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ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.25 No.1 pp.56-61
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2013.25.1.056

수수 포장출현력 예측을 위한 종자세 적합도 검사

김석현, 이명희, 강경희, 박민우, 심상인, 정정성, 나영왕*
경상대학교 생명과학연구원, *농촌진흥청 연구정책국
본 연구는 실험실에서 인위노화처리로 종자활력을 조절한 후 실시한 몇 가지 종자세 검정치와 포장출현력과의 관계를 설정하여 수수의 포장출현력 예측에 가장 적합한 종자세 검사방법을 구명하고자 수행하였다. 수수 종자의 종자세가 높은 상태에서는 표준발아검사에서의 유아장이 포장출현력 예측에 효과적이며, 노화된 종자에서는 저온발아검사(CGT)에서의 정상묘율이 포장출현율과 높은 상관관계를 가지고 있었다(r = −0.998, p < 0.01). 포장출현력 예측에 효과적인 몇가지 종자세지수를 이용하여 stepwise multiple regression 분석을 실시한 결과 표준발아검사에서의 종자세 지수(vigor, SGT)가 95%의 높은 포장출현력 예측효과를 나타내었으며, 표준발아검사에서의 정상묘율(% normal seedling), 테트라졸리움의 종자세(vigor, TZ), 저온검사(cold test)에서의 정상묘율과 저온발아검사(CGT)에서의 정상묘율과 같은 변수를 회귀방정식에 추가함에 따라 포장출현율 예측효율을 증가시킬 수 있었다. 표준발아검사와 저온발아검사는 노화정도가 다른 수수 종자의 종자세 검사방법으로 적합하다고 사료된다.

Verification of Several Seed Vigor Test Methods to Predict Field Emergence of Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench)

Seok-Hyeon Kim, Myeong-Hee Lee, Kyeong-Hee Kang, Min-Woo Park, Sang-In Shim, Jung-Sung Chung, Young-Wang Na*
Research Institute of Life Science, Gyeongsang National University
*Research Policy Bureau, Rural Development Administration
Received Nov. 27. 2012, Revised Feb. 1. 2013, Accepted Mar. 7. 2013

Abstract

In this study, several attempts were made to develop prediction method based on regressionanalysis for field emergence of sorghum using various seed vigor tests in laboratory. Sorghum seeds artificiallyaged to provide various levels of seed quality were evaluated by the standard germination test (SGT), cool germinationtest (CGT), cold germination test (CT), tetrazolium vigor test, electroconductivity test and complexstressing vigor test (CSVT). The most suitable criterion for identifying the degree of seed vigor was plumulelength in the seeds shown higher seed vigor in the SGT. The field emergence rate and % normal seedling werehighly correlated with performance in the aged condition (lowered seed vigor) of the CGT (r = −0.998,p < 0.01). In a multiple correlation analysis, seed vigor in the SGT accounted for 95% of the variation in seedlingemergence in sorghum. Also, % normal seedling in SGT, TZ vigor test, % normal seedling in cold test(CT) and cool germination test (CGT) were useful for predicting field emergence in sorghum. The standardand cool germination tests therefore appear to be suitable for evaluating a wide range of seed vigor of sorghumseeds in field and could be used as a rapid vigor test.

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열대원산인 수수는 C4 작물로 高溫, 多照를 좋아하고, 환경 적응성이 강하여 건조지 척박지 사질토양뿐만 아니라 저습지에도 잘 자라는 특성을 지녀 다른 작물과 혼작하기에 유리하여 농가의 보조식량으로 이용되고 있다. 종실 성분은 당질이 주성분이지만, 찰성 수수에는 단백질과 지질의 함량도 적지 않아 수수두부, 수수팥떡, 수수부꾸미, 수수머핀과 오곡제조 등 別食으로도 이용되고 있다. 식량 외에도 최근 들어 청예사료로 점차 재배면적이 확대되고 있으며, 수수 추출물이 콜레스테롤의 체내흡수와 혈전생성을 억제하는 효과가 보고되면서 혈관질환에 대한 건강보조 식품으로 각광을 받고 있다.

