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난쟁이바위솔[(Meterostachys sikokiana (Makino) Nakai] 은 돌나물과(Crassulaceae)의 난쟁이바위솔속(Meterostachys) 에 속하는 다년생 초본이며, 주로 고산지역의 바위틈에서 자생한다. 1속 1종 식물로, 전 세계적으로 우리나라와 일 본에만 분포하고 있다(Park 2007).

난쟁이바위솔의 초장은 7 ~ 12cm이며 잎은 선형의 주 걱모양으로 다소 편평하고 다육질이다. 지면부에서 나는 잎은 윤생하고, 상부에서 나는 것은 호생하며 끝에 바늘 모양의 소돌기가 있다. 화기구조는 꽃잎이 5개로 피침형 이고 악편이 5개, 수술이 10개이며 2개의 선모가 나는 양성화이다. 꽃은 흰색 또는 연분홍색이고, 8 ~ 9월에 취 산화서로 핀다. 종자는 10월부터 난형의 골돌과로 성숙 한다(Lee 2003; Park 2007).

한국산 돌나물과의 다수종에 대한 화분분류학적 연구 에서, 난쟁이바위솔속은 바위솔속(Orostachys), 꿩의비름속 (Hylotelephium)과 함께 하나의 유집을 형성하며, 이들 속 간에는 분자적, 형태학적 유연관계가 매우 깊다(Sin et al. 2002). 또한 바위솔속에는 연화바위솔[(O. iwarenge (Makino) H. Hara)], 둥근바위솔[(O. malacophylla (Pall.) Fisch)], 바위솔[(O. japonica (Maxim.) A. Berger in Engl. & Prantl)] 및 좀바위솔[O. minuta (Kom.) A. Berger in Engl. & Prantl)] 등이 있는데, 생육 특성이나 자생지 환경, 화기구조의 형태가 난쟁이바위솔속과 매우 흡사하다(Park 2007).

일반인에게 잘 알려져 있는 바위솔속 식물은 지역적 환 경에 따른 잎의 형태나 색, 무늬 등의 변이가 발생하며 (Lee et al. 2001), 연화바위솔과 좀바위솔은 단수 후 60 일까지 생존이 가능하여(Suh et al. 2006), 건물 외벽이 나 옥상에서 관상가치가 높은 저관리형 조경소재로 활용 도가 크다. 바위솔속 식물의 재배 및 번식에 대한 연구 로는 바위솔과 태백둥근바위솔의 분화 재배 및 생장과 개 화에 미치는 암기중단 처리(Hong et al. 2006; Jeong et al. 2013; Lee et al. 2007)와 지리산바위솔과 제주연화바 위솔의 종자발아 연구(Kang et al. 2010) 등이 꾸준히 진 행되고 있다.

난쟁이바위솔은 식물구계학적 특정식물종 II 등급에 해 당하기 때문에 학술적, 생태적으로 희소성이 높아 가치 가 있는 식물(Ministry of Environment 2007)이다. 그러 나 현재까지 번식법이 개발되지 않은 상태이며, 야생에 서의 무분별한 남획으로 자생지가 훼손되고 일부만 사람 의 발길이 닿지 않는 지역에 남아 있어 충분한 개체확 보 및 채종이 매우 어려운 실정이다.

본 연구는 고소득 작물로 개발 가능성이 높은 난쟁이 바위솔의 체계적인 종자발아 연구를 통해 실생증식의 방 법을 확립하고자 시도되었다. 온도, 광 및 화학적 처리 를 통해 종자의 휴면타파, 발아조건 및 발아촉진법을 개 발함으로써 난쟁이바위솔을 보다 효율적으로 보존하고 원 예적 활용도를 높이기 위해 수행되었다.

재료 및 방법

종자의 특성 조사

난쟁이바위솔 종자는 2011년 9월 하순에 경기도 일대 에서 채종한 다음 실내에서 건조시키고 선별하였다. 정선 된 종자는 4℃의 저장고에서 silicagel(Mr. keeper, Sungel, Korea)을 이용하여 건조상태로 보관하면서 실험재료로 사 용하였다.

종자는 버니어 캘리퍼스(Digital vernier calipers, Color world, China)와 전자저울(IB-610S, Innotem, Korea)을 이 용하여 크기(width × length, mm)와 1,000립 중을 각각 10 반복으로 측정하였고, 열풍건조(70℃, 48 hrs)하여 수분함 량을 조사하였다.

