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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.24 No.3 pp.316-324
DOI :

황산처리에 의한 불투수성 황근 종자의 발아촉진에 관한 연구

서상흠, 박민우, 장미하, 장일웅, 심상인, 나영왕*, 김수영**, 김석현
경상대학교 농업생명과학대학, *농촌진흥청 연구정책국, **환경부 국립생물자원관

Effects of Sulfuric Acid Treatment on Germination of Water Impermeable Seeds in Hamabo Mallow (Hibiscus hamabo Siebold & Zucc.)

Seok-Hyeon Kim, Sang-Heum Seo, Min-Woo Park, Mi-Ha Chang, Il-Ung Jang, Sang-In Shim, Young-Wang Na*, Soo-Young Kim**
College of Agriculture and Life Sciences, Gyeongsang National University
*Research Policy Bureau, Rural Development Administration
**National Institute of Biological Resources, Ministry of Environment
Received May. 18, 2012 / Revised Aug. 30, 2012 / Accepted Sep. 7, 2012

Abstract

The reason of poor germination rate of hamabo mallow seed was speculated using TZ testto determine the viability of seed. Seeds showed high viability via TZ test were not germinated well. Thequiescent seeds did not imbibed properly due to the hard seed coat and did not show further processesrequired for germination. Several well-known treatments for seed coat loosening and water uptake intoseed were applied and compared for their efficiency. Stratification, hot water treatment, seed coat scarification,wet-cold treatment were revealed as less effective for improving germination although thosetreatments were common method for breaking dormant seed. Chemical scarification with sulfuric acid,however, effectively increased germinability and promptness index of hamabo mallow seeds. Optimaltime for sulfuric acid treatment was 20 min. Seeds treated for 20 min showed improved germination percentage,germination speed, and promptness index of 80%, 13, and 1969 at 30 days after imbibition,respectively, in petri dish experiment. The values were greater than control seeds showed low values(12%, 1, and 183, respectively). The similar tendency was observed in the pot experiment that sulfuricacid treated seed were sown in artificially mixed soil (loamy soil:peatmoss:sand:compost = 5:2:2:1) andplaced in greenhouse. Ultrastructure analysis of chemically scarified seed with sulfuric acid for 20 minby scanning electron microscopy did not show any noticeable changes in seed coat hardness and wateruptake via hilum. But the only change after sulfuric acid treatment was removal of hilum cap that closethe hilum and hider imbibition. Therefore, subsequent experiment was conducted to know the relationshipbetween removal of hilum cap and facilitated imbibition by sulfuric acid treatment and whether thehilum cap removal directly influenced to the opening of micropyle. Water uptake velocity of seed treatedfor 20 min in concentrated sulfuric acid for was greater than control seed. This result implies that thecrucial effect of sulfuric acid treatment is the removal of hilum cap that increase water uptake via micropylein hamabo mallow.

24(3)-09.pdf6.81MB

황근(黃槿, Hamabo mallow, Hibiscus hamabo Siebold & Zucc.)은 우리나라를 비롯하여 일본 혼슈 남부, 오키나와 그리고 중국의 남부 해안가 일부 지역에 분포하는 희귀식물로 알려져 있다. 황근은 우리나라에는 전라남도와 제주도 지역에서 분포하는데, 아욱과 무궁화속의 낙엽 반관목으로 노란 무궁화로도 불린다.

황근은 환경부 멸종위기동식물종(Ⅱ급)으로 지정된 희귀식물로서 국내 자생집단에 대한 적절한 보존대책을 필요로 하는 식물이다. 조경식물로서 이용가치가 있음에도 불구하고 국내에서는 황근의 이용도가 그리 높지 않다. 생태적 특성상 겨울철의 내한성은 매우 약하여 중부 이북 지방에서 노지 월동이 불가능하나 내염성이 강하기 때문에 남부 및 서해 연안에서 조경용 소재로 이용하면 매우 좋을 것으로 생각된다. 그러나 소재로 활용할 만큼 대량재배가 이루어지지 않고 있을 뿐만 아니라 이들에 관한 연구도 많이 이루어지지 않았다.

황근은 일반적으로 삽목을 통해 번식되지만, 종자를 이용하여 번식하면 다른 번식방법에 비하여 대량번식이 가능한 잇점이 있다. 그런데 황근 종자는 발아율이 낮은 것으로 알려져 있으며 종자의 실용성을 높이자면 발아촉진을 위한 적절한 방법이 개발되어야 할 것이다. 

경실종자의 불투성에 대한 연구는 여러 연구자들에 의해 수행되었다(Bhattacharya & Saha, 1992; Christiansen & Moore, 1958; Jones, 1928; Khudairi, 1956; Kim et al, 2006; Kim et al., 2009; Lee et al., 1984; Pammel, 1886; Preston & Scott, 1943; Serrato et al., 1989). 

