곡물과 목초

1. 곡물과 목초

2. 곡류 자원식물의 정의 • 곡물 (grains) ; 주로 벼과(Poaceae) 식물의 종자나 종자 같은 과실 • 곡식 (cereals) ; 일년생 벼과 식물들이 생산하는 식용성 곡물 • 종피가자방볍에 융합된 형태 - 비름(비름과), 메밀 (마디풀과) • 세계 농경지: 70%이상이 곡류 자원 식물 재배 • 벼과 식물 9000종 중 35종 정도 만 곡류로 재배됨, 이중 12종 보다 적은 종이 오늘날 중요 • 대부분 구대륙 기원 • 옥수수(maize): 신대륙 기원

3. 벼과 식물의 특징 1. 건조기후에 생육하는 일년생 식물 2. 무성생식(자가수정)을 통한 빠른 번식(세계적으로 널리 분포) 3. 뿌리 구조 - 수염뿌리 - 주근이 없고,가근(rhizomes;지하경),포복경(stolon) 을 가짐 - 새싹(tillers)이라고 하는 다소 곧은 줄기를 만들면서 기부에서만 가지를 냄

4. 벼과 식물의 특징 • 4. 꽃 구조 • 줄기와 잎보다 대단히 분화된 상태 – 수꽃과 암꽃을 가짐 • 화서는소수화서(spikelets), • 각 소수화서에는 하나 혹은 여러 개의 소수화를 피움 • 소수화(floret) : 작은꽃을 둘러싸는 2개의 포로 구성 • - 내영 (palea) : 꽃에 가장 가까이 있는 포 • - 호영 (lemma) : 끝이 포보다 길게 뻗어 분산에 도움을 • 주는 까락(awn)이라 불리는 긴 구조 만듬 • - 2개의 깃털형주두를 가진 자방상위 • - 긴 화사에 있는 3개의 수술, 포가 열리고 • 수술과 주두가 노출되도록 개화할 때부푸는 2개의 미세한 비늘형 꽃잎의 잔존물을 가짐 • 각 소수화서 기부에 포영(glumes)이라는 부가적인 포 존재

5. 벼과 식물의 특징 • 5. 과실 구조 • 수정이 되면 하나의 자방이 성숙하여 하나의 과실을 형성 • 종피는 외과피(ovary wall)와 합쳐져 bran (겨)을 형성 ; 현미경 적으로 구별 가능 • 겨 안쪽 층에 호분층(aleurone layer;배유)인 세포층 존재 • ; 종자 발아에 중요한 역할 - 단백질과 지방이 풍부하여 종자 발아 시 효소를 분비 • 벼과 식물 :영양분을 배젖(endosperm)에 저장 – 단백질 , 지방, 주로 전분 포함 • 배 (embryo) 자체는 높은 농도의 단백질, 지방, 비타민 포함 • *정백(polishing, pearling) 배젖 둘러싼 겨, 호분층, 눈이 제거된 과정 • 콩과 식물 : 영양분을 자엽(cotyledon)에 저장

6. 여러 식물의 탄소 고정법 서로 다른 환경에 대한 적응! • C3 식물: 일반 광합성. 참피나무(Tilia americana). 덥고 건조하면 기공을 닫으므로 세포내 이산화탄소의 농도는 낮고 산소 농도는 높아 광합성을 하지 못한다! 3탄소 화합물인 PGA가 최초 생성물이다. 루비스코가 RuBP에 산소를 고정시키게 되면 광호흡(Photorespiration)이 발생한다. • C4 식물: 4탄소 화합물(옥살로아세트산, OAA)의 생성. 옥수수(Zea mays). 엽육세포내의 산소농도에 관계없이 탄소를 고정한다. 캘빈회로는 유관속초 세포에서 이루어진다. 다육식물들의 줄기 • CAM 식물: 밤에 이산화탄소 흡수, C4회로 이용. 비버꼬리 선인장(Opuntia basilaris). C4회로와 캘빈 회로가 동일한 장소(엽육세포)에서 일어나지만 시간 차이가 있다.(암반응이 낮에 기공을 닫은 상태에서 수행된다)