난쟁이바위솔 종자를 7일 동안 침지처리 하면서, 수분 함량 대비 종자의 기간별 수분 함수율의 변화를 관찰 하였다. 종자를 5mL 마이크로튜브에 넣고 1차 증류수 20mL에 침지하여 4℃에 냉장보관 하였다. 이후 24시 간 간격으로 종자를 꺼내어 필터페이퍼(Advantec, Toyo, 90mm)로 종피에 묻은 수분을 제거하여 무게를 측정한 다 음 새 증류수로 침지하여 7일간 동일한 방법으로 조사 하였다. 모든 처리는 100립씩 4반복으로 수행하였으며, 함 수율은 아래의 식에 대입하여 기간별 변화를 그래프로 나 타내었다.

N N일차 수분 흡수율(%) = W N − D W W N × 100

W_N: N일자 평균 무게(mg), DW: 종자의 건조중량(mg)

발아조건 및 발아촉진법 구명

침지처리를 완료한 난쟁이바위솔 종자는 직경 8.9mm 의 일회용 페트리접시에 필터페이퍼 2매를 깔고, 처리별 로 치상한 다음 온도는 15, 20, 25, 30℃, 광은 형광등 을 이용한 명조건(1500 lux, 24 hrs 광조사)과 암조건으 로 달리한 발아상에서 발아율을 조사하였다.

발아율 향상을 위한 발아촉진 연구는 동일한 조건에서 저장중이던 종자를 사용하여 3개월 뒤 수행되었다. 화학 적 처리방법은 KNO₃(5, 10, 20, 40mM), GA₃(10, 50, 100mg • L⁻¹) 용액에 각각 1일간 침지처리하였으며, 무처 리구는 1차 증류수를 사용하였다. 처리가 끝난 종자는 1 차 증류수로 3회 세척하여 치상한 다음 20℃, 명조건에 서 발아경향을 분석하였다.

조사항목 및 방법

매 1일 간격으로 1mm 이상의 유근이 돌출된 종자를 발아종자로 간주하여, 최종 발아율(percent germination)과 파종 후 발아까지 소요되는 평균 일수를 평균발아일수 (mean germination time)를 나타냈다. 발아세(germination energy)는 파종 후 4일 내에 발아된 종자의 수를 전체 발아종자에 대한 비율과 파종한 종자의 발아율이 50%에 도달하는데 소요된 일수(T₅₀)로 나타내었다.

발아실험에서는 관수는 매일 필터페이퍼가 마르지 않 을 정도로 멸균한 1차 증류수로 수분을 공급하였고, 오 염이 발생한 페트리접시는 교체하였다.

종자의 관찰은 정밀광학 화상시스템(icamscope, Sometech inc. Korea)으로 촬영한 다음 IT Plus 4.0 software를 이용 하여 수행하였다. 모든 실험은 100립씩 4반복으로 수행 하였으며, SAS version 9.3(SAS institute Inc., Cary, NC, USA)의 Duncan’s multiple range test를 이용하여 p < 0.05 의 유의수준에서 통계분석 하였다.

결과 및 고찰

종자의 형태적 특성

난쟁이바위솔 종자의 크기는 1.10 0.21mm, 1,000립 중 은 469.0 ± 0.21mg이었으며, 수분함량은 8.8%였다. 종자 는 짙은 갈색이었으며, 타원형이고 주름이 있는 미세종 자였다(Fig. 1). 지리산바위솔(O. japonicus)과 제주연화바 위솔(O. iwarenge)의 종자는 갈색 또는 연한 갈색이며, 길이 0.77 ~ 1.00mm, 폭 0.25 ~ 0.37mm의 세로로 주름진 쌀알 형태였다(Kang et al. 2010). 본 실험재료인 난쟁이 바위솔 종자와 형태적으로 매우 유사하였으며, 이는 난쟁 이바위솔속과 바위솔속은 분자적, 형태학적 유연관계가 매 우 깊은 군(Sin et al. 2002)이기 때문으로 생각된다

종자가 수분을 충분히 흡수할 수 있는 적정 침지기간 을 구명하고자 기간별 수분 함수율을 조사한 결과, 난쟁 이바위솔 종자의 함수율은 24시간 후 8.8%에서 39.8% 로 급속히 증가하여 최대치를 보였다(Fig. 2). 그후 7일 간 비슷한 수준을 유지하였으므로, 난쟁이바위솔 종자의 침지처리는 24시간으로 충분하였으며, 종피에 의한 수분 흡수 장해는 없는 것으로 판단되었다. 종자 표면은 침지 처리에 의해 옅은 갈색으로 변하였고, 수분을 흡수하여 팽창되었다(Fig. 1).