경실의 구조에 대해 Christiansen & Moore (1958)은 목화에서 경실종자는 부드러운 종자에는 없는 chalazal area가 존재한다고 하였으며, Bhattacharya & Saha (1992)은 인도의 다른 두 지역에서 수집한 Cassia tora의 형태적 차이를 주사전자현미경으로 관찰한 바, 발아가 잘 안되고 휴면하는 종자집단은 주공마개(micropylar plug)에 의해 주공이 닫혀있고 흠자국 없는 종류(intact strophiole)를 가지고 있으며 종류홈(strophiolar groove)은 종류고리(strophiole ring)에 의해 닫혀 있어 종자표면이 부드럽게 보였다고 하였다. 그러나 발아가 잘 되는 종자 집단에서는 주공이 깔대기 모양의 주공홈(micropylar groove)으로 열려 있고, 흠자국 없는 종류(intact strophiole)와 금이 간 종류고리(strophiole ring) 사이에 있는 세공(細孔) 때문에 종자표면이 꺼칠꺼칠하게 보였다고 한다. Lee et al. (1984)은 인삼종자에서 내과피는 기계적인 장해로 배생장을 현저히 억제시킨다고 하였으며, 2.5% 수산화나트륨에 10분~30분 침지하여 배생장을 촉진시킬 수 있었다고 한다. Khudairi(1956)은 낙엽소관목인 매스키트(prosopis)의 경실종자를 황산처리로서 수분흡수를 용이하게 하여 발아를 시킬 수 있었다고 한다. 

경피종자의 휴면을 타파하고 나아가 발아를 촉진하는 방법으로서 다음과 같은 것들이 알려져 있다. 

1) 종피파상처리(scarification, 과종피상처 내기, 진탕에 의한 기계적 마찰, 과피제거, 종자상처, 종피태움, 사포에 의한 마찰, 擦傷=굵은 모래와 혼합해서 찧음)가 효과적이라는 보고들이 있다(ISTA, 2006; Bledsoe & Futral, 1946; Cabral, 1954; Justice & Marks, 1945). Bledsoe & Futral (1946)은 조지아 시험장에서 고안한 소형종피파상기로 Lespedeza 종자를 20초간 파쇄하여 파종한 결과 3일째 80%, 7일째 99%의 발아율을 보였다고 한다.

2) 과수나 교목 같은 낙엽과수의 대부분의 종자는 휴면타파를 위해 저온다습 조건의 층적저장(層積貯藏, 層積處理, 저온-습윤처리-노천매장, stratification)이 효과적이라고 알려져 있다(조, 1980). Son & Reuther (1977)는 인삼종자의 휴면타파에 층적처리가 효과적이었다고 한다.

3) 농황산처리가 경실종자의 휴면타파에 효과적이라고 한다(Afanasiev, 1939; Aso, 1960; Burgos, 1949; Cho & Kim, 1968; Horn & Colon, 1942; Lemmon et al., 1943; Rostrup, 1896/97; 구 등, 1988; Ahn et al., 1992; ISTA, 2006).

Cho & Kim (1968)은 잔디 종자를 농황산에 침지하고 유리 막대를 잘 저으면서 약 1분 30초 정도 유지하여 水洗를 하니 발아조장에 효과적 이였다고 한다. 水洗 후 흑갈색으로 변하며 못쓰게 되며 그렇게 되지 않을 정도로 해야 한다고 하였다.

Huh & Kwack (1997)은 염분농도에 따른 황근과 무궁화 종자의 발아피해 정도를 조사한 연구에서, 종자의 휴면타파를 위하여 치상 3일전에 황근 종자를 85% 황산에 15분간 침지한 후 흐르는 물에 24시간 수세한 후 1일 건조하여 시험 종자로 사용하여 25°C에서 발아시킨바 발아율이 88%였다고 한다.

4) 경실종자의 휴면타파에 온열탕처리가 효과적이라는 보고가 있다(Christiansen & Moore, 1958; Delizo, 1938; Jacalne, 1962). Anonymous(1930)은 2년과 6년 묵은 Acacia종자에 열처리는 발아에 효과적이었다고 한다. 차가운 물에 종자를 담근 후에 끓는 물에 담구거나, 끓는 물에 담근 후 히터를 끈 상태로 10분 동안 그대로 두거나, 또는 끓는 물에서 10분간 계속 유지하면 무처리와 차가운 물에 둔 처리에서 (모두 발아율이 10%이하)보다 발아율이 80% ~ 90%로 높게 나타났다고 하였다. 때로는 온도처리(저, 고온)에서도 효과가 있었다고 한다. 

