한국산(韓國産) 가문비나무 자생집단(自生集團)의 구과(毬果), 종자(種子) 및 발아특성(發芽特性) 변이(變異) The Variation of Cone, Seed and Germination Characteristics of Picea jezoensis (Siebold & Zuccarini) Carriere Populations in Korea원문보기
우리나라 가문비나무 천연집단의 구과, 종자 및 발아특성에 대한 집단간 및 집단내 개체간 변이를 조사하였다. 지리산과 덕유산 집단의 25개 개체목에서 구과를 채취하여 13가지 구과 및 종자특성과 3가지 발아특성에 대하여 분석하였다. 분산분석 결과 종자의 폭 및 무게, 종자날개지수 및 평균발아일수 특성을 제외한 9개 형질들에서 집단간 및 집단내 개체간에 유의적인 차이가 인정되었다. 변이계수 값은 구과와 종자의 무게, 충실율, TTC, 발아율 및 발아속도 형질들에서 29.7%~57.1% 범위의 높은 값을 보였으며, 나머지 형질들에서는 10% 내외의 비교적 변이가 작은 것으로 나타났다. 대체적으로 형태적 특성은 지리산집단의 경우 구과 및 종자날개가 작으며 긴 경향을 보인반면 덕유산 집단이 종자가 크고 긴 형태를 나타냈다. 종자충실율과 TTC 활력은 지리산 집단이 덕유산 집단에 비해 각각 1.79배, 1.87배 정도 우수한 집단간 차이를 나타냈다. 가문비나무의 종자발아에 미치는 온도조건의 영향을 보면 발아적온은 $20^{\circ}C$였으며, 이때의 평균발아일수는 7.5일, 발아속도는 2.9개/일로 나타났다. 지리산 집단의 경우 평균발아율이 40.7%, 발아속도가 0.90개/일로서 덕유산 집단(17.7%, 0.37개/일)보다 발아특성이 우수한 것으로 나타났다. 그러나 구과, 종자 및 발아특성에 대한 상관분석 결과 국내 가문비나무 천연집단은 종자활력이 한정된 분포에 따른 근친교배 및 특정 개체의 편중개화 현상에 많은 영향을 받는 것으로 추정되어 소멸을 초래할 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다.
우리나라 가문비나무 천연집단의 구과, 종자 및 발아특성에 대한 집단간 및 집단내 개체간 변이를 조사하였다. 지리산과 덕유산 집단의 25개 개체목에서 구과를 채취하여 13가지 구과 및 종자특성과 3가지 발아특성에 대하여 분석하였다. 분산분석 결과 종자의 폭 및 무게, 종자날개지수 및 평균발아일수 특성을 제외한 9개 형질들에서 집단간 및 집단내 개체간에 유의적인 차이가 인정되었다. 변이계수 값은 구과와 종자의 무게, 충실율, TTC, 발아율 및 발아속도 형질들에서 29.7%~57.1% 범위의 높은 값을 보였으며, 나머지 형질들에서는 10% 내외의 비교적 변이가 작은 것으로 나타났다. 대체적으로 형태적 특성은 지리산집단의 경우 구과 및 종자날개가 작으며 긴 경향을 보인반면 덕유산 집단이 종자가 크고 긴 형태를 나타냈다. 종자충실율과 TTC 활력은 지리산 집단이 덕유산 집단에 비해 각각 1.79배, 1.87배 정도 우수한 집단간 차이를 나타냈다. 가문비나무의 종자발아에 미치는 온도조건의 영향을 보면 발아적온은 $20^{\circ}C$였으며, 이때의 평균발아일수는 7.5일, 발아속도는 2.9개/일로 나타났다. 지리산 집단의 경우 평균발아율이 40.7%, 발아속도가 0.90개/일로서 덕유산 집단(17.7%, 0.37개/일)보다 발아특성이 우수한 것으로 나타났다. 그러나 구과, 종자 및 발아특성에 대한 상관분석 결과 국내 가문비나무 천연집단은 종자활력이 한정된 분포에 따른 근친교배 및 특정 개체의 편중개화 현상에 많은 영향을 받는 것으로 추정되어 소멸을 초래할 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다.
This study was conducted to investigate the variation of cone, seed and germination characteristics among populations and among individuals within populations of Picea jezoensis(Siebold & Zuccarini) Carriere distributed in Korea. Cone collected from 25 trees in two natural populations(Mt. Jiri and M...
