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ISSN : 1976-6769(Print)
ISSN : 2287-8122(Online)
Korean Journal of Nature Conservation Vol.8 No.1 pp.1-7
DOI : https://doi.org/10.11624/KJNC.2014.8.1.001

Effects of Priming and Ultra Sound on Seed Germination from Ardisia crenata Sims, an Ornamental Plant

Kee Hwa Bae1, Myoung Suk Ko2, Nam Young Kim3, Jae Mo Song4, Young Ju Kim2, Gwanpil Song5*
1Hongcheon Institute of Medicinal Herb, 101 Yeonbong-ri, Hongcheon-eup, Hongcheon, Gangwon 250-930, Korea
2Jeju Biodiversity Research Institute, Jeju Technopark, Seogwipo 699-943, Korea
3Department of Horticulture and Education, Korea National Arboretum, Pocheon, Gyeonggi 487-821, Korea
4Nature Environment Research Office of Gangwon Province, Hongcheon, Gangwon 250-884, Korea
5Jeju Environment Research Institute, Rm 603, Bl Center, Jeju Tourism College, Jeju 690-791, Korea
Corresponding Author : Tel: +82-(0)64-749-2150 gwanpill@hanmail.net
June 3, 2013 February 18, 2014 March 3, 2014

Abstract

While Ardisia crenata Sims. recently has been used increasingly as an ornamental plant, It is endangered in natural forest. The optimum treatments of the various concentrations priming agents to improve seed viability and germination of A. crenata (ornamental plant) were also estimated. Germinability was significantly when the seeds of A. crenata was soaked in PEG solution at 15°C for 4 days, the optimum treatment for improving germination of A. crenata was observed when the tested seeds was soaked in −0.5 MPa of PEG solution in 92%. Overall results would be useful means for propagation and production of A. crenata.


조경수종인 백량금(Ardisia crenata Sims.)의 종자발아에 미치는 프라이밍제 및 초음파의 영향

배 기화1, 고 명석2, 김 남영3, 송 재모4, 김 영주2, 송 관필5*
1(재)홍천메디칼허브연구소
2(재)제주테크노파크
3국립수목원
4강원도자연환경연구공원
5(주)제주환경자원연구소

초록


    Ministry of Environment
    052-091-075

    1.서 론

    백량금(Ardisia crenata Sim.)은 자금우과(Mysinaceae), 자금우속(Ardisia)에 속하며, 국내에는 자금우(A. japonica Blume)와 산호수(A. pusilla DC.) 2종의 동 속종이 분포한다. 이들은 난대식물로서 중국, 일본, 제주도 그리고 남부지방 일부에 자라는 난대 상록성 소관목으로, 특히 백량금은 다른 두 종과 달리 키가 1 m 정도까지 자란다. 잎은 호생(互生)하고 가장자리 에 톱니가 있으며 꽃은 6월에 백색으로 핀다. 열매는 9월에 녹색으로 달리고 11월경에 붉은색으로 성숙한 다. 열매는 1년간 모본에 달려있는 경우도 있고, 가 지에 달린 채 종자에서 뿌리가 내리는 경우도 있다 (이창복, 1993; 이영노, 2006).

    백량금은 내음성이 강하여, 5°C 이상에서 월동이 가능하기 때문에 실내조경에 있어서 하층목으로 많이 사용되고 있다. 특히 붉은 열매는 11월부터 이듬해 6 월까지 달려있어 오랜 시간 관상이 가능하기 때문에 실내 분화용으로 인기가 높은 식물이다. 또한 최근 각종 언론보도를 보면 사회적 문제로 대두되고 있는 새집증후군 유발 건축마감재와 건축자재내 휘발성 유 기화합물(클로로포름, 아세톤, 포름알데히드 등)을 획 기적으로 흡수하여 제거한다는 연구결과가 보고되고 있다(Hong et al., 2005).

