[논문]생물 및 비생물적 요인이 쥐방울덩굴의 생육과 생식에 미치는 영향

박현준; 박혜경; 손가연; 남보은; 김재근

doi:10.17663/jwr.2020.22.2.113

생물 및 비생물적 요인이 쥐방울덩굴의 생육과 생식에 미치는 영향
Biotic and Abiotic Effects on the Growth and Reproduction of Aristolochia contorta 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.22 no.2, 2020년, pp.113 - 120

박현준 (서울대학교 생물교육과) , 박혜경 (서울대학교 생물교육과) , 손가연 (서울대학교 생물교육과) , 남보은 (서울대학교 생물교육과) , 김재근 (서울대학교 생물교육과)

초록
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본 연구에서는 국가적색목록 취약종(VU)인 꼬리명주나비와 그것의 유일한 먹이 식물인 쥐방울덩굴의 보전을 위하여, 수변 지역에 서식하는 쥐방울덩굴의 서식지 환경과 이들 중 생육과 생식에 영향을 미치는 주요 환경 요인을 파악하고자 하였다. 이를 위하여 네 개의 국내 쥐방울덩굴 서식지(가평, 평택, 청주, 여주)에서 2018년 7월과 10월에 방형구 조사를 수행하였으며, 주요 동반종, 초식 곤충의 출현 여부, 지지대의 유형, 토양의 이화학적 특성을 조사하였다. 조사결과 쥐방울덩굴 개체군의 서식지 환경과 생육 및 생식 양상은 지역에 따라 다르게 나타났다. 특히, 평택 개체군에서 가장 빠른 생육 속도와 개화 및 결실 시기를 나타냈으며, 청주와 여주 개체군에서는 인간의 교란으로 인한 지상부 손상이 원활한 생육을 방해한 것으로 드러났다. 본 연구에서 쥐방울덩굴의 생육 속도는 쥐방울덩굴의 초기 생육 시기부터 제공된 지지대의 유형에 영향을 받은 것으로 판단된다. 쥐방울덩굴의 개화 및 결실 시기에는 경쟁과 섭식 스트레스의 생물적 요인과 높은 토양 양이온 함량의 비생물적 요인이 복합적으로 작용한 것으로 여겨진다. 따라서 쥐방울덩굴 개체군의 빠른 생육과 적절한 시기의 개화와 결실을 위해서 안정적인 지지대의 제공과 경쟁과 섭식 스트레스의 완화를 위한 노력이 필요할 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

For the conservation of both Sericinus montela (vulnerable species by red book of Korea) and A. contorta, we investigated environmental factors affecting the growth and reproduction of Aristolochia contorta. We selected four A. contorta habitats at Gapyeong, Pyeongtaek, Cheongju, and Yeoju in Korea and surveyed community and habitat characteristics of companion species, herbivore appearance, support types, and soil physicochemical properties in July and October, 2018. Habitat environments and the growth and reproduction characteristics of A. contorta were different according to four habitats of different regions. In particular, the fastest growth speed and earliest flowering and fruiting were observed in Pyeongtaek. Growth of A. contorta in Cheongju and Yeoju were interrupted by aboveground damage from human disturbance. In this study, support types seemed to be important for growth speed of A. contorta. Flowering and fruiting timing were likely to be related to combined effects of soil cation contents and competitive and herbivore stresses. Therefore, providing effective support and reducing biological stress should be necessary for stable growth and proper flowering and fruiting timing of A. contorta. In addition, experimental evidence would be needed to figure out the effect of soil cation and biological stress on flowering and fruiting of A. contorta in detail.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Location of four surveyed sites.
표 Table 1. Average of daily highest and lowest temperature, and monthly total precipitation of each surveyed region (Korea Meteorological Administration, 2018).
그림 Fig. 3. A fruit of A. contorta observed at Pyeongtaek in July.
그림 Fig. 2. (a) Stem length, (b) leaf number, (c) single leaf area of A. contorta for each region.
그림 Fig. 4. The whole view of each surveyed site (a) Cheongju (CJ), (b) Gapyeong (GP), (c) Pyeongtaek (PT), (d) Yeoju (YJ)
표 Table 2. List of companion species of each region. Top three shrub or herbaceous species were showed for each region and month representatively considering the importance value of each species.
그림 Fig. 5. A larva of Byasa alcinous on A. contorta observed at Pyeongtaek in July.
그림 Fig. 6. Principle component analysis (PCA) of soil physicochemical characteristics for four regions.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 국내에 서식하는 쥐방울덩굴 개체군의 서식지 환경과 생육과 생식 특성을 파악하고, 이러한 특성에 영향을 미치는 환경 요인을 파악하고자 하였다. 이를 위하여, 네 개의 국내 쥐방울덩굴 서식지에서 방형구 조사를 수행하였으며, 쥐방울덩굴의 생육과 생식 특성에 영향을 줄 수 있는 생물적 요인으로서 주요 동반종과 초식 곤충의 출현 여부를, 비생물적 요인으로서 지지대의 유형과 토양의 이화학적 특성을 조사하였다.

