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ISSN : 1225-5009(Print)
ISSN : 2287-772X(Online)
Flower Research Journal Vol.32 No.4 pp.269-277
DOI : https://doi.org/10.11623/frj.2024.32.4.06

Seed Germination Characteristics and Dormancy of the Korean Peninsula Endemic Plant Elsholtzia byeonsanensis M. Kim
한반도 특산식물 변산향유의 종자 발아 특성과 휴면

Youn Hwa Son1, Dong Gyu Lee1, Hak Cheol Kwon2, Seung Youn Lee1,3*

1Department of Horticulture and Breeding, Graduate School of Andong National University, Andong 36792, Korea
2Natural Product Informatics Research Center, Korea Institute of Science and Technology, Gangneung 25451, Korea
3Department of Smart Horticultural Science, Andong National University, Andong 36729, Korea

손연화1, 이동규1, 권학철2, 이승연1,3*

1국립안동대학교 대학원 원예육종학과
2한국과학기술연구원 천연물인포매틱스연구센터
3국립안동대학교 스마트원예과학과
Correspondence to Seung Youn Lee Tel: +82-54-820-5472 E-mail: mrbig99@anu.ac.kr ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5677-2171
04/11/2024 22/11/2024

Abstract


This study aimed to identify the seed germination characteristics and dormancy type of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim, contributing to the conservation of plant genetic resources and the development of propagation protocols. E. byeonsanensis, an endemic plant of the Korean Peninsula, is classified as a data deficient species on the Korean National Red List. Specifically, we examined its seed germination characteristics and dormancy type. Observations of seed morphology revealed a fully developed embryo. A 3-hour water imbibition test showed a water absorption rate exceeding 80%, indicating the absence of physical or morphological dormancy. Seed germination rates were significantly higher at relatively high temperatures compared to low temperatures, as well as under light conditions compared to darkness. To evaluate dormancy-breaking responses, cold stratification and gibberellic acid (GA3) treatments were applied. Germination time decreased following 4, 8, and 12 weeks of cold stratification, with higher germination rates observed after stratification compared to the control. However, GA3 treatment did not significantly affect germination time or final germination rates. In summary, E. byeonsanensis seeds exhibit partial dormancy, likely as a survival strategy in their natural habitat through varied dormancy levels.




본 연구는 한국 관속식물 적색목록(Korean National Red List)을 기준으로 정보부족(Date Deficient, DD) 종으로 분류되어 있는 한반도 고유 식물 변산향유(Elsholtzia byeonsanensis M. Kim)의 유전자원 보존과 원예적 활용을 위해 수행되었다. 종자의 발아를 위한 적정 조건을 알아보고자 종자의 기본 특성을 조사하고 수분 흡수율을 조사하였으며 온도, 광조건, 저온 습윤 처리, GA3 처리에 따른 발아 특성을 조사하였다. 종자의 내･외부 형태를 관찰하였을 때 완전히 성숙한 배를 가지고 있어, 형태적 휴면(morphological dormancy, MD)은 없다고 판단하였다. 또한 수분 흡수 실험의 결과 3시간 만에 80%를 초과하였기에 물리적 휴면(physical dormancy, PY)도 없다고 판단 하였다. 4, 15/6, 20/10, 25/15℃의 4가지 온도에서 종자 발아를 관찰하였을 때 발아율은 각각 23.37, 71.24, 72.16, 70.93% 였다. 광조건을 달리하여 25/15℃에 배양하였을 때, 명조건에서 암조건 보다 발아율 유의하게 높았다(p<0.001). 4℃에서 0, 4, 8, 12주간 저온 습윤 처리 후 25/15℃에 배양하였을 때, 발아율이 각각 63.75, 76.28, 83.33, 75.01%로 8주간 저온 습윤 처리한 종자의 발아율이 가장 높았다(p<0.05). 또한 저온 습윤 처리를 한 종자는 저온 습윤 처리 기간 중에도 발아하는 모습이 관찰되며 발아소요일수가 단축되었다. 그러나 GA3를 0, 10, 100, 1000mg·L-1의 농도로 종자에 처리하였을 때, 농도에 따른 발아소요일수와 발아율의 유의한 차이는 없었다. 따라서 변산향유 종자는 대부분 비휴면(non-darmanct, ND) 종자이나 일부 적정 조건에서도 발아하지 않은 종자의 경우, 개체군 수준에서 휴면이 있을 수 있다. 또한 종자의 발아 특성은 기존의 동일 속이나 종 내의 연구 결과와 다를 수 있음을 고려해야한다.