9. 인간에 의한 곡물의 선택 방향1 • 벼과 식물의 습성 변형 ; 단위 시간, 면적 당 수확량을 최대화할 수 있는 방향 • 1. 줄기가 곧고 튼튼한 종자 • - 곧고 키가 작은 하나의 튼튼한 줄기만을 선별하므로 수확을 동시에 한 줄기에 집중 • - 야생종은 줄기가 많고 꽃의 성숙이 아래서부터 점진적으로 일어남 • - 바람과 비에 강한 종자를 확보 • 2. 새싹 형성의 동시성을 선발 • - 새순과 종자의 동시 성숙: 동시 성숙을 통해 노동력 절감으로 최대량 수확 • 3. 성숙 시 빨리 종자가 떨어 지지 않는 씨앗

10. 인간에 의한 곡물의 선택 방향2 4. 추수시 쉽게 과실이 화서로부터 분리될 수 있는 종자 - 탈곡에 의해 분리 하는 방법 발달 - 재배 종의 경우 쉽게 분리 될 수 있도록 선택 5. 종자의 무게가 무거운 것을 선택 (까부르기: 키나 풍구 사용) 6. 종자로부터 과실의 벽을 제거가 쉬운 종: 멧돌 - 현대: 과실의 외과피와 종피을 완전히 제거: 백미사용 - 씨눈의 제거 시: 저장하기 쉬움 7. 종자의 크기가 크고 발아율이 높은 종자

11. 곡류자원식물의 종류와 기원 1. 보리 2. 밀 3. 호밀 4. 라이밀 5. 귀리 6. 벼 7. 야생벼 8. 수수 9. 기장 10. 옥수수 11. 목초

12. 1. 보리 (Barley): Hordeumvulgare • 최초로 재배화 된 곡류자원 식물 • 퍼타일크레슨: 1만년된 검은색의 재배화된 보리, 시리아와 이라크에서 발견 • 특징 • - 생육 기간이 가장 짧고, 염분에 대한 적응력이 뛰어남 • - 내한성이 강하여, 극지방, 고산재배가능 • = cool-season crop (습기에 약해서 따스하고 습기 많은 지역에는 재배불가능) • - 베타글루칸, vitamin B, 철분, 판토텐산, 엽산 등이 풍부 • - 빈혈, 당료등 성인병예방, 혈압을 낮추어줌 • 재배보리의 종류: 2줄보리(2조종), 6줄보리(6조종) • - 2조종: 두 줄로 되어있고 각의 node에 3개의 소수화서가 부착 • 야생이나 원시 형태의 보리인 경우 3개중 하나만 성숙 • → 결국 각 node 당 2개의 과실을 성숙 - 2줄 보리 • - 6조종: 한마디에 3개소수가 착생, 3개 모두에 종자가 착생 • *두 종류 모두 야생종과 재배종이 존재

13. 1. 보리 (Barley): Hordeumvulgare • 보리의 이용 • - 이집트와 그리스시대: 주식으로 널리 사용 • - 갈아서 점액질의 풀로 만듦 • - 돌 위에 구워서 먹기 시작 • - 다양한 향을 내는 구운 보리빵 만듦 (건조하기 전에 물에 곡식을 담가 소화되기 쉽게 간다) • - 보릿가루 + 물 → 재반죽 → 발효 • - 미국에서 재배되는 보리의 절반 이상이 가축의 먹이로 사용 • 수확된 ¼이 맥주와 위스키 양조에 이용

14. 1. 보리 (Barley): Hordeumvulgare • 우리나라 보리의 전래와 토종 보리 • - 한반도: 2500년 전부터 재배 • - 경기도 여주군 점동면BC 5-6세기에 보리출토 • - 삼국사기: 보리는 오곡중의 하나, 기원전 1세기 중국에서 전래 • 토종보리: 함안 찰보리, 군북찰보리, • 흑산찰보리, 창령쌀보리, 마산찰보리, 신안찰보리, 경기도 키다리보리, • 영호남의 앉은뱅이보리,까락이 없는 중보리