발아조건 구명

24시간 침지처리한 난쟁이바위솔 종자를 사용하여 온 도 및 광조건을 달리한 발아상에서 발아율을 조사한 결 과, 20℃, 명조건에서 58.5%의 최고발아율을 보였으며, 암 조건에서도 20℃에서 17.8%로 가장 높았다(Fig. 3). 광 조건에 관계없이 20℃에서 발아율이 가장 높았으며, 25, 30℃에서는 발아가 억제되는 경향이었다. 또한 난쟁이바 위솔 종자는 명조건에서 암조건에 비해 모든 온도에서 발 아율이 우수하여, 종자번식을 위해서는 반드시 명조건에 파종하는 것이 효과적일 것으로 생각되었다. 발아율이 가 장 높았던 20℃, 명조건에서는 치상한 후 2일 만에 발 아가 진행되었으며, 25, 30℃에서는 3일 만에 발아가 개 시되었다. 비교적 저온인 15℃에서는 광조건에 관계없이 모두 발아율이 낮고, 발아개시일이 지연되었다. 발아된 난 쟁이바위솔 종자는 종피가 완전히 벗겨지면서 이후 불완 전한 유묘의 형태를 보였다(Fig. 4). 파종 5일차에는 자 엽이 벌어지고, 7일차에 완전히 전개되어 완전한 유묘를 관찰할 수 있었다.

유연관계가 가까운 지리산바위솔과 제주연화바위솔의 종 자를 유사한 조건에 파종하였을 때 10℃에서 발아율이 각 20, 80%로 가장 높았으며, 지리산바위솔은 10℃에서 만 발아가 되었고 제주연화바위솔은 15 ~ 25℃에서 전 혀 발아되지 않았다(Kang et al. 2010). 영동바위솔(O. japonicus)과 울산방어진바위솔(O. malacophyllus)도 10℃ 에서 최대 발아율을 보여(Kang et al. 2009), 25℃ 이상 의 고온에서 발아가 억제되는 것은 유사속에서 보이는 발 아특성이며, 종에 따라 다소 생태적 차이가 존재하는 것 으로 판단되었다.

발아 촉진법

난쟁이바위솔 종자는 20℃, 명조건에서 발아가 효과적 이었지만, 발아율이 58.5%로 다소 낮아 발아율 향상을 위 한 화학적 처리를 실시하였다. 종자에 KNO₃ 0, 5, 10, 20, 40mM을 각각 24시간 처리한 다음 20℃, 명조건에 서 발아를 유도하였다. 발아개시일은 모든 처리구에서 치 상한 다음 2일로 동일하였으며, 발아율은 모든 농도에서 무처리에 비해 향상되었다(Fig. 4). 특히 KNO₃ 5mM에 서 발아율이 81.3%로 가장 우수하였고 발아개시 후 6일 만에 발아가 종료되었다.

KNO₃를 이용한 priming은 자생식물인 가침박달(Lee et al. 2006), 잔대(Kim et al. 1996) 및 좁쌀풀(Lee et al. 2003) 종자에서 식물 종, 처리농도 및 처리기간 등에 따 라 발아촉진 효과의 차이가 있었다. 본 연구에서 난쟁이 바위솔 종자는 모든 농도의 KNO₃에서 발아율이 향상되 었지만, 적정 처리농도는 발아촉진 효과가 가장 우수하 였던 5mM인 것으로 판단되었다.

KNO₃ 처리에 따른 난쟁이바위솔 종자의 발아세(GE), 평 균발아일수(MGT), 최종 발아율(PG) 및 T₅₀을 조사한 결 과는 Table 1과 같다. 농도별로 차이는 있었으나, 모든 농도의 KNO₃에서 무처리구에 비해 발아세, 발아소요일 수 및 T₅₀이 우수하였다. 특히 발아율이 가장 높았던 KNO₃ 5mM에서 발아소요일수와 T₅₀이 각 2.11일, 1.8일로 가장 짧았다.

난쟁이바위솔 종자를 GA₃ 0, 10, 50, 100mg • L⁻¹에 24시간 침지하여 20℃, 명조건에서 발아율을 조사한 결 과는 Fig. 5와 같다. 무처리구에서는 발아율이 40.8%였 으며 최종발아까지 7일이 소요되었으나, GA₃ 처리 시 모 든 농도의 발아율이 99% 이상으로 매우 향상되었고, 파 종 후 5일만에 발아가 종료되어 발아소요일수도 단축되 었다. 또한 무처리와 KNO₃ 5mM 처리(81.3%)에 비해서 도 매우 우수한 발아촉진 효과를 보였다.6

