염화물계 제설제의 농도처리에 따른 벼과와 국화과의 종자 발아특성 Effect of Chloride-containing Deicing Salts Concentration on the Germination Characteristics of Six Species of Asteraceae and Poaceae Seeds원문보기
This study aims to identify the most tolerant species under salinity stress from amongst Asteraceae and Poaceae. The seeds of six species were exposed to different concentrations of $CaCl_2$ (0, 9, 18, 45, 90 mM) and NaCl (0, 17, 34, 85, 170 mM), and germination was measured once every tw...
This study aims to identify the most tolerant species under salinity stress from amongst Asteraceae and Poaceae. The seeds of six species were exposed to different concentrations of $CaCl_2$ (0, 9, 18, 45, 90 mM) and NaCl (0, 17, 34, 85, 170 mM), and germination was measured once every two days. The results indicated that percent germination of the six species of Asteraceae and Poaceae seeds were affected differently by changes in salinity concentration. Seed germination was reduced as salinity levels increase, and longer mean germination times correlated to lower percent germination and earlier germination cessation. Both Asteraceae and Poaceae seeds had the highest germination rates at 18 mM $CaCl_2$ and 34 mM NaCl, and seed germination and growth were severely reduced at salinities greater than 90 mM $CaCl_2$ and 170 mM NaCl. In the seeds of Poaceae, salt resistance was strong in the order of Miscanthus sinensis Andersson, Pennisetum alopecuroides (L.) Spreng., and Phragmites communis Trin. In the seeds of Asteraceae, salt resistance was strong in the order of Dendranthema zawadskii var. latilobum (Maxim.) Kitam, Aster yomena (Kitam.) Honda, and Dendranthema boreale (Makino) Ling ex Kitam.. Overall, the germination rate was higher in Asteraceae than in Poaceae. This study demonstrated that Dendranthema zawadskii var. latilobum (Maxim.) Kitam. is the most tolerant species and that a relationship exists between the salt tolerance of percent germination and the mean germination time in the leaves.
This study aims to identify the most tolerant species under salinity stress from amongst Asteraceae and Poaceae. The seeds of six species were exposed to different concentrations of $CaCl_2$ (0, 9, 18, 45, 90 mM) and NaCl (0, 17, 34, 85, 170 mM), and germination was measured once every two days. The results indicated that percent germination of the six species of Asteraceae and Poaceae seeds were affected differently by changes in salinity concentration. Seed germination was reduced as salinity levels increase, and longer mean germination times correlated to lower percent germination and earlier germination cessation. Both Asteraceae and Poaceae seeds had the highest germination rates at 18 mM $CaCl_2$ and 34 mM NaCl, and seed germination and growth were severely reduced at salinities greater than 90 mM $CaCl_2$ and 170 mM NaCl. In the seeds of Poaceae, salt resistance was strong in the order of Miscanthus sinensis Andersson, Pennisetum alopecuroides (L.) Spreng., and Phragmites communis Trin. In the seeds of Asteraceae, salt resistance was strong in the order of Dendranthema zawadskii var. latilobum (Maxim.) Kitam, Aster yomena (Kitam.) Honda, and Dendranthema boreale (Makino) Ling ex Kitam.. Overall, the germination rate was higher in Asteraceae than in Poaceae. This study demonstrated that Dendranthema zawadskii var. latilobum (Maxim.) Kitam. is the most tolerant species and that a relationship exists between the salt tolerance of percent germination and the mean germination time in the leaves.
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문제 정의
) Honda), 산국(Dendranthema boreale (Makino) Ling ex Kitam.)등을 대상으로 종자발아 특성을 조사하여 제설제 피해지 토양의 녹화용 자생식물 선발을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
본 연구는 제설제 중 가장 보편적으로 이용되는 염화 칼슘(CaCl2)과 염화나트륨(NaCl)와 농도처리에 따른 벼과식물인 억새, 수크령, 갈대 3종과 국화과식물인 구절초, 쑥부쟁이, 산국 3종의 종자 발아특성을 살펴봄으로써, 제설제 피해지 토양의 녹화용 자생식물 선발을 위한 기초자료를 제시하고자 한다. 벼과식물 중 억새는 전반적으로 모든 처리구에서 수크령과 갈대에 비해 높은 발아율을 보여 염에 대한 내성이 우수한 종자인 것으로 사료된다.