This study was conducted to investigate the variation of cone, seed and germination characteristics among populations and among individuals within populations of Picea jezoensis(Siebold & Zuccarini) Carriere distributed in Korea. Cone collected from 25 trees in two natural populations(Mt. Jiri and Mt. Dokyu) and their thirteen cone and seed characteristics as well as three germination behaviors were analyzed. Statistical analysis showed significant differences among populations and among individuals within populations in 9 traits except for seed breadth, seed weight, index of seed wing and mean germination time. Generally, morphological variation of cone and seed wings from Mt. Jiri population has smaller and longer than those of Mt. Dokyu population. Percentage of sound seeds and Tetrazolium test from Mt. Jiri population showed 1.79 and 1.87 higher values than Mt. Dokyu population, respectively. The maximum germination percentage was obtained at the optimum temperature of $20^{\circ}C$ and in this case, mean germination time and germination rate showed 7.5 days and 2.9 ea./day, respectively. In seed germination behaviors, percentage(40.7%) and rate(0.90 ea./day) of germination in Mt. Jiri population were more higher and faster than those of Mt. Dokyu population(17.7%, 0.37 ea./day). According to correlation analysis, P. jezoensis populations with small restricted distribution may have been reduced because seed qualities were correlated with increased levels of inbreeding and disproportion flowering.
This study was conducted to investigate the variation of cone, seed and germination characteristics among populations and among individuals within populations of Picea jezoensis(Siebold & Zuccarini) Carriere distributed in Korea. Cone collected from 25 trees in two natural populations(Mt. Jiri and Mt. Dokyu) and their thirteen cone and seed characteristics as well as three germination behaviors were analyzed. Statistical analysis showed significant differences among populations and among individuals within populations in 9 traits except for seed breadth, seed weight, index of seed wing and mean germination time. Generally, morphological variation of cone and seed wings from Mt. Jiri population has smaller and longer than those of Mt. Dokyu population. Percentage of sound seeds and Tetrazolium test from Mt. Jiri population showed 1.79 and 1.87 higher values than Mt. Dokyu population, respectively. The maximum germination percentage was obtained at the optimum temperature of $20^{\circ}C$ and in this case, mean germination time and germination rate showed 7.5 days and 2.9 ea./day, respectively. In seed germination behaviors, percentage(40.7%) and rate(0.90 ea./day) of germination in Mt. Jiri population were more higher and faster than those of Mt. Dokyu population(17.7%, 0.37 ea./day). According to correlation analysis, P. jezoensis populations with small restricted distribution may have been reduced because seed qualities were correlated with increased levels of inbreeding and disproportion flowering.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 우리나라 가문비나무 천연집단의 현지외 유전자원 보존전략 수립을 위한 기초 자료를 제공하기 위하여 구과, 종자 및 발아특성에 대한 집단간 및 집단내 개체간 변이를 구명하는데 있다.
제안 방법
채취된 구과는 개체목별로 20개씩 임의로 구과의 길이, 폭, 무게 및 구과지수(길이/폭)를 조사하였다. 또한 구과의 중간부위에서 20립씩 종자의 길이, 폭, 무게 및 지수(길이/폭), 종자날개의 길이, 폭 및 지수(길이/폭)에 대한 특성을 각각 조사하였다(Table 2). 종자충실율은 절단법(Embryo excision)을, 종자활력은 테트라졸리움법(Tetrazolium test)을 이용하여 각각 구과별로 10립씩 3반복 조사하였다.
2) 2매를 깔고 멸균수를 넣어 적습상태가 유지된 조건의 종자 발아상에서 각각의 처리당 25립씩 4반복으로 처리하였다. 발아적온은 광조건 하의 15, 20, 25, 30 ℃ 조건에서, 집단별 개체별 발아특성은 조사된 발아적온에 각각 치상하여 조사하였다. 종자의 활력은 발아 개시 후부터 유근이 2 mm 이상 출현하였을 때를 발아한 것으로 간주하고 매일 발아된 종자의 개수를 조사하여 Scott et al.
우리나라 가문비나무 천연집단의 구과, 종자 및 발아특성에 대한 집단간 및 집단내 개체간 변이를 조사하였다. 지리산과 덕유산 집단의 25개 개체목에서 구과를 채취하여 13가지 구과 및 종자특성과 3가지 발아특성에 대하여 분석하였다.
또한 구과의 중간부위에서 20립씩 종자의 길이, 폭, 무게 및 지수(길이/폭), 종자날개의 길이, 폭 및 지수(길이/폭)에 대한 특성을 각각 조사하였다(Table 2). 종자충실율은 절단법(Embryo excision)을, 종자활력은 테트라졸리움법(Tetrazolium test)을 이용하여 각각 구과별로 10립씩 3반복 조사하였다.
