산형과

식물은 전 세계적으로 약 418속 3,257종(http:// www.theplantlist.org, The plant list), 우리나라에는 80속 380 종(http://www.nature.go.kr, 국가생물종지식정보시스템)이 분포 하고 있다. 이 가운데 51여종을 재배하고 있으며 갯기름나물, 고 본, 갯방풍 등이 포함된다. 통계청(http://www.kostat.go.kr) 자료 에 의하면 갯기름나물은 2010년도 국내 재배면적 127 ha, 생산 량 557 M/T에 이르고 고본의 경우에는 2008년도 재배면적 237 ha, 생산량 1,470 M/T 이었으나 2009년에는 재배면적 271 ha, 생산량 2,032 M/T로 재배면적이나 생산량이 증가하여 농가소득 증대에 기여하고 있다. 최근 건강에 대한 관심의 증 가와 함께 전초를 쌈으로 식용하거나 산채나 나물로 이용할만 한 가치가 있는 산형과 식물의 개발에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이나 산형과 종자의 성상이나 구조적 특성에 관한 연 구가 충분하지 않은 실정이다.

갯기름나물(Peucedanum japonicum Thumb), 고본(Angelica tenuissima Nakai), 갯방풍(Glehnia littoralis F. Schmidt et Miq.)은 산형과(Apiaceae)에 속하는 다년생 초본식물로 복산형 화서(Umbelliferae)를 이루고 있다(Han et. al., 2007; Kim et al., 2005; Moon et al., 2008). 개기름나물, 목단방풍, 미역방 풍, 보안기름나물이라고도 불리는 갯기름나물은 우리나라를 비 롯하여 일본, 대만, 중국, 필리핀에 분포되어 있고 주로 해안가 주변에서 생육하는 개기름나물속 식물로 줄기가 60 - 100 cm 까 지 곧게 자라며 그 끝에 백색의 꽃(개화기 6 - 8월)이 정생한다 (Kim et al., 2005; Lee, 2003). Bergapten, hamaudol, peucedanol, polyacetylene compound 등이 함유된 뿌리를 산방풍 또는 식방풍이라 하며 두통, 중풍, 해열, 신경통 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Park et. al., 1995; Yook et al., 1986). 고본은 만주에 분포하고 제주도와 울릉도를 제외한 전국의 깊 은 산기슭에서 자라며, 백색 꽃은 8 - 9월에 60 cm의 줄기 끝 에서 개화한다. 과실에 coumarin계 물질인 isoimperatorin, prangolarin 등의 성분이 함유되어 있으며 뿌리는 진통, 진정, 해열, 항염증 작용이 있어 두통, 발열, 해수, 가래, 콧물 에 효과가 있다(Lee et al., 2008; Yook, 1989). 방풍나물, 원 방풍, 해방풍 이라고도 불리는 갯방풍은 주로 해변의 모래땅 에서 자라며 전체에 융모가 밀포되고 줄기가 짧아 높이 20 cm 의 줄기 끝에 백색 꽃이 정생한다(개화기 6 - 7월). 한국, 일본, 오키나와, 대만, 중국 등에 분포하고 뿌리에 phellopterin, petroselinic acid, bergapten, β–sitosterol, polyacetylene compound 등이 함유되어 있으며 두통, 해열, 중풍, 신경통, 해수 등의 효능이 있다(Choo et al., 2008; Yook, 1989).

Nikolaeva(1977)는 다양한 종자를 대상으로 분류체계를 개 발하여 종자의 휴면을 일반적으로 두 가지 형태인 내재휴면 (endogenous dormancy)과 외재휴면(exogenous dormancy)으로 구분하였다. 다시 내재휴면을 생리적 휴면(physiological dormancy, PD), 형태적 휴면(morphological dormancy, MD), 형태생리적 휴면(morphophysiological dormancy, MPD)으로, 외재휴면을 물리적 휴면(physical dormancy), 화학적 휴면 (chemical dormancy), 구조적 휴면(mechanical dormancy) 등 6가지로 분류하였으며 Baskin & Baskin (2001)은 physical + physiological dormancy를 첨가하여 7가지로 분류한 후 각 유 형 내에서도 필요에 따라 세분화하였다. MD 또는 MPD를 가 지고 있는 대부분의 식물들은 배의 길이가 종자길이의 50% 미만인 경우가 많은데(Baskin and Baskin, 2007), 특히 산형 과 식물은 탈리시기에 미숙배를 가지고 있는 대표적인 종 가 운데 하나이다. MPD는 작고 타원형인 미발달형(rudimentary type) 또는 긴 직선 모양의 미발달형(linear type) 배를 갖는 형태적 휴면(MD)과 생리적 휴면(PD)의 특성을 모두 가지고 있는 형태생리적 휴면으로 원시적인 피자식물에 존재하며 (Baskin & Baskin, 2001), 휴면타파와 배의 생장에 필요한 온 도 요구도 그리고 GA의 고온과 저온에 대한 대체능력에 따라 8가지 유형으로 구분되기도 한다(Baskin and Baskin, 2004). 그 가운데에서도 산형과 식물은 4가지 유형 즉, 봄에 발아하 는 산형과 식물로 배가 생장하기 전에 고온습윤에 의해 PD가 타파되는 non - deep simple MPD I, 가을에 발아하는 종으로 배생장 전에 저온처리에 의해 PD가 타파되는 non - deep simple MPD II, 고온습윤과 저온습윤을 동시에 요구하는 non-deep complex MPD, 그리고 저온습윤만을 필요로 하는 deep complex MPD로 구분된다(Vandelook et al., 2009).