cold stratification , Lamiaceae , native plants , sexual propagation

저온 습윤 처리 , 꿀풀과 , 자생 식물 , 유성 번식

초록

    서 언

    원예 산업은 건강 식품을 제공하며 경제 개발과 여과 활동 기여 등 사회에 상당한 기여를 한다(Lamm et al. 2021). 옥상 정원 중 도시형 정원은 초본 식물이 전체의 80~90%를 차지하고 있다(Yeon et al. 2022). 2022년 화훼 재배 현황에서 화단용 초화류의 판매량과 판매액이 2021년에 비해 증가하였으며 주로 페튜니아, 샐비어, 프리뮬러 등이 쓰였다(MAFRA 2023). 이와 같이 화단용 초화류의 수요는 증가하는 추세를 보이고 있지만, 종자와 종묘류의 자생화 활용은 부족한 실정이다.

    향유속(Elsholtzia) 식물들은 일년생 또는 일부 다년생 식물로서 전 세계적으로 42종이 분포되어 있으며 그 중 동아시아에 33종이 분포한다(Chen et al. 2022). 한국 자생식물로는 변산 향유, 좀향유, 꽃향유, 가는잎향유 등 11종이 있으며, 이들은 강한 향기가 나는 방향성 식물들로 알려져 있다(Kim et al. 2015). 또한 향유속 식물들은 다양한 활성 성분을 함유하고, 약리적 효과를 가지고 있음이 확인되었다(Liu et al. 2007). 대부분의 향유속의 종들은 풍부한 휘발성 오일을 함유하여 식품 향미료, 허브차, 향신료, 음료 및 화장품 등으로 개발되었다 (Chauhan et al. 2019).

    Choi et al.(2012)는 변산향유(E. byeonsanensis M. Kim) 의 크기가 작고 가죽질의 잎에서 윤기가 나며, 줄기가 자주색이라는 점에서 꽃향유(E. splendens Nakai ex F. Maek)와 차이가 나는 것을 확인하였다. 이러한 동일 속 식물과의 차이로 한국 식물분류학회지에 기재하였다. 변산향유는 꿀풀과(Lamiaceae) 향유속(Elsholtzia)에 속하는 한반도 특산 식물(endemic plant) 이다(Chung et al. 2023). 변산향유는 산지와 인접한 바닷가 절벽의 바위 틈에서 자라는 한해살이 식물이며 전라북도 변산에서 발견되었다. 변산향유의 가지는 갈라지고 초장은 20~35cm 다. 잎은 마주나며 털이 없고, 난형 또는 좁은 타원형이다. 또한, 변산향유는 10~11월에 자주색 꽃이 줄기와 가지 끝에서 이삭꽃 차례로 핀다(Choi et al. 2012). 이러한 특징으로 변산향유는 원예적 가치를 지닌 관상 식물로의 잠재력을 가진다.

    그러나 향유속 중 변산향유는 한국 관속식물 적색목록 (Korean National Red List)을 기준으로 분포 또는 개체군 상태를 기반으로 멸종 위험을 직간접적으로 평가하기 위한 정보가 불충분한 정보 부족(data deficient, DD) 종이다(KNA 2021). 그러나 현재까지 종자 기반 대량 번식, 재배 기술 등에 대한 구체적인 연구는 미비한 실정이다. 변산향유는 봉화봉 인근의 바닷가 암벽에서 수십 개체를 확인한 바 있으나, 변산반도가 유일한 자생지이기 때문에 적극적인 보존이 필요하다(Leem et al. 2020).