GA₃ 처리는 저온 및 priming 처리를 대신하여 사용함 으로써 종자의 휴면을 타파하여 발아율을 향상시킬 수 있는 발아 촉진법으로 알려져 있다(Yoo et al. 1999). Kang et al.(2001)은 활나물 종자를 GA₃ 0.1mM에 12시 간 처리함으로써 종자 내에서 발생하는 휴면요인을 타파 시키고 발아를 촉진시킬 수 있었다. Abe et al.(1991)은 Primula 속 식물의 종자가 갖는 휴면의 원인을 내생 GA 의 부족이라 하였으며, Song and Lee(2002)는 동속 자 생식물인 앵초(P. sieboldi) 종자에 GA를 인위적으로 처 리함으로써 휴면이 타파되고 발아가 진행되었다고 보고 하였다. 그러므로 내생 GA의 부족에 따른 생리적인 휴 면을 타파시키기 위해서는 반드시 인위적인 GA 처리가 필요할 것으로 생각된다.

난쟁이바위솔속은 바위솔속, 꿩의비름속과 함께 분자 적, 형태학적 유연관계가 매우 깊은 군이며(Sin et al. 2002), 또한 바위솔속 식물은 생육 특성이나 자생지 환 경, 화기구조의 형태가 난쟁이바위솔속과 매우 흡사하다 (Park 2007). 본 연구에서 난쟁이바위솔 종자는 침지처리 를 통해 수분흡수가 원활하였고, GA₃를 처리하지 않은 조건에서도 발아가 진행되었다. Kang et al.(2009, 2010) 의 연구에서 자생 바위솔속 4종의 종자를 채종 후 별다 른 처리없이 직파하였을 때, 모든 종자에서 발아가 진행 되었으므로 난쟁이바위솔 종자는 유연관계가 가까운 식 물군인 바위솔속 종자가 공통적으로 갖는 얕은 생리적 휴 면 또는 휴면하지 않는 종자(Non-dormancy)로 생각되 었다. 또한 난쟁이바위솔 종자는 내생 GA의 부족이나 수 분흡수 장해에 따른 내적, 물리적 휴면을 하지 않으며, 종자 내 GA₃의 함량을 인위적으로 증가시킴으로써(Suh 1997) 발아촉진 효과가 발생한 것으로 판단된다. 한편 Fig. 3의 20℃, 명조건과 Fig. 4의 무처리구는 동일한 발 아조건임에도 불구하고 발아율이 크게 감소하였는데(Fig. 3, 4), 이는 두 실험이 동일한 시기에 수행되지 않았으 며, 종자는 저온 건조 저장기간 동안 의한 발아력이 크 게 감소하는 것으로 판단되었다. 따라서 종자의 발아력 을 장기간 유지할 수 있는 저장조건 및 방법에 대한 추 가 연구가 필요할 것으로 생각되며, GA₃ 처리는 난쟁이 바위솔 종자의 감소한 발아력을 효과적으로 향상시킬 수 있는 화학적 처리방법으로 판단되었다.

GA₃를 농도별로 처리하였을 때, 종자의 발아세는 모든 농도에서 100.0으로 무처리구와 KNO₃에 비해 월등히 우 수하였다(Table 2). 또한 평균발아일수도 모든 농도의 GA₃에서 1.72 ~ 1.73일로 짧았으며, 무처리구가 4.31일인 것에 비해 발아소요일수가 매우 단축된 것을 확인할 수 있었다. 파종한 종자의 50%가 발아하는데 소요되는 일 수(T₅₀)도 농도에 관계없이 GA₃에서 1.0일로 매우 짧았 으며, 무처리구에 비해 5일을 단축시킬 수 있었으므로 난 쟁이바위솔 종자의 발아촉진에는 GA₃가 매우 효과적인 것으로 판단되었다.

초 록

본 연구는 식물구계학적 특정식물종 II급에 해당하는 난 쟁이바위솔의 종자 번식법 개발을 위해 수행되었다. 종 자의 형태적 특성은 크기가 1.10 × 0.21mm, 1,000립 중 이 496.0 ± 0.21mg인 갈색의 미립종자였다. 종자의 함수 율은 24시간 만에 8.8%에서 39.8%로 급속히 증가하여 최대함수율을 보였다. 온도 및 광조건에 따른 발아율은 20℃, 명조건에서 가장 높았으며, GA₃와 KNO₃용액에 24 시간 처리함으로써 발아율과 발아세가 매우 향상되었다. 특히 GA₃ 처리구는 10 ~ 100mg • L⁻¹의 농도에서 발아율이 99.0% 이상으로 매우 우수였으며, KNO₃는 5mM 처리구 에서 발아율이 81.3%로 가장 높았다.

추가 주요어:

GA₃, KNO₃, Metetostachys 속, 종자번식, 수분흡수