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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 개갑된 인삼종자를 안전하게 장기 보존하고, 이를 효율적으로 발아시키기 위하여 인삼종자의 건 조 저항성 및 동결보존을 위한 적정 수분함량을 분석하고, 배 발육과 발아에 관여하는 온도와 호르몬의 상호작용 효과에 대하여 조사하였다.
- 본 실험은 개갑된 인삼종자를 안전하게 장기보존하고, 또한 이를 효율적으로 발아시키기 위하여 인삼종자의 건조 저항성 및 동결보존을 위한 적정 수분함량을 분석하고, 배 발육과 발아에 관여하는 온도와 호르몬의 상호작용 효과에 대하여 조사하였으며, 이에 대한 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 건조저항성과 동결보존성을 조사하기 위한 실험에서 건조처리는 무균상의 수직 송풍구에 망체를 얹고 개갑 종자를 6h-4 일간 건조시키거나, 종자 건조실(15℃, 25% RH)에서 양파망에 담아 건조시켰다. 수분함량 측정을 위하여 건조처리 후 종 실과 내과피를 분리하여 103℃의 건조기에 24시간 건조하여 각각의 수분함량을 측정하였다.
- 소독한 종자는 패트리디쉬에 여과지를 2장 깔고 증류수로 적신 다음 10 ℃ 생육상에 10주간 배양하면서 발아율을 조사하였다. 모든 처리는 20립씩 3반복으로 하였으며, 유근이 2 mm이상 자라나온 것을 발아한 것으로 하였다.
- 무균상 송풍 및 종자 건조실에서 건조 후 5 ml cryovial에 종자를 넣고 액체질소에 급속동결을 한 후 1일간 저장하였고, 해동을 위해 cryovial을 37℃의 항온수조에 3분간 침지하여 급속 해동하였다.
-
발아
발아조건을 최적화하기 위해 개갑된 종자를 200 mge gibberellic acid(GA3), 200 mg/L benzyladenine(BA) 또는 증류수에 하루 동안 침지한 후, 각각 5℃, 10℃, 151의 생육 상에 배양하면서 30일과 70일째에 발아율을 조사하였다.
- 25% sodiumhypochlorite에 10분간 소독하였다. 소독한 종자는 패트리디쉬에 여과지를 2장 깔고 증류수로 적신 다음 10 ℃ 생육상에 10주간 배양하면서 발아율을 조사하였다. 모든 처리는 20립씩 3반복으로 하였으며, 유근이 2 mm이상 자라나온 것을 발아한 것으로 하였다.
- 건조저항성과 동결보존성을 조사하기 위한 실험에서 건조처리는 무균상의 수직 송풍구에 망체를 얹고 개갑 종자를 6h-4 일간 건조시키거나, 종자 건조실(15℃, 25% RH)에서 양파망에 담아 건조시켰다. 수분함량 측정을 위하여 건조처리 후 종 실과 내과피를 분리하여 103℃의 건조기에 24시간 건조하여 각각의 수분함량을 측정하였다.
- 인삼종자의 건조저항성과 동결보존시 적절한 수분함량을 규명하기 위하여 건조처리 후의 종자수분함량에 따른 발아율과 동결보존 후의 발아율을 조사하였다. 무균상에서 송풍건조를 하였을 때 0~12시간 동안 건조(수분함량 57.
- 종자 발아는 200 mg/L GA3에 24시간 침지 후 증류수로 세척하고 전착제를 넣은 0.5% sodiumhypochlorite에 10분, 0.25% sodiumhypochlorite에 10분간 소독하였다. 소독한 종자는 패트리디쉬에 여과지를 2장 깔고 증류수로 적신 다음 10 ℃ 생육상에 10주간 배양하면서 발아율을 조사하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 KT&G 중앙연구소 원료연구소에서 2004년 7월 25일경에 채종하여 개갑시킨 후에 음건 상태로 보관 중이던 고려인삼(Pawx ginseng C.A. Meyer) 종자를 2월 초에 흡습시켜 시용하였다. 개갑된 종자는 흡습상태로 밀폐용기에 넣어 5℃ 저장고에서 보관하였다.