제안 방법

05에서 일원분산분석(one-way ANOVA)과 Duncan 사후검정을 수행하였다. 또한, 네 개의 지역의 토양 환경의 차이의 주요 인자를 확인하기 위하여 주성분분석(PCA)을 수행하였다. 모든 통계분석은 R (ver.
방형구 내에서 쥐방울덩굴의 줄기 길이, 잎 수, 엽면적을 측정하고,개화 여부를 확인하였으며, 주요 동반종과 지지대의 유형을 조사하였다. 또한, 토양의 이화학적 분석을 위하여 방형구의 각 꼭짓점에서 같은 양의 토양을 채집하였고, 이를 균질하게 섞은 시료를 분석에 사용하였다. 각 지역의 기온과 강수량은 기상청의 자료를 활용하여 비교하였으며, 평균 기온과 강수량은 네 지역에서 크게 차이가 없는 것으로 확인되었다(Table 1, Korea Meteorological Administration, 2018).
각 지역에서 일정한 간격으로 1 m × 1 m 크기의 방형구를 설치하였다. 방형구 내에서 쥐방울덩굴의 줄기 길이, 잎 수, 엽면적을 측정하고,개화 여부를 확인하였으며, 주요 동반종과 지지대의 유형을 조사하였다. 또한, 토양의 이화학적 분석을 위하여 방형구의 각 꼭짓점에서 같은 양의 토양을 채집하였고, 이를 균질하게 섞은 시료를 분석에 사용하였다.
따라서 본 연구에서는 국내에 서식하는 쥐방울덩굴 개체군의 서식지 환경과 생육과 생식 특성을 파악하고, 이러한 특성에 영향을 미치는 환경 요인을 파악하고자 하였다. 이를 위하여, 네 개의 국내 쥐방울덩굴 서식지에서 방형구 조사를 수행하였으며, 쥐방울덩굴의 생육과 생식 특성에 영향을 줄 수 있는 생물적 요인으로서 주요 동반종과 초식 곤충의 출현 여부를, 비생물적 요인으로서 지지대의 유형과 토양의 이화학적 특성을 조사하였다. 본 연구를 통하여 지역별 쥐방울덩굴의 서식 환경과 생육 및 생식의 관계에 대한기초 자료를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 쥐방울덩굴 개체군의 안정적인 유지에 필요한 요소를 파악하는 데에 기여할 수 있을 것이다.
2. 쥐방울덩굴의 생육 속도에 영향을 미치는 환경 요인
인간의 교란을 제외한 환경 요인이 쥐방울덩굴의 생육 속도에 미치는 영향을 파악하기 위하여, 인간의 교란으로 인한 지상부의 손상이 적은 가평과 평택 개체군의 환경 요인을 비교하였다(Fig. 4). 본 연구에서 나타난 평택에서의 쥐방울덩굴의 빠른 생육 속도는 쥐방울덩굴에 제공된 지지대의 유형에 영향을 받은 것으로 생각된다.
쥐방울덩굴의 개화와 결실에 영향을 미치는 환경 요인을 파악하기 위하여, 개화와 결실이 확인된 가평과 평택 개체군의 환경 요인을 비교하였다. 본 연구에서 평택 개체군의 빠른 개화와 결실은 동반종에 의한 경쟁 스트레스에 영향을 받은 것으로 판단된다.
토양 수분함량은 105℃에서 건조 전후의 무게 차이로 계산하였으며,이후 550℃에서 작열감량법을 이용하여 토양 유기물 함량을 측정하였다(Boyle, 2004). 토양의 pH와 전기전도도(EC)를 측정하기 위하여 10 g의 토양을 50 mL의 증류수로 침출한 후, 각각 pH meter (model Starter300, OHAUS)와EC meter(model Starter300C, OHAUS)로 측정하였다. 질산태 질소(NO₃-N)와 암모늄태 질소(NH₄-N)는 2 MKCl 용액으로 추출한 후, 각각 Hydrazine법(Kamphake etal.
5 N HCl 용액의 혼합액)으로 추출하여 Ascorbic acid 환원법(Bray and Kurtz, 1945)을 사용하여 비색정량하였다. 포타슘 이온(K⁺), 칼슘 이온(Ca²⁺), 소듐이온(Na⁺), 마그네슘 이온(Mg²⁺)은 1 N CH₃COONH₄ 용액으로 추출하여(Allen et al., 1974), 원자흡광광도계(model AA240FS, VARIAN)로 정량하였다.
현장 조사는 쥐방울덩굴의 개화 시기 전후로 2018년 7월과 10월에 각 1회씩 수행되었다. 각 지역에서 일정한 간격으로 1 m × 1 m 크기의 방형구를 설치하였다.