    백량금의 뿌리는 예로부터 주사근(注砂根), 량산자 (凉傘子), 홍동반(紅銅盤), 대량산(大凉傘), 봉황상(凰 鳳翔), 봉황장(鳳凰腸)이라 불리며 고가의 약재로 사 용되었고, 열매는 민간에서 이뇨, 구충(驅蟲), 태독(胎 毒), 조경(調經) 등에 사용되었다(배기환, 2000; Kim, 1996). 이러한 전통지식의 과학적 효능입증을 위해 다양한 형태의 연구결과가 보고되고 있는데, 백량금 이 지닌 triterpenoid saponin의 cAMP phosphodiesterase 억제효과(Jia, 1994), 백량금이 지닌 triterpenoid saponin 의 종류 및 miner saponin 분리(Koike et al., 1999), 백량금 추출물의 antithrombin 활성에 대한 연구 (Chistokhodova et al., 2002)와 항산화, 미백 및 항염 효과(Lee et al., 2006)에 대하여 보고되었다. 산업적 으로 다양한 쓰임새에도 불구하고 백량금의 서식환경 은 극히 제한적이어서 재배지가 특정한 지역, 특히 중부 이남지방에 국한되어 있다. 그러나, 실내조경용 분재 수요가 급증함에 따라 야생 백량금의 불법적인 채취가 공공연히 자행되어 자생지에서 점차 사라지고 있는 실정이다. 이에 몇몇 연구자들에 의해 백량금의 종자 발아를 통한 증식에 관한 연구가 이루어 졌는 데, 온도(Lee et al., 2009)와 지벨렐린(Choi et al., 1999)의 영향에 관해 연구가 진행되었을 뿐 프라이밍 처리 등 체계적인 연구는 부족한 실정이다. 프라이밍 약제 처리 기술은 발아소요일수의 단축과 균일한 발 아 및 발아잠재력의 증진, 규격묘생산과 수량 증대 등의 목적으로 처리약제의 종류, 농도(Dahal et al., 1990; Suzuki et al., 1990), 처리기간 및 온도(Atherton and Farooque, 1983; Sachs, 1977)를 서로 달리하여 종자를 전처리한 후 파종하는 기술이다. 이러한 종자 전처리 기술 중 프라이밍 처리 기술은 주로 채소류 에 대해 적용되고 있으나 (Haigh and Barlow, 1987) 작물의 종류에 따라 유사한 종이라도 서로 다른 프 라이밍 약제 및 농도, 처리시간, 온도를 요구한다고 알려져 있다(Afzal et al., 2008).

    본 연구에서는 향후 원예용 백량금의 대량생산을 위해 필수적인 종자발아 조건을 탐색하고자 하였다. 특히, 발아비용 절감에 효과적인 전처리 방법 중 프 라이밍제와 초음파 처리를 대상으로 백량금 종자 발 아 최적 조건을 산출하였다. 이러한 방법은 인공 종 자발아 후 토양이식을 통한 백량금 유모의 대량생산 체계 마련에 기여할 것으로 사료된다.

    2.연구 방법

    2.1.식물재료

    본 연구를 위해 2010년 9월 제주도 서귀포시 안덕 면 곶자왈 지역에서 채집된 백량금(A. crenata) 종자 를 사용하였다(그림 1A). 종자는 정선하여 상온에 서 음건하였으며, 종자의 휴면 타파를 위해 4°C 종자 보관냉장고에서 4주간 저온 처리 후 실험에 사용하 였다.

    2.2.초음파와 프라이밍제 처리에 따른 종자생존

    초음파와 프라이밍제가 종자생존에 미치는 영향을 확인하기 위해 초음파처리는 백량금종자를 각각 30 립씩 플라스틱 튜브에 담아 0, 30, 60, 90, 120분간 초음파발생기(한백과학, 한국)에 넣고 60 Hz의 초음파 처리 후, 1% triphenol tetrazolium chloride(TTC) 용 액을 사용하여 종자생존을 측정하였다. 프라이밍 처 리 시약으로는 KNO3, CaCl2, NaCl(대정화금, 한국) 및 Polyethylene glycol 6000(PEG, 대정화금, 한국)을 사용하였다. PEG 농도의 결정은 Michel과 Kaufmann (1973)의 방법에 따라 제조하였다. 종자처리는 Jeong 등(1994)의 방법에 의해 20°C에서 종자를 암상태에서 4일간 프라이밍 처리를 하였다. 프라이밍제 처리는 백량금종자를 50립씩, 200, 400 mM의 KNO3, 200, 400 mM의 CaCl2, 200, 400 mM의 NaCl, –0.5, –2.0 MPa의 PEG를 처리하고 72시간 저온 보관 후 멸균 수로 3회 세척하여 1% triphenol tetrazolium chloride (TTC) 용액에 침지하여 종자생존을 측정하였다(van Waes and Deberg, 1986). 붉은 염색부위 관찰을 위해 세척 후 실체현미경(Nikon, Japan)을 이용하여 종자 의 표면을 관찰 하였다.