제안 방법
NaCl의 농도는 염생식물 나문재의 염 농도에 따른 발아율을 보고한 연구에서 NaCl 50~100 mM에서 종자발아 특이 양호하고, 그 이상 또는 그 이하의 염농도에서 생육이 감소 하였다는 기준값을 참고하여(Kwon et al., 2016) 0(Control), 17, 34, 85, 170 mM(Cont., N17, N34, N85, N170)로 총 5가지 농도로 염수를 조제하였다 수용액은 농도별로 4 mL씩 분주한 후 2일에 한번 씩 관주하였고 처리된 종자는 23±1οC로 설정된 생장상(Growth chamber, JSGC- 420C, JS Research inc., Korea)으로 옮겨 배양하였다.
발아수는 30일 동안 2일 간격으로 조사하였으며 종피에서 유근이 2 mm 상 출현하였을 때를 발아로 간주하였다 발아조사 발아율(Percent Germination, PG), 발아세(Germination Energy, GE), 평균발아일수(Mean Germination Time, MGT)로 산출하였다(Ren and Tao, 2004). 조사는 3반복으로 실시하였으며 공식은 다음을 기초로 하였다(Choi et al.
본 연구에서는 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 대표적인 제설제 종류인 염화 칼슘(순도 74%, Oriental chemical Industries, Korea)과 염화나트륨 순도를 농도( 99.5%, Sigma Co., USA) 비율로 혼합하여 6가지 공시식물의 종자발아 특성을 중심으로 내염성을 조사하였다.
100 mm)를 2겹을 깔고 각 종자 50립씩 3반복 치상하였으며 완전임의배치(CRD, Completely Randomized Design) 하였다(Kim and Lee, 2014). 염에 민감한 수종의 염화물 함량의 역치는 염 농도가 0.3~0.5%라는 이 전 연구를 참고하여(Shin et al., 2010) CaCl2 처리 0(Control), 9, 18, 45, 90 mM (Cont., C9, C18, C45, C90)로 총 5가지 농도로 염수를 조제하였다. NaCl의 농도는 염생식물 나문재의 염 농도에 따른 발아율을 보고한 연구에서 NaCl 50~100 mM에서 종자발아 특이 양호하고, 그 이상 또는 그 이하의 염농도에서 생육이 감소 하였다는 기준값을 참고하여(Kwon et al.
종자의 발아과정을 살펴보기 위하여 직경90mm의 petri-dish에 여과지(Whatman, filter paper No. 100 mm)를 2겹을 깔고 각 종자 50립씩 3반복 치상하였으며 완전임의배치(CRD, Completely Randomized Design) 하였다(Kim and Lee, 2014).
대상 데이터
본 연구에 사용된 자생 초화류 종자는 2017년 국립 백두대간 수목원 채종 임분에서 채취한 벼과식물인 억새, 수크령, 갈대 등 종과 국화과식물인 구절초, 쑥부쟁이, 산국 등 3종으로 총 6종을 사용하였다.
데이터처리
, 1984). 수집된 데이터는 SigmaPlot 12.3(Systat software, Inc., San Jose, CA, USA)을 통해 그래프화 하였다.
성능/효과
갈대는 염에 대해 가장 민감한 감수성을 보였으며, 염화칼슘 9mM, 염화나트륨 34mM 이상의 농도처리에서는 발아가 억제되는 것으로 확인되었다.
결과적으로 벼과식물에서는 억새가, 국화과 식물에서는 구절초의 종자가 내염성이 강해 제설제 피해지에 종자파종으로 활용가능성이 높을 것으로 보인다.
국화과의 평균발아일수는 제설제의 농도 처리별로 차이를 보였다 .구절초의 경우 치상 후 14일 동안 발아가 지속되었으며, 염화칼슘(CaCl2) 농도가 높아질수록 평균발아일수가 증가하는 경향을 보였다(Fig. 4). 특히 C90에서는 대조구에 비해 3.
국화과 식물은 치상 후 6일 이후 가장 높은 발아수를 보였는데 염화칼슘처리 구절초가 C9, C18, 대조구, C45, C90 순으로 74%, 73.3%, 62%, 50.6%, 20.67% 의 발아세로 산국 C18, 대조구, C9, C90, C45 순으로 51%, 48%, 41%, 32.6%, 17.33%의 발아세보다 높은 결과를 보였다. 쑥부쟁이는 C45에서 27.