대상 데이터

본 연구의 조사 장소는 국내에 알려진 쥐방울덩굴 서식지 10개 지역 중 개체군의 크기가 충분히 크고 생육이 활발한 4개 지역(경기도 가평군, 경기도 여주시, 경기도 평택시, 충청북도 청주시)으로 선정하였다(Fig. 1). 가평 개체군(GP)은 계곡의 주변부에 위치하였으며, 여주 개체군(YJ), 평택 개체군(PT), 청주 개체군(CJ)은 모두 하천변에 위치하였다.

데이터처리

모든 통계분석은 R (ver. 3.6.1)을 이용하였으며, 특히 일원분산분석과 Duncan 사후검정은 ‘agricolae’ 패키지를, 주성분분석은‘devtools’ 패키지를 이용하여 수행되었다(R Core Team,2019).
05에서Shapiro-Wilk 검정을 시행하여 정규성을 확인하였다. 쥐방울덩굴의 시기에 따른 생육의 차이를 확인하기 위하여 유의수준 0.05에서 t-검정을 시행하였고, 지역 간의 생육 차이를 비교하기 위하여 유의수준 0.05에서 일원분산분석(one-way ANOVA)과 Duncan 사후검정을 수행하였다. 또한, 네 개의 지역의 토양 환경의 차이의 주요 인자를 확인하기 위하여 주성분분석(PCA)을 수행하였다.
통계 분석을 시행하기 전, 모든 값은 유의수준 0.05에서Shapiro-Wilk 검정을 시행하여 정규성을 확인하였다. 쥐방울덩굴의 시기에 따른 생육의 차이를 확인하기 위하여 유의수준 0.