    2.3.초음파와 프라이밍제의 처리가 종자발아에 미치 는 영향

    초음파와 프라이밍제가 종자발아에 미치는 영향을 확인하기 위해 백량금 종자를 각각 50립씩, 0, 30, 60, 90, 120분 간 초음파처리를 하였다. 프라이밍제 처리는 백량금 종자를 각각 50립씩, 200, 400 mM의 KNO3, 200, 400 mM의 CaCl2, 200, 400 mM의 NaCl, –0.5, –2.0 MPa의 PEG를 처리하고 72시간 동안 저온 보관 하였다. 저온 보관 후 pearlite, peat moss, sand 를 1:1:1(v:v:v)로 혼합한 배양토가 담긴 포트에 각각 파종하였고, 발아기준은 뿌리가 4 mm 이상 돌출하였 을 때를 발아로 간주 하였고, 발아율, 발아시작일 및 발아종료일을 측정하였다. 백량금 종자의 발아는 온 도가 25 ± 5°C로 유지되는 유리온실 내에서 실시하였 고, 주 3회 관수 하였다.

    2.4.통계분석

    모든 데이터는 means ± standard deviation으로 표시 하였다. 변인들의 집단 간 차이를 알아보기 위해 서 one-way ANOVA를 실시하였고, 유의성이 있는 경우 Duncan's multiple range test로 사후검증을 하 였다. 통계적 유의성은 P < 0.05로 설정하여 분석하 였다.

    3.결과 및 고찰

    3.1.초음파처리시간 및 프라이밍제의 처리가 백량금 종자생존에 미치는 영향

    60 Hz의 초음파 처리시간별 백량금의 종자생존에 미치는 영향을 알아보기 위해 0, 30, 60, 90, 120분 간 초음파 처리를 한 결과, 30분간 초음파를 처리해 주었을 때 90%로 종자생존율이 가장 높게 나타났으 며(표 1), TTC 테스트 결과 붉은색으로 염색되는 것 을 관찰 할 수 있었다(그림 2B), 이는 88%인 대조구 보다 더 높은 결과를 나타내는 것이지만 생존개수에 서는 유의적 차이는 보이지 않았다(그림 2A). 120분 간 초음파를 처리 시에는 종자생존이 0%(표 1)로 백 량금배(embryo)가 붉은색으로 염색되지 않음을 관찰 할 수 있었다(그림 2D). 초음파처리가 30분까지는 종 자생존이 높아지는 경향을 보였으나(그림 2C) 처리시 간이 30분을 넘어서면 시간이 지남에 따라 종자생존 이 현저히 떨어지는 경향을 나타냈다(표 1). 이 같은 현상은 초음파처리 시간이 길어질수록 초음파에 의해 배의 조직이 파괴되어 사멸하는 것으로 사료된다. 각 각의 프라이밍제 처리가 백량금의 종자생존에 미치는 영향을 알아보기 위해 NaCl, CaCl2, KNO3, PEG의 농도를 달리하여 처리하고 TTC 테스트를 수행한 결 과 표 2와 같다. 모든 처리구에서 80% 이상의 생존 율을 보인바, 프라이밍제 처리는 백량금 종자생존에 크게 영향을 주지 않는 것으로 보여 진다.

