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문제 정의
- 를 병행 처리하여 종자 휴면기간 단축을 통한 세대진전 촉진 가능성을 검토하였다. 또한, 변온 및 GA3 처리가 지상부의 생육에 미치는 영향을 조사하여 조기 휴면 타파된 유묘의 정상적인 생육 가능성을 검토하였다.
- 본 연구에서는 종자의 적정 저온처리 온도를 설정하고 종자 휴면 타파에 중요한 식물생장조절 물질인 지베렐린을 병행 처리하여 이에 대한 휴면 타파 효과를 검정하였으며, 우리나라 계절변화에 착안하여 겨울과 봄철의 온도변화의 주기를 인위적으로 처리하고 그 기간을 단축시켜 주면 인삼 종자의 조기 휴면 타파에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상되어 변온처리 및 GA3를 병행 처리하여 종자 휴면기간 단축을 통한 세대진전 촉진 가능성을 검토하였다. 또한, 변온 및 GA3 처리가 지상부의 생육에 미치는 영향을 조사하여 조기 휴면 타파된 유묘의 정상적인 생육 가능성을 검토하였다.
제안 방법
- 변온은 저장 중에 온도의 차이를 인위적으로 줬는데 15일의 경우에는 5일 동안 2℃ 처리한 종자를 −2℃ 저장고로 옮겨 5일간 처리하고 이후 다시 2℃ 저장고로 옮겨 5일간 처리하였고 30, 45, 60, 90일 처리구에서는 각각 10, 15, 20, 30일간 동일한 방법으로 처리하였다 (Table 1). 대조구I는 저온처리를 하지 않은 종자를 파종하였고 대조구II는 저온처리를 하지 않고 GA3 처리된 종자를 파종하였다.
- 발아균일지수는 Sundstrom 등 (1987)이 이용한 방법을 변형하여 GPI = GP/MGT × 100으로 계산하였다.
- 처리구별 파종은 12월 19일에 대조구를 시작으로 처리가 완료된 종자를 차례대로 온실에서 72구 트레이 2개에 파종하였으며, 시험구 배치는 완전임의 3반복 (반복 당 48개)으로 하였다. 발아는 지표면 위로 유아가 출현한 때로 하였으며 파종 50일후까지 조사하였다. 발아특성으로서 발아율 (germination percentage, GP), 평균발아일수 (mean germination time, MGT), 발아균일지수 (germination performance index, GPI) 가 조사되었다.
- 발아는 지표면 위로 유아가 출현한 때로 하였으며 파종 50일후까지 조사하였다. 발아특성으로서 발아율 (germination percentage, GP), 평균발아일수 (mean germination time, MGT), 발아균일지수 (germination performance index, GPI) 가 조사되었다. 발아율은 파종 종자수에 대한 발아 종자수의 백분율로 하였고, 평균발아일수는 MGT = ∑(tini)/N의 식을 이용하였는데 ti는 치상 후 조사일수, ni는 조사 당일의 발아수, N은 총 발아수를 의미한다 (Scott et al.
- 변온은 저장 중에 온도의 차이를 인위적으로 줬는데 15일의 경우에는 5일 동안 2℃ 처리한 종자를 −2℃ 저장고로 옮겨 5일간 처리하고 이후 다시 2℃ 저장고로 옮겨 5일간 처리하였고 30, 45, 60, 90일 처리구에서는 각각 10, 15, 20, 30일간 동일한 방법으로 처리하였다 (Table 1).
- 변온이 지상부 생육에 미치는 영향을 검토하기 위하여 변온 90일 저장된 시험구와 상시저온 2℃에서 90일 저장된 시험구와 비교하였다. 변온을 처리한 시험구는 GA3의 처리 유무에 상관없이 상시저온 처리된 시험구의 유묘와 유의한 차이가 없어 변온에 의한 유묘의 지상부 생육 변화는 없는 것으로 판단된다 (Table 5).
