[논문]법주사 당간지주 지의류의 동정 및 FT-IR 스펙트럼 특성 분석

김영희; 이정민; 최명주; 홍진영; 조창욱; 김수지; 정소영

doi:10.12654/jcs.2017.33.5.08

법주사 당간지주 지의류의 동정 및 FT-IR 스펙트럼 특성 분석
Identification and FT-IR Spectrum Analysis of Lichens on Flagpole Support in Beopjusa Temple 원문보기

보존과학회지 = Journal of conservation science, v.33 no.5, 2017년, pp.391 - 398

김영희 (국립문화재연구소 복원기술연구실) , 이정민 (국립문화재연구소 복원기술연구실) , 최명주 (국립문화재연구소 보존과학연구실) , 홍진영 (국립문화재연구소 복원기술연구실) , 조창욱 (국립문화재연구소 복원기술연구실) , 김수지 (국립문화재연구소 복원기술연구실) , 정소영 (국립문화재연구소 복원기술연구실)

초록
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본 연구에서는 법주사 당간지주의 석재 표면에 서식하는 대표적인 생물피해 요인인 지의류에 대하여 조사하였다. 당간지주의 지의류는 5종으로 한정할 수 있다. 그 중 우점하는 2종의 고착상지의류는 Aspicilia sp.와 Pertusaria flavicans이며, 고착상지의류 위에 드물게 관찰되는 엽상지의류 1종과 수지상지의류 1종은 Xanthoparmelia conspersa와 Ramalina sekika로 동정되었다. 그리고 흑색조류층을 따라 서식하는 지의류는 Leprocaulon textum으로 확인되었다. 지의류가 생산하는 2차 대사산물을 분석하기 위하여 ATR FT-IR을 적용하였다. Xanthoparmelia conspersa와 Ramalina sekika의 FT-IR 스펙트럼을 비교해 본 결과, cyclic carbohydrate에 기인하는 C-O-C 결합과 carboxylic acid에서 기인하는 FT-IR 스펙트럼의 흡수피크가 특징적으로 관찰되어 이들이 생산하는 지의산이 서로 다르다는 것을 확인할 수 있었으며, stictic acid와 sekikaic acid가 Xanthoparmelia conspersa와 Ramalina sekika를 대표하는 지의산으로 화학구조에서 작용기의 차이에 의한 스펙트럼의 변화 및 특성을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate lichen as a typical biomass damage on the surfaces of flagpole-supporting stones in the Beopjusa temple. The lichens present on the flagpole-supporting stones were limited to five species. Two dominant lichen species were identified: Aspicilia sp. and Pertusaria flavicans. One foliose species and one fruticose species, which are rarely observed on crustose lichens, were identified as Xanthoparmelia conspersa and Ramalina sekika, respectively. The lichen inhabiting the black algae layer was confirmed as Leprocaulon textum. ATR-FTIR was performed to analyze the secondary metabolites synthesized by the lichens. By comparing the FTIR spectra of Xanthoparmelia conspersa and Ramalina sekika, the synthesized organic acids were confirmed to differ from each other. Furthermore, the spectral changes and characteristics due to functional groups in the molecules were confirmed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

법주사 당간지주의 훼손상태를 파악하기 위하여 육안관찰 및 훼손지도를 작성하였다. 법주사 당간지주의 훼손 상태는 돌로 제작된 지주에 국한하여 조사하였다. 돌로 제작된 지주의 전면과 후면의 생물피복도와 일부 균열 및 박리박락에 대한 훼손 상태에 대하여 조사하였으며 보수된 부분도 함께 기록하였다.
본 연구는 법주사 당간지주의 지의류 분포 및 특성을 조사하기 위하여 실시하였다. 법주사 당간지주의 전면과 후면에 고착상 지의류가 우점하고 있으며 고착지의 윗부분과 석재에 검게 오염된 부분에 드물게 엽상지의가 분포하고 있다.