    종자발아가 더딘 식물 또는 저장기간이 오래되어 발아세가 저감된 식물에 프라이밍제 처리를 통해 종 자의 발아를 증가시키려는 연구는 지금도 꾸준히 증 가하고 있다(Chang and Lee, 2007; Choi, 2012). 한 편, 모든 식물의 종자발아에 동일한 프라이밍제의 효 과를 바라기는 매우 어렵다. 이는 종마다 다른 종자 구조로 인해 프라이밍 약제의 이온이 종자내로 침투 함으로써 유독작용을 미치거나(Brocklehurst and Dearman, 1984), 프라이밍 용액의 이온농도가 증가할 수록 배의 이온 축적량이 증가되어 대사 작용을 방 해(Haigh and Barlow, 1987)할 수도 있기 때문이다. 이러한 이유로 프라이밍처리를 통한 종자의 발아 를 연구하고자 한다면, 종자생존의 확인을 통한 최적 처리농도 규명이 선행되어져야 할 것으로 사료 된다.Table 1,2

    3.2.초음파와 프라이밍제 처리가 백량금 종자발아에 미치는 영향

    초음파 처리가 종자발아에 미치는 영향을 확인하기 위해 백량금종자를 과육과 함께(그림 3A-B) 0, 30, 60, 90, 120분 간 초음파처리를 하였을 때, 30분 처 리구가 82%로 발아율이 가장 높고, 120분 처리구는 0%로 발아가 전혀 일어나지 않았다(표 3). 30분 처리 구는 무처리구보다 발아율이 좋지만 다른 처리구들은 초음파 처리시간이 길어질수록 발아율이 떨어지는 경 향을 보였다. 이는 적정시간 초음파처리는 초음파가 종피의 조직을 파괴시켜 배가 쉽게 종피를 뚫고 나 올 수 있도록 하지만, 초음파 처리시간이 길어지면 초음파의 영향이 종자의 배까지 영향을 주어 배의 조직을 파괴시키기 때문에 발아율이 떨어지는 것으로 사료된다.Table 3,4

    백량금의 성숙종자를 대상으로 하여 최적의 프라이 밍 약제의 종류 및 농도를 선발하기 위해 서로 각 프라이밍 약제를 농도별로 처리하고 30일 이후에 발 아율을 조사한 결과는 표 4와 같다. 프라이밍 약제 종류와 농도에 따른 발아율을 조사한 결과 처리 약 제 및 농도 간에 많은 차이를 나타내었다. 프라이밍 처리 후 발아율을 살펴본 결과 –0.5 MPa의 PEG 농 도에서 92%의 발아율과, –2.0 MPa의 PEG 농도에서 90%로 프라이밍 처리를 하지 않은 대조구의 발아율 78% 보다 높은 발아율을 나타내었으나, 그 외의 다 른 프라이밍 약제에서는 프라이밍 처리를 하지 않은 대조구 종자에 비해 낮은 발아율을 나타내어 전반적 으로 프라이밍 처리가 오히려 발아율을 낮추는 경향 을 나타내었다(표 4)(그림 3C). 30분간 초음파를 처 리한 경우 뿌리길이가 12.2 mm로 가장 높았다(표 3). 프라이밍 처리구에서는 –0.5 Mpa PEG처리구에서 13.5 mm의 뿌리길이를 보였다(표 4).

    특정 삼투평형을 가지게 하는 PEG 처리는 종자의 삼투압을 조절시켜 토마토 등 다양한 식물체에서 대 표적인 osmopriming 처리제인 KNO3나 프라이밍 처 리를 하지 않은 대조구 보다 발아율을 향상시키는데 효과적으로 사용할 수 있는데(Ismail et al., 2005), 이 러한 이유는 PEG가 종자배의 발아에 영향을 미치지 않을 정도로 불활성화 되어 있는 생태로 존재하여 독성을 나타내지 않고 비교적 분자의 크기가 커 (McDonald, 2000) 종자의 배로 직접 흡수되지 않으 면서 침종하는 동안 종자의 수분 흡수를 억제하여 침종 중 수분흡수에 의한 발아를 방지할 수 있기 때 문으로 생각된다. 또한 PEG의 경우 수분흡수와 함께 단백질 합성과도 밀접한 연관을 맺고 있는데 Davison 과 Bray(1991)는 PEG 6000 –1.0 MPa에서 14일간 프 라이밍 처리한 다음 배를 배양하였을 때 무처리 종 자에서 발견되지 않던 5개의 복합 peptide결합을 발 견하여 단백질이 합성됨을 밝혔다. Fujikura 등(1993) 은 꽃양배추 종자를 PEG –1.5 MPa에 1주일간 처리 하였던 결과 유근의 선단에서 단백질 합성이 왕성하 며 단백질 합성능력을 나타낸다고 보고하였다. 특정 식물의 경우 특정 프라이밍 약제 종류와 농도에 대 해서만 종자의 발아율이 향상되어지는 것은 종자의 배를 둘러싸고 있는 조직층이 프라이밍 약제의 종류 및 농도를 선별적으로 투과시키는 것과 연관이 있으 며(McDonald, 2000), 이러한 조직층은 종자의 내부로 수분을 흡수시키는 반면 배(embryo)에서 종자 내부로 용질이 확산되어지는 것을 막는 기능을 수행하기 때 문이라고 사료 된다(Nerson and Govers, 1986).