- 저온 처리는 종자를 비닐 지퍼백에 넣고 상시저온 (2℃, −2℃) 및 변온 (2 → −2 → 2℃)으로 처리하였는데 상시저온은 2℃, −2℃ 저장고에 15, 30, 45, 60, 90일 동안 처리하였다.
- 종자의 휴면 타파를 위하여 GA3 (MB Cell, Los Angeles, CA, USA)와 상시저온 및 변온처리를 하였다. GA3 처리는 저온 저장 전 24시간동안 종자를 100 ㎎/ℓ 용액에 침지하였다.
- 지상부 생육조사는 파종 후 60일 경과하였을 때 발아율이 10% 이상이었던 시험구를 대상으로 처리 당 10개체씩 조사하였고 지상부 생육의 조사항목은 경장, 경직경, 엽장, 엽폭으로 하였다.
- 처리구별 파종은 12월 19일에 대조구를 시작으로 처리가 완료된 종자를 차례대로 온실에서 72구 트레이 2개에 파종하였으며, 시험구 배치는 완전임의 3반복 (반복 당 48개)으로 하였다. 발아는 지표면 위로 유아가 출현한 때로 하였으며 파종 50일후까지 조사하였다.
대상 데이터
- 본 시험의 재료는 충청북도 음성군에 소재한 농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 온실에서 2015년 12월부터 2016년 5월까지 수행되었다. 시험재료는 2015년 수확하여 개갑시킨 재래종 인삼 (Panax ginseng C.
- 본 시험의 재료는 충청북도 음성군에 소재한 농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 온실에서 2015년 12월부터 2016년 5월까지 수행되었다. 시험재료는 2015년 수확하여 개갑시킨 재래종 인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer) 종자를 사용하였다. 재배온실의 온도는 생육기간 동안 일평균 19℃로 유지하였다.
데이터처리
- 5 (The R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria)를 이용하였다. t-test는 등분산성을 먼저 검정한 후 등분산성이 인정되면 Two sample t-test, 인정되지 않으면 welch Two sample t-test를 수행하여 유의성을 검정하였고 필요한 경우 2요인 분석을 실시하였다. 다변량은 분산분석 (ANOVA)을 실시하였으며 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의성 검정을 수행하였다.
- 다변량은 분산분석 (ANOVA)을 실시하였으며 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의성 검정을 수행하였다.
이론/모형
- 처리별 시험결과는 R version 3.2.5 (The R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria)를 이용하였다. t-test는 등분산성을 먼저 검정한 후 등분산성이 인정되면 Two sample t-test, 인정되지 않으면 welch Two sample t-test를 수행하여 유의성을 검정하였고 필요한 경우 2요인 분석을 실시하였다.
성능/효과
- −2℃ 저온처리한 경우에도 2℃ 처리와 비슷한 양상을 보였는데, 처리 30일 후 2.1%, 45일 후 4.2%, 60일 후 4.9% 발아하여 기간이 경과함에 따라 발아율이 상승하는 경향이 있었지만 서로 유의한 차이는 없었고 처리 90일 후에는 13.9% 발아하여 다른 처리구보다 유의성 있게 높았다 (Fig. 2).
- 2℃와 −2℃간의 요인분석을 한 결과, 모든 변수에서 유의성을 나타내지 않았으며, 처리일수와 저온온도 사이의 상호작용도 모든 변수에서 유의하지 않았다 (Table 2).
- Meyer) 종자를 트레이에 파종하였을 때 저온처리하지 않은 대조구I에서는 전혀 발아가 일어나지 않았으며 최초의 발아는 저온처리 30일에서 나타났다. 2℃의 저온처리된 종자의 경우 발아율은 30일 처리한 종자가 3.1%, 45일 처리한 종자는 2.8%로 두 처리구 사이에서는 유의한 차이가 없었으며, 60일 처리한 종자는 6.3%로 유의하게 상승하였고, 90일 처리한 종자는 14.6% 발아하여 기간이 경과함에 따라 발아율이 상승하는 경향을 보였다 (Fig. 1).