성능/효과
- 1. 30일 후의 초기 발아율은 GA3와 BA 등 생장조절제 처리 후 5℃와 10℃에서 발아시킬 경우에만 50% 이상으로 높아졌다. 70일 후의 발아율은 생장조절제의 처리와 상관없이 5와 에서 모두 90% 이상으로 높게 나타났고, 15℃에서 도 생장조절제 처리구에서는 일부 발아하였다.
- 2. 개갑 인삼 종자를 무균상 송풍구와 종자건조실에서 건조시킬 경우 각각 12시간(종실 수분함량 10.6%) 및 3일(6.1 %) 까지는 내과피와 종실간에 수분함량에 차이를 보이면서 급속히 건조되다가 이후 서서히 건조되었다.
- 3. 무균상에서 0~ 18시간 동안 건조된 종자(수분함량 57.9~8.7%)는 95% 이상이 발아하였으나, 30시간 건조된 종자(7.2 %)는 발아율이 85%로 감소하였다. 건조된 인삼종자를 액체질소에 저장 후 발아율을 조사한 바, 12~30시간 건조(10.
- 4. 건조실에서 건조된 인삼종자는 0~2일 동안 건조(57.9~9.0%)하였을 때 90%이상이 발아하였으나, 6일 건조(3.8%)된 종자는 발아율이 30% 이하로 대폭 감소하였다. 동결보존 후의 발아율은 2일 건조종자(9.
- 5. 최적수분함량에서 두 건조방법간에 동결보존 전후의 발아율에 유의한 차이가 없었으며, 건조 장해를 받지 않으면서도 동시에 동결장해를 회피할 수 있는 적정 수분함량범위는 8~ 10%였다.
- 30일 후의 초기 발아율은 GA3와 BA 등 생장조절제 처리 후 5℃와 10℃에서 발아시킬 경우에만 50% 이상으로 높아졌다. 70일 후의 발아율은 생장조절제의 처리와 상관없이 5와 에서 모두 90% 이상으로 높게 나타났고, 15℃에서 도 생장조절제 처리구에서는 일부 발아하였다.
- 개갑된 인삼종자의 발아에 영향하는 생장조절제와 온도의 상호작용효과를 조사한 결과, 처리 후 30일째에 5<>C와 1VC의 GA3 및 BA 처리구에서는 생장조절제 종류간에 유의성(F <0.05)이 없이, 50% 이상의 발아율을 보인 반면, 증류수 처리 구와 151에서는 20% 이하의 낮은 발아율을 보였다. 특히, 1VC의 증류수 처리구는 2.
- 8 %)된 종자는 발아율이 30%이하로 대폭 감소하였다. 건조실에서 건조된 종자의 동결보존 후 발아율을 관찰한 바, 2일 동안 건조한 종자(9.0%)만이 90.5%의 높은 발아율을 보였으며, 1일 건조종자(18%)는 30%, 3일 건조(6.1 %)된 종자는 발아율이 77.5%, 6일 동안 건조된 종자는 발아율이 25%로 감소하였다 (그림 4). 건조실 건조도 무균상 송풍건조와 마찬가지로 수분 함량 6- 7% 이하에서 건조장해가 나타났고 수분함량 18% 이상에서는 동결장해가 나타났다.
- 8%)된 종자는 발아율이 30% 이하로 대폭 감소하였다. 동결보존 후의 발아율은 2일 건조종자(9.0%)만이 90.5%의 높은 발아율을 보였다.
- 4%로 감소하였다(그림 2). 두 가지 건조방법에서 공통적으로 초기의 일정 수분함량까지(무 균상은 9-10%, 건조실은 6-7%) 내과피의 건조속도가 종실의 경우보다 빠르게 감소하였다.
- 이 결과는 개갑된 인삼종자의 발아를 위해서는 저온요구가 우선 충족되어야 하며, 10℃도 인삼종자의 발아를 위한 저온요구를 충족시킬 수 있음을 보여준다. 또한, GA3와 BA 등 생장조절제가 저온(5~10 ℃)에서는 발아소요기간을 단축시켜서 초기 발아율을 상승시키고, 15℃에서도 후기(70일 후) 발아율을 일부 상승시키는 효과가 있었다. 따라서 인삼종자의 발아에 있어서 생장조절제 처리가 발아를 일부 유도할 수는 있으나 그것이 저온을 완전히 대체할 수는 없는 것으로 보인다(이 등, 1986).