15. 2. 밀 (Wheat: Triticum species) • 벼과에 속하는 Triticum속 식물로 약 22종으로 구성 • 2만 가지의 품종이 염색체의 배수체 현상으로 기원 • 야생과 초기 재배밀: 이배체, 재배1립계밀로 분류 • 밀의 종류: 2n= 14: 1립계 밀(X=7, 2배체)(꽃 하나에 한 알) • 2n= 28: 2립계 밀(4배체)(두 알) • 2n= 42: 보통계 밀(6배체)(3-5알)

16. 2. 밀 (Wheat: Triticum species) 1) 재배1립계밀Einkorn(2n=14, 2배종) - 먼저 트랜스코커스지역에서1립계 야생종 - T. aegilopoides에서 재배종 Triticummonococcum(Einkorn 돌연변이)이 만들어짐(기원전 7천-5천에 기원) - 야생: 이삭이 여물면 이삭축이 저절로 부러져 이삭단위가 떨어짐. - 재배: 여물어도 이삭단위가 떨어지지 않음. - 현재 야생종: 그리스, 발칸, 트란스코카서스, 터키, 시리아, 이라크, 이란에 널리 자생.

17. 2. 밀 (Wheat: Triticum species) • 2) 엠머밀emmer • - T. monococcum과 야생 근연종인 T. speltoides와 자연교잡과 • - 염색체 배수화로 2립계가 만들어지고, 인간에 의해 4배체인T. dicoccum(2n=28)(Emmer)인 재배 앰머 밀이 만들어짐 • (이란, 이라크, 터키 기원전 7000-6000년경 출토), • - 앰머 밀은 1립계보다 생산성이 높아 지중해를 중심으로 아라비아의 넓은 지역까지 재배되어 중요 식량 자원이 됨. • 재배 앰머에서 완전한 재배형드럼밀(강력밀,마카로니밀)이 만들어짐 • 부푼빵을 만드는 능력 동안에 만들어진 다배체 변화 – 글루텐(gliadin + glutenin ; 2개의 단밸질) 포함 • → 반죽시 탄력

18. 2. 밀 (Wheat: Triticum species) 3) 드럼밀durum (마카로니밀=T. durum) - T. durum: 앰머의 변종으로 완전한 재배형 - 쉽게 껍질이 탈립 되는 것으로 기원전 1000년경에 나타남(메소포타미아) - 마카로니밀로써 비가 적게 내리는 지중해 연안과 중앙 러시아, 미 중부 지역에 잘 자람. 마카로니나 스파게티의 원료 - 4배체 밀: gluten이라는 단백질 함량이 매우 높아 밀가루를 물과 혼합하여 반죽 시 점성이 높은 빵이 가능. yeast를 첨가 시 → 발효에 의해 이산화탄소가 발생하고 부풀게 된다.

19. 2. 밀 (Wheat: Triticum species) • 4) 스펠트밀Spelt • 앰머와T. tauschii(=Aegilopssquarrosa, DD)의 교잡 다배체화에 의해 • 6배체(빵밀(T. aestivum))가 만들어짐 • 6배체 밀은 특히 단백질이 많고, 풍부한 배젖 가짐 → 현재 제빵에 가장 널리 사용(재배밀의 90%차지) • 하드레드(hardred), 크럼(club)밀을 포함하여 2만 품종 이상 존재

20. 3. 호밀 (rye, Secalecereale) • 이차 작물로 취급 : 밀밭과 보리밭에서 성장하던 잡초로 여기고, 추운지역 재배종으로 선택 • 1℃ 낮은 온도에서 발아하고, 12 ℃ 에서 성숙가능한 강한 곡식 • 18 세기 : 러시아의 주된 곡식 • 원산지 : 아시아 남서부 • 재배 : 유럽북부 (빈자의 밀 poor person이라 불리기도 함→ 흑빵) • 빵을 만드는데 적합하지만 탁력성 부족 (흑빵 = 호밀가루 + 밀가루) • 사용 • 빵가루용, 사료, 호밀 위스키 & 네덜란드 진 • 호밀 변종 : 목초의 용도 – 겨울 생장과 가축 소화를 위해 선택재배