    4.결 론

    백량금은 항산화, 미백, 효과를 가지고 있어서 향 후 화장품원료로서의 개발가치가 높은 관상수종이다. 이에, 백량금의 생물소재 확보를 위해 종자발아에 미 치는 초음파 처리와 프라이밍제의 영향을 확인하고자 본 연구를 수행하였다. 초음파처리를 통한 종자생존 측정방법은 정선된 종자를 0, 30, 60, 90, 120분 간 격으로 초음파처리를 하였고, 프라이밍제 처리는 200, 400 mM KNO3, 200, 400 mM, CaCl2, 200, 400 mM, NaCl, –0.5, –2.0 MPa PEG를 처리한 후 종자 생존을 측정하였다. 종자생존의 측정은 TTC test를 통하여 수행하였다. 발아 실험은 pearlite, peat moss, sand를 1:1:1로 혼합한 배양토에 파종한 다음, 4주 후 발아율을 조사하였다. 그 결과, 종자생존도는 30분 초음파처리구에서 90% 이상으로 가장 높았고, 120분 에서는 0%로 가장 낮았다. 프라이밍제 처리 시 종자 생존은 모든 처리구에서 80% 이상으로 높은 생존율 을 보였다. 백량금 종자의 발아는 파종 후 약 2주 후 부터 발아하였고, 30분간 초음파를 처리한 경우 뿌리 길이가 12.2 mm로 가장 높았다. 프라이밍 처리구에 서는 –0.5 MPa PEG처리구에서 92%의 높은 발아율 과 13.5 mm의 뿌리길이를 보였다. 위의 결과로 미루 어 초음파 처리로 종자 생존과 이에 따른 발아능력 향상에 영향을 주는 것으로 보여 지고, 프라이밍 처 리구 중 PEG는 다른 처리구보다 종자 발아에 효과 적이었다.

    Figure

    KJNC-8-1_F1.gif

    Collected area and habitate of A. crenata. A: Map of Jeju island (Red line was Andeok Gotchawal), B: A. crenata. plant.

    KJNC-8-1_F2.gif

    Seed viability test on ultra sound pre-treatment of A. crenata fully mature seed. A: Control, B: 30 min, C: 60 min, D: 120 min, scale bars = 25 mm.

    KJNC-8-1_F3.gif

    Seed viability test on priming pre-treatment and germination of Ardisia crenata Sims fully mature seed. A: embryo, B: –0.5 MPa PEG treatment (scale bar = 25 mm), C: Root germination of Ardisia crenata Sims fully mature seed on priming pre-treatment.

    Table

    Effect of ultra sound time on seed viability (TTC test) from A. crenata fully mature seed

    *Data are the means ± SD, of three experiments. Different alphabetical letters are significantly different according to Duncan's multiple range test at P < 0.05.

    Effect of priming on seed viability from A. crenata fully mature seed

    *Data are the means ± SD, of three experiments. Different alphabetical letters are significantly different according to Duncan's multiple range test at P < 0.05.

    Effect of ultra sound time on seed germination from A. crenata fully mature seed

    *Data are the means ± SD, of three experiments. Different alphabetical letters are significantly different according to Duncan's multiple range test at P < 0.05.

    Effect of priming on seed germination from A. crenata fully mature seed

    *Data are the means ± SD, of three experiments. Different alphabetical letters are significantly different according to Duncan's multiple range test at P < 0.05.

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