5) 경피 교목에서 종자의 성숙도에 따른 휴면의 정도가 다르다는 보고가 있는데, 조생종 유자나무나 이팝나무의 경우 개화 후 100∼120일이 지난 미숙 종자는 발아력이 있어 채종 직후 파종하면 연내에 대부분 발아하지만, 개화 후 150일 이상 되어 완숙하면 바로 발아하지 않고 이듬해에 발아한다고 한다(이 등, 2002). 단풍나무에서도 종자의 숙기에 따라 종자의 발아성이 다르다고 한다. 감귤류의 종자도 완숙하면 휴면현상이 나타난다. 

6) 이 밖에도 에타놀이나 이산화탄소 처리 등이 알려져 있다. 

따라서 본 연구는 불투성 황근 종자의 발아촉진을 위하여 몇 가지 실험을 수행하였다. 실험결과 발아촉진에 유효하다고 볼 수 있는 몇 가지 처리방법이 발견되었으므로 이에 발표하는 바이다. 

재료 및 방법

시험 재료

시험재료인 황근 종자는 2010년 10월 하순 제주도 서귀포 일원에서 채취한 종자로서 채취 후 자연상태로 건조한 후 비닐봉지에서 보관해 오던 것을 1월부터 실험실의 4°C냉장고에 보관하면서 3월부터 시험재료로 사용하였다.

황산 처리 할 종자를 유리병에 넣고 종자가 잠길 만큼 진한 황산(Sulfuric Acid 1급, 硫酸 97%함유, OSAKA Co., Japan)을 넣어 유리막대로 저어준 후 정해진 설정한 시간별로 다르게 침지한 후 흐르는 수돗물에 수세한 후 유리병에 물을 넣고 종자를 담가 1시간 침지시켜 황산처리에 의한 피해를 없애고자 하였다. 중간 중간에 물을 갈아주면서 물속의 종자를 유리막대로 가볍게 저어주었다. 그리고 다시 수세를 3회 실시하였다. 이때 무처리 종자도 1시간 물에 침지하여 같은 방법으로 종자를 유리막대로 가볍게 젖었다. 무처리와 황산처리된 종자를 모두 신문지 위에 고루 펴서 물기를 제거하고 실온에서 3일간 건조시켜 시험용 재료로 사용하였다.

황산 최적 처리시간 규명을 위한 선행시험

황산 최적 처리시간을 정하기 위한 선행시험으로 황산 처리시간을 두 시간 간격으로 무처리에서 34시간 까지 달리하여 18처리를 두었다. 그 밖의 발아시험은 표준 발아시험의 방법, 계산식과 판별 방식에 따랐다. 

표준 발아시험

황산 처리 시간이 각기 다른 4수준(무처리, 10분, 20분 및 30분 침지)의 황근 종자를 휴면타파에 가장 효과적인 황산 처리 시간을 밝히기 위하여 실내에서 표준 발아시험을 실시하였다. 

발아시험은 ISTA방법(2006)에 따라서 실시하였는데, 13.5 cm 직경의 일회용 패트리디쉬에 filter paper (Advantec, Toyo, 125 mm) 2매를 깔고, 100립 4반복으로 25°C에 치상하여 매일 매일 발아립수를 조사하여 발아속도(Germination Rate : GR)를 구하고 조사 마감일에 발아율(Percent Germination : PG)를 구하여 발아속도지수(Promptness Index : PI)를 산출하였는데, 계산식은 아래와 같다(Mcguire, 1962). 발아조사의 마감은 치상후 30일째에 하였다. 불발아종자는 경실종자(hard seed; 규정된 발아 기간이 경과하도록 흡수하지 못 하고 원형상태로 있는 종자), 죽은 종자(dead seed; 규정된 발아기간이 경과하기 까지 경실종자도 아니고 부패 종자도 아닌 것으로 유묘가 출현하지 않는 종자)와 부패 종자(decayed seed; 규정된 발아기간이 경과하기 까지 경실종자도 아니고 죽은 종자도 아니고 1차감염에 의해 기본조직이 정상 발육이 어려울 정도로 병해와 부패가 심한 종자)로 구분하여 조사하였다. 발아판별은 유근의 돌출여부로 하였다. 단, 불발아종자중에서 (황산처리 등에 의해) 부패된 종자는 먼저 구분하여 조사하고, 나머지 종자는 수세한 후 TZ활력검사를 실시하여 경실종자와 죽은 종자로 구분하였다.

GR = Σ(ni/ti), 이때, ti : 치상 후 조사일수, ni : 조사 당일의 발아수
PG = (N/S) x 100, 이때, N : 총발아수, S : 총공시종자수
PI = Σ[(T-ti+1)ni], 이때, ti : 치상 후 조사일수, ni : 조사 당일의 발아수, T : 총 조사일수

Tetrazolium 활력검사

실내에서 실시한 표준 발아시험 종료시 불발아종자 중에서 활력은 있으나 경피 때문에 발아 하지 못하는 정도를 황산처리 시간이 각각 다른 4수준(무처리, 10분, 20분 및 30분 침지) 별로 나누어 테트라졸리움 종자 활력검사를 ISTA(2006) 방법에 따라 실시하였다. 