    따라서 변산향유의 유전자원 보존과 대량 증식을 위하여 본 연구를 통해 종자의 발아 특성 및 휴면 유형을 수립하고자 하였다.

    재료 및 방법

    실험 재료

    본 연구에서 사용된 변산향유(Elsholtzia byeonsanensis M. Kim)의 종자는 2022년 11월 8일 국립수목원 유용식물증식센 터에서 분양 받아 사용하였다. 종자는 실험실 내에서 신문지를 깔고 22일간 상온 건조 후 정선하였고, 검체병에 실리카겔과 함께 넣어 밀봉하였다. 본 실험은 2023년 4월 12일부터 진행되었으며 종자는 실험이 시작되기 전까지 0℃로 설정된 저온저장고(HB-603CM, Hanbaek Scientific Technology, Korea) 에 보관하였다.

    종자 기본 특성

    변산향유 종자의 기본 특성으로 종자의 길이(mm), 너비(mm), 무게(mg)를 조사하였다. 종자의 길이와 너비는 버니어캘리퍼스 (Digital caliper 150mm, Kangalu, China)를 사용하여 각 20반복으로 측정하였다. 종자의 무게는 전자저울(PAG214, OHAUS corporation, USA)을 사용하여 100립 3반복으로 측정하였다. 종자의 내부를 확인하기 위하여 실험용 메스(Surgical Blade No.10, Feather Safety Razor, Japan)로 종자를 반으로 절단하여 USB현미경(AM 3111 Dino-Lite premier, ANMO Electronics, Taiwan)을 사용하여 배와 배유의 단면을 200배율로 관찰하였다.

    수분 흡수 실험

    종피의 불투수성에 의한 물리적 휴면 유무를 구명하기 위하여 수분 흡수 실험을 진행하였다. 실온(20~25℃)에서 50mL의 유리 비커에 종자가 충분히 잠길 정도로 증류수를 채운 후 20립 3반복으로 관찰하였다. 0, 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72시간마다 종자를 비커에서 꺼내어 표면의 물기를 충분히 닦은 후 무게를 측정하였다. 수분흡수율은 아래의 공식으로 측정하였다.

    Ws(%) = {(Wh-Wi)/Wi}x100, Ws: 무게 증가율, Wh: 각 시간별 생중량, Wi: 종자 초기 건중량

    온도에 따른 발아 특성

    배양 온도에 따른 발아를 확인하기 위하여 온도 조건을 항온 4℃와 변온 15/6, 20/10, 25/15℃의 4가지로 설정하였다. 항온은 콜드랩챔버(HB-603CM, HANBEAK-Scientific, Korea)를 사용하였고, 변온은 멀티룸챔버(HB-302S-4, Hanbaek Scientific Technology, Korea)를 사용하였다. 각 챔버는 12/12h(light/dark)의 환경이 조성되었고, 광도는 각각 약 1.78, 11.78, 14.67, 16.89μmol·m-2·s-1였다. 실험에 사용될 종자의 소독 방법은 증류수로 종자를 세척한 후, 종자를 Petridish에 치상하여 70%의 에탄올 용액을 종자가 잠길 정도로 분사하였고, 10초간 침지 후 약 6회 이상 증류수로 다시 세척하였다. 에탄올로 소독된 종자는 2000mg·L-1의 베노밀(Benomyl, Farm Hannong, Korea) 용액이 담긴 15mL의 원심관(DH.W28005, Daihan Scientific Co., Korea)에 침지한 후 교반기(MSH-20D, DAIHAN-Scientific, Korea)에서 24시간 동안 90rpm으로 교반하였다. 교반된 종자들은 증류수로 4~5 회 세척하였다. 세척된 종자는 90x15mm Petridish(10090, SPL life sciences, Korea)에 여과지(AD.00021090, Duksan Gerneral Science, Korea) 2매를 깔고 마르지 않도록 증류수를 충분히 주입한 후 20립 4반복으로 치상하였다. 실험 기간 동안 여과지가 마르는 것을 방지하기 위해 파라필름(Bemis Company Inc., USA)으로 Petridish를 밀봉하였다. 치상된 각 종자의 발아율은 3일 간격으로 조사하였으며, 실험 종료 시 점은 더 이상 발아율의 변화가 없을 때이다. 발아 기준은 유근이 1mm 이상 돌출되어 눈에 보일 때로 하여 조사하였다. 발아 조사 시 발아한 종자들은 제거하였고, 부패한 종자들은 폐기하여 발아율 계산 시 전체 종자 개수에서 제외하였다.

