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문제 정의
- 현실적으로 인삼종자의 장기간 보관은 유전자원보존 측면에서는 필요하지만 농업적 측면에서, 특히 봄파종을 위한 종자 저장방법에 대한 연구가 절실하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구는 봄파종을 위한 동절기 인삼 종자 휴면타파 및 건전성 유지에 최적 저장조건 분석을 위하여, 종자 수분함량과 온도를 달리하여 종자를 저장하고 그에 따른 종자의 발아력과 활성에 미치는 영향을 조사하였으며 그 결과를 보고하고자 한다.
- 본 연구에서는 봄파종을 목적으로 동절기에 개갑 인삼 종자를 저장시킬 때 부패와 선발아를 막기 위해 종자를 건조시킨후 저장하는 것이 휴면타파와 종자활력에 미치는 영향을 조사 하고자 하였다. 실험결과 냉장온도 (2℃)에 무건조 상태로 저장한 종자들은 이미 저장 중에 많은 양이 발아하였다.
제안 방법
- 0, 7, 12, 24 시간에 종자를 회수하였고 각 처리구를 종자수분함량별로 무건조 (SM58), 내과피건조 (SM53), 종자수분 31.2% (SM31), 종자수분 7.3% (SM7)로 분류하였다. 회수한 종자의 수분함량은 Table 1과 같다.
- 2℃에서 25 일 이상 충분히 순화를 시킨 후 무처리구와 내과피 건조구를 24 시간 침지 후 인공상토 (피트모스 : 펄라이트 = 7 : 3)에 파종하여 10℃에서 10 일간 배양하다가 22℃ LED실에서 (광주기 : 암주기 = 10 h : 14 h) 4 주간 배양하였다. LED (UPC Korea Co.
- 각 처리별 종자들을 3 등분하여 지퍼백에 담고 연구소에서 사용하고 있는 저온저장실(2℃, −2℃)과 냉동고 (−20℃)에 넣어 2015년 12월 중순부터 2016년 3월 중순까지 2℃ - 무건조 종자 기준 총 115 일, 건조 이후 95 일 저온 저장하였다.
- Meyer) 종자는 충북 음성군 농촌진흥청 인삼특작부에서 2015년 가을에 수확한 재래종 종자를 사용하였다. 개갑이 완료된 종자를 흐르는 물에 씻은 후, 종자망에서 하루 동안 물기를 제거하고 건조시켜 2℃에서 약 20 일 보관하였다가 건조처리를 하였다. 개갑율은 79.
- 이미 발아한 종자는 사용하지 않았으며, 1 주일 간격으로 발아율을 조사하였고, 미개갑 종자는 발아율 조사에서 제외하였다. 발아와 출아를 분리 하여 조사하였는데 유근이 1 ㎜ 이상 나온 것을 발아로 판정하였고, 출아는 지상부에 해당하는 어린잎과 줄기가 종자 밖으로 나온 것으로 판정하였으며, 곰팡이가 관찰되거나 가볍게 눌렀을 때 내용물이 나오는 것을 부패로 판정하였다. 종자발아율 (seed germination rate), 평균발아일수 (mean germination time, MGT), 발아균일지수 (germination performance index, GPI)는 Lee 등 (2016)이 사용한 방법으로 조사하였다.
- 발아율 또는 출아율이 종자의 종자활성과 연관이 있는지 알아보기 위해 테트라졸리움 (TTZ) 염색을 하였는데 염색결과는 Fig. 7과 같다. TTZ 염색을 하였을 때 건강한 조직은 밝은 분홍색이나 적색을 띠고, 죽은 조직은 염색이 되지 않으며, 활력이 떨어지는 경우나 약해서 발아력이 떨어지는 경우 진한적색으로 염색이 된다 (Patil and Dadlani, 2009).
- 종자활성을 보기 위해 Lee 등 (2004)이 사용한 테트라졸리움 (tetrazolium, TTZ) 염색법을 사용하였다. 배가 노출될 수 있도록 종자를 날카로운 칼로 반을 가른 후에 인산완충용액(pH 7.0)에 녹인 0.5% 2,3,4-triphenyl-tetrazolium chloride(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 용액에 담가 호일에 싸서 상온에서 3 시간 반응시키고 이후 4℃에 보관하여 다음날 염색정도를 조사하였다.
- 발아율 조사를 위해 −20℃ 저장 종자는 –2℃에 5 일간 순화시키고, –2℃에 보관하던 종자는 2℃에 3 일간 보관하여 순차적으로 순화시켰다. 저장고에서 종자를 꺼내 그물망에 담고 흐르는 물에 24 시간 침지한 후 종자를 소독하였다. 종자 소독을 위해 70% 에탄올을 1 분 처리하고 시판 락스를 1/4 배희석한 소독액 (soium hypochloride 1%)을 10 분간 처리한 후 증류수로 5 회 이상 씻어주었다.