- GA3 처리와 변수간의 요인분석을 한 결과 GA3 처리는 모든 변수와 유의성을 나타냈으며 처리일수와 GA3 처리간의 상호작용은 발아율, 발아균일지수에서 유의성을 나타내었다 (Table 3).
- GA3를 변온처리와 병행하여 처리하였을 때 처리기간별 발아특성 중 발아율은 처리 15일 46.0%, 30일 67.4%, 45일 79.2%, 60일 95.1%, 90일 90.3%로 처리 60일까지는 유의성 있게 증가하였다.
- GA3를 처리하였을 때, 온도 차이에 따른 발아특성은 모든 처리기간에서 발아율, 평균발아일수, 발아균일지수에서 유의한 차이가 없었으나 90일 처리하였을 때는 2℃ 처리 시험구의 발아율이 −2℃보다 약 18% 높고 두 처리 사이의 p-value 값도 0.05258이어서 GA3 처리하였을 때 저온 저장온도에 따른 발아율의 차이가 있는 것으로 판단된다.
- GA3와 변온을 병행처리 하였을 때도 다른 처리하였을 때와 마찬가지로 처리기간이 늘어남에 따라 종자 발아특성이 증가하는 경향을 보였다.
- GA3와 변온의 병행처리에 따른 처리기간과 변수간의 요인분석을 한 결과 모든 변수와 유의성을 나타냈으며, 변온과 상시저온간의 요인분석 결과 발아율과 발아균일지수에서만 유의성이 확인되었다. 저온처리 방법과 처리기간의 상호작용은 변온 단독처리 하였을 때와는 다르게 모든 변수에서 유의성이 없었다 (Table 4).
- GA3와 변온의 병행처리에 의한 효과를 알아보기 위해 GA3를 처리한 상시저온 2℃ 시험구와 비교하였을 때 발아율은 처리 60일까지는 변온처리를 병행한 시험구에서 GA3를 단독 처리한 시험구보다 약 1.7배 이상 유의하게 높았으나 처리 90일에서는 차이가 없었다.
- 경장은 처리 45일까지는 처리기간이 증가함에 따라 길이도 유의하게 증가하였으나 그 이후에는 유의한 차이가 없었다. 경직경은 처리기간별 생육 차이가 없었으며 엽장과 엽폭은 처리 15일을 제외하고는 처리기간별로 차이가 없었다.
- 발아균일지수는 2℃ 처리하였을 때 일수별로 각각 0.62, 1.43, 2.72, 3.27, 7.99이었고, −2℃ 처리는 일수별로 각각 0.70, 1.35, 1.89, 2.71, 6.34로 두 온도에서 모두 처리기간이 증가 할수록 발아균일지수가 상승하였다.
- 발아균일지수는 30일 처리부터 각각 0.06, 0.12, 0.26, 4.23으로 60일까지는 처리기간에 따른 유의한 차이가 없었지만 90일 변온처리 하였을 때 발아균일지수가 유의성 있게 높았다 (Fig. 3).
- 발아균일지수는 처리 60일까지 변온처리와 GA3를 병행처리 하였을 때 유의하게 높았으며 처리 90일에서는 차이가 없었다.
- 변온처리에 따른 처리기간과 변수간의 요인분석을 한 결과 모든 변수와 유의성을 나타냈으며, 변온과 상시저온간의 요인분석 결과 발아율과 발아균일지수에서만 유의성이 확인되었다. 저온처리 방법과 처리기간의 상호작용도 발아율과 발아 균일지수에서만 유의성이 확인되었다.
- , 1989) 저온처리 기간이 경과하면서 종자 내에서 합성된 지베렐린의 농도가 증가하여 종자가 발아 된다 (Ross and Bradbeer, 1971). 본 시험에서 GA3 처리에 의하여 종자 발아 특성이 전반적으로 향상되었는데 외부에서 투입된 GA3가 저온처리 효과를 일부 대체할 수 있어서 저온처리 기간이 충분하지 않았더라도 발아가 이루어진 것으로 추정된다.