우리나라 가문비나무 천연집단의 구과, 종자 및 발아특성에 대한 집단간 및 집단내 개체간 변이를 조사하였다. 지리산과 덕유산 집단의 25개 개체목에서 구과를 채취하여 13가지 구과 및 종자특성과 3가지 발아특성에 대하여 분석하였다. 분산분석 결과 종자의 폭 및 무게, 종자날개지수 및 평균발아일수 특성을 제외한 9개 형질들에서 집단간 및 집단내 개체간에 유의적인 차이가 인정되었다.
채취된 구과는 개체목별로 20개씩 임의로 구과의 길이, 폭, 무게 및 구과지수(길이/폭)를 조사하였다. 또한 구과의 중간부위에서 20립씩 종자의 길이, 폭, 무게 및 지수(길이/폭), 종자날개의 길이, 폭 및 지수(길이/폭)에 대한 특성을 각각 조사하였다(Table 2).
발아특성 조사를 위하여 실험전 1% sodium hypochlorite 용액에 5분 정도 침지한 후 증류수로 깨끗이 세척하였다. 치상은 종자를 2일간 침수처리 한 후 Petri-dish에 여과지 (Whatmann No. 2) 2매를 깔고 멸균수를 넣어 적습상태가 유지된 조건의 종자 발아상에서 각각의 처리당 25립씩 4반복으로 처리하였다. 발아적온은 광조건 하의 15, 20, 25, 30 ℃ 조건에서, 집단별 개체별 발아특성은 조사된 발아적온에 각각 치상하여 조사하였다.
대상 데이터
가문비나무 천연집단(덕유산집단, 지리산집단)을 대상으로 2009년 9월 구과결실이 좋고 생장, 건강도 등이 양호한 성목에서 채집을 행하였으며, 지리산 15개체, 덕유산 10개체 총 25본의 개체목에서 구과를 채취하여 사용하였다(Table 1).
데이터처리
자료분석은 SAS/STAT(ver. 6.12; SAS Institute Inc. 1996) 프로그램을 이용하여 집단간 및 집단 내 개체간 유의성에 대해 ANOVA Analysis에 의한 분산분석을, 종자 및 구과특성이 종자활력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 상관분석(Simple correlation analysis)을 실시하였다.
이론/모형
종자의 활력은 발아 개시 후부터 유근이 2 mm 이상 출현하였을 때를 발아한 것으로 간주하고 매일 발아된 종자의 개수를 조사하여 Scott et al.(1984)의 방법으로 발아율(GP = Germination Percentage), 평균발아소요일수(MGT = Mean Germination Time) 및 발아속도(GR = Germination Rate)를 산출하였다.
성능/효과
가문비나무 종자의 발아패턴을 살펴보면 대체적으로 치상 후 4일부터 최초 발아가 시작되었으며 치상 후 10일 정도면 거의 발아가 완료되는 것으로 나타났다(Fig. 1). 발아에 미치는 온도조건의 영향은 20 ℃에서 가장 높은 39.
가문비나무의 구과 및 종자의 평균특성은 각각 구과길이 34.8 mm, 구과폭 15.8 mm, 구과무게 4.22 g, 구과지수 2.22 mm, 종자길이 3.09 mm, 종자폭 1.62 mm, 종자지수 1.92, 종자무게 0.01 g, 날개길이 7.25 mm, 날개폭 3.11 mm, 날개지수 2.35, 충실율 15.6%, TTC 활력 39.5%로 나타났다(Table 4). 특히, 형질특성에 대한 변이계수 값을 살펴보면 종자무게, 구과무게, 충실율 및 TTC 활력 특성들이 36.
가문비나무의 발아적온에서 집단간 및 집단내 개체간 변이를 조사한 결과 발아율과 발아속도 특성에서만 집단간 및 집단내의 개체 간에 유의적인 차이가 인정되었다(Table 6). 발아율은 지리산 집단이 40.
87배 정도 우수한 집단간 차이를 나타냈다. 가문비나무의 종자발아에 미치는 온도조건의 영향을 보면 발아적온은 20 ℃였으며, 이때의 평균발아일수는 7.5일, 발아속도는 2.9개/일로 나타났다. 지리산 집단의 경우 평균발아율이 40.
