Background: Many Taraxacum spp. plants are widely used in medicine, but some of them have propagation problems, such as strong dormancy and poor germination rates. This study investigated the effects of temperature, gibberellic acid ($GA_3$), and potassium nitrate ($KNO_3$) on ...
Background: Many Taraxacum spp. plants are widely used in medicine, but some of them have propagation problems, such as strong dormancy and poor germination rates. This study investigated the effects of temperature, gibberellic acid ($GA_3$), and potassium nitrate ($KNO_3$) on seed germination in Taraxacum ohwianum. Methods and Results: The seeds (NIBRGR0000135524) were exalbuminous, and their length and width were $4.54{\pm}0.032mm$ and $0.97{\pm}0.029mm$, respectively. Various germination temperatures were tested (15, 20, 25, and $30^{\circ}C$), the optimum temperature for germination was found to be $20^{\circ}C$ (31.3%). High temperature ($30^{\circ}C$) resulted in non-typical seedlings (thickened and crumpled cotyledons, with a restricted root system). To increase the germination capacity, $GA_3$ (200, 500, and $1,000mg/{\ell}$) or $KNO_3$ (20, 50, 100, 200, and $500mg/{\ell}$) solutions were used as pre-soaking solutions instead of water. The $GA_3$ treatments increased the germination percentage and rate, but germination percentage was higher with the $KNO_3$ treatments. Under the $50-200mg/{\ell}\;KNO_3$ treatments, the germination percentage exceeded 80% after 12 days, and $50mg/{\ell}\;KNO_3$ was notably effective (91.2% after 15 days). Conclusions: T. ohwianum seeds showed improved germination at low temperatures. The best method for germination was presoaking in $50mg/{\ell}\;KNO_3$ for 24 h, in the dark at $4^{\circ}C$, and then incubating the germinated seed at $20^{\circ}C$ for 15 days.
Background: Many Taraxacum spp. plants are widely used in medicine, but some of them have propagation problems, such as strong dormancy and poor germination rates. This study investigated the effects of temperature, gibberellic acid ($GA_3$), and potassium nitrate ($KNO_3$) on seed germination in Taraxacum ohwianum. Methods and Results: The seeds (NIBRGR0000135524) were exalbuminous, and their length and width were $4.54{\pm}0.032mm$ and $0.97{\pm}0.029mm$, respectively. Various germination temperatures were tested (15, 20, 25, and $30^{\circ}C$), the optimum temperature for germination was found to be $20^{\circ}C$ (31.3%). High temperature ($30^{\circ}C$) resulted in non-typical seedlings (thickened and crumpled cotyledons, with a restricted root system). To increase the germination capacity, $GA_3$ (200, 500, and $1,000mg/{\ell}$) or $KNO_3$ (20, 50, 100, 200, and $500mg/{\ell}$) solutions were used as pre-soaking solutions instead of water. The $GA_3$ treatments increased the germination percentage and rate, but germination percentage was higher with the $KNO_3$ treatments. Under the $50-200mg/{\ell}\;KNO_3$ treatments, the germination percentage exceeded 80% after 12 days, and $50mg/{\ell}\;KNO_3$ was notably effective (91.2% after 15 days). Conclusions: T. ohwianum seeds showed improved germination at low temperatures. The best method for germination was presoaking in $50mg/{\ell}\;KNO_3$ for 24 h, in the dark at $4^{\circ}C$, and then incubating the germinated seed at $20^{\circ}C$ for 15 days.
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문제 정의
따라서 본 연구는 산민들레 종자의 실생번식을 위한 효율적인 발아조건을 확립하기 위하여 종자의 형태적 특성, 활력 검증, 적정 발아온도 및 지베렐린 (GA3)과 질산칼륨 (KNO3)이 발아력 향상에 미치는 영향을 분석하여 발아특성을 규명하고자 수행되었다.
제안 방법
종자는 파종 전 70% 에탄올 (30초)과 2%의 NaOCl (10분)으로 소독하고 멸균수로 5회 수세하였다. 100립씩 무작위 선발하여 치상하였으며, 3반복으로 발아 실험을 수행하였다.