종자를 1/2수직으로 절제하여 25°C에서 18시간 수침하였다. 수침한 종자절편을 tetrazolium (2,3,5-triphenyl tetrazolium chloride) 1.0% 용액에 담가 30°C의 항온기 내에서 1시간 30분간 착색시켰다. 두 개의 자엽과 유근 및 하배축이 붉은 색으로 착색된 것은 살아있는 종자로 구분 지었으며, 일부라도 미착색된 종자는 죽은 종자로 평가하였다(Fig. 1). 

Fig. 1. Differences in color change of germinable and non-germinable seed of Hibiscus hamabo in tetrazolium viability test.

출현력검정시험

표준 발아시험에서 사용한 재료와 같은 황산처리 시간이 각각 다른 4수준(무처리, 10분, 20분 및 30분 침지)의 황근 종자를 실내 표준발아시험과 비교하기 위해서 폿트를 이용하여 토양시험을 실시하였다.

흙과 상토, 모래, 퇴비를 각각 5 : 2 : 2 : 1로 혼합된 상토를 조제하여 가는 체로 쳐서 지름 10㎝의 지피폿트에 넣고 트레이(34 cm × 50 cm × 5 cm)에 담아 온실 내에 파종준비를 하였다. 시험기간 중의 온실 내 기온은 25∼33°C로 유지되었다. 

황산처리시간 4수준 별로 각각의 종자를 50립 4반복으로 파종하였는데, 한 개의 지피폿트에 5립씩 파종하였다. 고운 흙으로 복토 한 후 직사광선이 들어오지 않도록 차광망을 설치하였으며, 토양이 건조하지 않도록 수시로 관수하였다.

황산 처리효과를 비교하기 위하여 발아속도(GR), 발아율(PG)과 발아속도지수(PI)를 조사하였으며, 계산식은 실내 표준발아시험과 동일하였다. 

주사전자현미경(SEM)촬영

앞 시험에서 황근 종자의 휴면타파에 가장 효과적이라고 판명된 황산 20분 처리 종자의 주공과 제(배꼽) 및 종단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 황산 처리 전과 비교하여 관찰하였다.

먼저 종자를 30°C의 항온기에서 48시간 건조시킨 후, 종자의 기계적 상처를 피하기 위하여 종단면 촬영용은 한 개의 니퍼로 종자를 단단히 고정하고 또 하나의 니퍼로 종자를 수직 절단하여 사용하였다(칼로 자르게 되면 조직이 상할 수 있기 때문임). 그리고 촬영용 종자 재료를 80°C의 항온기에서 20시간 다시 건조하였다. 

준비된 aluminum stub 상에 각각의 표본을 올려놓고, gold ion sputtering device로 표본을 10mA에서 400초 동안 도금기기(Fine Coat, JEOL, JFC-1100E)를 시용하여 도금시켰다. 

도금시킨 표본을 전자현미경(JEOL JSM-6380LV)으로 관찰하였으며, 전압은 15 kV 조건으로 하였다. 황산 20분 처리 전후의 주공, 제 및 종단면의 변화를 관찰하였다.

종자의 수분흡수 속도 측정

황근 종자에서 황산 20분 처리가 무처리 종자에 비해 발아가 잘되는 이유를 밝히기 위해 수분흡수속도를 측정하였다. 황
산에 20분 침지한 종자와 무처리 종자를 각 20립씩 침윤시간 별로 수분함량을 측정하였다.

20립씩의 종자를 100 ml의 비이커에 넣고 증류수 50 ml을 가하였다. 25°C의 항온기 내에서 침윤시간별 (0.00, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96, 108, 120, 132, 144, 156, 180, 192, 204, 216시간)로 물을 따라 버리고 건져낸 종자를 여과지 위에 놓고 표면수를 제거한 후 종자 무게를 측정하였다. 침윤 전 후의 종자 무게로서 수분흡수량을 환산하였다. 침윤 시간대별 종자의 수분함량 계산은 다음 식에 의하였다. 계량된 종자는 다시 수침하여 연속적으로 측정용 시료로 사용하였다.

종자수분함량(%) =100 − {(침윤 전 종자무게/침윤 후 종자무게) × (100 −침윤 전 종자수분함량)} 

본 실험의 통계분석은 최소유의차검정(LSD)을 실시하였는데, 이는 MSTATC program을 사용하였다. 