수수는 포장 출현이 불량한 특성을 보이는데, 일반 작물이 파종시 1 ~ 2립씩 점파하거나 산파하는 것과 달리 농가에서는 현재 낮은 발아력으로 인해 1주당 5 ~ 6립씩 點播하거나 또는 條播한 후 30 cm 사이에 3 ~ 4본만 남기고 솎아주는 작업을 수행해야 하므로 파종에 어려움이 많은 작물이다. 포장출현력은 종자의 무게(Ching et al., 1977), 성숙도(Anderson, 1970), 종자세(Edje and Burris, 1971; TeKrony, 1973) 등에 영향을 받는다고 알려져 있는데, 목화(Bishnoi and Delouche, 1980), 밀(DasGupta and Austenson, 1973b), 가지(Demir et al., 2005), 옥수수(Noli et al., 2008)와 콩(TeKrony, 1973)에서는 포장출현력이 몇 가지 종자세 검사방법으로 효과적으로 예측될 수 있다고 보고되었다. 또한 여러 종류의 검사방법을 병행하여 광범위한 포장환경 조건에서 포장출현력의 예측이 콩(Abdul-Baki and Anderson, 1973b; Edje and Burris, 1971; Egli and TeKrony, 1979; Kim et al., 1987)과 보리(Ching et al., 1977; Kim et al., 1987; Kim et al., 1989; Kim et al., 1989; Kim et al., 1994; Kim et al., 1996) 등에서 보고되었고, Bishnoi and Delouche (1980)는 고온작물인 목화에서 cold test와 accelerated aging검사가 포장출현력 예측에 효과적인 검사방법이라고 하였다. 그러나 여러 가지 방법을 이용하는 데에는 비용과 시간이 소요되므로 단일 검정법을 통한 포장출현력의 효과적 예측법의 개발이 요구되고 있다. 포장출현력 예측에 적합한 수수의 종자세 검사방법으로 Pinthus and Rosenblum (1961), Baskin et al. (1993)과 Ibrahim et al. (1993)은 cold test를 추천하였으며, Ibrahim et al. (1993)은 인위노화촉진검사도 포장출현력 예측에 효과적인 방법이라고 하였다.

실험실의 최적조건에서 실시하는 표준발아검사 결과는 포장 출현력이 과대평가되는 경향이 있어(Woodstock, 1973; Yaklich et al., 1979), 이에 대한 보완이 필요하다. Scott(1978)는 종자세 검사는 표준발아검사 기술의 확장으로 비정상묘와 약세묘와 같은 모 소질도 포장출현력에 영향을 줄 수 있기 때문에 표준발아검사 결과보다 더 정확한 방법이라고 하였다. 특히 파종 후 부적합한 포장상태에서는 실내에서 실시한 표준발아 검사 결과만으로는 종자의 품질을 충분히 나타내기에는 미흡하다고하여 종자세 검사의 필요성을 강조하였다(ISTA, 1999). 

본 연구에서는 실험실에서 실시한 몇 가지 종자세 검정치와 포장출현력과의 관계에 근거한 다중회귀방정식을 이용하여 수수의 포장출현력 예측에 가장 적합한 종자세 검사방법을 구명하고자 하였다. 

재료 및 방법

종자시료와 인위노화처리

종자시료의 준비

실험에 이용된 종자는 2011년 10월에 수확한 수수(cv. 황금찰수수) 종자로서 수확 후 이용시까지 4℃의 종자저장고에 보관하였으며, 검정전 종자를 인위노화 처리를 통해 종자세를 조절하여 사용하였다. 

노화처리

노화처리는 McDonald & Phaneendranath (1978)의 방법에 따라 plastic accelerated aging (AA) box에 상대습도가 100% 정도 유지되도록 증류수 40 ml을 부어 넣고, Plastic AA box 내에 종자를 겹치지 않게 단층으로 펴 놓은 wiremesh tray(10 × 10 cm)를 놓은 후 뚜껑을 닿는다. Plastic AA box를 항온기내에 넣어 41℃, 상대습도 100%로 조절하여 2일, 4일, 그리고 6일간 인위노화처리 정도를 달리하였다. 노화처리가 끝나면 항온기에서 AA 박스를 꺼내 종자를 신문지 위에 펴고 수분함량이 10 ~ 14%될 때까지 건조시킨 후 처리 시간이 다른 각각의 종자를 종자세 검사와 포장출현율 검사 재료로 사용하였다. 

종자세 검사

노화처리 정도가 다른 (무처리, 2일, 4일, 그리고 6일간) 종자를 표준발아검사, 저온발아검사, 저온검사, 테트라졸리움검사, 전기전도도검사, complex stressing vigor 검사와 포장출현율 검사 재료로 사용하였다.

표준발아검사

표준발아검사(standard germination test)는 ISTA (2007)의 ‘International Rules for Seed Testing’에 따라 100립 4반복으로 25℃에서 10일간 rolled towel paper에서 발아시켰다. 

