%, 다년생 40%. 다년생 잡초 - 올챙이고랭이, 올방개, 알방동사니, 벗풀, 개구리밥. 12. 벼의 수확 및 수확 후 관리 출수 후 일평균 적산온도가 1100℃에 이를 때 현미발달이 끝난다. - 수확적기(황숙기). 수확적기 - 조생종은 출수 후 40~45일, 중생종은 45~50일, 중만생종은 50~55일. 수확 후 저장 - 현미의 수분함량 15% 까지 건조시킨 후 저장. 예비건조 - 수분함량 17%까지 말려야 탈곡이 쉽고 현미에 상처가 생기지 않는다. 동할립 - 건조관정에서 현미의 위, 아래 수분차가 너무 클 경우 쌀에 금이 간 상태의 쌀. 순환식 건조기 - 알맞은 열풍온도는 45~50℃ 이하. 알벼 온도는 35℃ 이하. 1시간당 수분건감율이 0.8% 정도 되도록 조절. 종자용으로 쓸 경우는 열풍온도를 40℃ 이하로 낮춘다. 수분건감율 - 수분감소에 의한 전물중의 감소비율. 알벼의 저장 - 벼의 수분함량 15%. 저장시설 온도 15℃ 이하, 습도 70% 이하. 저장중인 쌀에 증가하는 유리지방산의 산도는 저장상태의 지표가 된다. - 지방산도 20KOHmg / 100g ---> 쌀이 변질 된다는 신호. - 지방산도 25KOHmg / 100g 이상 ---> 쌀이 변질 되었다. 유리지방산 산도 - 건물 100g 중의 유리지방산을 중화시키는데 필요한 KOH의 mg수. 도정과정 - 알벼--> 정선--> 제현--> 현미분리--> 현백--> 싸라기분리--> 백미(정미). 도정에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 알벼의 수분함량이며, 15.8%(약 16%)일 때 현백율과 백미의 완전립율이 가장 높다. 제현 - 왕겨를 제거하여 현미를 만드는 과정. 현백 - 현미의 쌀겨층을 깎아 내어 백미를 만드는 과정. 조곡 = 정조 = 알벼. 정곡 = 현미. 도정율 = 제현율 X 현백율. --> 약 70% 내외이다. 제현율 = (현미생산량 / 알벼투입량) X 100. ---> 82~85%. 현백율 = (백미생산량 / 현미투입량) X 100. ---> 90~92%. 10분도 쌀 - 백미(현미의 93% 이내). 7 〃 - 현미의 약 95%. 5 〃 - 현미의 약 97%. 우리나라 쌀의 완전립율은 약 55~75%이다. 청결미 - 도정한 쌀에 쌀겨를 완전히 제거한 쌀. 95%정도 도정(7분도)한 후 습식연미기를 사용하여 생산. 저장성이 좋다. 물에 씨지 않고 밥을 지을 수 있다. 밥맛이 오래 유지된다. 13. 쌀 및 부산물의 이용 멥쌀 - 녹말 중 아밀로오스 7~33%, 아밀로펙틴 67~93%. 찹쌀 - 아밀로펙틴 뿐이다. 입형 - (길이 / 너비)의 비. 단립종 - 2.0 이하. 중립종 - 2.1~3.0. 장립종 - 3.1 이상. 우리나라 사람들의 기호에 맞는 것은 둥근 쌀이다. - 입형 1.7~~2.0. 분상질립 - 낟알 체적의 1/2 이상이 분상질인 것. 복백립 - 겉백이 쌀. 대립종, 만생종. 조기재배, 질소웃거름 과다 시 많이 발생. 심백립 - 속백이 쌀. 여뭄때 야간온도가 고온일 경우 발생. 대립종의 심백미는 술쌀(양조미)로 이용된다. 청치 - 현미의 과피에 엽록소가 남아있어 녹색을 띤 쌀. 특등급쌀 - 완전립율이 95.8% 이상인 백미. 현미 - 백미보다 영양이 우수하다. 식미가 백미보다 낮다. 쌀겨층에 헤미셀룰로오스, 피틴 등이 있어서 소화 흡수율이 떨어진다. 현미를 직접 이용하는 방법 - 발아현미. 경질쌀 - 아밀로오스 함량이 높다. 쌀국수용. 연질쌀 - 아밀로오스 함량이 낮다. 청주제조. 심복백이 많은 쌀 - 쌀누룩용. 흑자색미의 안토시아닌 - 식품첨가용 천연색소, 공업용색소. 저글로불린쌀 - 아토피성피부염의 원인단백질(알레루겐)이 제거되어 알레르기환자에게 적합 저글루텐진쌀 - 저단백 식사가 필여한 신장병환자에게 유익. 쌀지방 - 불포화지방산인 올레산과 리놀레산이 70% 이상. 포화지방산인 팔미트산은 20% 정도. 리놀레산 > 올레산 > 팔미트산. 쌀기름은 반건성유이다.
----------- 환원 ----------------
6CO2 + 6H2O ------------------> 6CH2O + 6O2