또한 무기염류에 의한 발아촉진 효과를 연구하기 위하여 종자를 KNO3 수용액 (0, 20, 50, 100, 200, 500 ㎎/ℓ)에 침지 (4℃, 암조건) 후 여과하여 치상하였으며, 20℃에서 20일간 발아연구를 진행했다.
발아 최적 온도조건을 찾기 위해 소독된 종자를 멸균수에 24시간 동안 침지 (4℃, 암조건) 후 여과지 (Whatman No. 2, Whatman Ltd., Maidstone, Kent, England)를 넣은 페트리디쉬 (10090, SPL Life Science Co., Ltd., Pocheon, Korea)내에 치상하여 각각 다른 온도조건 (15, 20, 25, 30℃)하에서 20일간 발아연구를 수행하였다.
발아 환경 조건에 따른 발아특성을 분석하고자 각 실험에서 파종 후 2-3일 간격으로 종자의 발아 상태를 조사하였고, 발아율 (germination percentage, GP), 평균발아소요일수 (mean germination time, MGT), 발아속도지수 (germination speed index, GSI), 발아균일도 (germination uniformity, GU)와 T50 (파종 후 최종 발아율에 대한 50% 발아까지 도달하는데 소요 되는 기간)을 아래와 같이 계산하였다 (Coolbear et al., 1984; Gavassi et al., 2014).
본 연구에서 산민들레 종자는 GA3 500 ㎎/ℓ처리로 발아율, 발아속도와 발아동시성이 향상되었으나, 최종 발아율은 40.9%로 대조구보다 1.4배 증가되어 발아율의 증가세가 낮고, 우슬 (90% 내외), 노랑하늘타리 (90% 이상), 지치 (80% 내외)와 같이 약용식물로 작물화된 야생식물보다 발아율이 낮아 작물화를 위해 발아율을 개선할 수 있는 방법을 개발할 필요가 있는 것으로 판단하여 무기염류를 이용한 발아촉진연구를 진행하였다 (Kim et al., 2014, 2015; Lee et al., 2014).
식물생장조절물질 중 하나인 GA3를 사용하여 발아촉진 효과를 연구하기 위해 소독된 종자를 GA3 희석액 (0, 200, 500, 1,000 ㎎/ℓ)에 침지 (4℃, 암조건) 후 여과하여 치상하였고, 상기 연구에서 발아적온으로 규명된 온도 20℃ 상에서 20일간 발아연구를 수행하였다.
종자를 발아하기 전에 International Seed Test Associate의 tetrazolium test (이하, TZ 테스트) 방법을 다음과 같이 응용하여 활력을 검증하였다 (ISTA, 2014). 종자 상단에 단면도 (Single edge blades DN-52, Dorco, Seoul, Korea)로 얇은 칼집을 낸 후 멸균수 침지하여 20℃에서 18시간 동안 전처리하였고, 멸균수를 제거하고 종자를 2, 3, 5-triphenyl tetrazolium chloride (T8877, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)을 1%로 희석한 용액을 넣고 30℃에서 20시간 처리 후 종단면을 절단하여 종자 내부 배의 염색 정도와 상태를 해부현미경으로 관찰하여 활력을 판단하였다.
종자는 파종 전 70% 에탄올 (30초)과 2%의 NaOCl (10분)으로 소독하고 멸균수로 5회 수세하였다. 100립씩 무작위 선발하여 치상하였으며, 3반복으로 발아 실험을 수행하였다.
종자를 발아하기 전에 International Seed Test Associate의 tetrazolium test (이하, TZ 테스트) 방법을 다음과 같이 응용하여 활력을 검증하였다 (ISTA, 2014). 종자 상단에 단면도 (Single edge blades DN-52, Dorco, Seoul, Korea)로 얇은 칼집을 낸 후 멸균수 침지하여 20℃에서 18시간 동안 전처리하였고, 멸균수를 제거하고 종자를 2, 3, 5-triphenyl tetrazolium chloride (T8877, Sigma Chemical Co.