본 연구는 미숙한 배를 가지고 있어서 발아하기 어려운 종 인 산형과 세 종 갯기름나물, 고본, 갯방풍의 종자를 대상으로 온도, 광, 화학물질 등 환경조건을 달리하여 휴면타파와 배 생 장을 유도하고 최적 발아조건을 구명함으로써 고품질의 종자 생산기반 확립을 위한 기초자료를 얻고자 실시하였다.

재료 및 방법

공시재료

갯기름나물(Peucedanum japonicum Thumb), 갯방풍(Glehnia littoralis F. Schmidt et Miq.) 종자는 2011년 강원도 평창군 횡계리 고령지농업연구센터 자생화 시험포에서, 고본(Angelica tenuissima Nakai) 종자는 충청북도 음성 국립원예특작과학원 인삼특작부 시험포에서 채종하여 공시 재료로 사용하였다. 채 종한 종자는 종이백으로 밀봉하여 2012년 본 실험에 사용될 때까지 10℃ 저장고에서 건조 보관하였다.

종자의 형태조사

종자의 외부 형태는 정선한 종자를 엄선하여 vernier calipers를 이용하여 0.01 mm 단위까지 크기를 측정한 후 종자 형태와 종피 색깔 등을 관찰하였으며 천립중, 그램당 종자수 를 측정하였다.

발아실험

수집 종자들은 발아를 위한 처리 방법을 달리하였다. 즉, 식물 종에 따라 예냉, 예열, 종피파상, KNO₃, GA₃를 단독 또는 혼합 처리하여 90 × 15mm petridish에 여과지(Whatman No. 2) 2매를 깔고 D.W. 7 ml을 분무한 후 종자 50립을 5회 반복으로 완 전 임의배치한 다음 TP(갯기름나물, 고본) 또는 여과지 사이 에 종자를 배치한 BP 방식(갯방풍)을 취하여 growth chamber (DS-516LP, Dasol Sci. Co., Ltd., Hwaseong, Korea)에서 실 시하였다. 발아온도는 항온(20℃), 변온(15/20℃, 20/30℃)으로 조건을 달리 하였고, 광조건은 명, 암 또는 명/암(16/8 h)으로 하여 실험을 실시하였다. 공시재료별 처리는 Table 1과 같다.

발아조사

발아조사는 치상 1주 후부터 실시하여 파종 4주까지 발아한 종자를 대상으로 하였으며 발아율, 평균발아일수, 발아계수를 조사하였다.

통계처리

종자들의 각 처리에 따른 발아율의 차이는 Duncan’s multiple range test (Steel & Torrie, 1980)를 사용하여 p < 0.05 에서 유의성을 조사하였다.

결과 및 고찰

종자의 형태적 특성

산형과의 세 종, 갯기름나물, 고본, 갯방풍의 종자형태는 타 원형 또는 난형, 종피색깔은 흑갈색 또는 연갈색으로 관찰되 었다(Table 2). 종자의 크기는 길이 9.71 ± 0.49 mm, 폭 7.74 ± 0.66mm로 갯방풍이 가장 크고 갯기름나물, 고본 순이었으 며 천립중 또한 같은 경향을 보였으나 무게의 차이가 크게 나 타났다. 그램당 종자수는 종자가 작고 가벼운 고본, 갯기름나 물, 갯방풍 순으로 많았다.

갯기름나물의 휴면타파 및 발아

갯기름나물 종자의 최적 발아조건을 구명하고자 온도, 광조건 을 달리하여 예냉, GA₃ 단독 또는 혼합처리한 결과는 Table 3과 같다.