가문비나무 구과는 원통형 또는 원통상 타원형으로 밑으로 처져 달리며, 종자는 난형으로서 끝이 둥근 형태를 나타냈다. 구과 및 종자의 13가지 특성들에 대한 집단간 및 집단내 개체간 변이는 종자폭, 종자무게 및 종자날개 지수 특성을 제외한 나머지 특성들에서 집단간 유의적인 차이를 보였으며, 집단내 개체간에는 모든 특성들에서 통계적인 유의성이 인정되었다(Table 3).
37개/일)보다 발아특성이 우수한 것으로 나타났다. 그러나 구과, 종자 및 발아특성에 대한 상관분석 결과 국내 가문비나무 천연집단은 종자활력이 한정된 분포에 따른 근친교배 및 특정 개체의 편중개화 현상에 많은 영향을 받는 것으로 추정되어 소멸을 초래할 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다.
대체 적으로 구과 및 종자날개의 형태적 특성은 지리산집단이 작기는 하지만 긴 경향을 보인반면 종자특성은 덕유산 집단이 크며 긴 형태를 나타냈다. 또한, 종자충실율과 TTC 활력은 덕유산 집단에 비해 지리산 집단이 각각 1.79배와 1.87배 정도 우수하여 집단간의 차이를 나타냈다.
2). 발아 특성에 대한 변이계수 값은 발아속도 57.1%, 발아율 55.1%로 집단내 개체간 변이가 큰 형질로 나타난 반면 평균발아 속도는 14.6%의 비교적 낮은 변이폭을 보였다. 특히, 발아율이 증가할수록 발아속도가 빨라지는 정의 상관관계를 나타냈다(Table 7).
1). 발아에 미치는 온도조건의 영향은 20 ℃에서 가장 높은 39.0%의 발아율을 보였으며, 이때의 평균발아일수는 7.5일로 가장 짧았으며, 발아속도도 2.9개/일로 가장 높게 나타나 가문비나무의 종자 발아적온인 것으로 추정된다(Table 5).
가문비나무의 발아적온에서 집단간 및 집단내 개체간 변이를 조사한 결과 발아율과 발아속도 특성에서만 집단간 및 집단내의 개체 간에 유의적인 차이가 인정되었다(Table 6). 발아율은 지리산 집단이 40.7%로 덕유산 집단 17.7%에 비해 2.3배 정도 활력이 높은 것으로 나타났으며, 발아 속도는 지리산 집단이 0.90개/일로 덕유산 집단 0.37개/ 일에 비해 2.4배 정도 빠른 것으로 나타났다(Fig. 2). 발아 특성에 대한 변이계수 값은 발아속도 57.
분산분석 결과 종자의 폭 및 무게, 종자날개지수 및 평균발아일수 특성을 제외한 9개 형질들에서 집단간 및 집단내 개체간에 유의적인 차이가 인정되었다. 변이계수 값은 구과와 종자의 무게, 충실율, TTC, 발아율 및 발아속도 형질들에서 29.7%~57.1% 범위의 높은 값을 보였으며, 나머지 형질들에서는 10% 내외의 비교적 변이가 작은 것으로 나타났다. 대체적으로 형태적 특성은 지리산집단의 경우 구과 및 종자날개가 작으며 긴 경향을 보인반면 덕유산 집단이 종자가 크고 긴 형태를 나타냈다.
지리산과 덕유산 집단의 25개 개체목에서 구과를 채취하여 13가지 구과 및 종자특성과 3가지 발아특성에 대하여 분석하였다. 분산분석 결과 종자의 폭 및 무게, 종자날개지수 및 평균발아일수 특성을 제외한 9개 형질들에서 집단간 및 집단내 개체간에 유의적인 차이가 인정되었다. 변이계수 값은 구과와 종자의 무게, 충실율, TTC, 발아율 및 발아속도 형질들에서 29.
종자 및 구과특성이 종자활력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 상관분석을 실시한 결과 충실율은 종자 길이가 길어지고 종자지수가 커질수록, TTC 활력은 구과의 길이와 폭이 커질수록 각각 낮아지는 부의 상관관계를 나타냈다(Table 8). 일반적으로 임목종자는 종자의 중량이 무겁고 형태가 큰 개체일수록 발아특성이 양호하며 초기생장도 우수한 것으로 보고되고 있으나(Khan et al.
대체적으로 형태적 특성은 지리산집단의 경우 구과 및 종자날개가 작으며 긴 경향을 보인반면 덕유산 집단이 종자가 크고 긴 형태를 나타냈다. 종자충실율과 TTC 활력은 지리산 집단이 덕유산 집단에 비해 각각 1.79배, 1.87배 정도 우수한 집단간 차이를 나타냈다. 가문비나무의 종자발아에 미치는 온도조건의 영향을 보면 발아적온은 20 ℃였으며, 이때의 평균발아일수는 7.
