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도라지모시대(Adenophora grandiflora Nakai)는 초롱꽃과(Campanulaceae) 잔대속(Adenophora)에 속하는 한국 자생의 여러해살이풀로, 강원특별자치도 인제군과 경상북도 봉화군 구룡산 등에 제한적으로 분포한다(KNA 2025). 꽃은 총상꽃차례로 덩이뿌리의 형태를 가지며, 7~8월에 종형의 꽃이 아래를 향해 개화하고 9~10월경 삭과 형태로 종자를 맺는다(NBIS 2025). 그러나 본 종은 자료부족종(DD)으로 분류되어 있으며(NIBR 2012), 생육환경, 번식, 종자 발아 및 휴면 특성에 관한 체계적인 연구가 부족하여 보전 및 복원 전략 수립을 위한 기초자료가 미비한 실정이다. 또한 잔대속의 종자 휴면 유형에 관한 연구 보고가 제한적이며, 자생지 보존 전략 수립과 복원 연구에 어려움이 따른다.
식물의 유성생식(sexual reproduction)은 세대 간 유전형질의 다양성을 확보하여 종의 변이 폭을 넓히고, 이러한 다양성은 환경 변화에 대한 적응과 생존을 가능하게 하는 기반이 된다(Roze 2012). 초본식물의 경우 종자 형성과 발아를 통한 세대 교체가 개체군 유지를 결정짓는 핵심 과정으로 작용한다(Finch-Savage and Leubner-Metzger 2006). 따라서 도라지모시대의 종자 생리적 특성과 발아 메커니즘을 규명하는 연구는 종의 보전 및 복원을 위한 기초적 단계로서 필요하다.
종자 휴면은 식물이 불리한 환경 조건을 회피하고 적절한 시기에 발아하도록 하는 중요한 적응 기작이다(Kwon et al. 2024 cited from Baskin 1998; Fenner and Thompson 2005). 종자 휴면은 발아 시기 조절을 위한 적응 전략으로, 형태적(morphological dormancy, MD), 생리적(physiological dormancy, PD), 형태생리적(morphophysiological dormancy, MPD), 물리적(physical dormancy, PY), 조합휴면(combinational dormancy, CD) 등 다섯 가지 유형으로 구분된다(Baskin and Baskin 2014). 식물 분류군에 따라 다양한 유형이 나타나며, 휴면에 따라 세부 분류가 가능하다.
초롱꽃과 식물의 종자 발아 및 휴면 특성은 과 내에서도 종별로 다양하게 나타나는 것으로 보고되어 있어, 일부 종에서는 종자 산포 직후 발아가 지연되며, 배의 발달 정도나 생리적 제약에 따라 발아 개시 시기와 요구 조건이 달라진다(Kim et al. 2023). 이로 인해 초롱꽃과 식물에서는 형태적 또는 형태생리적 휴면이 빈번하게 나타나지만, 동일 과 내에서도 생리적 휴면이나 비휴면을 보이는 종이 존재하여 과 단위의 단순한 일반화에는 한계가 있다(Kim et al. 2023). 실제로 국내 자생 초롱꽃과 식물을 대상으로 한 비교 연구에서도 발아 온도 반응, 저온 조건에 대한 반응, GA3 처리 효과가 종마다 상이하게 나타나, 종자 발아 특성이 분류군 내에서도 크게 분화되어 있음을 시사하였다(Kim et al. 2025).
이러한 휴면 패턴은 종별로 특이적 환경 반응과 발아 생리에 직접적으로 연결되므로, 특정 종의 휴면 유형을 규명하는 것은 생태적 적응 전략을 해석하는 데 핵심적이다. 따라서 도라지모시대의 종자 발아 특성과 휴면 유형을 밝히는 일은 종의 보전 전략 수립과 실용적 활용을 위해 중요하다. 본 연구는 다양한 처리를 통해 도라지모시대 종자의 발아 조건과 휴면 특성을 규명함으로써, 증식 체계 확립과 자생지 복원에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
재료 및 방법
실험 재료
본 연구에 사용된 도라지모시대(A. grandiflora Nakai) 종자는 2024년 10월 15일 강원도 정선군 고한읍(37°08′54.71″N, 128°54′02.58″E)에서 채종하였다. 채종 후 종자는 상온(22–26℃)에서 2주간 건조한 뒤 정선하여, 5℃ 암조건의 종자저장고에 5개월간 보관한 후 실험에 사용하였다.