4℃, 7일 예냉처리 후 20℃ 항온조건에서 발아율 62.2%, 평균발아일수 20.35일 그리고 발아계수 3.06으로 가장 효과적 이었다. 그러나 4℃(7d) +GA₃ 200mgL⁻¹, GA₃ 200mgL⁻¹, GA₃ 400 mgL⁻¹ 처리구는 발아율이 각각 7.8%, 4.4% 그리고 5.6%로 오히려 무처리구 24.4% 보다도 낮았고 발아계수 역시 0.37, 0.18 그리고 0.25로 무처리구 1.24 보다 낮아 발아를 위 해 장시간 소요됨을 확인하였다. 또한 20/30℃(16/8h) 변온조 건의 경우 4℃, 7일 예냉처리 하였을때 발아율 30%, 발아계 수 1.82로 가장 높았고 평균발아일수가 16.45일로 양호하였으 나 20℃ 항온조건에 비해서는 전반적으로 낮은 값을 나타내 어 갯기름나물 종자의 발아를 위해서는 변온에 비해 항온조건 이 효과적이었다. 갯기름나물의 종자가 전혀 발아하지 않았던 Park and Lee(1995)의 보고와 달리 Choi(2003)는 25℃에서 94%의 높은 발아율을 나타내어 매우 상이한 결과를 보였는데 채종 후 4℃로 장기 저장하는 동안 배의 생장 및 휴면타파가 이루어지고 증류수에서 24시간 동안 침종과정을 거치면서 높 은 발아율을 보인 것이라고 생각된다. 한편 20℃ 항온조건에 서 4℃, 7일 예냉처리 후 발아율이 62.2%를 보였으나 4℃, 30일 예냉처리구에서는 발아율이 25.6%로 저조하여 Choi (2003)의 결과와 다르게 나타났다. Kang et al. (2010)에 따르 면 지리산 바위솔 종자를 4℃에서 10일간 저온처리 했을 때 최종발아율이 48%로 무처리에 비해 28% 향상되었으나 저온 처리기간이 20일 이상이 되자 발아율이 오히려 감소하여 20 일 처리에서 약 12%를 보였고 30일 이상에서는 발아가 거의 이루어지지 않았다고 하여 본 연구 결과와 유사한 경향을 보 였으며 그 원인에 대해서는 정확하게 설명할 수 없다고 하였 다. 또한 갯기름나물 종자를 침종 72시간, 15 - 20℃ 온도처리 하였을때 86 - 87%의 높은 발아율을 보여(Kang et al., 2011) 앞으로 갯기름나물의 발아율 향상을 위하여 처리온도 및 침종 시간에 대한 추가적인 연구도 필요할 것으로 생각한다.

한편, 치상 2주째 발아 종자의 배축 길이를 조사한 결과, 초 기 생장이 빨랐던 만큼 4℃, 30일 예냉처리구에서 항온조건일 때 상배축 2.8 mm, 하배축 10.92 mm, 변온조건일때 상배축 2.26 mm, 하배축 7.52 mm로 가장 빠른 신장생장을 보였다. 반면, 4℃, 7일 예냉처리구는 항온조건의 경우 상·하배축이 생 장하지 않았으나, 변온조건의 경우 상배축 0.94 mm, 하배축 5.45 mm 로 예냉처리 기간에 따른 발육양상의 차이가 크게 나타났다. 그러나 상·하배축 길이의 측정이 불가능하였던 4℃, 7일 예냉처리구는 치상 3주째 발아와 신장이 집중되는 양상을 보여 발아율이 높게 나타났다(data not shown).

GA가 종자의 휴면타파를 위해 저온처리를 대신하는 것으로 알려져 있으나(Timson, 1996), 본 실험에서 GA₃의 처리는 농 도, 항·변온조건에 상관없이 발아율 향상에 효과가 나타나지 않았다. Vandelook et al. (2009)은 산형과 식물인 산미나리에 대한 연구를 통하여 5℃ 저온에서 배발달이 촉진되었고 GA 처리시 배생장은 이루어지지만 발아를 촉진시키지는 않았다는 점에서 산미나리 종자는 MPD를 갖으며 그 중에서도 deep complex의 특성을 지녔다고 보고하였다. 본 실험에서도 무처 리구에서 30일 이내에 발아가 이루어진 것으로 보아 배가 생 장한 다음에 발아하는 형태적휴면(MD)을 보유함(Baskin and Baskin, 2001)과 동시에 저온에 의해 발아가 촉진되는 생리적 휴면(PD)의 특성을 지니고 있어서 갯기름나물 종자는 MPD, 그 중에서도 deep complex MPD를 갖고 있는 것으로 추측되 며 GA의 저온 대체효과가 없다는 점도 이를 뒷받침한다. Vandelook et al. (2007)은 종에 따라 저온요구도의 차이가 다 르게 나타나지만 대부분의 산형과 식물들은 겨울 동안의 저온 습윤처리를 통해 봄에 발아가 이루어지며 저온을 경과하는 사 이에 생리적휴면 타파와 배의 생장이 거의 동시에 이루어지는 이러한 종들은 대체로 non - deep 또는 deep complex MPD 를 갖는다고 하였다. 산형과 식물인 전호(Baskin et al., 2000), 긴사상자(Walck et al., 2002) 등이 deep complex MPD에 속한다.