제안 방법

법주사 당간지주의 훼손 상태는 돌로 제작된 지주에 국한하여 조사하였다. 돌로 제작된 지주의 전면과 후면의 생물피복도와 일부 균열 및 박리박락에 대한 훼손 상태에 대하여 조사하였으며 보수된 부분도 함께 기록하였다. 현재 지주의 전면과 후면에는 지의류와 흑색 조류의 서식으로 인한 생물오염이 심각한 편이며, 지대석에는 일부 초본식물의 식생도 관찰되었다(Figure 1).
따라서 본 연구에서는 법주사 당간지주의 지의류 분포를 조사하고, 이들에 대하여 ATR FT-IR 분석법을 이용하여 지의류가 생산하는 지의산의 특성을 조사하였다.
법주사 당간지주 전면과 후면에 분포하는 지의류 5종을 채집하여 순천대학교 지의류연구센터에 의뢰하여 동정하였다. 지의류 동정은 형태학적 관찰과 함께 유전자분석을 통하여 확인하였다.
법주사 당간지주의 훼손상태를 파악하기 위하여 육안관찰 및 훼손지도를 작성하였다. 법주사 당간지주의 훼손 상태는 돌로 제작된 지주에 국한하여 조사하였다.
법주사 당간지주 전면과 후면에 분포하는 지의류 5종을 채집하여 순천대학교 지의류연구센터에 의뢰하여 동정하였다. 지의류 동정은 형태학적 관찰과 함께 유전자분석을 통하여 확인하였다. 생물활력도가 높은 5월과 9월에 주로 채집하였으며 고착상지의류의 경우 포자를 수집하였고, 엽상지의류는 잎모양을 그대로 수집하였다.
지의류의 미세구조를 실체현미경(Stemi-2000C, Carl-Zeiss, Germany)으로 확인하였고, 2종의 엽상지의류의 유기산 분석을 위하여 FT-IR(VERTEX 70, Bruker, Germany)과 GC-MS(IFS66V/S & Hyperion 3000, Bruker, Germany)를 측정하였다(Figure 2)
법주사 당간지주의 전면과 후면에는 석재표면을 따라지의류가 넓게 분포되어 있다. 훼손지도를 통하여 생물피복량을 산출하였다(Table 1, Figure 3). 그 결과, 전면부의 생물량은 31.