결과 및 고찰

실생법은 다른 번식방법에 비하여 대량번식이 가능한 이점이 있으나, 종자를 이용할 경우 배의 미성숙, 발아억제물질 존재 등의 생리적 원인 또는 경실 등의 원인으로 휴면하기 때문에 발아율이 낮고 입모확보에 어려움이 있다. 그래서 휴면타파 및 발아촉진이 어느 조건에서 일어나는가 또한 휴면이 타파된 종자의 발아에 미치는 제반 환경조건을 밝히는 일은 식물학적으로나 경제적인 측면에서 상당히 중요하다고 생각된다.

경실인 황근 종자의 실생번식에 관해서는 감마선 처리로서 황근의 발아, 생육 및 변이유발에 미치는 영향을 조사하였고(Park et al., 2010), Huh & Kwack (1997)은 황근의 종자발아에 미치는 염해에 대해 연구한 정도로서 황근의 실생번식에 관한 연구는 아직 미흡하다.

황산 최적 처리시간 규명을 위한 선행시험

황산처리 시간을 정하기 위한 선행시험으로 황산 처리 시간을 두 시간 간격으로 0에서 34시간 까지 달리하여 18처리를 두었다(Fig. 2). 황산 19분, 22분, 25분 처리에서 발아율이 각각 79%, 79%, 80%로 다른 처리시간에서 보다 높게 나타났는데, 이러한 결과를 토대로 다음 단계의 표준발아시험에서 황산 침지시간을 무처리, 10분, 20분 그리고 30분으로 처리 수준을 결정하게 되었다.

Fig. 2. Changes of percent germination of Hibiscus hamabo seed with sulfuric acid treatment for various periods of time in the standard germination test condition at 25oC for 30 days. Vertical bars represent standard errors of the means.

표준 발아시험

황근 종자의 휴면타파를 위한 최적의 황산처리 시간을 찾기 위해서 황산처리 4수준(무처리, 10분, 20분 및 30분 침지)으로 실내에서 표준발아시험을 수행하였다. 25°C에 치상하여 30일째 까지 매일 매일 발아 개체수를 조사한 결과는 Table 1에서 보는 바와 같다. 황산 30분 처리에서 치상 5일째 38%로 발아 개체수가 많으나, 10일 째에 황산 20분 처리에서 80%의 높은 발아율을 나타내었다.

Table 1. Mean percentage of daily germination counts of Hibiscus hamabo seeds treated with sulfuric acid for different times at 25oC and germinated for 1 to 30 days in the standard germination test condition.

 치상 30일째 황산처리 시간별 발아성적은 Table 2와 같다. 불발아 종자수는 무처리에서 가장 많았는데(88%), 테트라졸리움 종자활력검사 결과 76%가 경실종자로 판명되었다. 황산 20분과 30분 처리에서 경실종자가 전혀 보이지 않았다. 이는 황근 종자에서 황산 20분 처리는 경실종자의 휴면을 완전히 타파할 수 있다고 해석해도 되겠다. 그러나 황산처리 시간이 30분으로 길어질수록 부패종자수가 증가함을 알 수 있었는데, 결국, 황산 20분 내지 30분 처리는 휴면이 타파되어 발아하거나 아니면 부패하는 것으로 보아야 할 것 같다. 황산 30분 처리에서는 부패종자수가 27%로 가장 높게 나타났다(무처리 10%). 발아속도(GR)는 황산 처리간에 큰 차이를 보이지 않았으나, 발아율과 발아속도를 동시에 나타내는 발아속도지수(PI)는 황산 20분 처리에서 1,969로 가장 높게 나타났다.

Table 2. Changes in percentages of germination, hard seed, dead seed, decayed seed, germination rate (GR) and promptness index (PI) of Hibiscus hamabo seeds treated with sulfuric acid for different times and germinated at 25o C for 30 days in the standard germination test condition.

유의성 검정(LSD)에서 황산 처리 4 수준간 발아율, 경실종자율, 발아속도(GR)과 발아속도지수(PI)는 0.1% 수준에서 고도의 유의성이 인정되었다. 그러나 죽은 종자에 있어서는 황산 처리 시간 간에는 차이가 없었다.

황산으로 경피를 가진 황근 종자(Huh & Kwack, 1997)와 매스키트(prosopis) 종자(Khudairi, 1956)의 발아를 촉진 시킬 수 있다고 하였다. 

출현력검정시험

실내에서 행한 표준발아시험의 성적을 토양시험을 통하여 확인하고자 황산처리 4수준(무처리, 10분, 20분 및 30분 침지)으로 온실내 폿트 시험을 수행하였다. 실내시험에서와 같이 30일째 까지 매일 매일 발아 개체수를 조사한 결과는 Table 3에 서 보는 바와 같다. 

Table 3. Mean percentage of daily germination counts of Hibiscus hamabo seeds treated with sulfuric acid for different times and placed in green house for 1 to 30 days in the soil test condition.