- 이것으로 보아 비교적 높은 환경 온도에서 파종할 때는 저온 처리 기간을 더 늘려야 인삼종자가 안정적으로 발아할 것으로 생각된다. 실제로 GA3 처리 없이 2℃에서 120일 저장한 종자를 온실에 파종하였을 때 90%의 종자가 발아하는 것을 확인하였다 (자료 미제시).
- 만큼은 아니었지만 인삼 종자의 휴면 타파에 필요한 저온감응기간과 발아에 필요한 기간의 단축에 효과가 있었으며 종자의 균일한 발아에도 긍정적인 영향을 끼쳤다. 이것은 계절변화에 의한 변온으로 인삼 종자의 저온감응기간 단축되었다는 보고 (Kwon et al., 2001)와 일치하며 본 연구를 통해 인위적으로 조성한 변온처리도 휴면기간 단축에 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다. 발아율 외에도 평균발아속도를 향상시켰는데 다른 작물에서도 변온처리가 발아를 촉진하였다는 보고 (Bello et al.
- 이상으로 결과를 종합해보면, 변온처리의 지상부 생육에 미치는 영향은 미미한 것으로 판단되며 GA3에 의한 효과가 더 큰 것으로 추정된다. 변온과 GA3를 병행처리한 종자에서 발아한 유묘는 15일처리 하였을 때의 경장이 상시저온 90일 처리하여 발아한 유묘보다 다소 작았지만 나머지 특성은 비슷하였으며 처리 30일 이후부터는 저온처리 되어 발아한 유묘와 생육이 비슷하거나 우수하여 안정적인 생육이 가능하였다.
- 이상의 결과를 요약하면 변온처리는 GA3 만큼은 아니었지만 인삼 종자의 휴면 타파에 필요한 저온감응기간과 발아에 필요한 기간의 단축에 효과가 있었으며 종자의 균일한 발아에도 긍정적인 영향을 끼쳤다. 이것은 계절변화에 의한 변온으로 인삼 종자의 저온감응기간 단축되었다는 보고 (Kwon et al.
- 인삼 종자를 변온(2 → −2 → 2℃) 처리하여 트레이에 파종하였을 때 종자 발아특성은 상시저온처리 하였을 때와 마찬가지로 처리기간이 증가함에 따라 발아특성 대부분이 증가하는 경향을 보였다.
- 변온처리에 따른 처리기간과 변수간의 요인분석을 한 결과 모든 변수와 유의성을 나타냈으며, 변온과 상시저온간의 요인분석 결과 발아율과 발아균일지수에서만 유의성이 확인되었다. 저온처리 방법과 처리기간의 상호작용도 발아율과 발아 균일지수에서만 유의성이 확인되었다.
- 저온처리된 인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer) 종자를 트레이에 파종하였을 때 저온처리하지 않은 대조구I에서는 전혀 발아가 일어나지 않았으며 최초의 발아는 저온처리 30일에서 나타났다. 2℃의 저온처리된 종자의 경우 발아율은 30일 처리한 종자가 3.
- 인삼에서도 변온처리시 종자 발아특성 차이가 발생하는지 확인하기 위하여 2℃ 상시저온에 저장되었던 시험구와 처리기간별로 비교한 결과는 Table 4와 같다. 처리 60일까지는 변온과 2℃ 사이에 모든 종자 발아특성에서 유의한 차이가 없었으나 90일 처리하였을 때는 발아율, 평균발아일수, 발아균일지수모두 변온처리에 의하여 특성이 유의하게 증가하였다.
- , 2014)가 되어 있는데 인삼의 경우 GA3를 처리하지 않았을 때, 2℃, −2℃ 온도 차이에 따른 발아율, 평균발아일수, 발아균일지수 모두 유의한 차이는 발견되지 않았다. 처리기간과 변수간의 요인분석을 한 결과 처리기간은 발아율, 평균발아일수, 발아균일지수 모두와 유의성을 나타내었다. 2℃와 −2℃간의 요인분석을 한 결과, 모든 변수에서 유의성을 나타내지 않았으며, 처리일수와 저온온도 사이의 상호작용도 모든 변수에서 유의하지 않았다 (Table 2).