발아묘의 판별은 발아조사 마감일에 정상묘, 비정상묘, 경실종자, 죽은 종자 4가지로 구분하여 조사하였다. 종자세는 발아율 ×유근 포함한 유아의 길이로 표시하였다. 이때 유근을 포함한 유아장은 각 반복별 10개씩 조사한 평균값으로 나타내었다. 활력이 있는 종자 (정상묘 +비정상묘 +경실종자)와 활력이 없는 종자 (죽은 종자)로 구분하여 나타내었다. 

저온발아검사

저온발아검사(cool germination test)는 ISTA (2007)의 ‘International Rules for Seed Testing’에 따라 100립 4반복으로 18℃에서 10일간 rolled towel paper 방법을 이용하여 발아시켰다. 발아묘의 판별은 발아조사 마감일에 정상묘, 비정상묘, 경실종자, 죽은 종자 4가지로 구분하여 조사하였다. 

종자세는 발아율 ×유근을 포함한 유아의 길이로 표시하였다. 이때 유근을 포함한 유아장은 각 반복별 10개씩 조사한 평균값으로 나타내었다. 활력이 있는 종자 (정상묘 +비정상묘+경실종자)와 활력이 없는 종자 (죽은 종자)로 구분하여 나타내었다. 

저온검사

저온검사(cold germination test)는 ISTA (2007)의 ‘International Rules for Seed Testing’에 따라 100립 4반복으로 하였다. 저온검사는 수수를 재배하던 포장에서 채취한 토양을 채로 친 후 수분 상태를 포장용수량 정도로 조절한 후 사용하였다. 플라스틱박스(9.7 cm × 8.4 cm × 9.4 cm)의 바닥에 3 cm 두께로 흙을 깔고 종자 100립을 같은 간격으로 파종한 후 같은 토양으로 1 cm 두께로 복토하였다. 플라스틱 통의 뚜껑을 닫고 5℃에서 3일간 처리 후 이어서 25℃에서 7일간 발아시켰다. 파종 7일째 플라스틱 통의 뚜껑을 열어 유아가 통위로 신장할 수 있게 하였다. 파종 10일째에 정상묘와 비정상묘수를 구분하여 조사하고, 유아의 건물중을 측정하였다. 

테트라졸리움 종자세 검사

테트라졸리움 종자세 검사(tetrazoilum vigor test)는 ISTA(2003)와 Moore (1976)의 방법에 따라 실시하였다. 종자를 25℃에서 18시간 흡수시킨 후 35℃에서 3시간 착색시켰다. 착색 후 테트라졸리움 예측발아율과 테트라졸리움 종자세를 구하였다. 예측발아율은 착색정도가 높은 것과 중간 정도인 것의 합으로 표시하였고, 테트라졸리움 종자세는 착색의 정도가 높은 것의 개수×6, 중간인 것의 개수×4, 낮은 것의 개수×2, 죽은 상태인 것의 개수× 0로 하여 전체 합을 종자세로 표시하였다.

전기전도도 검사

전기전도도는 ISTA (1999)의 방법에 따라 전기전도도계(Consort C231)를 사용하여 측정하였다. 측정전 표준용액으로 전기전도도계를 보정하였다. 이때 용액의 온도는 25℃로 맞추었다. 침지 전 종자 수분의 함량은 10 ~ 14%로 조절하였다. 이때 플라스크에 이물질이 남아있지 않도록 깨끗이 씻은 다음 증류수로 헹구어 건조시켰다. 각 시료 당 4개의 플라스크를 준비하였으며 증류수 250 ml를 넣고 알루미늄 호일을 씌워 오염을 방지한 다음 수온을 25℃로 맞추기 위하여 25℃로 설정된 항온기내에 넣어 하룻밤을 경과시켰다. 플라스크에 종자를 넣기 전 종자의 무게를 소수점 이하 두 자리 (0.01 g)까지 측정하였다. 준비된 플라스크에 5.00 g 정도의 종자시료를 넣고 알루미늄 호일을 씌워 밀봉한 다음 25℃에서 24시간 방치하였다. 측정은 침출용액의 균일한 혼합을 위하여 10 ~ 15초간 플라스크를 가볍게 흔든 후 전기전도도 전극(dip cell)을 용액에 담가 시료마다 10분 간격으로 실시하였다. 하나의 플라스크는 24시간 침종으로 기준할 때 ± 15분 이내에 측정을 끝내었다. 두 개 플라스크에 각각 2차 증류수 400 ~ 600 ml 정도를 담아 시료마다 측정이 끝날 때 전극을 세척하였다. 이 때 증류수를 사용한 플라스크의 전기전도도 값이 5 μs cm−1 을 넘지 않도록 하였다. 종자 g당 전기전도도 값은 다음 식에 의하여 구하였다. 