- , 2014)을 이용하여 종자와 내과피를 포함하여 50 개의 종자 무게를 3 반복으로 측정하고 목표수분함량 (desired moisture content, DMC)에 해당하는 중량에 도달했을 때 종자를 회수하여 지퍼백에 담아 보관하였다. 정확한 종자 수분함량 조사하기 위해 30 립씩 3 반복으로 종자의 내과 피와 종자를 분리하여 무게를 측정한 후, 80℃ 오븐에서 24시간 건조하고 다시 각각의 무게를 측정하여 식2에 따라 내과 피와 종자의 수분함량을 조사하였다. 각 처리별 종자들을 3 등분하여 지퍼백에 담고 연구소에서 사용하고 있는 저온저장실(2℃, −2℃)과 냉동고 (−20℃)에 넣어 2015년 12월 중순부터 2016년 3월 중순까지 2℃ - 무건조 종자 기준 총 115 일, 건조 이후 95 일 저온 저장하였다.
- 25 일간 2℃에 건조 상태로 저장되었던 종자를 24 시간 침지 시킨 후에 후 그물망에 넣고 수분이 증발하지 않도록 패트리디쉬에 넣어 2℃ 저장고에 추가로 2 주일간 배양하여 휴면 타파를 유도하였다. 종자 발아율은 10℃ 배양 4 주 후에 조사하였고 출아율은 5 주 후에 조사하였다.
- 종자 건조는 Rajametov 등 (2014)이 사용한 방법에 따라 무균상안에 인삼 종자를 넣고 송풍시키면서 중간 중간 뒤집어 주면서 건조시켰다. 종자건조 진행과정 중에 종자 수분함량 (moisture content, MC)를 알 수 없으므로 식1의 공식 (Rajametov et al., 2014)을 이용하여 종자와 내과피를 포함하여 50 개의 종자 무게를 3 반복으로 측정하고 목표수분함량 (desired moisture content, DMC)에 해당하는 중량에 도달했을 때 종자를 회수하여 지퍼백에 담아 보관하였다. 정확한 종자 수분함량 조사하기 위해 30 립씩 3 반복으로 종자의 내과 피와 종자를 분리하여 무게를 측정한 후, 80℃ 오븐에서 24시간 건조하고 다시 각각의 무게를 측정하여 식2에 따라 내과 피와 종자의 수분함량을 조사하였다.
대상 데이터
- 시험재료인 인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer) 종자는 충북 음성군 농촌진흥청 인삼특작부에서 2015년 가을에 수확한 재래종 종자를 사용하였다. 개갑이 완료된 종자를 흐르는 물에 씻은 후, 종자망에서 하루 동안 물기를 제거하고 건조시켜 2℃에서 약 20 일 보관하였다가 건조처리를 하였다.
- 실험에 사용하였던 개갑 인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer) 종자의 수분함량은 58.7%였고 내과피는 53.0%였다. 이 값은 Yoon 등 (2005)에서 조사한 값과 비슷하고, 같은 해 다른 곳에서 수확된 종자들의 수분함량도 57.
데이터처리
- 시료간의 유의적인 차이는 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의수준 5% (p < 0.05)에서 검증하였다.
- 실험결과는 SAS Enterprise Guide 4.2 (Statistical Analysis System, 2009, SAS Institute Inc., Cray, NC, USA)로 분석하였고, 3 반복한 결과 값을 평균치 ± 표준편차 (means ± SD)로 나타내었다.
이론/모형
- 종자 건조는 Rajametov 등 (2014)이 사용한 방법에 따라 무균상안에 인삼 종자를 넣고 송풍시키면서 중간 중간 뒤집어 주면서 건조시켰다. 종자건조 진행과정 중에 종자 수분함량 (moisture content, MC)를 알 수 없으므로 식1의 공식 (Rajametov et al.
- 발아와 출아를 분리 하여 조사하였는데 유근이 1 ㎜ 이상 나온 것을 발아로 판정하였고, 출아는 지상부에 해당하는 어린잎과 줄기가 종자 밖으로 나온 것으로 판정하였으며, 곰팡이가 관찰되거나 가볍게 눌렀을 때 내용물이 나오는 것을 부패로 판정하였다. 종자발아율 (seed germination rate), 평균발아일수 (mean germination time, MGT), 발아균일지수 (germination performance index, GPI)는 Lee 등 (2016)이 사용한 방법으로 조사하였다.
- 종자활성을 보기 위해 Lee 등 (2004)이 사용한 테트라졸리움 (tetrazolium, TTZ) 염색법을 사용하였다. 배가 노출될 수 있도록 종자를 날카로운 칼로 반을 가른 후에 인산완충용액(pH 7.
성능/효과
- 2℃와 –2℃ 에 저장하였던 SM58과 SM53은 배유가 밝은 분홍색을 띠었고, 배는 진한 분홍색으로 염색이 되었다 (Fig. 7).
- 반면 내과피는 상대적으로 쉽게 마르는 경향이 있어 정해진 값을 구하기 어려웠다. 건조 4 시간에 100 개의 종자로부터 종자와 내과피의 수분함량을 조사하였는데 내과피는 52.9%에서 39.5%로 수분함량이 내려갔지만 종자 수분함량에는 변화가 없다가, 내과피의 수분함량이 10%로 내려가 더 이상의 수분 감소가 없는 7 시간 후 58.7%에서 53.5%로 수분 함량의 감소를 보였다 (Fig. 1).