성능/효과

엽상체를 형성하는 Xanthoparmelia conspersa와 Ramalina sekika로 확인된 2종의 지의류가 고착상지의류상부에 드물게 분포하고 있다. 2종의 엽상지의류에 대하여 실체현미경을 이용하여 미세구조를 확인한 결과, 피층을 따라 녹색의 조류층이 확인되었으며 ATR FT-IR 분석을 통하여 이들이 생산하는 지의산의 작용기가 서로 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 고착지의에 대하여 ATR FT-IR 분석을 수행하지 않았지만, ATR 분석법이 아닌 KBr 분말을 이용한 투과분석법을 이용한다면 다양한지의류에 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
conspersa의 FT-IR 흡수피크가 관찰되는 영역을 구분하면 1번 영역에서 aromatic carbon(C=C,C-H) 결합과 cyclic carbohydrate에 기인하는 C-O-C 결합에 의한 강한 흡수피크가 관찰되었고 2번과 4번 부분에서 methylene(CH₂), methyl(CH₃)과 ester(C-O-C)에 기인하는 흡수피크가 약하게 관찰되었으며 3번 위치에서 lactone에서 기인하는 ketone(C=O)의 흡수피크가 관찰되었다. R.sekika의 경우 동일한 2번과 4번 부분에서 methylene(CH₂), methyl(CH₃)과 ester(C-O-C)에 기인하는 흡수피크가 X. conspersa 보다 강하게 나타났으며 5번과 6번 위치에서는 X. conspersa와 다르게 carboxylic acid에서 기인하는 강한 흡수피크가 관찰되었다. X.
, 2014). 그 결과 두 지의류가 생산하는 유기산의 화학구조가 다른 것을 확인할 수 있었으며, stictic acid와 sekikaicacid가 각 지의류를 대표하는 화합물임을 알 수 있었다.
훼손지도를 통하여 생물피복량을 산출하였다(Table 1, Figure 3). 그 결과, 전면부의 생물량은 31.0%이며, 후면부의 생물량은 68.2%로 전면부보다 분포면적이 넓다. 현재 지주의 전면과 후면에는 지의류와 흑색 조류의 서식으로 인한 생물오염이 심각한 편이며, 지대석에는 일부 초본식물의 식생도 관찰되나 본 연구에서는 제외하였다.
또한 종류에 따라서는 수피 안이나 석재 속에 균사가 들어있는 경우도 있고 표면에 거북이 등껍질모양의 균열이 있는 경우가 많은데 규칙적으로 나는 경우와 소구획(areola)으로 되어있는 경우도 있다(Korea National Arboretum, 2015). 당간지주의 Aspicilia 속은 거북이 등껍질모양의 균열이 있는 형태로 단면을 관찰한 결과, 상피층을 따라 녹색의 조류가 배열되어 있고 아랫면이 석재에 부착되어 있는 형태로 확인되었다. 포자만을 채집하는 경우도 석재의 일부를 포함하게 되므로 고착지의를 제거할 경우 석재표면의 손상이 불가피함을 알 수 있었다(Table 2).
법주사 당간지주 표면에서 채집한 엽상지의류는 2종이며, 하나는 지의체가 석재 표면에 나뭇잎 모양으로 평평하게 분포하는 엽상체(foliose)인 Xanthoparmelia conspersa이며, 다른 하나는 석재 표면에 직립되어 매달린 형태의 수지상(fruitcose)지의체인 Ramalina sekika로 확인되었다. X.
연한 노란색의 고착지의는 Pertusariaflavicans로 동정되었으며, 검은색 석재 표면을 따라 드물게 확인되는 녹색의 지의류는 Leprocaulon textum로 확인되었다. 석재 표면을 따라 사슴뿔 모양의 엽상 지의체를 형성하는 종은 Xanthoparmelia conspersa로 확인되었으며,짙은 회색빛 지의류나 검은색 석재에 드물게 자라는 수지상 지의류는 Ramalina sekika로 동정되었다. 지의류 중에서 Aspicilia 속은 석재 표면에서 가장 많이 관찰되는 고착지의이며, 분포 면적도 넓다.
이들을 동정한 결과 짙은 회색빛의 고착지의는 Aspicilia 속으로 확인되었으며 미성숙한 포자로 인하여 종 동정은 확인하지 못했다. 연한 노란색의 고착지의는 Pertusariaflavicans로 동정되었으며, 검은색 석재 표면을 따라 드물게 확인되는 녹색의 지의류는 Leprocaulon textum로 확인되었다. 석재 표면을 따라 사슴뿔 모양의 엽상 지의체를 형성하는 종은 Xanthoparmelia conspersa로 확인되었으며,짙은 회색빛 지의류나 검은색 석재에 드물게 자라는 수지상 지의류는 Ramalina sekika로 동정되었다.
2%로 넓어 외관을 손상시키고 있다. 우점하는 고착지의를 동정한 결과 Aspicilia 속과 Pertusaria flavicans로 확인되었으며, 드물게 분포하는 고착지의로 Leprocaulon textum도 관찰되었다. 엽상체를 형성하는 Xanthoparmelia conspersa와 Ramalina sekika로 확인된 2종의 지의류가 고착상지의류상부에 드물게 분포하고 있다.
이들은 석재 표면과 접하는 면적이 서로 다르고 성장 방식 또한 달라 지의체가 영양원으로 이용하는 물질과 2차 대사산물이 서로 다를 것으로 사료된다. 지의류가 생산하는 대사산물인 유기산을 분석하기 위하여 ATR FT-IR 분석을 수행한 결과, X. conspersa와 R. sekika의 차이를 확인할 수 있었다(Figure 4).