Complex stressing vigor test

이 시험은 ISTA (1999)의 방법에 따랐다. 종자를 25℃의 물에 48시간 침지 한 후 4℃의 차가운 물에 48시간 추가로 침지하였다. 위의 처리를 한 후 종자를 100립 4반복으로 발아 실험을 실시하였다. 그 밖의 발아시험 방법은 앞서 실시한 표준발아시험의 방법과 동일하게 실시하였다. 치상 10일째 정상묘, 비정상묘, 경실종자, 죽은 종자로 구분하여 조사하였다. 종자활력율은 정상묘, 비정상묘와 경실종자의 합으로 나타내었다.

포장출현력 검정

수수 종자는 5월 12일 경상대학교 실험농장 식양토의 전작포장에 관행 농가재배법에 따라 이랑나비 60 cm, 포기사이 30 cm로 1주당 5립씩 점파하였다. 더 이상의 출현묘가 발생하지 않은 파종 22일째에 10㎡ 면적에 출현한 묘수를 4반복으로 조사하였으며, 10개 평균한 유근을 포함한 유아장과 유아의 건물중을 조사하였다. 

통계분석

통계분석은 MSTATC package(1993)를 사용하였으며, stepwise multiple regression 분석은 Steel and Torrie (1980)의 방법에 의해 실시하였다. 

결과 및 고찰

표준발아검사에서 본 연구에 사용한 수수 종자는 Table 1에서 보는 바와 같이 노화 정도가 심해짐에 따라 종자세, 정상묘, 종자 활력, 유묘장이 감소하는 결과는 보였으나 비정상묘의 경우도 감소하였다. 이는 노화과정에서 불량한 종자는 비정상묘로 발아하지 못하고 죽어버리기 때문으로 사료된다. Table 1에서 보는 바와 같이 종자의 활력은 유묘장과 종자세에 영향을 주는 것으로 포장출현율의 경우 발아와 발아한 유묘가 포장을 뚫고 나오는 활력과 밀접한 관련이 있으므로 본 실험에서 수행된 노화 처리가 포장출현율 검정에 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다. Table 1에서 얻어진 결과를 확인하기 위해 저온발아검사와 테트라졸리움검정 및 저온검사를 실시한 결과 Table 2와 Table 3에서 보는 바와 같이 Table 1의 결과와는 전반적인 경향은 유사하였으나 유묘장, 비정상묘 등의 결과는 다소 상이하였다. 저온발아검사(CGT) 결과에서 정상묘율이 50%로 표준발아검사 결과에서보다 다소 (7%) 낮게 나타났는데, 이는 저온 스트레스에 의한 결과로 보인다. 이는 고온성 작물인 수수의 특성상 저온발아 조건에서 노화의 효과가 비교적 약하게 나타났기 때문으로 보여 진다. 저온검사(CT)에서는 정상묘율이 표준발아검사에서와 같은 57% 를 보였으나, 퇴화가 진행될수록 정상묘율이 급격히 감소하였다(Table 3). 특히 저온발아검사보다는 보다 낮은 온도에서 실시하는 저온검사의 결과와 Table 1의 결과와 보다 유사한 경향을 나타냈다.

Table. 1. Variations in germinability, hardness and viability of seed in standard germination test..

Table. 2. Variations in germinability of seed in cool germination test and predicted germinability in tetrazolium vigor test.

Table. 3. Variations in germinability, hardness and viability of seed in cold germination test.

Complex stressing vigor test의 결과는 Table 4에 보는 바와 같이 노화 정도에 따라 낮아지기는 하였으나 그 결과는 Table 1 ~ 3보다 뚜렷한 결과를 보이지 않았다. 그러나 Complex stressing vigor 검사에서는 무처리 종자에서 정상묘율이 29%로 복합스트레스에 의해 피해가 큼을 나타내었다. 전기전도도 검사는 여러 결과에서 보는 것처럼 노화 정도를 잘 반영하는 결과를 보였다. 포장출현율은 노화 정도와 밀접한 관련을 보인 종자 활력, 발아 유묘장, 전기전도도 값 등과 같은 경향으로 노화 정도에 유의성 있게 감소하는 결과를 보였다(Table 4). 포장출현율은 무처리 47%로 저온발아검사의 정상묘율 50%와 거의 유사한 성적을 보였다. 퇴화가 진전되면서 나타나는 활력 변화도 거의 유사한 경향을 보였다 (Table 2, 4). 

Table. 4. Variations in conductivity, germinability and field emergence percentage in conductivity, complex stressing vigor and field emergence test, respectively.