황산 30분 처리에서 치상 6일째 24%로 발아 개체수가 다른 처리보다 많으며, 13일 째에는 80%에 달한다. 최종 조사일인 30째에 황산 20분 처리에서는 발아율이 75%±1.5%인데 반하여 30분 처리에서는 81%±3.0%로 6% 높게 나타났다. 이들 두 처리간의 평균발아율 값이 표준오차 범위 내에 있으므로 부패율 발생 및 비 정상묘 발생 등을 감안하면 황산 20분 처리가 실용성이 더 높을 것으로 사료된다. 

치상 30일째 황산처리 시간별 발아성적은 Table 4와 같다. 황산 30분 처리에서 발아율 81%와 발아속도(GR) 11 및 발아속도지수(PI) 1,861로 20분 처리에서의 발아율 75%와 발아속도(GR) 9 및 발아속도지수(PI) 1,612 보다 약간 높게 나타났다. 그러나 부패립과 비정상 묘 등을 고려한 실용적인 면에서 보면 황산 20분 처리가 더 효과적일 것으로 사료된다. 

Table 4. Changes in germination percentage, germination rate (GR) and promptness index (PI) of Hibiscus hamabo seeds treated with sulfuric acid for different times and placed in green house for 30 days in the soil test condition.

유의성 검정(LSD)에서 황산 처리 4수준간 발아율, 발아속도(GR)과 발아속도지수(PI)는 0.1% 수준에서 고도의 유의성이 인정되었다. 

주사전자현미경(SEM) 관찰

황근 종자는 종피가 딱딱하여 종자내부로의 물 흡수가 어려운 것으로 보았다. 그러면 물흡수를 원활하게 하기 위해 어떤 조처들이 필요한가를 알기 위해 종피약화 및 발아촉진처리를 몇 가지 실시한 바 물리적·기계적인 종피약화 처리나 생장조절에 의한 발아촉진 처리로서는 황근 종자의 발아를 향상시킬 수 없음을 알 수 있었다.

발아가 잘되는 황산 20분 처리에서 종피가 약화되거나(황산 20분 처리후에도 종피는 딱딱한 상태 그대로임), 배꼽을 통한 수분 흡수도 기대하기 어려우며(수분흡수가 배꼽을 통해서 일어나지 않음을 증명할 수 있는 사진), 오직 열린 주공을 통해서만 수분흡수가 가능함을 알 수 있었다. 

그러면 주공을 열기 위해서 열탕처리(자귀나무 등의 경우는 열탕처리로 종류마개가 열리지만)를 하거나 Microwave처리(hilum cap가 없다고 가정하고 단지 주공만 열개하려면 종자를 건조하거나 Microwave처리 등이 효과적일 수 있음. 콩 등에서 보고가 있음)로서 종피를 수축시키면 종피가 열리지 않을까 해서 추가시험을 실시한 바, 두가지 방법 모두 무의미함을 알 수 있었다. 황산처리가 가장 효과적인 방법임을 알 수 있었다. 

그러면 황산20분 처리에서 어떤 이유로 발아가 잘 되는가를 확인하기 위해서 주사전자현미경으로 종자조직의 변화를 관찰하였다(Fig. 3). 황산 20분 처리 종자의 주공과 제(배꼽) 및 종단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 이용하여 황산 처리 전과 비교하여 관찰하였다. 

Fig. 3. Comparison of seed hilum, micropyle, and cross section of seed coat of Hibiscus hamabo before and after treatment using by sulfuric acid for 20 minutes (C = closed micropyle, O = open micropyle, PAL = palisade layer, H = hourgalss layer, PAR = parenchyma layer).

맨 위 부분의 두 사진은 황산처리 전, 후의 hilum과 hilum cap, 주공사진이다. 황산처리후(upper light) hilum cap이 떨어져 나가고 주공이 열림을 볼 수 있다. 가운데 두 사진은 황산처리 전과 후의 좀 더 확대된 주공부위로 황산처리(middle light)로 주공이 확실히 열림을 알 수 있다. 아래 쪽 두 사진은 황산 처리 전과 후의 종피층의 종단면을 보여주고 있는데, 울타리조직(PAL)층이 매우 두꺼움을 볼 수 있다. 이렇게 두꺼운 울타리층은 황산처리로 약화 시킬 수도 없기 때문에 주공을 열어 물 흡수를 용이하게 하는 것이 황근 종자의 발아를 좋게 하는 것으로 볼 수 있겠다. 결국, 황산20분 처리는 종피약화도 시킬 수 없고 배꼽을 통한 수분흡수도 불가능 하지만(사진), 황근 종자의 배꼽과 주공을 동시에 덮고 있는 hilum cap을 떨어져 나가게 하여 주공을 열수 있기 때문인 것으로 확신하였다.

Bhattacharya & Saha (1992)의 SEM관찰에서 Cassia tora 두 집단간 종자구조에 차이를 보인 것처럼 본 연구에서 황산처리에 의해 황근 종자의 주공이 열림을 알 수 있었다. 