종자의 외부형태는 해부현미경 (SMZ1500, Nikon, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다. 종자의 크기는 디지털카메라 (DS-Ri1, Nikon, Tokyo, Japan)로 촬영된 이미지를 이미지 분석 프로그램인 NIS-Elements BR 3.
대상 데이터
모본은 확증표본 (NIBRVP0000417518)으로 제작하여 국립생물자원관에 보존하였고, 종자 (NIBRGR0000135524)는 파쇄립, 저질, 병충해립, 감염립, 이물질 등을 제거하여 건조실 (15℃, 10%)에서 수분함량 5 - 10% 미만으로 건조 후 국가야생식물종자은행 장기수장고 (−18℃, 상대습도 40%)에 보존 (3년 6개월)하였다.
연구재료로 사용된 산민들레 (Taraxacum ohwianum Kitam.) 종자는 2012년 5월 25일 강원도 평창군 대관령면에서 채집되었다. 모본은 확증표본 (NIBRVP0000417518)으로 제작하여 국립생물자원관에 보존하였고, 종자 (NIBRGR0000135524)는 파쇄립, 저질, 병충해립, 감염립, 이물질 등을 제거하여 건조실 (15℃, 10%)에서 수분함량 5 - 10% 미만으로 건조 후 국가야생식물종자은행 장기수장고 (−18℃, 상대습도 40%)에 보존 (3년 6개월)하였다.
데이터처리
모든 실험은 3반복으로 수행되었고, Microsoft™ Office Excel 2007 (Microsoft corporation, Redmond, WA, USA)을 사용하여 평균과 표준오차를 구하고, 통계프로그램 (Statistical analysis system version 9.2, SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 ANOVA (analysis of variance) 및 DMRT (Duncan's Multiple Range Test)를 수행하였으며, 5% 유의수준에서 각 처리간의 유의성을 비교하였다.
종자의 외부형태는 해부현미경 (SMZ1500, Nikon, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다. 종자의 크기는 디지털카메라 (DS-Ri1, Nikon, Tokyo, Japan)로 촬영된 이미지를 이미지 분석 프로그램인 NIS-Elements BR 3.10 software (Nikon GmbH, Vienna, Austria)로 측정하였으며, 종자 100립 중 20립을 무작위 선발하여 3반복으로 길이와 너비를 측정한 후 평균과 표준오차를 구하였다. 종자의 천립중은 종자계수기 (Contador, Pfeuffer GmbH, Kitzingen, Germany)로 1,000립씩 계수한 후 정밀전자저울 (MS1003S, Mettler-Toledo GmbH, Greifensee, Switzerland)로 무게를 측정하였고, 3반복으로 수행하여 평균과 표준오차를 구하였다.
성능/효과
5 mM) 처리구에서는 발아가 억제되어 본 연구와 유사한 결과가 도출되었다 (Kim and Lee, 2013). 따라서 GA3는 민들레속 식물의 종자 발아를 촉진할 수 있으나, 처리 농도에 따라 발아특성이 달라지며, 고농도에서는 발아가 억제될 수 있으므로 처리농도를 조절할 필요가 있는 것으로 판단되었다.
따라서 산민들레 종자는 저온 (−18℃)에서 장기보존이 가능하며, 산민들레 증식과 대량생산을 위해서는 종자를 KNO3 용액 (50 ㎎/ℓ)에 저온 상태로 1일간 침지 후 20℃ 전광조건하에 파종하는 방법 적용이 효율적임을 판단할 수 있었다.
Ahn 등 (2012)은 산민들레 종자는 채종 후 직파하면 80 - 90% 발아하고, 25℃에 30일 또는 5℃에 60일 저장해도 85% 이상 발아하여 휴면성이 낮다고 하였으나, 본 연구에서 3년 6개월 동안 저온저장된 (−18℃, RH 40%) 산민들레 종자는 발아율이 30% 내외로 낮았고, KNO3에 의하여 발아율이 90% 내외로 크게 향상되었다. 따라서 산민들레 종자는 저온저장시 종자 활력은 유지되지만, 2차 휴면이 발생하는 것으로 사료되며, 이는 KNO3 처리로 타파될 수 있는 것으로 확인되었다.