21. 4. 라이밀(triticale, Triticosecale) • 인간이 처음으로 만든 곡식 • 라이밀(6배체) : 밀(4배체)과 호밀(2배체)을 교배 • 라이밀(8배체) : 밀(6배체)과 호밀(2배체)을 교잡 • 유용한 점 : 산성 토양을 가진 지역처럼 변두리 곡물 재배 • 지역에서는 양친보다 더 많은 수확량 가짐

22. 5. 귀리 (oats, Avena sativa) • 이차 작물로 취급 : 밀밭, 보리밭, 호밀밭에서 성장하던 잡초로 여김 • 재배 : 3000년 전에 시작, 유럽 농업에서 총체적인 부분 • 온대지역 (말을 위한 사료) • 초창기 재배종은 이배체 or 사배체였으나, A.D. 1 세기에 6배체가 주된 품종 • 단백질과 지방이 풍부 • 줄기는 좋은 사료를 만드는 짚을 제공 • 미국 : 광범위한 재배와 사용 • 오트밀애용

23. 6. 벼 (rice, Oryza sativa) • 세계에서 가장 중요한 곡식 • - 17억 인구가 쌀에 의존, 5억 8천 8백만 톤 이상이 해마다 수확 • 벼의 종류 • - 인디카형:인도형(열대 및 온대대륙형) • 미국에서 장립(long-grain)벼로 분류, 종자가 가늘고 길며 편편, 탈락성이 많다. 찰지지 않다. • - 자포니카형:일본형(온대도서형) • 미국에서 단립(short-grain)벼로 분류, 종자가 짧고 둥글다, 탈락성이 적고, 찰지다. • - 자바니카형:자바형(열대도서형) • 인도차이나의 적도지방의 제한된 지역에서만 재배, 종자의 폭이 넓고 두껍다 • 벼의 특징 • - 배젖은 셀룰로오스 세포벽으로 둘러싸인 전분입자로 구성 → 밥지으면 젤라틴화하고 세포벽 터짐 • → 형태 유지하면서 부드럽고 씹을 만한 기질을 가진 곡물 (터진 세포벽을 통해 전분 쪽으로 향 흡수 ; 다양한 요리)

24. 6. 벼 (rice, Oryza sativa) • 벼의 재배 • - 밭벼(upland rice): 고여있는 물 없이 재배한 벼 • 연간 강수량 1500-2000mm 인 지역에서만 재배 가능 – 브라질 세계최대 • - 논벼(wet or paddy rice = standing water(고인물) : 고여있는 물에서 재배 (대부분..) • 자연홍수지역 이용 : 물 깊이가 낮을때 종자 뿌림 → 물상승에 따라 벼 자람(4-5m) → 배로 수확 • 새로운 품종 개발 • 습한 열대 지방의 빈약한 토양과 질소비료의 부족으로 인한 쓰러지는 벼 개선 • → 필리핀 국제 연구소 IR8 개발통해 문제 개선 • 벼속(Oryza)의 다른 종들 • 아프리카벼: O. glaverrima아프리카 서부에서 독자적으로 재배, 일년생 초본으로 유전적 다양성 낮음 • 아시아벼: O. sativa 에 의해 재배지 대체, 다년생, 유전적 변이 많이 가짐

25. 7. 야생벼(wild rice, Zizaniapalustris) • 벼속(oryza)의 구성원이 아닌, 신대륙종Zizaniapalustris • 수확방법 • - 전통적 수확 : 야생벼의화서는 부서지기 때문에, 성숙한 화서를 두드려 수확 • 오늘날 수확 : 줄기가 녹색일때 수확하여, 물에 종자를 회전시킨 후 볶는 기기로 말려 가공 • 재배 • - 1959년 미국(위스콘신, 미네소타)의 침수된 빈약한 농경지에서 시작 • → 부서지지 않는 품종 선택 성공 • - 현재 캘리포니아에서 17000에이커 이상에서 재배중

26. 8. 수수 (sorghum, Sorghum bicolor) • 인간 영양의 중요성 ; 쌀 > 옥수수 > 밀 > 수수 • 원산지 : 열대 아프리카 • 특징 • 강우량이 아주 적은 지역에서 자라는 곡식 • 가뭄에 대한 내성, 발효 과정중 알코올 생산(맥주생산) • 이용 • 인도의 많은 지역과 아프리카의 주된 식용 곡물 • 효모 없는 빵 제조에 이용