이론/모형

, 1967)과 Indophenol법(Solorzano, 1969)을 사용하여 비색정량하였다. 인산태 인(PO₄-P)은 Bray No. 1 용액(1N NH4F 용액과 0.5 N HCl 용액의 혼합액)으로 추출하여 Ascorbic acid 환원법(Bray and Kurtz, 1945)을 사용하여 비색정량하였다. 포타슘 이온(K⁺), 칼슘 이온(Ca²⁺), 소듐이온(Na⁺), 마그네슘 이온(Mg²⁺)은 1 N CH₃COONH₄ 용액으로 추출하여(Allen et al.
토양의 pH와 전기전도도(EC)를 측정하기 위하여 10 g의 토양을 50 mL의 증류수로 침출한 후, 각각 pH meter (model Starter300, OHAUS)와EC meter(model Starter300C, OHAUS)로 측정하였다. 질산태 질소(NO₃-N)와 암모늄태 질소(NH₄-N)는 2 MKCl 용액으로 추출한 후, 각각 Hydrazine법(Kamphake etal., 1967)과 Indophenol법(Solorzano, 1969)을 사용하여 비색정량하였다. 인산태 인(PO₄-P)은 Bray No.
토양 시료는 이물질과 크기가 큰 입자를 제거하기 위하여 2 mm 크기의 체로 거른 후 분석에 사용하였다. 토양 수분함량은 105℃에서 건조 전후의 무게 차이로 계산하였으며,이후 550℃에서 작열감량법을 이용하여 토양 유기물 함량을 측정하였다(Boyle, 2004). 토양의 pH와 전기전도도(EC)를 측정하기 위하여 10 g의 토양을 50 mL의 증류수로 침출한 후, 각각 pH meter (model Starter300, OHAUS)와EC meter(model Starter300C, OHAUS)로 측정하였다.

성능/효과

또한, 토양의 이화학적 분석을 위하여 방형구의 각 꼭짓점에서 같은 양의 토양을 채집하였고, 이를 균질하게 섞은 시료를 분석에 사용하였다. 각 지역의 기온과 강수량은 기상청의 자료를 활용하여 비교하였으며, 평균 기온과 강수량은 네 지역에서 크게 차이가 없는 것으로 확인되었다(Table 1, Korea Meteorological Administration, 2018).
국내의 네 지역의 쥐방울덩굴 서식지에서 쥐방울덩굴의 생육 양상이 다르게 나타났으며, 특히 생육 속도, 개화 및 결실의 시기가 생물적 요인과 비생물적 요인에 영향을 받아 다르게 나타난 것으로 드러났다. 생육 속도는 초기 쥐방울덩굴이 생육하기에 안정적인 지지를 제공할 수 있는 교목이나 인공 구조물이 있는 지역에서 전반적으로 빠르게 나타날 수 있는 것으로 보인다.
가평 개체군(GP)은 계곡의 주변부에 위치하였으며, 여주 개체군(YJ), 평택 개체군(PT), 청주 개체군(CJ)은 모두 하천변에 위치하였다. 모든 지역에 서식하고 있는 쥐방울덩굴은 3년생 이상으로 개화와 결실을 할 수 있는 것으로 확인되었다.
4). 본 연구에서 나타난 평택에서의 쥐방울덩굴의 빠른 생육 속도는 쥐방울덩굴에 제공된 지지대의 유형에 영향을 받은 것으로 생각된다. 평택에서는 모든 쥐방울덩굴 개체가 인공 구조물이나 교목이 지지대의 역할을 하고 있었는데 반해, 가평에서는 교목에 의존하는 일부 지역을 제외하고 대부분 초본이나 관목을 지지대로 하여 서식하고 있었다.
쥐방울덩굴의 개화와 결실에 영향을 미치는 환경 요인을 파악하기 위하여, 개화와 결실이 확인된 가평과 평택 개체군의 환경 요인을 비교하였다. 본 연구에서 평택 개체군의 빠른 개화와 결실은 동반종에 의한 경쟁 스트레스에 영향을 받은 것으로 판단된다. 지역에 따라 쥐방울덩굴 서식지 내의 동반종은 다르게 나타났으나, 지역과 관계없이 공통적으로 관목이거나 초본 중에서도 수관이 발달하여 쥐방울덩굴이 지지대로써 사용할 수 있는 종들로 이루어졌다(Table 2).
한편, 7월에 개화한 개체들을 포함한 다수의 개체에서 결실이 확인되었다. 이와 달리, 청주 개체군과 여주 개체군은 10월의 줄기 길이가 7월보다 감소하고, 잎의 수도 비슷하거나더 감소하는 경향을 나타냈으며, 개화나 결실은 확인되지 않았다. 단일 엽면적은 청주 개체군에서 가장 작았으며(청주: 29.
지역에 따라 뚜렷한 차이를 보이는 줄기 길이와 잎 수와 달리, 단일 엽면적은 가평 개체군에서 가장 큰 값을 보였으며(43.3 ± 3.7 cm2) 다른 세 개의 개체군에서 전반적으로 비슷한 것으로 나타났다(평택: 36.9 ± 3.4 cm2; 여주: 34.3 ± 3.1 cm2; 청주: 30.7 ± 2.0 cm2).
그러나 가평 개체군은 평택 개체군보다는 생육이 덜 활발하였고, 기존 문헌과 같이 7월에는 개화만 이루어졌고 결실은 10월에 확인되었다. 한편, 여주와 청주 개체군은 조사 기간 동안 개화와 결실이 확인되지 않았으며, 개화 전보다 후의 줄기 길이와 잎 수가 오히려 줄어드는 경향을 나타냈다. 이러한 결과는 다른 지역과 달리 이두 지역의 개체군이 하천변에서 인간이 주기적으로 관리하는 공간에 위치하기 때문으로 여겨진다.