산민들레 종자는 20℃에서 통계적으로 유의하게 최종 발아율과 발아속도가 우수하였으며, 평균발아소요일수와 발아균일도가 가장 낮아 발아가 짧은 기간 동안 동시에 진행됨을 알 수 있었다 (Table 1). 반면 고온 (30℃)에서는 발아가 억제되었을 뿐 아니라, 발아속도가 느리고, 발아묘의 자엽이 두껍고 뿌리가 거의 발달하지 못하는 비정상묘로 관찰되었다 (Fig. 4, Table 1).
2배 이상 향상되었고, 발아속도가 빠르고 발아균일도가 낮아 종자가 동시에 발아하는 발아특성을 보였다 (Table 2와 3). 발아 개시 후 종료까지 소요되는 일자를 뜻하는 평균발아소요일수는 모든 처리구에서 6.2 - 6.8일이었으며 통계적으로 유의한 차이가 없어 KNO3 처리는 발아소요일수와 관계가 없는 것으로 사료되었다.
식물증식의 효율적 생산 관리를 위해서는 종자가 동시에 발아되는 것이 유리하기 때문에 발아조건을 확립하기 위해서는 발아율 뿐 아니라 발아시간, 속도, 균일성과 함께 동시성도 고려되어야 한다. 본 연구에서 발아율이 91.2%로 가장 높았던 KNO3 (50 ㎎/ℓ) 처리구에서는 높은 발아율 뿐 아니라 발아소요일수가 짧고 발아속도가 빠르며 동시에 발아하는 특징을 보였다.
본 연구에서는 산민들레 종자에 KNO3 수용액 (50 -200 ㎎/ℓ)을 처리하였을 때 발아율이 80% 이상으로 증가되었고 (Table 3), 발아묘는 모두 자엽과 뿌리가 정상적인 형태로 발달하는 정상묘였으며 특히 멸균수 처리구에 비해 뿌리가 빨리 자라는 특징을 보였다 (data not shown).
3). 산민들레 종자는 20℃에서 통계적으로 유의하게 최종 발아율과 발아속도가 우수하였으며, 평균발아소요일수와 발아균일도가 가장 낮아 발아가 짧은 기간 동안 동시에 진행됨을 알 수 있었다 (Table 1). 반면 고온 (30℃)에서는 발아가 억제되었을 뿐 아니라, 발아속도가 느리고, 발아묘의 자엽이 두껍고 뿌리가 거의 발달하지 못하는 비정상묘로 관찰되었다 (Fig.
산민들레 종자를 GA3 (0 - 1,000 ㎎/ℓ) 희석액으로 전처리한결과 GA3는 발아율과 발아속도를 향상시켰다 (Table 2). 특히 GA3 500 ㎎/ℓ 처리구에서 최종 발아율이 통계적으로 유의하게 가장 높았고 (40.
, 2003), 유묘의 발달과 생육에도 영향을 미치므로 (Washitani, 1985), 실생번식으로 식물을 증식하기 위해서는 종자 발아율과 발아 속도를 촉진하고 유묘의 정상적인 발달에 적합한 온도 규명은 반드시 필요하다. 종자 발아를 평가할 때 양적 지표로는 발아율, 질적 지표로는 평균발아소요일수와 발아속도를 고려하는데 (Choi, 2012), 본 연구에서 산민들레 종자는 발아의 양적지표, 질적지표와 유묘의 발달을 모두 고려했을 때 발아 최적 온도 20℃였고, 고온에서는 발아와 유묘의 생육이 억제되므로 파종 시 온도관리에 주의해야 할 것으로 판단되었다.
087 g이였다. 종자의 단면을 확인한 결과, 무배유종자로 TZ 테스트에서 모두 배가 전체적으로 붉은색으로 염색되었고 배 상태가 매우 양호하여 활력이 있는 것으로 판단되었다 (Fig. 1B).