- 처리일수와 변수간의 요인분석을 한 결과 처리일수는 모든 변수와 유의성을 나타냈으며 2℃와 −2℃ 온도간의 요인분석 결과 발아율과 발아균일지수에서 유의성을 나타내어 GA3를 처리 안했을 때 유의성이 없었던 것과는 다른 양상을 보였다.
- 평균발아일수는 2℃ 처리구에서 처리기간별로 각각 31.6일, 26.8일, 16.5일, 15.5일, 11.0일이었고, −2℃ 처리구에서 각각 32.2일, 27.2일, 20.2일, 15.2일, 10.8일로 저온처리 기간이 늘어남에 따라 발아에 소요된 일수가 점차 감소하였다.
- 평균발아일수는 30일부터 처리기간에 따라 각각 38.3일 42.0일, 27.3일, 17.0일로 처리 30일과 45일 사이에는 유의한 차이가 없었지만 이후 처리기간이 증가함에 따라 평균발아일 수가 유의성 있게 감소하였다.
- 평균발아일수는 각각 31.2일, 28.0일, 19.4일, 13.0일, 11.1일로 처리기간이 늘어나면서 점차 유의성 있게 감소하였고, 발아균일지수는 각각 1.47, 2.41, 4.09, 7.31, 8.12로 처리기간이 증가할수록 값이 유의하게 증가하였다.
- 평균발아일수는 발아한 30일부터 2℃ 처리 시험구는 처리기 간에 따라 각각 42.0일, 35.5일, 27.9일, 19.7일이었으며 −2℃ 처리는 각각 41.5일, 43.0일, 29.0일, 18.8일로 처리기간이 늘어남에 따라 평균발아일수가 단축되는 경향이 있었다.
- 평균발아일수는 저온처리 45일 이후부터 GA3를 처리한 시험구에서 GA3를 처리하지 않은 시험구에 비해 유의성 있게 줄어들었으며 발아균일지수는 모든 처리기간 동안 GA3를 처리하였을 때 유의성 있게 수치가 높아졌다.
- 평균발아일수는 처리 30일까지는 유의한 차이가 없었으나 45일과 60일 처리하였을 때는 변온처리와 GA3를 병행처리한 시험구의 평균발아일수가 유의성 있게 줄었으며 처리 90일에서는 유의한 차이가 없었다.
후속연구
- , 2015) 인삼종자에 GA3와 변온을 병행처리 하였을 때도 발아율을 포함한 종자 발아특성이 크게 향상되었는데, 15일 처리만으로도 종자발아가 46% 가능하였다. GA3와 변온의 병행처리를 인삼 육종프로그램에 적용하면 종자 휴면 조기타파를 가능하게 하여 인삼의 세대진전에 필요한 기간을 크게 단축시킬 수 있을 것으로 판단되며 이로 인한 육종기간 단축효과도 기대된다.
- 이상의 결과를 종합해 볼 때, 처리일수가 경과함에 따라 종자 발아특성이 향상되었으며, GA3를 처리하지 않았을 때는 종자 발아특성이 저온처리 온도간에 유의한 차이는 없었지만 GA3를 처리하면 발아율과 발아균일지수에서 온도간에 차이가 발생하여 추후 GA3 처리와 저온 저장온도 차이에 따른 종자 발아특성에 대한 정밀한 검토가 필요할 것으로 보인다.
- 반면 Kwon 등 (1986)은 GA3에 의한 종자 발아율 향상을 인정하지 않았으며 사이토카인 종류에 의하여 종자 발아율이 향상된다는 보고하였다. 추후 사이토카인과 저온처리를 병행하여 처리기간에 따른 종자발아율에 미치는 영향에 대한 검토도 필요할 것으로 생각된다.
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