후속연구

(2019)에 의해 수행된 연구가 있으나, 쥐방울덩굴에 제공되는 지지대의 유형과 광도를 제외한 다른 환경 요인과 쥐방울덩굴의 생육과 생식 특성의 관계에 대한 설명은 부족하다. 그러므로 쥐방울덩굴 개체군의 생육과 생식 특성에 대한 정확한 이해를 위해서는 쥐방울덩굴 서식지에 대한 조사를 통해 이들에 영향을 미치는 환경 요인을 규명하기 위한 연구가 수행되어야 한다.
이러한 쥐방울덩굴의 빠른 개화와 결실은 이른 지상부의 고사로 이어질 수 있으며, 이에 따라 쥐방울덩굴을기주 식물로 활용하는 다른 초식 곤충과의 상호작용이 일어나는 시기적 동기화에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 쥐방울덩굴 개체군의 빠른 생육과 적절한 시기의 개화와 결실을 위해서 안정적인 지지대의 제공과 경쟁과 섭식 스트레스의 완화를 위한 노력이 필요할 것으로 보인다. 또한,인간의 교란으로 인한 지상부 손상을 줄여 꾸준한 생장이 일어날 수 있도록 할 필요가 있다.
이를 위하여, 네 개의 국내 쥐방울덩굴 서식지에서 방형구 조사를 수행하였으며, 쥐방울덩굴의 생육과 생식 특성에 영향을 줄 수 있는 생물적 요인으로서 주요 동반종과 초식 곤충의 출현 여부를, 비생물적 요인으로서 지지대의 유형과 토양의 이화학적 특성을 조사하였다. 본 연구를 통하여 지역별 쥐방울덩굴의 서식 환경과 생육 및 생식의 관계에 대한기초 자료를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 쥐방울덩굴 개체군의 안정적인 유지에 필요한 요소를 파악하는 데에 기여할 수 있을 것이다.
또한,인간의 교란으로 인한 지상부 손상을 줄여 꾸준한 생장이 일어날 수 있도록 할 필요가 있다. 추가로, 토양 양이온과 생물적 요인으로 인한 스트레스가 쥐방울덩굴의 개화와 결실 시기에 미치는 영향을 구체적으로 파악하기 위한 실험적인 근거를 마련할 필요가 있다고 생각된다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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