고본의 휴면타파 및 발아

고본 종자의 발아에 미치는 예냉, GA₃, KNO₃의 단일 또는 혼합처리 효과를 조사한 결과, 4℃, 7일 예냉처리를 하였을때 발아율 43.3%, 발아계수 2.81 그리고 평균발아일수 15.44일로 가장 효과적이었고, 그 다음으로는 4℃(7d) + KNO₃ 0.3% 혼합처리구에서 발아율 25.5%, 발아계수 2.43, 평균발아일수 11.22일을 나타내었다(Table 4). 반면 GA₃ 200 mgL⁻¹, GA 400 mgL⁻¹ 그리고 KNO₃ 0.3% 처리구의 발아율은 각각 8.9%, 3.3%, 4.4%로 무처리구 13.3% 보다도 낮게 나타나 KNO₃와 GA₃처리에 의한 저온 대체효과는 없었다.

4℃, 7일 예냉처리구와 4℃(7d) + KNO₃ 0.3% 혼합처리구는 치상 1주일 이내에 발아가 시작되었는데 특히 4℃(7d) + KNO₃ 0.3% 혼합처리구는 15.6%로 전체 발아율 중 60.9%가 이 기간 중에 이루어졌으며, 그 외 다른 처리구의 경우에는 치상 2주 후부터 발아가 시작되어 3주 이내에 대부분 완료되 었다. 한편 치상 2주째의 상배축과 하배축의 길이를 조사한 결 과, 4℃, 30일 처리구에서 상배축 2.49mm, 하배축 30.78mm 로 가장 빠른 신장생장을 보였고, 4℃, 7일 예냉처리구, 4℃(7d) + KNO₃ 0.3% 혼합처리구 순으로 신장하는 양상을 보 였다(data not shown).

일반적으로 대부분의 산형과 식물은 탈리시기에 미숙배를 가지고 있어서 발아를 위해서는 배가 어느 정도의 크기로 발 달해야만 정상적인 발아가 가능하다(Martin, 1946). 고본종자 는 갯기름나물과 유사하게 4℃, 7일 예냉처리를 통하여 저온 에 의해 MD와 PD가 타파되어 배의 생장이 일어나고 발아하 며 GA₃의 처리 효과가 없다는 점으로 미루어보아 MPD의 특 성을 갖으며 deep complex MPD인 것으로 추측된다.

기상조건에 따른 결실정도의 차이가 심하여 발아율이 낮아 종자 정선법 검토를 실시한 Kim et al. (2011) 이외에는 고본 종자에 관한 연구가 거의 이루어지지 않았으나 phenolic compound, coumarin 등을 함유하고 있는 고본 뿌리와 종자를 이용하여 기능성 차와 화장품 등에 관한 제품연구가 활발하게 이루어지고 있는 만큼 실생개체의 확보와 재배를 위해 더 세 밀한 발아특성에 관한 연구가 지속적으로 필요하다.

갯방풍의 휴면타파 발아

갯방풍 종자의 최적 발아조건을 규명하기 위해 예냉, 예열 단일처리 또는 GA₃, KNO₃와 혼합처리, 종피파상을 실시한 뒤 항온(20℃), 변온(15/20℃, 20/30℃) 조건을 달리하여 시험을 실시하였다(Table 5). 치상 1주 후부터 GA₃가 혼합첨가된 세 처리구 25℃(10 d) +GA₃ 200mgL⁻¹, 4℃(3d) +GA₃ 200 mgL⁻¹ 그리고 4℃(7d) + GA₃ 200 mgL⁻¹에서 발아가 시작되었고 그 가운데에서도 25℃(10d) + GA₃ 200 mgL⁻¹ 처리구에서 항온, 변온조건 모두 다른 처리구에 비해 발아율이 비교적 높게 나 타났으며 특히 15/20℃ 변온 조건에서 발아율 36.4%, 평균발 아일수 18.5일, 발아계수 2.1로 가장 효과적이었다. 그리고 20℃ 항온조건에서 발아율 31.2%. 평균발아일수 18.0일, 발아 계수 1.7이었으나 15/20℃ 변온조건의 경우와 유의적인 차이 는 없었다.