    광조건에 따른 발아 특성

    광조건에 따른 종자의 발아 특성을 확인하기 위하여 온도 실험과 동일하게 소독한 다음 90×15mm Petridish에 여과지 2매를 깔고 마르지 않도록 증류수를 충분히 주입한 후 20립 4반복으로 치상하였다. 광도 조건은 명조건과 암조건으로 구분하였다. 명조건은 12/12h(light/dark)의 환경에 Petridish를 두고 발아율을 관찰하였으며, 챔버의 온도와 광도는 각각 25/15℃, 16.89μmol·m-2·s-1였다. 암조건은 명조건과 동일한 환경이나 Petridish를 알루미늄 호일 2겹으로 감싼 뒤 빛을 차단하여 암조건을 형성하였다. 온도 실험과 동일한 발아 조사 간격과 실험 종료 시점, 기준을 사용하였다.

    저온 습윤 처리에 따른 발아 특성

    저온 습윤 처리에 따른 종자의 발아 특성을 확인하기 위하여 온도 실험과 동일하게 소독한 다음 90x15mm Petridish에 여과지 2매를 깔고 마르지 않도록 증류수를 충분히 주입한 후 20립 4반복으로 치상하였다. 저온 습윤 처리는 4℃로 설정된 콜드 랩챔버(HB-603CM, HANBEAK-Scientific, Korea)에서 각 0, 4, 8, 12주 동안 처리되었다. 각각의 저온 처리 기간이 끝나면 변온 25/15℃로 설정된 멀티룸챔버(HB-302S-4, Hanbaek Scientific Technology, Korea)로 기간에 맞추어 배양하였다. 발아 조사는 배양일로부터 15일까지로 하였고, 온도 실험과 동일한 발아 조사 간격과 기준을 사용하였다.

    GA3 처리에 따른 발아 특성

    GA3 처리에 따른 종자의 발아 특성을 확인하기 위하여 0, 10, 100, 1000mg·L-1의 GA3 용액(MBcell, Cat. NO : MB-G5512, Korea)을 각각 처리하였다. 용액을 15mL의 원심관(DH.W28005, Daihan Scientific Co., Korea)에 담고 종자를 침지한 후 교반기(MSH-20D, DAIHAN-Scientific, Korea)에서 24시간 동안 90rpm으로 교반하였다. 각각의 GA3 처리가 끝난 종자는 증류수로 3회 수세하였다. 수세한 종자들은 소독을 위하여 2000mg·L-1 의 베노밀(Benomyl, Farm Hannong, Korea) 용액이 담긴 15mL의 원심관(DH.W28005, Daihan Scientific Co., Korea)에 침지한 후 교반기(MSH-20D, DAIHAN-Scientific, Korea) 에서 6시간 동안 90rpm으로 교반하였다. 교반된 종자들은 증류수로 4~5회 세척하였다. 소독된 종자는 90x15mm Petridish에 여과지 2매를 깔고 마르지 않도록 증류수를 충분히 주입한 후 20립 4반복으로 치상하였다. 종자가 치상된 Petridish는 변온 25/15℃로 설정된 멀티룸챔버(HB-302S-4, Hanbaek Scientific Technology, Korea)에 배양하였다. 온도 실험과 동일한 발아 조사 간격과 실험 종료 시점, 기준을 사용하였다.