종자의 형태적 특성 및 E:S ratio 측정
종자의 기본 형태적 특성을 조사하기 위하여 종자의 길이(mm), 너비(mm), 그리고 백립중(100-seed weight, mg)을 측정하였다. 종자의 길이와 너비는 버니어캘리퍼스(Vernier Caliper, 530-182-20, Mitutoyo Corporation, Japan)를 각 10립씩 사용하여 측정하였으며, 백립중은 전자저울(Analytical Balance, PAG213, OHAUS Corporation, USA)을 100립씩 5반복으로 이용하여 측정하였다. 종자의 내부 구조를 관찰하기 위해 면도날(Stainless Blade, DORCO, Vietnam)을 이용하여 종자를 종단면으로 절개하였다. 절개된 단면은 디지털 전자현미경(AM3111 Dino-Lite Premier, ANMO Electronics Co., Taiwan)을 이용하여 관찰 및 촬영하였다. 배(embryo)와 종자(seed)의 길이를 각 5립씩 측정하여 비율(E:S ratio)을 산출하였으며, 탈리 후와 발아 직전 시점의 평균 차이를 비교하였다.
수분흡수(imbibition) 실험
각 처리구당 종자 50립 3반복(총 150립)으로 구성하였으며, 실험은 상온(22–26℃)의 암조건에서 진행하였다. 치상된 종자는 0, 3, 6, 12, 24, 48, 72시간 간격으로 꺼내어 Kimtech™ Science Wiper(Kimberly-Clark, USA)를 사용해 표면의 수분을 제거한 뒤 무게를 측정하였다. 수분흡수율 계산식은 다음과 같다.
Ws(%) = [(Wh-Wi)/Wi]×100
변온조건에 따른 발아 실험
종자소독은 베노밀 수화제(Benomyl, HanEol Science Co., Ltd., Republic of Korea) 2,000 mg·L-1 용액에 24시간 침지하여 소독을 수행하였다. 증류수로 5회 이상 세척한 후 직경 90 mm의 페트리디시(10090, SPL Life Sciences, Korea)에 여과지(ADVANTEC No. 2, 90 mm, Toyo Roshi Kaisha Ltd., Japan) 2매를 겹쳐 배치하고 증류수를 습윤시켜 치상하였다. 실험은 멀티룸챔버(HB-302S-4, Han Baek Scientific Co., Korea)에서 주·야간 12시간 광조건(12/12 h light/dark) 하에 4℃, 15/6℃, 20/10℃, 25/15℃의 네 가지 변온 조건으로 설정하여 진행하였다. 완전임의배치법으로 처리당 20립, 3반복(총 60립)으로 수행하였으며, 발아 기준은 유근(radicle)이 1.0 mm 이상 신장한 개체로 정의하였다. 발아실험 중 페트리디시 내의 습도를 유지하기 위하여 수시로 증류수를 보충하였다. 1주 간격으로 12주 동안 조사하였다.
GA3 처리에 따른 발아 실험
종자는 각 처리구당 20립 3반복으로 사용하였다. 치상 전에 0, 10, 100, 1,000 mg·L-1의 GA3(gibberellic acid) 용액에 24시간 침지한 후, 베노밀(Benomyl) 수화제로 6시간 소독해 주었다. 이후 증류수 5회 이상 세척한 뒤 온도조건 실험과 동일한 조건으로 치상하여, 멀티룸챔버(JSMI-04CPL, JS Research Inc., Gongju-si, Korea)에서 수행하였다. GA3 처리 종자는 변온 조건 중 상대적 저온(15/6℃)과 상대적 고온(25/15℃)에서 각각 발아율을 12주 동안 조사하여 농도 및 온도에 따른 반응을 비교하였다.
통계 분석
수집된 자료는 SPSS Statistics 20.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하였으며, 유의차가 인정된 경우 Tukey의 다중검정(Tukey's honestly significant difference, HSD test)을 통해 95% 유의수준에서 평균을 비교하였다. E:S ratio의 평균 차이는 대응표본 t-검정(paired t-test)을 통해 분석하였다(p < 0.05). 그래프 작성은 SigmaPlot 12.5(Systat Software Inc., USA)을 사용하였다.
결과 및 고찰
도라지모시대(A. grandiflora Nakai) 종자는 길이 1.71 ± 0.06 mm, 너비 0.88 ± 0.02 mm이며, 백립중은 47.0 ± 0.89 mg으로 조사되었다(Table 1). 내부 형태는 배가 종자의 중심축을 따라 곧게 신장된 중축형(axile) 직선형(linear)으로 나타났으며(NBIS 2025), 이는 Martin(1946)이 제시한 세 가지 배 형태 분류 중 중축형에 해당한다(Fig. 1). 종자가 미성숙 배를 가지고 있으면 발아 전에 일정 기간의 배 신장이 요구된다고 알려져 있다(Baskin and Baskin 2014). 초롱꽃과의 종자는 일반적으로 선형 미발달 배(linear underdeveloped embryo)를 가지며(Martin, 1946), 이러한 구조적 특성은 형태적(MD) 또는 형태생리적(MPD) 휴면의 잠재성을 시사한다고 알려져 있다(Baskin and Baskin 2014). 그러나 도라지모시대 종자의 E:S ratio는 발아 전후의 두 시점 간 차이가 0.50%에 불과하여 배가 이미 충분히 발달된 상태임을 보여준다. 따라서 형태적 휴면(morphological dormancy, MD)은 존재하지 않는 것으로 판단된다(Fig. 2).