다양한 검사에 대한 결과를 Table 1 ~ 4에서 보면, 실험실에서 실시한 6가지 종자세 검사에서 얻어진 종자세 지수들과 포장출현력 시험결과로써 표준발아시험(SGT) 결과 무처리 종자의 종자활력은 84% 정도이지만 정상묘율이 57%에 불가하다. 이러한 원인은 경실종자가 많은 것에 기인된 것으로 해석되며, 테트라졸리움 활력검사로 확인할 수 있었다(Table 1, 2). 

실내에서 실시하는 표준발아검사의 발아율은 포장출현율보다 높게 나타났는데, 이는 실내발아검사는 발아지, 수분, 온도 등이 최적조건으로 주어지지만, 이러한 조건을 실제 포장상태에서는 기대하기 어려울 뿐만 아니라 발아검사는 종자의 퇴화과정 중의 변화를 나타내기에 미흡하고 단지 발아 가능 또는 발아 불가능을 판정하는데 그치기 때문이다 (TeKrony and Egli, 1977). 종자세 검사는 퇴화과정 중 일어나는 측정가능요소를 정량적으로 도출하여 검사하는데, 어느 정도 노화된 종자의 품질을 비교하기 위하여 실험실상에서 종자세검사를 실시하기 전에 어느 정도 인위적으로 종자를 노화시켜 재료로 사용하는 경우들이 있다. Ilbi and Eser (2006)은 양파에서, Mirdad et al. (2006)은 유채에서, Kim et al. (1987, 1989, 1994, 1996)은 보리에서 그리고 Kim et al. (1987)은 콩에서 포장출현력의 예측 효율을 높이기 위해 퇴화정도를 인위로 조절한 종자를 재료로 복합종자세지수를 구하여 포장출현율과 비교하였다. 그러나 포장출현력을 효과적으로 검사할 수 있는 한 가지 최적방법은 드물기 때문에 몇 가지 검사방법을 병행함으로써 광범위한 포장환경 조건에서도 포장출현력의 예측효율을 높이기 위한 연구가 수행되었다. Pinthus and Rosenblum (1961), Baskin et al. (1993)과 Ibrahim et al. (1993)은 수수의 포장출현력 예측에 적합한 종자세 검사방법으로 저온검사(cold test)를 추천하였다. 이 연구에서는 저온발아검사(CGT)가 퇴화정도가 다른 수수 종자의 포장출현력 예측에 효과적인 방법임을 확인할 수 있었는데, 이러한 cold와 cool의 적합성 차이는 공시된 수수 품종의 차이에 기인된 것으로 보인다.

인위노화 처리를 0, 2, 4, 6일간 달리하여 실험실에서 실시한 6가지 종자세 검사에서 얻어진 종자세 지수들과 포장출현력과의 상호관계를 상관계수로 비교한 결과는 Table 5에 나와있다. 노화처리 되지 않은 무처리 종자의 경우 표준발아검사에서의 유아장이 포장출현율과 상관관계가 인정되었으며(r =−0.998, p < 0.05), 2일간 노화처리된 종자에서도 표준발아검사에서의 유아장이 포장출현율과 상관관계가 있어 포장출현력 예측에 효과적인 지표로 사료된다(r = −0.989, p<0.05). 퇴화정도가 심한 6일 노화처리에서는 표준발아검사에서의 정상묘율이 포장출현율과 상관관계가 인정되었다(r = 0.964, p < 0.05). 특히 저온발아검사(CGT)에서의 정상묘율은 6일 노화처리된 종자에서 포장출현율과 고도의 상관관계가 인정되었다(r = −0.998, p < 0.01). 인위노화 처리에 의한 종자 퇴화조절 방법은 수수종자의 종자세 검사에 유용할 것으로 보이는데, Ibrahim et al. (1993)도 accelerated aging검사가 포장출현력 예측에 효과적인 방법이라고 하였다. 

Table. 5. Correlation coefficients between indices of several laboratory tests for differently aged seeds and field emergence.

포장출현력 예측에 효과적인 몇 가지 종자세지수를 이용하여 stepwise multiple regression 분석을 실시한 결과는 Table 6에 나와 있다. 표준발아검사에서 조사된 종자세 지수(vigor, SGT)는 결정계수(R²) 가 0.946으로 높은 포장출현력 예측 수준을 나타내었다. 표준발아검사에서의 정상묘율(% normal seedling), 테트라졸리움의 종자세(vigor, TZ), 저온검사(cold test)에서의 정상묘율과 저온발아검사(CGT)에서의 정상묘율과 같은 변수를 회귀방정식에 추가함에 따라 포장출현율 예측효율을 증가시킬 수 있었다. 

Table. 6. Stepwise multiple regression analysis of emergence rate and seed vigor criteria in differently aged seeds.

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