27. 8. 수수 (sorghum, Sorghum bicolor) • 수수 유형 (용도에 따라) • -곡물수수 • 사탕수수 ; 동물사료로 사용 • 수단그래스; 기온이 높고 건조한 지역에 잘자라고, 재생력이강하기때문에 • 연간 3회정도 수확이 가능하며, 가장인기가 높은 벼 대체사료로 적당 • - 브룸콘, 브룸기장; 개방된 화서를 가진 수수의 일종

28. 9. 기장 (millet, Sorghum bicolor) • 특징 • - 한가지 곡물 대신에 여러가지 먹을 수 있는 벼과 식물 (수많은 목초, 수수) • 곡식의 일종으로 여러 조건에 잘 적응하고, 빠른 기간 안에 크며 물을 많이 필요로 하지 않음 • 높이는 50-120센티미터로 곧게 자라고, 분열한 줄기마다 이삭이 나오고 원추꽃차례를 이루며 고개를 숙임 • 열매는 익으면 떨어지기 쉽고 도정하면 조와 비슷하나 조보다는 굵음 • 기장의 주성분은 당질, 단백질·지방질·비타민A 등이 풍부 • 밥, 떡, 사료로 이용

29. 9. 기장 (millet, Sorghum bicolor) • 인간의 식량으로서 중요한 2가지 : • ①Eleusinecoracana • - 핑거기장(finger millet)으로 알려짐 • - 대륙의 동부와 중부의 중요산물 (열대 아프리카 동북부 재배) • - 10년 이상 저장가능 • - 가루로 만들어 편평한 빵, 포리지로 먹는다, 엿기름 만들어 맥주에 이용 • ② Pennisetumglaucum • - 펄(pearl)기장 : 아프리카 사하라 근방에서 재배 후, 4000년 동안 재배가뭄에 잘 견디고, 빈약한 토양에서도 경제적으로 유익아프리카인의 의존 식량 • - 벌러쉬(bullrush), 스파크트(spiked), 칵테일 (cattail)기장

30. 10. 옥수수 (corn or maize, Zeamays) • 신대륙 (마야, 아즈텍, 잉카) 기원 • 열대, 온대지역 모두 재배 가능 • 옥수수의 선택된 특징 (재배옥수수) • - 동면 상실 (종자 100% 발아) • - 잎 층에 열매가 달라 붙음 • - 부서지는 성질 상실 (열매의 완전환 수확) • - 열매가 영구적인 껍질에 싸여 있음

31. 10. 옥수수 (corn or maize, Zeamays) • 멕시코 테오신트 종 (일년생) • → 현대의 옥수수 (열매가 크고 여러 종자를 가짐) • 북아메리카와 남아메리카로 퍼짐에 따른 옥수수의 2가지 변화 • -개개의 곡물자루 신장 ; 프린트(frint)옥수수, 미국 남서부 • -곡물 자체가 신장하여 껍질에서 노출 ; 가드시드(gourd-seed)옥수수, 북아메리카 동부

32. 10. 옥수수 (corn or maize, Zeamays) • 6가지의 주된 옥수수 변종 • 이용 • 80-90% 돼지, 동물사료 • 옥수수 전분이 가수분해 되어 시럽 만들어, 분유 이유식, 정맥 용액에 이용 • 가수분해된 옥수수 전분으로 발효하여 맥주 제조

33. 11. 목초 (Forage Grasses) • 농촌에 소비되어 무역에 포함되지 않음 • 주로 미국에서 목초용 작물 재배, 다년생 일부 일년생 • 용도 • 직접 방목, 건초로 제조(수분함량 15%이하), 사일리지 • * 사일리지: 덜마른 목초, 옥수수, 수수, 케인 줄기의 통제된 혐기성 발효의 산물 • 잘린 식물 재료에 호기성 박테리아 증식 → 산소 고갈, 열과 이산화탄소 생성 → 혐기성 박테리아 증가 • → 락틱산, 유기산 생산 → 산 acid 수준이 8-9% 도달 → 식물재료 절이고 썩음 방지