종자 발아는 건조 상태의 종자가 수분을 흡수(imbibition)한 후 효소활성과 대사작용이 재개되고, 배 신장에 따라 유근(radicle)이 종피를 돌파하는 일련의 과정으로 정의된다(Finch-Savage and Leubner-Metzger 2006). 수분 흡수는 발아 과정의 첫 단계로서, 세포벽 및 단백질·다당류 등의 친수성 거대분자에 의한 물리화학적 흡착에 의해 진행되며, 종피의 투수성은 수분 흡수 속도에 직접적인 영향을 미친다(Woodstock 1988). 본 연구에서 수분흡수 시험 결과, 치상 후 3시간 이내에 이미 건조 중량 대비 30% 이상 수분을 흡수하여, 초기 치상 단계에서 수분 흡수가 원활히 이루어짐을 확인하였다(Fig. 3). 이에 따라 종자는 종피에 의한 수분 흡수 저해가 나타나지 않는 특성을 보이는 것으로 판단된다. 종자 침지 전후의 무게 변화를 비교하여, 24시간 이내에 20% 이상 증가할 경우 종피가 투수성으로 간주된다고 보고되는데(Baskin and Baskin 2003 cited by Jang et al. 2024), 본 실험 결과 이와 같은 기준을 충족하였다. 따라서 종피의 불투수성 장벽이 존재하지 않아 수분 흡수를 저해하지 않는 것으로 판단되며, 물리적 휴면(physical dormancy, PY)은 없는 것으로 확인되었다.
변온 조건에 따른 발아 시험에서는 25/15℃에서만 8.33%의 낮은 발아율이 관찰되었고, 다른 조건(4, 15/6, 20/10℃)에서는 발아가 전혀 나타나지 않았다(Fig. 4). 25/15℃ 조건에서만 제한적인 발아가 이루어지고 저온 조건에서는 발아가 억제된 점은 종자 내 생리적 요인에 의한 발아 제한을 시사한다. 이러한 발아 패턴은 생리적 휴면 종자에서 휴면 상태일 때 발아 가능한 환경 범위가 매우 제한적이며, 온도 변화만으로는 휴면이 충분히 해제되지 않는다는 기존 보고와 일치한다(Baskin and Baskin 2014).
GA3 0, 10, 100, 1000 mg·L-1 처리 결과, 15/6℃ 처리구에서는 0.00, 0.00, 8.33, 90.57%로 나타났으며, 1000 mg·L-1 GA3 처리에서 약 7주 후 85% 이상의 발아율에 도달하였다(Fig. 5A). 반면, 25/15℃ 처리구에서는 발아율이 각각 8.33, 0.00, 29.23, 90.74%로 나타났으며, 1000 mg·L-1 GA3 처리에서 치상 후 2주 이내에 이미 85% 이상의 발아율에 도달하였다(Fig. 5B). 이와 같이 GA3 고농도 처리에서는 두 온도 조건 모두에서 최종 발아율이 90% 이상으로 유사하였으나, 발아에 도달하는 시간은 온도 조건에 따라 뚜렷한 차이를 보였다. 즉, 25/15℃ 조건에서는 GA3 처리에 의해 발아가 조기에 유도된 반면, 15/6℃ 조건에서는 발아 진행이 상대적으로 지연되는 경향을 보였다. 전반적으로 GA3 농도 증가에 따라 최종 발아율과 발아 진행 속도가 함께 증가하는 경향이 확인되었으며, 이러한 반응은 온도 조건에 따라 발아 도달 시점에 차이를 보였다. 이는 GA3 처리가 본 종자의 휴면 해제에 효과적으로 작용함과 동시에 발아 개시를 조기에 유도하는 조절 인자로 기능할 가능성을 시사한다.
생리학적으로 종자의 휴면과 발아 조절은 주로 gibberellin (GA)과 abscisic acid (ABA)의 상호작용에 의해 이루어진다(Finch-Savage and Leubner-Metzger 2006). 일반적으로 휴면 상태의 종자는 ABA 생합성이 우세하여 배의 대사활동과 세포 신장을 억제하지만, 휴면 해제 시에는 GA 생합성이 증가하고 ABA 분해가 촉진되어 GA/ABA 비율이 상승하며, 이는 발아 신호전달 체계를 활성화한다(Finch-Savage and Leubner-Metzger 2006). 이러한 GA–ABA 균형 변화는 생리적 휴면(PD) 종자에서 발아 개시를 조절하는 생리적 기작으로 알려져 있다.
