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문제 정의
- 화분의 저장과 활력유지를 위한 연구는 복숭아(Cheon 등, 1999), 배(Koh 등, 1993), 사과(Kim 등, 2001) 등 주로 과수 및 조경수 우량묘목 육종분야에서 일부 실시되어 왔으나, 저온기 시설 과채류의 안정적 과실생산을 위한 화분 채취, 저장 및 활력유지에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구는 저온기에 재배되는 시설수박 5품종을 대상으로 화분을 채취하여 발아력과 화분량이 높은 품종을 선발하고, 화분의 저장방법, 유기용매 처리 후 발아온도, 침지시간 등을 구명하여 저온기 시설과채류 수박재배 농가의 안정적 과실생산을 도모하기 위한 기초자료를 마련하기 위해 수행되었다.
제안 방법
- ‘삼복꿀수박’의 약을 각각의 유기용매에 1, 2, 6, 12, 18, 24시간 침지 후 화분의 활력변화를 조사하였다.
- 광이 화분발아에 미치는 영향을 조사하기 위해 ethyl ether와 pentane에 침지된 화분을 4℃에서 7일과 15일 동안 저장하였다. 24시간 동안 30℃에 치상한 후 화분의 발아력과 화분관 신장을 측정하였다. 광원은 40W 백색형광등 4개를 사용하였으며, 광도는 2,000lux로 유지하였다.
- Comparison of pollen weight in watermelon cultivars, ‘Bok’ (A), ‘Sambokkul’ (B), ‘Apollokul’ (C), ‘Speedkul’ (D), and ‘Kumchun’ (E) were used for this experiment.
- Pentane과 acetone의 침지시간에 따라 수박화분의 발아력을 주사전자현미경(SEM, Jeol JSM-6380LV, Japan)을 통해 관찰하였다. 실험에 사용된 품종은 ‘삼복꿀수박’으로, 화분은 25% glutaraldehyde와 0.
- 유기용매에 침전된 화분은 1, 2, 6, 12, 24시간 후에 발아배지에 치상하여 화분의 활력을 조사하였다. 광이 화분발아에 미치는 영향을 조사하기 위해 ethyl ether와 pentane에 침지된 화분을 4℃에서 7일과 15일 동안 저장하였다. 24시간 동안 30℃에 치상한 후 화분의 발아력과 화분관 신장을 측정하였다.
- 분리한 화분의 화분관 신장 및 발아율은 1% agar BK(Brebaker and Kwack’s medium, 1963) 배지(Table 1)에 치상하여 20 ± 1℃와 30 ± 1℃에서 24시간 배양한 후 조사하였다.
- 유기용매에 침지해두면 화분의 활력을 장기간 유지할 수 있다(Iwanami, 1984). 수박화분을 약에서 분리하여 n-hexane, ethyl ether, ethyl acetate, acetone, pentane 용액에 침지 후 기간에 따른 활력을 조사하였다(Fig. 4). 용매의 종류에 관계없이 침지시간이 경과함에 따라 화분발아율이 급격히 감소하는 경향이었다.
- 약제거 후 유기용매에 침전된 화분을 4℃와 20℃에 저장하였다. 유기용매에 침전된 화분은 1, 2, 6, 12, 24시간 후에 발아배지에 치상하여 화분의 활력을 조사하였다. 광이 화분발아에 미치는 영향을 조사하기 위해 ethyl ether와 pentane에 침지된 화분을 4℃에서 7일과 15일 동안 저장하였다.
- 촬영된 디지털 이미지를 이용하여 화분관이 화분 직경(30~40µm) 이상 신장한 것을 발아로 간주하였다.
- 5cm)에 배지를 분주하여 응고가 된 이후 화분을 치상하였고 20와 30℃ 항온기에서 배양하였다. 치상 후 6, 12, 24, 48시간 후의 발아율과 화분관 신장을 조사하였다.
- 1M 인산완충용액을 1:1로 혼합한 용액에 90분간 침지하였다. 침지 후 0.1M 인산완충액으로 세척하고 건조시킨 후 ion coater로 백금 코팅하여 관찰 하였다.
- 예비실험을 통해 효과가 있을 것으로 판단되는 pentane 용액에 5분간 약을 침지하였다. 침지 후 약을 제거하고 pentane 용액을 여과지(Toyo No.2)에 거른 후 상온에서 잔여 pentane을 완전히 휘산시킨 후 화분 무게를 측정하였다. 분리한 화분의 화분관 신장 및 발아율은 1% agar BK(Brebaker and Kwack’s medium, 1963) 배지(Table 1)에 치상하여 20 ± 1℃와 30 ± 1℃에서 24시간 배양한 후 조사하였다.