    통계분석

    실험의 통계 처리 및 분석을 위하여 각 처리별 데이터는 SAS 9.4(SAS Inst., USA)를 사용하여 분산분석을 하였으며, 각 발아 시험 결과의 처리 평균 간 비교를 위하여 Duncan’s multiple range test(p<0.05)를 사용하여 검정하였다. 실험의 결과에 대한 그래프는 SigmaPlot 10.0(Grafiti LLC., USA)을 통하여 제시하였다.

    결과 및 고찰

    종자 기본 특성

    변산향유 종자의 길이는 1.17±0.03mm, 너비는 0.55± 0.03mm, 백립중은 18.12±0.53mg 으로 미립 종자인 것을 확인하였다(Table 1). 변산향유와 동일 속인 향유(Elsholtzia ciliate)와 좀향유(E. minima)의 종자 모양은 난형(ovoid, ovate)이고, 종자 표면은 그물형(reticulate)이며, 배 유형은 foliate-investing 으로 보고되었다(KNA 2017). 본 연구의 기본 특성 실험 결과 변산향유 종자의 종피는 갈색이었으며, 종자의 내부 형태를 관찰하였을 때 완전히 발달된 배와 배유가 관찰되었다(Fig. 1A, B). 종자의 모양, 표면, 배 유형은 향유와 좀향유 종자와 동일하였다. 종자 휴면은 형태적(morphological), 물리적(physical), 생리적(physiological), 형태생리적(morphophysiological), 조합(physical + physiological) 휴면 등 5가지 유형으로 분류 할 수 있다(Baskin and Baskin 2014). 이 중 형태적 휴면(morphological dormancy, MD)으로 분류되는 종자는 발아를 위해 배의 추가적인 신장이 필요한 경우이다(Baskin and Baskin 2014). 변산향유 종자는 채집 후 발아까지 배의 신장이 추가적으로 확인되지 않았다(Fig. 1B, 1C). 따라서 변산향유 종자는 완전히 성숙한 배를 가지므로 형태적 휴면(MD)이 없다고 판단하였다.

    수분 흡수 실험

    수분 흡수 실험의 결과, 변산향유 종자는 3시간 만에 수분 흡수율이 80%를 초과하였다(Fig. 2). Baskin and Baskin(2004)에 따르면 종자의 발아에는 수분이 필요하지만 종피의 불투수성 즉, 물리적 영향으로 인하여 종자가 발아하지 못하는 것을 물리적 휴면(physical dormancy, PY)이라 한다. 또한 수분 흡수율이 초기의 건조 종자 무게에 대비하여 약 20% 이상 증가할 시, 투수성 종자로 판단한다. Turner et al.(2005)은 갈매나무과(Rhamnaceae) 6속 종자의 수분 흡수 실험을 실시하였고, 모든 종자에서 20% 미만의 수분흡수율이 나타나며 물리적 휴면 종자로 분류한 바 있다. 변산향유 종자는 수분 흡수 72시간 경과 후 최종적인 수분 흡수율은 236.54±64.59%로 측정되었다 (Fig. 2). 따라서 종피의 불투수성으로 인한 물리적 휴면(PY)이 없다고 판단하였다.