종자의 수분흡수 속도 측정

Hilum cap이 떨어져 나가 주공이 열림으로써 수분흡수가 용이한지를 확인하기 위하여 수분흡수속도를 무처리와 비교하여 시간대별로 조사하였다(Fig. 4). 황산20분 처리에서 빠른 속도로 수분흡수가 이루어짐을 확인할 수 있었다. 경실의 황근 종자는 황산20분 침지처리로 배꼽과 주공을 동시에 덮고 있는 hilum cap를 떨어져 나가게 해서 주공을 열리게 하고 이를 통한 수분흡수가 용이하기 때문에 발아가 잘 되는 것으로 결론지었다.

Fig. 4. Changes of seed moisture content during soaking at 25oC of Hibiscus hamabo seed treating with or without sulfuric acid for 20 minutes for scarification.

적 요

황근 종자가 발아가 잘 안되는 이유를 알아보고자 종자의 활력여부를 확인하기 위해 TZ활력검사를 실시한바, 조직의 활력은 있음이 판명되었다.

활력이 있는 종자가 발아 안되는 이유를 알기 위하여 종피의 수분 흡수 장해를 검토하였고 그 결과 종피가 딱딱하여 종자내부로의 물 흡수가 어려운 것을 확인하였다. 

물흡수를 원활하게 하기 위해 어떤 조처가 필요한가를 알기 위해 종피약화 및 발아촉진처리를 몇 가지 실시한 바 층적처리, 열탕처리, 종피파상처리 및 저온습윤처리 등의 방법은 효과가 크게 없었으며 황산처리가 가장 효과적이었다. 

황산처리의 최적시간을 규명하고자 황산처리 시간을 달리하여 먼저 실내에서 발아시험을 실시한 결과 20분 처리가 치상 30일째 발아율 80% (무처리 12%), 발아속도 13 (무처리 1), 발아속도지수가 1,969 (무처리 183)로 나타나 발아에 가장 좋았다. 폿트시험에서도 실내시험과 같은 경향을 얻을 수 있었다.

황산20분 처리에서 어떤 이유로 발아가 잘 되는가를 확인하기 위해서 주사전자현미경(사진)으로 종자조직의 변화를 관찰하였다. 황산20분 처리는 종피약화도 시킬 수 없고 배꼽을 통한 수분흡수도 불가능 하지만(사진), 황근종자의 배꼽과 주공을 동시에 덮고 있는 hilum cap을 떨어져 나가게 하여 주공을 열수 있기 때문인 것으로 확신하였다. 

hilum cap이 떨어져 나가 주공이 열림으로써 수분흡수가 용이한지를 확인하기 위하여 수분흡수속도를 무처리와 비교하여 시간대별로 조사하였다. 황산20분 처리에서 빠른 속도로 수분흡수가 이루어짐을 확인할 수 있었다.

그래서 경실의 황근 종자는 황산20분 침지처리로 배꼽과 주공을 동시에 덮고 있는 hilum cap를 떨어져 나가게 해서 주공을 열리게 하고 이를 통한 수분흡수가 용이하기 때문에 발아가 잘 되는 것으로 결론지었다.