후속연구

2종의 엽상지의류에 대하여 실체현미경을 이용하여 미세구조를 확인한 결과, 피층을 따라 녹색의 조류층이 확인되었으며 ATR FT-IR 분석을 통하여 이들이 생산하는 지의산의 작용기가 서로 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 고착지의에 대하여 ATR FT-IR 분석을 수행하지 않았지만, ATR 분석법이 아닌 KBr 분말을 이용한 투과분석법을 이용한다면 다양한지의류에 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 기존의 지의산 분석방법과 비교해서 ATR FT-IR 분석은 비파괴적인방법으로 적은양의 시료에 적용할 수 있다는 장점이 있다.
이들을 동정한 결과 짙은 회색빛의 고착지의는 Aspicilia 속으로 확인되었으며 미성숙한 포자로 인하여 종 동정은 확인하지 못했다. 연한 노란색의 고착지의는 Pertusariaflavicans로 동정되었으며, 검은색 석재 표면을 따라 드물게 확인되는 녹색의 지의류는 Leprocaulon textum로 확인되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	법주사의 당간지주의 모습은 어떠한가?	법주사의 당간지주는 돌로 제작된 지주의 전면과 후면에 지의류와 흑색 조류의 서식으로 인해 생물오염이 심각한 편이며, 지대석에는 일부 초본식물의 식생도 관찰되고 있다. 표면에 다량 분포되어 있고 기물에 완전히 밀착되어 자라는 고착지의류가 우점하고 있어 외관을 손상시키고있다.
	철당간의 현재 모습은 어떠한가?	그 후 1907년 철당간을 재건하였으며, 이후에도 여러 차례 손상을 입어 1927년과 1954년에 복원하였다. 현재의 상태는 1970년 피해를 입어 1972년 12월 대대적인 보수를 하면서 복원하여 세워놓은 것이다(Eom, 2004). 당간이란 찰(刹) 또는 찰주(刹柱)라 불리고, 일반적으로 사찰(寺刹)이라 말함은 절(寺)에 당간 즉 찰(刹)이 세워져 있기 때문이라고 한다.
	지의류란 무엇인가?	지의류는 단독 생명체가 아니라 곰팡이(fungi)와 광합성을 통해 먹이를 생산할 수 있는 조류(algae)와 공생관계를 유지하고 있는 복합 생명체이다. 곰팡이는 지의류의 몸체(지의체: thallus)를 만들고 무기양분과 수분을 조류에게 공급하며 UV, 건조 등과 같은 환경 스트레스로부터 조류 세포를 구조적으로 보호하는 서식처 제공 역할을 한다.

참고문헌 (14)

Eom, G.P., 2004, Buddhist banner pole and stone posts in Korea. Hakyoun, 411-414. (in Korean)
Hale, M., 1983, The biology of lichens, 3rd. Ed. Edward Arnold Publishers Ltd.
Kim, B.H. and Lee, Y.H., 1991, Preservation of stone cultural assets. Conservation Studies, 12, 171-190. (in Korean)
Korea National Arboretum, 2015, A field guide to lichens. 20-24. (in Korean)
Laska, G. and Kiercul, S., 2014, Pharmacological activity of secondary metabolites isolated from Xanthoparmelia conspersa (Ehrh. ex Ach.) Hale lichen. Planta Medica, 80-PS4.
Lee, H.B., 1992, Control of biological film of cultural assets-with a focus on fumigation. Conservation Studies, 13, 83-93. (in Korean)
Magalhaes, S.L. and Sequeira Braga, M.A., 2000, Biological colonization features on a granite monument from Braga(NW. Portugal). Proceedings of the 9th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Venice, June 19-24, 521-529.
Min, K.H., Lee, P.S. and Ahn, H.G., 1986, Survey on the ecological distribution of the native cultivated lichen on the stone cultures of the suburbs of Seoul. Conservation Studies, 7, 14-31. (in Korean)
Min, K.H., 1993, Influence of microorganisms on cultural properties. Cultural Preservation Science Training Book, 163-175. (in Korean)
Oh, S.O., Wang, X.Y., Wang, L.S., Liu, P.G. and Hur, J.S., 2014, A note on the lichen genus Ramalina (Ramalinaceae, Ascomycota) in the Hengduan mountains in China. Mycobiology, 229-240.
Rankovic, B. and Kosanic, M., 2014, Lichens as a potential source of bioactive secondary metabolites, Lichen secondary metabolites. Springer, 1-26.
Sriviboon, C., Sitthiosod, R., Boonpragob, K. and Klongklaew, S., 2014, ATR-FTIR spectral analysis of lichens using as fingerprint for identification of lichen species. Proceeding of the 40th Congress on Science and Technology of Thailand, 868-876.
Yang, C.Q., 1993, Infrared spectroscopy studies of the cyclic anhydride as the intermediate for the ester crosslinking of cotton cellulose by polycarboxylic acids. I. Identification of the cyclic anhydride intermediate. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 1187-1193.
Zagari, M., Antonelli, F. and Urzi, C., 2000, Biological patinas on the limestones of the Loches Romanic tower(Touraine, France). Proceedings of 9th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, Venice, June 19-24, 445-451.

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