- 무균상과 건조실에서 건조된 종자의 수분함량에 따른 발아율을 관찰한 바, 무균상에서 4일 건조된 종자는 5.8%의 수분 함량으로 62.5% 만이 발아하였고, 건조실에서 6일 건조된 인 삼은 3.8%의 수분함량으로 25.8% 밖에 발아하지 않았으며 3일 건조종자(6.1 %)도 동결보존 후 발아율이 유의하게 감소한 점으로 보아 건조장해를 받은 것으로 판단되어, 인삼 개갑 종 자의 건조감수성은 6~7% 전후에서 나타나는 것으로 보인다. 이와 같은 결과는 인삼종자가 동결장해를 회피할 수 있는 수준으로 건조가 가능하지만 인삼과는 달리 종자의 수분함량이 낮아질수록 저장기간이 오래가는 일반 종자보다는 높은 수분 함량에서 건조장해를 받음을 보여준다.
- 5%만이 발아되어서 수분함량이 낮을수록 발아율이 감소하였다. 무균상에서 건조된 인삼종자를 액체질소에 저장 후 발아율을 조사한 바, 9시간 건 조(12.1%)에서도 동결장해를 받아서 발아율이 71.4%로 떨어졌고, 12~30시간 건조(10.6~7.2%)된 종자는 90% 이상이 발아 하였으며, 4일 건조된 종자(5.3%)는 발아율이 40%이하로 감소하였다(그림3). 4일 건조 종자의 발아율 감소는 직접적인 동결장해라기보다는 건조장해를 받은 종자가 액체질소에 노출되는 동안 추가로 활력저하가 나타난 것으로 보인다.
- 인삼종자의 건조저항성과 동결보존시 적절한 수분함량을 규명하기 위하여 건조처리 후의 종자수분함량에 따른 발아율과 동결보존 후의 발아율을 조사하였다. 무균상에서 송풍건조를 하였을 때 0~12시간 동안 건조(수분함량 57.9~10.6%)된 종자는 100%가 발아하였으며, 18시간 건조(8.7%)처리에서도 97.7 %로 높은 발아율을 보였다. 그러나 30시간 건조(7.
- 본 실험의 결과를 종합하면, 건조장해를 받지 않으면서도 동시에 동결장해를 회피함으로써 동결보존이 가능한 수분함 량범위가 종실 수분함량 8~10%였다. 이는 일반 orthodox 종자보다 훨씬 좁은 것으로써 인삼종자의 장기동결보존을 위해서는 적정 수분함량을 세밀하게 조정해야 한다는 점을 알 수 있었다.
- 인삼종자의 장기보존을 위해서는 건조방법이 중요한 문제이지만, 지금까지 인삼종자의 건조특성에 관한 보고가 없으므로 건조특성을 밝히는 것은 인삼종자의 장기보존을 위한 중요한 과제라 할 수 있다. 본 연구의 결과 무균상 송풍구에서 동결 보존에 적합한 수분함량까지 신속하게 건조가 가능하였다.
- 생장조절제인 gibberellins과 cytokinins의 처리가 개갑 인삼의 발아소요기간 단축 및 발아율 향상에 효과가 있다고 알려졌는데, 전자의 효과에 대해서만 조사되거나(김태규, 1994; 이 등, 1986), 전자나 후자 어는 한쪽만 효과가 있고 다른 한쪽은 효과가 없다는 결과까지(손 등, 1979; 권 등, 1986) 다양한 결과가 보고되었는데, 본 실험에서는 gibberellins과 cytokinins 모두 효과가 인정되었다. 온도 및 생장조절제의 효과는 고도로 유의하였고(P < 0.001), 온도와 생장조절제의 상호작용효과도 유의성(F < 0.05)이 인정되었다. 이는 생장조절 제의 효과에 개갑 종자의 배 생장과 생리적인 휴면타파에 미치는 효과가 혼합되어 있어서(권 등, 1997) 종자의 생리적 성숙상태, 생장조절제의 처리시기 및 기간, 발아온도 등에 따라 복합적으로 작용하기 때문인 것으로 여겨진다.