는 발아율과 발아속도를 향상시켰다 (Table 2). 특히 GA3 500 ㎎/ℓ 처리구에서 최종 발아율이 통계적으로 유의하게 가장 높았고 (40.9%), 평균발아소요일수는 5.9일로 대조구인 멸균수 처리구 (6.8일)보다 13.2% 단축되었으며, 발아속도는 7.2로 대조구 (4.7)보다 53% 증가되었다. 또한 발아 후 자엽과 뿌리가 정상적으로 발육하였으며 비정상묘는 관찰되지 않았다 (data not shown).
특히 KNO3 50 ㎎/ℓ 농도에서 최종 발아율 91.2%로 GA3처리와 비교하여 발아율이 2.2배 이상 향상되었고, 발아속도가 빠르고 발아균일도가 낮아 종자가 동시에 발아하는 발아특성을 보였다 (Table 2와 3). 발아 개시 후 종료까지 소요되는 일자를 뜻하는 평균발아소요일수는 모든 처리구에서 6.
후속연구
, 2013)가 보고되어 있으므로 식의약 소재로 개발 가능성이 높다. 그러나 식물소재 대량증식을 위한 연구가 미흡하고 특히 저장종자의 발아연구가 보고된 바 없어 육묘 생산을 위한 체계적인 발아특성 연구가 필요하다.
, 2015)의 KNO3 수용액 침지처리에 의해 발아가 촉진되는 것으로 보고되어있다. 따라서 KNO3 처리는 야생식물 종자발아를 향상시킬 수 있는 효율적인 전처리 방법 중 하나로 사료되며, 식물 종에 따라 발아에 영향을 미치는 농도 차이가 있어 종 특성에 따른 최적 처리방법 개발 및 특성 연구가 중요할 것으로 사료되었다.
자생 민들레 중 발아특성이 보고된 흰민들레와 좀민들레는 초기에 일부 발아하고 저온처리에 의해 발아율이 향상되는 휴면유형을 보이며, 30일 이상 장기간의 저온 층적처리 후 광조건에서 발아되는 발아특성 결과가 보고된 바 있다 (Ahn and Choi, 2000). 저온처리는 다수의 온대성 식물의 휴면타파를 촉진하는 중요한 요인이지만 (Jung and Kim, 2009), 장기간의 저온층적처리로 인한 비용 증가와 저온성 미생물의 증식으로 종자활력 감소 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 발아기간을 단축시키고 발아력을 향상시킬 수 있는 효율적인 방법 개발이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자생 민들레의 증식방법 중 종자 저온처리가 갖는 단점은?
자생 민들레 중 발아특성이 보고된 흰민들레와 좀민들레는 초기에 일부 발아하고 저온처리에 의해 발아율이 향상되는 휴면유형을 보이며, 30일 이상 장기간의 저온 층적처리 후 광조건에서 발아되는 발아특성 결과가 보고된 바 있다 (Ahn and Choi, 2000). 저온처리는 다수의 온대성 식물의 휴면타파를 촉진하는 중요한 요인이지만 (Jung and Kim, 2009), 장기간의 저온층적처리로 인한 비용 증가와 저온성 미생물의 증식으로 종자활력 감소 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 발아기간을 단축시키고 발아력을 향상시킬 수 있는 효율적인 방법 개발이 필요하다.
산민들레란?
산민들레 (Taraxacum ohwianum Kitam.)는 국화과 식물로 중국 동북지역과 한국에 분포하며, 국내에서는 고산지대에 분포하는 다년생 초본이다 (NIBR, 2013). 우리나라에는 총 8종의 민들레속 식물 [흰민들레, 영도민들레 (큰민들레), 좀민들레 (한라민들레), 붉은씨서양민들레, 털민들레, 서양민들레 (양민들레), 산민들레 및 흰털민들레 (북방민들레)]이 보고되었고 (NIBR, 2011), 이 중 서양민들레와 붉은씨서양민들레는 귀화종이다.
산민들레 종자의 모양과 색은?
산민들레 (Taraxacum ohwianum Kitam.) 종자는 선단이 날카롭게 돌출되고 가시모양의 돌기가 있는 주걱형 모양으로 종피는 황갈색이다 (Fig. 1A).
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