- 내과피 건조구도 (2℃, –2℃) 출아율이 높아 휴면타파에 영향이 없었으며, 종자활력에도 문제가 없었다 (Table 2, Fig. 4).
- 내과피 건조구의 출아율 향상이 토양에서도 같은 경향을 보이는지 실험하였을 때 2℃-SM58와 2℃-SM53은 –2℃-SM58 보다 높은 출아율을 보였다 (Fig. 5).
- 발아의 균일성을 보여주는 발아균일지수 (GPI)의 경우 MGT가 짧았던 2℃-SM58이 13.4으로 가장 높았으며, −2℃-SM53, −2℃-SM58, 2℃-SM53은 각각 6.2, 5.8, 5.1로써 처리구간에 큰 차이는 없었다.
- 봄파종을 위해 동절기에 인삼 종자를 저장할 때에 인삼종자를 음건하여 겉껍질, 즉 내과피를 말린 후 저장하는 방법은 재배농가들 사이에서 구전되고 있지만, 종자건조도에 대한 기준이 명확하지 않았다. 본 연구의 시험 결과는 인삼 종자 저장 시 종자의 건조정도를 처음으로 수치화 한데 의의가 있다고 할 수 있다.
- , 1994). 이 실험에서 내과피 건조로 인해 출아율이 높아진 원인으로는 크게 내과피가 건조해 있음으로 인해 병원균의 번식이 감소되어 종자침해가 적어졌을 가능성과(Bothast, 1978), 내과피가 건조되면서 종자의 수분함량이 무건조 종자에 비해 약 10% 감소할 정도로 건조되었는데 이로 인해 종자의 저온 및 동결에 대한 저항성을 늘려 종자의 활력을 증가시켰을 가능성을 생각해 볼 수 있다. 더덕 (Codonopsis lanceolata) 종자에 저온 또는 건조처리를 하면 dehydrin 유전자의 발현이 증가하는데, dehydrin은 인삼 종자에서도 발현이 되며, 저온, 동결, 건조 등의 스트레스에 대한 저항성을 증진 시키는 것으로 알려져 있다 (Ha et al.
- 종자 수분함량이 31.2%였던 SM31과 7.3%였던 SM7는 2℃와 –2℃에 저장한 경우 모두 발아속도가 느리고 최종 발아율도 저조하였는데, 건조도가 심했던 SM7의 경우 SM31보다 발아율이 높았다 (Table 2, Fig. 3).
- 종자 자체가 30%이하로 건조되었을 때는 발아와 출아 모두 현저히 떨어져서 봄파종을 위한 종자저장조건으로는 적절하지 않았다 (Fig. 4). 발아율이 떨어진 것은 낮은 수분함량으로 휴면타파가 부족한 것과 (Fig.
- 종자가 건조되었던 SM31과 SM7의 발아율과 출아율이 저조한 이유로 건조로 인한 휴면타파 지연이 영향을 미쳤는지 조사하기 위해, 종자를 적신 후 추가로 2 주간 저온을 처리한 후 발아시험을 하였는데 2℃-SM31과 –2℃-SM31의 발아율은 91.4%, 97.3%로서 저온처리하기 전보다 증가하였고, 출아율은 29.4%와 64.6%로서 –2℃-SM31의 경우 저온처리하기 전에 비해 출아율이 2 배 증가하였다.
- 종자를 24 시간 흐르는 물에 침지한 후 수분함량 회복을 조사하였는데, SM53과 SM31, SM7 처리구는 건조 직후와 달리 종자의 부피 회복이 없었으며 종자수분함량이 40%에 머물렀고 (결과 미제시), 내과피건조구도 외형적으로 개갑종자와 미개갑종자를 구분하기 어려웠다.
- 최종 발아율은 2℃와 −2℃에 저장한 내과피 건조구 (2℃-SM53, −2℃-SM53), 2℃-SM58이 순서대로 100.0%, 98.1%, 97.8%였고, −2℃에 저장한 무건조구 (−2℃-SM58)는 90.2%로다소 낮았는데 나머지 10%는 발아 중 부패하였다 (Fig. 4).
- 평균발아일수 (MGT)는 발아가 빨랐던 2℃-SM58이 7.4로 가장 짧았는데, −2℃-SM53, −2℃-SM58, 2℃-SM53이 15.9, 16.3, 19.7으로 큰 차이가 없었다 (Table 2).
후속연구
- 이상의 결과를 보면 4 개월 미만의 봄파종을 위한 종자저장기간 동안 −2℃ - 2℃의 온도에서는 종자부패는 크게 문제되지 않으나 무건조하여 냉장온도에 저장할 경우 저장 중에 발아할 가능성이 크고, 내과피만 건조시키는 정도로 건조시켜 저장하는 것이 종자활성 유지에 도움이 되고 출아율도 향상시키는 방법이 될 것으로 생각된다.
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