이와 관련하여, 생리적 휴면(PD) 종자가 발아 억제 기작의 강도와 GA3에 대한 반응성, 그리고 휴면 타파에 요구되는 조건 측면에서 폭넓은 변이를 보인다고 보고하였다(Baskin and Baskin 2014). 한국 자생 초롱꽃과 5종을 대상으로 한 비교 연구에서는 GA3 처리가 모든 종에서 발아율을 약 60%까지 유의적으로 증가시켰으며, 특히 1000 mg·L-1 GA3 처리에서 가장 뚜렷한 발아 촉진 효과가 나타난 것으로 보고되었다(Kim et al. 2025). 해당 농도에서 발아율뿐만 아니라 발아 속도와 발아 균일성 역시 유의적으로 향상되어, 초롱꽃과 종자에서 GA3가 효과적인 휴면 타파 농도로 제시된 바 있다. 이러한 선행연구 결과를 고려할 때, 본 연구에서 관찰된 GA3 처리에 따른 발아 반응 역시 초롱꽃과 식물 종자에서 전반적으로 유사한 경향을 보이며, 이는 해당 분류군 종자들이 공통적으로 지니는 발아 조절 특성을 생태적으로 이해하는 데 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
생리적 휴면(physiological dormancy, PD)은 그 깊이에 따라 non-deep, intermediate, deep으로 세분되며, 이 중 non-deep PD 종자는 GA 처리나 단기간의 저온층적(cold stratification)으로 비교적 단순한 처리를 통해 휴면이 해제되는 특징을 가진다(Baskin and Baskin 2014). 본 연구에서 GA3 처리에 의해 농도 의존적인 발아 촉진이 나타난 결과는 이러한 non-deep PD의 특성과 일치하였다.
Finch-Savage and Leubner-Metzger (2006)는 non-deep PD 종자에서 GA 처리의 효과가 저온층적 처리와 기능적으로 유사하다고 보고하였으며, GA가 저온 환경에서의 ABA 분해 및 GA 축적과 동일한 생리적 경로를 인위적으로 유도하여 휴면을 해제한다고 설명하였다. 본 연구에서도 15/6℃ 조건에서 GA3 처리 시 고온 조건과 유사한 수준의 발아율이 나타나 이러한 생리적 활성 효과를 뒷받침하였다. 한편, 초롱꽃과 내 근연종인 잔대(Adenophora triphylla) 역시 저온층적 처리 또는 GA3 처리에 의해 발아가 촉진된다고 보고되었으며(Kim and Ryu 1996), 같은 과의 섬초롱꽃(Campanula takesimana) 경우에도 GA3 전처리에 의해 발아 특성이 유의적으로 향상되었고, GA3 처리가 저온층적을 유사한 휴면 해제 효과를 보이는 것으로 확인되었다(Kim et al. 2023). 이러한 근연종의 유사한 생리적 반응은 초롱꽃과 식물군이 공통적으로 GA와 ABA의 길항적 상호작용을 통해 휴면을 해제하는 생리적 메커니즘을 공유함을 시사한다.
전 세계적으로 초롱꽃과 종자는 미발달 배를 수반하는 형태적 또는 형태생리적 휴면(MD/MPD)이 우세한 것으로 알려져 있으며, 이러한 경향은 Campanula, Lobelia 속에서도 일관되게 보고된 바 있다(Baskin and Baskin 2014). 그러나 같은 과 내에서도 도라지(Platycodon grandiflorus)에서 보고된 생리적 휴면(PD)과 잔대(A. triphylla)의 얕은 휴면 특성처럼, 일부 계통에서는 이러한 형태적 휴면과 상이한 생리적 조절 양상이 나타난다(Baskin and Baskin 2014; Lee et al. 2019). 따라서 도라지모시대(A. grandiflora) 종자는 충분히 발달된 배 구조와 빠른 수분흡수 특성을 지니면서도 GA 처리에 의해서만 발아가 유도된다는 점에서, 내재된 생리적 요인에 의해 발아가 제한되는 non-deep PD을 나타내는 것으로 판단된다. 이러한 특성은 초롱꽃과에서 전형적으로 나타나는 MD/MPD 패턴과는 다르지만, 과 내 일부 계통에서 보고된 다양한 생리적 휴면 조절 방식과 함께 초롱꽃과의 휴면 기작이 단일하지 않음을 보여주는 또 하나의 유형으로 해석된다. 본 연구는 도라지모시대의 휴면 특성과 발아 생리를 규명함으로써 자생지 복원 및 종 보전을 위한 증식 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.