    온도에 따른 발아 특성

    온도에 따른 발아 특성을 확인하였을 때, 4, 15/6, 20/10, 25/15℃의 4가지 온도 범위에서 실험 종료 시의 발아율은 각각 23.36, 71.24, 72.16, 70.92%로 조사되었다. 배양 6일차의 경우 상대적 고온에서 발아소요일수가 단축되었다(Fig. 3). 변 산향유와 같은 꿀풀과(Lamiaceae)의 Salvia aegyptiaca 종자의 경우, 10~40℃의 온도 범위 중 25, 30℃에서 발아율이 높았다(Gorai et al. 2011). 또한 Collinsonia canadensis 종자의 경우 5/5, 15/6, 20/10, 30/15℃ 중 배양 5주차에 30/15℃ 에서만 발아하였다(Albrecht et al. 2006). 변산향유와 동일 한 향유속(Elsholtzia)의 연구에서는 충실율이 100%인 향유(E. ciliate) 종자를 25/15℃에 배양하였을 때 약 4주 후 57.0±2.5%의 발아율이 나타났으며(Kim et al. 2022), E. haichowensis 종자의 경우 25/20℃에 배양하였을 때 3주 후 85%의 발아율이 나타났다(Tang et al. 2001). 이러한 동일 속에서의 다른 결과는 종간 차이(interspecific variation)가 존재하는 것으로, 종자의 휴면 유형과 발아 특성에는 생태적 차이가 있다는 것을 감안해야한다(Park et al. 2019). 변산향유 종자는 4℃를 제외한 15/6, 20/10, 25/15℃에서 배양 6일차부터 발아를 시작하여 3주 이내에 발아율이 50% 내외로 나타났다. 종자의 발아율은 실험에 사용된 온도 범위 중 상대적으로 따뜻한 온도(15/6, 20/10, 25/15℃)에서 이루어지는 것으로 추정되나 최종 발아율에서 유의한 차이는 없었다. Baskin and Baskin(2004)은 종자의 발아가 적절한 환경에서 30일 이내로 진행되지 않으면 생리적 휴면(physiological dormancy, PD) 종자로 분류하였다. 본 연구에서 변산향유 종자는 4℃에서 최종 발아율이 약 20%로 나타났고 나머지 온도에서도 약 30%의 미발아 종자들이 있었다(Fig. 3). 이에 대하여 변산향유 종자의 일부에서 생리적 휴면(PD)이 존재하는 것으로 판단된다. 참취 속(Aster)의 눈갯쑥부쟁이(A. hayatae H.Lev. & Vaniot)의 경우에도 여러가지 처리의 실험에서 일부 미발아 종자가 확인되어 약 70% 정도는 non-dormant 종자로 분류하고, 개체군 수준에서 일부를 생리적 휴면(PD) 종자로 분류한 바 있다(Jung et al. 2022).

    광조건에 따른 발아 특성

    광조건에 따른 발아 특성을 확인하였을 때, 실험 종료 시 25/15℃에서 명조건과 암조건의 발아율은 각각 71.56, 14.85%로 명조건이 암조건에 비해 유의하게 높았다. 명조건의 경우 배양 6일차에 50%에 가까운 발아율로 발아를 시작하였다. 반면, 암조건의 경우 발아가 시작되었을 때 발아율은 10.83%였고 최종 발아율은 20%가 되지 않았다(Fig. 4). Prokopyev et al.(2015)의 연구에 따르면 돌나물과(Crassulaceae)의 일부 미립 종자 종을 대상으로 24℃의 명, 암조건에서 발아율을 확인하였을 때, Hylotelephium telephium ssp. maximum, Phedimus kamtschaticus, Orostachys spinose 등의 종자 발아율이 명조건에서 암조건보다 높았다. 일반적으로 작은 질량의 종자 종은 큰 질량의 종자 종에 비해 발아를 위하여 광에 더 많이 의존한다(Milberg et al. 2000). 또한 어둠에 의해 발아가 완전히 또는 부분적으로 억제되는 종은 대체로 seed bank를 형성하는 것으로 알려져 있다(Thompson and Grime 1983). 본 연구에서 변산향유 종자가 암조건 보다 명조건에서 높은 발아율을 보인 것은 종자의 작은 질량으로 인하여 발아 직후 광합성을 위해 광 의존성이 높아진 것일 수 있다. 또한 암조건에서 적정 발아 온도(25/15℃) 조건이 주어졌음에도 낮은 발아율이 나타난 것은 변산향유 종자의 soil seed bank 형성 가능성을 예상해볼 수 있다.