- 촬영된 디지털 이미지를 이용하여 화분관이 화분 직경(30~40µm) 이상 신장한 것을 발아로 간주하였다. 화분관의 신장은 입력된 이미지를 이미지분석기(i-solution, lite)로 capture 한 후 Autocad(Autodesk, Version 2006)에서 grid로 변환하여 측정하였다.
- 화분의 발아율과 화분관 신장의 관찰은 광학현미경(Nikon-E200, Nikon-Alphat 2)과 해부현미경(Nikon, SM2-1B)를 이용하여 페트리디쉬에 치상된 화분 중 임의의 10~15개의 지점을 선정하여 디지털 이미지로 촬영하였다. 촬영된 디지털 이미지를 이용하여 화분관이 화분 직경(30~40µm) 이상 신장한 것을 발아로 간주하였다.
대상 데이터
- 24시간 동안 30℃에 치상한 후 화분의 발아력과 화분관 신장을 측정하였다. 광원은 40W 백색형광등 4개를 사용하였으며, 광도는 2,000lux로 유지하였다.
- 수박화분의 발아력 향상을 위해 사용된 품종은 농우바이오에서 시판중인 복수박, 스피드꿀수박, 삼복꿀수박, 금천수박, 아폴로꿀수박 5품종으로 저온기에 농가에서 주로 재배되는 품종을 사용하여 수행하였다. 화분의 무게는 수꽃 100개의 약을 이용하였다.
- 실험에 사용된 품종은 ‘삼복꿀수박’으로, 화분은 25% glutaraldehyde와 0.1M 인산완충용액(pH 7.2)을 9:1로 혼합한 용액에 넣어 고정하였으며, 0.1M 인산완충용액으로 세척하고, OsO4와 0.1M 인산완충용액을 1:1로 혼합한 용액에 90분간 침지하였다.
- 유기용매의 종류는 ethyl ether, ethyl acetate, pentane, acetone, n-hexane 5가지 용액을 사용하였다. ‘삼복꿀수박’의 약을 각각의 유기용매에 1, 2, 6, 12, 18, 24시간 침지 후 화분의 활력변화를 조사하였다.
- 수박화분의 발아력 향상을 위해 사용된 품종은 농우바이오에서 시판중인 복수박, 스피드꿀수박, 삼복꿀수박, 금천수박, 아폴로꿀수박 5품종으로 저온기에 농가에서 주로 재배되는 품종을 사용하여 수행하였다. 화분의 무게는 수꽃 100개의 약을 이용하였다. 예비실험을 통해 효과가 있을 것으로 판단되는 pentane 용액에 5분간 약을 침지하였다.
성능/효과
- ‘복’ 수박은 1화당 화분무게가 13.8mg이었고, ‘스피드꿀’ 수박은 12.1mg으로 겨울철 저온기 재배에 인공수정용 화분생산 품종으로 적당한 것으로 판단된다.
- ‘스피드꿀’과 ‘복’ 수박을 제외한 다른 품종의 발아율은 20℃에 비해 30℃에서 10~15% 높았고 화분관 신장은 12~16% 높은 것으로 나타났다.
- 유기용매 저장 중 광조건이 화분의 발아력과 화분관 신장에 미치는 영향은 Table 2와 같다. Pentane, ethyl ether 용액에 침지하여 광조건하에서 저장한 경우 발아율이 저장 7일 후 각각 41%와 54%였지만 암조건하에서는 각각 62%와 71%로 광이 없는 상태에 저장된 화분의 활력이 높게 나타났다.
- 유기용매에 화분을 침지하여 −20℃에 6개월간 저장하여 화분활력을 살펴본 결과 hexane, cyclohenane, diethyl ether와 같은 극성이 낮은 유기용매에서는 화분활력이 높았으나 isopropanol, methanol과 같은 극성이 높은 유기용매에서는 화분발아력이 상실되었다(Jain과 Shivanna, 1988). 본 실험에 사용된 모든 유기용매는 화분활력을 저하시켰는데 유기용매 저장기간이 길어질수록 화분활력이 급격히 감소되었다. 유기용매 침지시간에 따른 화분의 변화를 전자현미경으로 관찰한 결과 침지기간이 길어질수록 화분 표면의 장해가 심해졌다(Fig.
- 약에서 분리한 화분을 유기용매에 침지한 후 저장온도를 4℃와 20℃로 설정하여 유기용매 종류와 저장온도에 따른 화분의 활력변화를 조사한 결과 유기용매와 온도조건에 관계없이 침지기간이 경과할수록 화분 활력은 저하되었다(Fig. 5). 유기용매로 화분을 저장할 경우 저장 온도가 높은 것보다 낮은 처리구에서 화분 활력이 높았다.