발아세는 종자를 치상한 후 가장 많이 발아한 날까지의 종자 수를 총 종자수에 대한 비율로 산출하였는데 벼과는 치상 후 15일 후 가장 높은 발아수를 보였으며, 염화칼슘 처리구에서 억새는 대조구, C9, C18, C45, C90 순으로 7.5%, 5.8%, 4.17%, 4.17% 발아세를 보인 반면, 수크령과 갈대에서는 저조한 발아율로 뚜렷한 발아세 검정이 어려웠다.
18일의 차이를 보이며 발아 일수가 급격히 감소하는 경향을 보였다. 쑥부쟁이는 20일 만에 발아가 종료되었으며 구절초와 같이 대조구에 비해 C90처리구에서 2.48일 발아 일수가 늦어져 치상 후 8.83일 만에 첫 발아를 시작하였다. 산국은 치상 후 4일 만에 처음 발아하였으며 치상 후 16일 만에 종료하였다.
쑥부쟁이는 C45에서 30.67%로 가장 높은 값을 보였으며, C18, 대조구, C9, C90에서 각각 22%, 18%, 17.33%, 15.33% 순으로 확인되었다.
, 2012). 쑥부쟁이에서는 N17, N34에서 31~30%의 발아율을 보였으며, 대조구, N85, N170 순으로 각각 18%, 12%, 4.67%로 비교적 낮은 발아율이 조사되었다. 산국에서는 N17에서 54%로 가장 높은 결과를 나타내었으며, 이는 대조구에서도 동일한 값을 보였다.
과 같다. 억새 염화칼슘 처리에서는 모든 염 농도에서 발아하였으며, C9 처리구에서 15.83%로 가장 높은 결과를 나타냈다. 대조구(13.
17% 발아세를 보인 반면, 수크령과 갈대에서는 저조한 발아율로 뚜렷한 발아세 검정이 어려웠다. 염화나트륨 처리구에서 억새는 N17, 대조구, N34, N85 순으로 8.3%, 7.5%, 5%, 2.5% 발아세를 보였으나 수크령 갈대에서는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 이에 염화물계 제설제 농도에 따른 세 가지 벼과식물의 종자발아 특성을 비교한 결과 모든 처리구에서 억새의 발아율이 수크령과 갈대보다 높아, 억새가 염에 대한 내성이 가장 큰 것으로 보인다.
염화나트륨 처리구에서 억새는 N17에서 15%, 대조구에서 13.33%, N34, N85, N170에서 각각 8.5%, 5.5%, 2.5% 순으로 감소하였다. 이는 사초과 식물 중 홍노줄사초, 애기부들 등의 지하부 생육이 NaCl 100 mM의 농도에서 저하되어 지상보다 뿌리가 민감하게 반응하였다는 결과와 유사하였다(Shim et al.
염화나트륨 처리에서 구절초의 발아율은 N17, N34에서 각각 86%, 80.67%의 높은 염내성을 보였으며, N85, 대조구, N170 순으로 급격히 저하되는 경향을 보였다. 이는 식물종에 따라 일정 농도의 염화칼슘과 EFDs (Eco-Friendly Deicers) 처리는 오히려 묘목의 발아와 초기 성장을 증진 시킨다는 기존 연구에 부합 하는 결과였다(Shin et al.
). 염화나트륨 처리에서 억새는 N17, N34, 대조구, N85, N170 순으로 78.6%, 70%, 62%, 50%, 20.67%의 발아세를 보였다 대조구를 제외하고 N17 처리구를 정점으로 염화나트륨의 농도가 높아질수록 발아세가 낮아지는 경향을 보였다. 이는 수크령과 갈대에서도 억새와 같은 결과를 보여주고 있어 염화나트륨 N17 농도에서 비교적 높은 발아세를 나타냈다.
염화칼슘(CaCl2) 처리에서 구절초는 C9, C18, C45 에서 76~77.33%의 비교적 높은 발아율을 보였고 대조구, C90에서 각각 75%, 47%로 낮게 분석되었다. 쑥부쟁이는 C45에서 30.
염화칼슘과 염화나트륨 처리 모두 5가지 농도처리에서 고농도로 갈수록 발아율이 감소되는 경향을 보였다. 특히 C9에서 점차 낮아지는 것으로 보아, 벼과종자 중 억새의 발아에 있어서 염화칼슘 9 mM이상의 고농도는 적합하지 않음을 알 수 있었다.