    저온 습윤 처리에 따른 발아 특성

    광과 온도에 따른 종자의 발아 실험에서, 최종 발아율이 80% 이상이 되지 않았기 때문에 저온 습윤 처리를 진행하였다. 4℃ 에서 0, 4, 8, 12주의 저온 습윤 처리를 거친 후 25/15℃에 배양하였을 때 실험 종료 시 발아율은 각각 63.75, 76.28, 83.33, 75.01%였다(Fig. 5). 8주의 저온 습윤 처리를 거친 종자의 경우 배양 6일만에 발아율이 80%를 초과하였고, 이는 이후에도 유지되었으며 처리된 종자들 중 가장 높았다(Fig. 5). 동일 과인 꿀풀과의 로즈마리(Rosmarinus officinlis L.) 종자는 5℃ 에서 저온 습윤 처리를 0, 2.5, 5, 7.5, 10주간 진행한 후 20/1 3℃에 배양하였을 때, 7.5주와 10주간의 저온 습윤 처리를 한 종자의 발아율이 0주 보다 유의하게 높았다(Madeiras et al. 2009). 변산향유 종자의 저온 습윤 4, 8, 12주 처리 후 배양 0일차의 발아율은 각각 9.41, 31.94, 66.82%였다. 무환자나무과(Sapindaceae)의 Acer morrisoninse 종자는 5℃에서 0, 4, 8, 12, 16주간 저온 습윤 처리하였을 때 16주의 저온 습윤 처리 기간 중에 발아하였고(Chen et al. 2015), 장미과(Rosaceae)의 한 라개승마(Aruncus dioicus (Walter) Fernald var. aethusifolius (H.Lév.) H.Hara) 종자 또한 0, 4, 8, 12주간의 저온 습윤 처리 중 12주 처리 중에 약 40% 발아하였다(Baek et al. 2022). 본 연구에서도 동일한 양상을 보이며 저온 습윤 처리 기간 중에도 종자의 발아가 관찰되었고, 이에 따라 배양 3일차에 저온 습윤 처리를 한 종자의 발아가 유의하게 촉진되었다(Fig. 5). Amooaghaie and Ahmadi(2017)에 따르면 저온 습윤 처리가 Bunium persicum 종자의 내인성 활성산소(reactive oxygen species, ROS) 함량과 GA/ABA 의 균형을 변화시키고, 이들의 상호 작용을 통해 휴면을 타파한다고 보고하였다. 저온 습윤 처리를 진행한 벼(Oryza sativa subsp. Japonica) 종자의 생리학적 분석 결과, GA와 IAA의 비율이 증가되고 ABA의 비율이 감소되었다. 이에 따라 GA/ABA 및 IAA/ABA 비율이 증가하여 휴면이 타파되었다(Yang et al. 2018). 따라서 변산향유 종자도 저온 습윤 처리 기간 도중 내인성 호르몬의 변화로 발아가 촉진되고 발아율이 증가한 것일 수 있다.