Reference

1.Afanasiev, M. 1939. Acid treatment of seeds. Florists Exchange Hort. Trade World 92(22) : 11.
2.Ahn, W. S., Y. P. Hong, I. S. Han, G. Y. Huh, and Y. H. Kang. 1992. Exploration of useful plants in Ulreung island. Korean J. Breed. 23(4): 321-327.
3.Anonymous. 1936. Hastening germination of Acacia seeds by soaking in boiling water. Current Sci. (India) 4: 757.
4.Aso, T. 1960. Studies on the germination of agricultural seeds. I. Effects of sulphuric acid upon the germination of hard seeds of Renge (Astragalus sinicus L.). Seiken Ziho 11: 55-62.
5.Bhattacharya, A. and P. K. Saha. 1992. SEM studies on morphological diversities in the seeds of Cassia tora L. Seed Sci. & Technol. 20: 85-91.
6.Bledsoe, R. P. and J. G. Futral. 1946. An efficient scarifier for small seed samples. J. Am. Soc. Agron. 38: 1111-1114.
7.Burgos, J. S. 1949. Sulphuric acid treatment of seeds of Gymnocladus dioica. Rev. Fac. Cienc. Agrar. 1:61-66. Brit. Abstr. B III: 134.
8.Cabral, J. F. 1954. Scarification, an efficient treatment to counteract coat hardness in seeds of "Melilotus sejetalis" Ser., "M. indica" (L.) All., "Scorpiurus sulcata" L. and of other leguminous forage species. Proc. Intern. Seed Testing Assoc. 19: 32-43.
9.Cho, C. Y. and B. K. Kim. 1968. Studies on the method for promoting the germination of sod seed. Korean J. Crop Sci. 4: 125-129.
10.Christiansen, M. N. and R. P. Moore. 1958. Seed coat structural differences that influence water uptake and seed quality in hard seed cotton. Agron. J. 51: 582-584.
11.Delizo, T. 1938. Methods of hastening the germination of the seeds of akle. Philippine J. Forestry 1:99-102. Biol. Abstr. 12: 16691.
12.Horn, C. L. and J. E. N. Colon. 1942. Acid scarification of the seed of two Cuban fiber plants. J. Am. Soc. Agron. 34: 1137-1138.
13.Huh, M. R. and B. H. Kwack. 1997. The effect of salinity on Hibiscus syriacus and Hibiscus hamabo seed germination. J. Kor. Flower Res. Soc. 6(1): 51-56.
14.ISTA, 2006. International Rules for Seed Testing. International Seed Testing Association.
15.Jacalne, D. V. 1962. Further study on hastening the germination of akle (Albizza acle) seeds. Philippine J. Forestry 15: 63-72. 1959. Biol. Abstr. 44: 3885.
16.Jones, J. A. 1928. Overcoming delayed germination of Nelumbo lutea. Botan. Gaz. 85: 341-343.
17.Justice, O. L. and R. W. Marks. 1945. Germination of unscarified and scarified seed of Lathyrus hirsutus L., under laboratory, greenhouse, and field conditions. Proc. Assoc. Offic. Seed Analysts 35: 104-115.
18.Khudairi, A. K. 1956. Breaking the dormancy of Prosopis seeds. Physiol. Plantarum 9: 452-461.
19.Kim, S. H., M. H. Chang, J. I. Chung, and S. I. Shim. 2009. Effects of scarification and water soaking treatment on germination of hard-seeded legumes. Korean J. Crop. Sci. 54(3): 320-326.
20.Kim S. H., J. N. Kim, J. I. Chung, and S. I. Shim. 2006. Differences of water absorption property and seed viability according to mop-hological characters in soybean genotypes. Korean J. Crop Sci. 51: 59-65.
21.Lee, J. C., J. S. Byen, H. Park, and J. T. A. Proctor. 1984. Effect of sodium hydroxide and sulfuric acid on the embryo growth of ginseng seed. Korean J. Crop Sci. 29(1): 98-101.
22.Lemmon, P. E., R. L. Brown, and W. E. Chapin. 1943. Sulfuric acid seed treatment of Beach pea, Lathyrus maritimus, and Silvery pea, L. littoralis to increase germination, seedling establishment, and field stands. J. Am. Soc Agron. 35: 177-191.
23.Mcguire, J. D. 1962. Speed of germination_aid in selection and evaluation for seeding emergence and vigor. Crop Sci. 2: 176-177.
24.Pammel, L. H. 1886. Testa of leguminous seeds. Bull. Torrey Botan. Club 13: 17-24.
25.Park, J. O., B. J. Jeong, M. Y. Park, S. Y. Kang, J. G. kang, Y. J. Park, and B. G. Heo. 2010. Effect of gamma ray irradiation on the seed germination, growth and variant induction of Hibiscus hamabo and Stauntonia hexaphylla. J. Life Sci. & Nat. Res. 32(2): 85-95.
26.Preston, R. D. and L. I. Scott. 1943. The significance of the micropyle in relation to water entry in some leguminous seeds. Proc. Leeds Phil. Lit. Soc. Sci. Sect. 4: 123-134.
27.Rostrup, O. 1896/97. The influence of sulfuric acid on hard seeds. Dansk Frokontrol Beretn. 1896/97: 33-34.
28.Serrato Valenti, G., L. Melone, M. Ferro, and A. Bozzini. 1989. Comparative studies on testa structure of 'hard-seeded' and 'softseeded' varieties of Lupinus angustifolius L. (Leguminosae) and on mechanisms of water entry. Seed Sci. & Technol. 17: 563-581.
29.Son, E. R. and G. Reuther. 1977. Preliminary studies on breaking of dormancy and germinatin of Panax ginseng seeds. J. Korean Soc. Crop Sci. 22(1): 45-51.
30.구연충, H. Nakamura, and N. Ishikura. 1988. 논 잡초 택사 (Alisma canaliculatum A. BR ET Bouche)종자의 휴면각성과 발아에 관한 연구. 농시논문집 30-1(수도): 90-96.
31.이재창, 김석현, 강광희, 김진기, 민태기, 박완근, 박천호, 박한영, 이호진, 정근식, 홍병희, 황영현. 2002. 종자생산학. 향문사. 서울.
32.조영환. 1980. 습적 및 변온처리가 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla) 종자의 발아촉진에 미치는 영향. 동국대학교 대학원 박사학위논문.