종피제거, 예열, 예냉 단독처리 및 KNO₃ 처리효과는 전혀 없거나 미약하였고 4℃(3d) + GA₃ 200 mgL⁻¹와 4℃(7d) + GA₃ 200 mgL⁻¹ 혼합처리구는 항온, 변온조건 모두 발아율이 저조하였다. 이상의 결과로 보아 갯방풍 종자의 발아를 위한 전처리로서 예열과 GA₃ 혼합처리가 가장 효과적이었고 특히 GA₃가 발아를 촉진 시키는 것을 확인할 수 있었다. Park & Lee (2000)는 갯방풍 종자의 발아율 향상을 위해 노천매장, 상온모 래층적, 항온모래층적 등 방법을 달리하였을때 20℃ 항온에 층적한 처리구의 발아율이 89.2%로 양호하였으나 GA₃ 500 ppm을 처리하였을 때의 발아율이 93.4%로 높게 나타나 GA₃ 처리가 갯방풍 종자의 발아율 향상에 더 효과적이었다고 보고하여 본 실험과 유사한 경향을 나타나었다. 또한, Choi (2003)는 갯방풍 종자의 최적 발아온도가 20 - 25℃이고 이때 의 발아율이 81 - 83%라고 하여 본 실험결과와 발아율에 있어 서 많은 차이를 보였는데 채취한 종자의 서식환경, 채종시기, 종자보관상태, 배발달 상태 그리고 발아를 위한 전처리 방법 의 종류에 기인한 것이라 사료된다. 오스트리아에서 자생하는 산형과 식물로 MPD를 가지고 있는 Actinotus leucocephallus 종자를 20℃에서 84시간 동안 증류수에 침지한 후 암배양 또 는 명/암(12/12 h) 배양 하였을 때 발아율이 3% 미만 이었으 나, 70℃에서 1시간 열처리 하였을때 발아율이 30%, 10% smoke water 처리 또는 이 두 가지 방법을 혼합처리 하였을 때 발아율이 70% 이상으로 향상되었다(Baker et al., 2005). 차후 비교적 발아율이 낮았던 갯방풍 종자의 발아율 향상을 위하여 다양한 방법으로 전처리를 시도해볼 필요가 있다고 본 다. 또한 Flemion and Henrickson (1949)은 산형과 식물 가 운데 배가 없는 종자를 상당량 생산하는 종들이 있다고 보고 하였는데 예비실험에서 갯방풍 종자를 반으로 자른 후 해부현 미경으로 관찰하였을때 무배 또는 미숙배 종자가 다수 확인되 어 앞으로 전처리를 실시한 다음 배의 생장을 추적 관찰하는 좀더 심도있는 연구가 수행되어야 할 것이다.

Chaerophyllum tainturieri는 고온습윤과 광에 의해 MD가, 25℃ 이상의 고온에서 PD가 타파되는 non - deep simple MPD로 GA 처리에 의해 휴면을 극복할 수 있는 산형과 식물 이다(Baskin and Baskin, 1990). 한편 Peucedanum ostruthium은 MD 타파를 위해 광과 26℃의 고온을 필요로 하는 non - deep simple MPD로 적절하지 못한 환경에서만 GA₃가 발아를 촉진 한다(Novak et al., 2011). 갯방풍 종자는 GA₃ 처리와 15 - 20℃ 배양을 통하여 휴면타파와 발아가 촉진됨으로서 non - deep simple MPD의 특성을 갖고 있는 것으로 추측되지만 광 조건 등 발아환경을 달리한 추가적인 연구를 통한 정확한 진 단이 필요할 것이다.

적 요

산형과 식물의 종자는 형태생리학적 휴면을 하고 있는 것으 로 알려져 있다. 형태생리학적 휴면은 배가 미숙하고 생리적 으로 휴면상태인 종자휴면중의 하나이다. 본 연구는 산형과의 세 종, 갯기름나물, 고본, 갯방풍 종자의 휴면타파와 발아에 미 치는 온도, 광, 화학물질의 효과에 대하여 조사하였으며 그 결 과는 다음과 같다.