- ‘금천’과 ‘삼복꿀’ 수박의 화분관 신장속도는 50µm/hr 미만(저장 24일)으로 다른 품종보다 낮았으며, 발아도중 화분관이 파열되는 경우도 발생되었다. 유기용매 저장 24시간 후 화분발아율은 pentane, ethyl ether, n-hexane, ethyl acetate, acetone에서 각각 45, 39, 34, 23, 19% 순이었고 유기용매 침지시간이 길어질수록 화분활력이 급격히 감소되었다. 화분표피는 유기용매에 저장한 시간이 길어질수록 장해를 많이 받았는데 유기용매의 종류에 따라 장해정도가 달랐다.
- 6). 유기용매 중 화분활력이 가장 높았던 pentane과 가장 낮았던 acetone을 비교해볼 때 acetone 침지에 의한 화분표면 장해가 더 높았다. 따라서 유기용매는 약에서 화분을 분리하여 단기간 침지 저장하는데는 효과적인 용매이지만 시설수박 화분의 장기 보존 용매로 활용하기 위해서는 더 많은 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
- 배, 키위 등의 과수작물에서 효과적으로 화분을 수집하고 저장할 수 있는 유기용매인 acetone은 수박화분 활력을 현저히 저하시켰다. 유기용매 침지 직후 화분 발아력을 조사한 결과 Acetone 처리구는 55%로 다른 유기용매(pentane 84%)에 비해 화분발아력이 매우 낮았다(Fig. 4). 유기용매에 화분을 침지하여 −20℃에 6개월간 저장하여 화분활력을 살펴본 결과 hexane, cyclohenane, diethyl ether와 같은 극성이 낮은 유기용매에서는 화분활력이 높았으나 isopropanol, methanol과 같은 극성이 높은 유기용매에서는 화분발아력이 상실되었다(Jain과 Shivanna, 1988).
- 용매의 종류에 관계없이 침지시간이 경과함에 따라 화분발아율이 급격히 감소하는 경향이었다. 유기용매 침지화분은 유기용매로 화분분리 후 건조보관된 화분보다 발아력이 급격히 감소하였다. 유기용매로 분리한 ‘삼복꿀’ 수박 화분을 건조 저장했을 경우 1일 후 발아율은 약 85%였으나(Fig.
- 유기용매로 분리한 ‘삼복꿀’ 수박 화분을 건조 저장했을 경우 1일 후 발아율은 약 85%였으나(Fig. 3) 유기용매 pentane, ethyl ether, nHexane, ethyl acetate, acetone에 저장했을 경우 1일 후 발아율은 각각 45, 39, 34, 23, 19%로 건조저장에 비해 현저히 낮았다(Fig. 4).
- 5). 유기용매로 화분을 저장할 경우 저장 온도가 높은 것보다 낮은 처리구에서 화분 활력이 높았다. Pentane에 침지하여 저장한 화분의 경우 20℃ 24시간 저장한 화분의 발아율은 43%에 불과하였지만 4℃에 저장하였을 경우 70% 이상의 발아율을 나타났다.
- 저장 24일 후에는 모든 품종이 24% 수준의 발아율로 저장 전에 비해 현저히 감소하였고 ‘금천’과 ‘삼복꿀’ 수박의 화분관 신장이 50µm/hr 미만이었으며, 발아도중 화분관이 파열되는 경우도 많았다(data not shown).
- 저장기간 동안 ‘복’ 수박의 화분활력이 다른 품종에 비해 높게 유지되었다.
- 저장기간이 경과함에 따라 발아율은 감소하는 경향이었으며, 저장 15일 이후 발아율은 ‘복’ 수박(74%)을 제외한 모든 품종에서 40% 이하였다.
- 처리온도에 따른 수박 화분의 화분관 신장과 발아율을 조사한 결과 5가지 품종의 화분 발아율 및 화분관 신장은 20℃보다 30℃에서 높은 경향이었다(Fig. 2). ‘스피드꿀’과 ‘복’ 수박을 제외한 다른 품종의 발아율은 20℃에 비해 30℃에서 10~15% 높았고 화분관 신장은 12~16% 높은 것으로 나타났다.
후속연구
- 유기용매 중 화분활력이 가장 높았던 pentane과 가장 낮았던 acetone을 비교해볼 때 acetone 침지에 의한 화분표면 장해가 더 높았다. 따라서 유기용매는 약에서 화분을 분리하여 단기간 침지 저장하는데는 효과적인 용매이지만 시설수박 화분의 장기 보존 용매로 활용하기 위해서는 더 많은 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
- 화분생산량이 높고 발아율이 높은 ‘복’과 ‘스피드꿀’ 수박을 수분용(화분채취용) 품종으로 활용한다면 겨울철 저온에 의한 착과불량 문제를 다소 해결할 수 있을 것으로 보여진다.
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