- 3%였고, 특히 증류수 처리구에서는 발아가 전혀 진행 되지 않았으나 120일 후에는 GA3 및 BA 처리구 수준의 발아율을 나타냈다(데이터 제시되지 않음). 이 결과는 개갑된 인삼종자의 발아를 위해서는 저온요구가 우선 충족되어야 하며, 10℃도 인삼종자의 발아를 위한 저온요구를 충족시킬 수 있음을 보여준다. 또한, GA3와 BA 등 생장조절제가 저온(5~10 ℃)에서는 발아소요기간을 단축시켜서 초기 발아율을 상승시키고, 15℃에서도 후기(70일 후) 발아율을 일부 상승시키는 효과가 있었다.
- 본 실험의 결과를 종합하면, 건조장해를 받지 않으면서도 동시에 동결장해를 회피함으로써 동결보존이 가능한 수분함 량범위가 종실 수분함량 8~10%였다. 이는 일반 orthodox 종자보다 훨씬 좁은 것으로써 인삼종자의 장기동결보존을 위해서는 적정 수분함량을 세밀하게 조정해야 한다는 점을 알 수 있었다.
- 4일 건조 종자의 발아율 감소는 직접적인 동결장해라기보다는 건조장해를 받은 종자가 액체질소에 노출되는 동안 추가로 활력저하가 나타난 것으로 보인다. 인삼종자 의 무균상 송풍건조시 건조장해는 수분확량 7% 이하에서 나타났고 동결장해는 13% 이상의 수분함량에서 나타났다.
- 인삼종자의 동결장해는 무균상에서 9시간 건조시 수분함량 12.1%에서도 발아율이 71.4%로 감소하여 12시간(10.6%)이나 18시간(8.7%) 건조된 종자의 발아율보다 20% 정도 낮게 나타났다. 동결장해로 인한 종자의 발아율 저하가 나타나기 시작하는 수분함량인 high moisture freezing limit(HMFL)는 종에 따라 9.
- 3%가 되었다. 종자건조실에서는 이보다 느리게 지속적으로 감소하여 3일 후 6.1%로, 10일 후에는 3.4%로 감소하였다(그림 2). 두 가지 건조방법에서 공통적으로 초기의 일정 수분함량까지(무 균상은 9-10%, 건조실은 6-7%) 내과피의 건조속도가 종실의 경우보다 빠르게 감소하였다.
- 처리 후 70일째의 발아율은 생장조절제의 처리와 상관없이 5℃와 10℃의 모든 처리구에서 90% 이상으로 높게 나타난 반면, 15℃에서는 GA3 및 BA 처리구의 발아율이 각각 41.2 %와 63.3%였고, 특히 증류수 처리구에서는 발아가 전혀 진행 되지 않았으나 120일 후에는 GA3 및 BA 처리구 수준의 발아율을 나타냈다(데이터 제시되지 않음). 이 결과는 개갑된 인삼종자의 발아를 위해서는 저온요구가 우선 충족되어야 하며, 10℃도 인삼종자의 발아를 위한 저온요구를 충족시킬 수 있음을 보여준다.
후속연구
- 앞으로 미개갑 종자 등 다양한 형태의 인삼종자를 대상으로 활력을 상실하지 않는 적정 건조조건과 동결장해를 회피할 수 있는 적정 수분함량의 범위 및 한계점을 정확하게 밝혀 인삼 유전자원의 장기보존 실용화가 필요할 것이다.
- 최근 우량 품종의 육성 보급으로 오랜 재배역사를 통해 유지되어 온 재래종 유전자원의 소실이 우려되는 바, 종자 유전자원의 장기안전보존기술의 개발이 시급하다. 적절한 종자 저장방법이 개발된다면 종자 수급조절뿐만 아니라 인삼 육종연구를 위해 수 많은 계통을 유지 증식하는 데도 활용할 수 있을 것이다.
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