    GA3 처리에 따른 발아 특성

    GA3 처리에 따른 발아 특성의 결과, 실험 종료 시 25/15℃에 서 GA3 0, 10, 100, 1000mg·L-1의 농도에 따라 각각 66.71, 73.02, 62.60, 67.89%의 발아율이 조사되었다(Fig. 6). 또한 배양 6일차의 발아율은 각각 53.61, 59.66, 58.65. 60.26%로 유의한 차이는 나타나지 않았기에 발아 촉진 효과는 없는 것으로 보인다. 동일 과의 Lavandula mairei 종자에 GA3를 처리하였을 때 고농도(1000, 2000mg·L-1)에서 발아율이 10% 미만이었으며 0, 50, 100, 500mg·L-1 처리에서의 발아율은 처리 간 유의한 차이가 없었다(El Hamdaoui et al. 2021). Hemigenia exilis 종자의 경우에는 GA3 0, 10, 25mg·L-1 농도로 처리하였을 때 발아율이 농도가 높아짐에 따라 증가하였다(Cochrane et al. 1999). GA3는 발아를 유도하여 1차 휴면을 타파하는 것으로 알려진 식물생장호르몬 중 하나이다(Zare et al. 2011). 그러나 본 연구에서 변산향유 종자에 GA3 처리를 한 결과, 무처 리구와 발아율 차이가 유의하지 않았다(Fig. 6). Hidayati et al. (2012)은 Hibbertia 속의 4가지 종의 휴면 타파 및 발아 특성이 다른 것을 밝히며, 휴면 타파의 요구 사항은 동일 속 내에서 다르게 나타날 수 있음을 시사하였다. 따라서 변산향유 또한 GA3 처리에 대한 발아 특성이 기존의 같은 속이나 종 내의 연구 결과와 다를 수 있음을 고려해야 하며 일부 발아하지 않은 종자들은 개체군 수준에서의 생리적 휴면(PD)으로 추정된다.

    결 론

    결론적으로, 변산향유 종자의 발아는 20~25℃의 상대적 고온의 명조건에서 효과적이다. 또한 4℃에서 저온 습윤 처리를 일정 기간 실시하고 25/15℃에 배양할 경우 발아 촉진 효과가 있었으나 GA3 처리는 발아율 및 발아 속도에 영향을 미치지 않았다. 저온 습윤 처리를 한 종자는 대조구 보다 발아율이 유의하게 상승하였으므로, 본 실험에서 발아하지 않은 약 30%의 일부 종자는 개체군 측면에서 생리적 휴면(PD) 종자일 가능성이 있다고 판단된다.

    사 사

    본 연구는 한국과학기술연구원(KIST) ORP program(금강 초롱 혁신 프로젝트) 연구 및한국연구재단 이공분야 대학중점 연구소지원사업 3P(Pollinator, Plant, Production) Meta Network (NRF-2018R1A6A1A03024862) 연구의 지원에 의해 수행되었음.

    Figure

    FRJ-32-4-269_F1.gif

    Light microscope images of a seed (A), inside of seed and embryo (B), germination (C - D) and a seedling (E - G) of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim. Scale bars are 0.5 mm (A - B), 1.0 mm (C - F), and 2.0 mm (G).

    FRJ-32-4-269_F2.gif

    Imbibition test of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim seeds soaked with distilled water for 0 - 72 hours. Error bars indicate mean ± SE of three replicates. Three replicates of 20 seeds each were used for imbibition test.

    FRJ-32-4-269_F3.gif

    Germination of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim seeds as affected by temperature regimes. Error bars indicate mean ± SE of four replicates. The different letters indicates significantly differences at p < 0.05 (Duncan’s multiple range tests).

    FRJ-32-4-269_F4.gif

    Germination of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim seeds as affected by light conditions (under light or dark). The seeds were incubated at 25/15℃. Error bars indicate mean of ± SE of four replicates. The different letters indicate significantly differences at p < 0.05 (Duncan’s multiple range tests).

    FRJ-32-4-269_F5.gif

    Germination of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim seeds as affected by different cold stratification period (0, 4, 8, or 12 weeks) at 4℃. After the cold stratification process, the seeds were incubated at 25/15℃. Error bars indicate mean of ± SE of four replicates. 0: no seeds germinated in this treatment. The different letters indicates significantly differences at p < 0.05 (Duncan’s multiple range tests).

    FRJ-32-4-269_F6.gif

    Germination of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim seeds as affected by GA3 (0, 10, 100, or 1000 mg·L-1). After the treatment, the seeds were incubated at 25/15℃. Error bars indicate mean of ± SE of four replicates.

    Table

    Seed characteristics of Elsholtzia byeonsanensis M. Kim.

    zValues of length and width are expressed as mean ± SE (n = 20).
    yValues are expressed as mean ± SE (n = 3).

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