억새의 경우 치상 후 9일 만에 발아가 확인되었으며, 30일 동안 발아가 지속되었다. 염화칼슘과 염화나트륨의 농도가 높아짐에 따라 발아일수가 증가하는 추세를 보였으나, 수크령과 갈대에서는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다(Fig. 3). 억새는 C90, N170 등의 고농도 처리구에서 대조구보다 평균발아일수가 증가하는 경향을 보이는데, 이는 종자의 지연 발아 후 지속되지 못했기 때문인 것으로 판단된다.
5% 발아세를 보였으나 수크령 갈대에서는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 이에 염화물계 제설제 농도에 따른 세 가지 벼과식물의 종자발아 특성을 비교한 결과 모든 처리구에서 억새의 발아율이 수크령과 갈대보다 높아, 억새가 염에 대한 내성이 가장 큰 것으로 보인다.
염화칼슘과 염화나트륨 처리 모두 5가지 농도처리에서 고농도로 갈수록 발아율이 감소되는 경향을 보였다. 특히 C9에서 점차 낮아지는 것으로 보아, 벼과종자 중 억새의 발아에 있어서 염화칼슘 9 mM이상의 고농도는 적합하지 않음을 알 수 있었다. 염화나트륨 처리구에서는 NaCl의 농도는 발아율과 부(-)의 경향을 나타낸다는 연구와 유사하게 (Choi et al.
국화과 식물 3종의 발아 특성은 구절초, 쑥부쟁이, 산국 순으로 발아율이 높았으나 공통적으로 염화칼슘 45 mM, 염화나트륨 85 mM 농도수준에서 발아가 감소하였다. 특히 구절초는 쑥부쟁이와 산국에 비해 월등히 높은 발아율을 보여 내염성이 강한 것으로 평가 되었다.
67%의 발아를 이루는 것을 확인할 수 있었다. 특히 구절초의 염화칼슘 C45 처리와 염화나트륨 N85 처리에서 모두 현저하게 감소된 것을 볼 수 있었다. 이는 5%의 염화칼슘, 염화나트륨 수용액에서 밀, 보리, 시금치의 경우 발아에 영향을 받는 것과 비교하였을 때 의 염화칼슘 , 0.
벼과식물 중 억새는 전반적으로 모든 처리구에서 수크령과 갈대에 비해 높은 발아율을 보여 염에 대한 내성이 우수한 종자인 것으로 사료된다. 특히 염화칼슘 90 mM, 염화나트륨170 mM 처리농도에서도 발아가 확인되었으나 그 이상 농도에서는 생장이 억제되었다. 수크령은 중간 정도의 염분 저항성을 보였으며 염화칼슘 45mM, 염화나트륨 85mM 이상의 농도처리구에서는 발아하지 않았다.
평균발아일수는 벼과와 국화과 모두 농도가 높아질수록 발아가 지연되었다. 결과적으로 벼과식물에서는 억새가, 국화과 식물에서는 구절초의 종자가 내염성이 강해 제설제 피해지에 종자파종으로 활용가능성이 높을 것으로 보인다.
후속연구
본 연구는 자연조건이 아닌 생장상(Growth chamber)를 이용한 인공환경 조건하에서 이루어졌으므로 추가적인 염 내성 조건 규명이 필요하며, 추후 현장 적용 후 지속적인 모니터링도 필요할 것이라 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
내염성 식물은 어떻게 활용할 수 있나?
, 2017), 식물 종별로 특정 염 농도 범위 내에서 생장이 양호한 반응을 나타내고 염 스트레스 상태에서 다양한 형태적 생리적 반응을 보여 (Jeong et al., 2017), 내염성 식물들은 염해지 환경개선에 좋은 식물자원으로 활용될 수 있다(Lee et al., 2007).
종자의 발아단계에서 염분 스트레스가 미치는 영향은?
, 2012). 특히 종자의 발아단계에서 염분 스트레스는 종자의 발아를 막거나 지연시키는 것으로 알려져 있다(Ibrahim, 2016).
염분 농도가 높은 토양이, 식물에 미치는 부정적 영향은?
, 2013). 토양에 축척된 고농도의 염분은 토양의 수분포텐셜을 감소시켜 식물에 수분과 영양소 흡수를 제한하며 이온의 불균형과 독성 피해를 야기한다. 또한 생육 단계에 따라 염도 기작이 변동하며(Houle et al.
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