9개/일로 나타났다. 지리산 집단의 경우 평균발아율이 40.7%, 발아속도가 0.90개/일로서 덕유산 집단(17.7%, 0.37개/일)보다 발아특성이 우수한 것으로 나타났다. 그러나 구과, 종자 및 발아특성에 대한 상관분석 결과 국내 가문비나무 천연집단은 종자활력이 한정된 분포에 따른 근친교배 및 특정 개체의 편중개화 현상에 많은 영향을 받는 것으로 추정되어 소멸을 초래할 가능성이 매우 높은 것으로 나타났다.
집단 특성을 살펴보면 구과길이, 구과폭, 구과무게, 종자길이, 종자지수, 날개길이, 날개폭 특성들은 덕유산 집단이 지리산 집단에 비해 1.01~1.09배 정도 형질이 우수한 특성을 보인반면 구과지수, 종자날개지수, 충실율, TTC 활력 특성들은 상반된 경향을 보였으며, 종자폭, 종자무게 및 종자날개지수 특성들에서는 유사한 경향을 나타냈다. 대체 적으로 구과 및 종자날개의 형태적 특성은 지리산집단이 작기는 하지만 긴 경향을 보인반면 종자특성은 덕유산 집단이 크며 긴 형태를 나타냈다.
6%의 비교적 낮은 변이폭을 보였다. 특히, 발아율이 증가할수록 발아속도가 빨라지는 정의 상관관계를 나타냈다(Table 7). 임목종자 품질 기준에 따르면 가문비나무는 58% 발아율을 보이는 것으로 보고되고 있는데 본 연구결과에서는 다소 낮은 값을 나타내었으며 집단간 및 연도 간에 차이가 큰 것으로 나타났다(FRI, 1994).
5%로 나타났다(Table 4). 특히, 형질특성에 대한 변이계수 값을 살펴보면 종자무게, 구과무게, 충실율 및 TTC 활력 특성들이 36.3%~45.6% 범위로 집단내 개체간 차이가 큰 형질들로 나타났으며, 나머지 특성들은 10.0~16.4%의 비교적 변이가 작은 값을 나타냈다.
후속연구
(2009)도 7개 침엽형질에 대한 변이분석을 실시한 결과 대부분의 형질이 집단내 개체간 보다는 집단간 차지 하는 분산성분이 큰 것으로 나타났으며, 계방산 집단이 지리산과 덕유산 집단과는 다른 별개의 유집군을 형성하는 것으로 보고하였다. 이와 같이 우리나라 가문비나무 집단은 세계적으로 독특한 유전적인 특성과 구조를 가지고 있어 그 보존 가치가 매우 높으므로 우리나라 전체 집단을 대상으로 현지내외 보존 대책을 마련하는 것이 바람직할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가문비나무의 주요 분포지는?
가문비나무(P. jezoensis(Siebold & Zuccarini) Carrière) 는 우리나라를 비롯하여 러시아, 중국, 일본에 분포하고 있으며(Lee, 1990; Krestov and Nakamura, 2002; IUCN, 2010), 수고가 40~50 m이고 지름이 1 m에 달하는 상록교목으로 재질이 무게에 비하여 강할 뿐만 아니라 냄새가 없고 섬유장이 길며 수지의 함량이 적어서 건축재, 기구재, 펄프재 등으로 적합한 조림수종이다(Lee, 1990).
가문비나무의 형질특성에 대한 변이계수 값을 통해 알 수 있는 것은?
5%로 나타났다(Table 4). 특히, 형질특성에 대한 변이계수 값을 살펴보면 종자무게, 구과무게, 충실율 및 TTC 활력 특성들이 36.3%~45.6% 범위로 집단내 개체간 차이가 큰 형질들로 나타났으며, 나머지 특성들은 10.0~16.4%의 비교적 변이가 작은 값을 나타냈다.
가문비나무의 용도는?
가문비나무(P. jezoensis(Siebold & Zuccarini) Carrière) 는 우리나라를 비롯하여 러시아, 중국, 일본에 분포하고 있으며(Lee, 1990; Krestov and Nakamura, 2002; IUCN, 2010), 수고가 40~50 m이고 지름이 1 m에 달하는 상록교목으로 재질이 무게에 비하여 강할 뿐만 아니라 냄새가 없고 섬유장이 길며 수지의 함량이 적어서 건축재, 기구재, 펄프재 등으로 적합한 조림수종이다(Lee, 1990).
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