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수국(Hydrangea) 속에는 100가지의 종이 포함되어 있으며, 그 중 Hydrangea macrophylla는 원산지가 일본 혼슈섬의 태 평양 연안으로, 절화와 정원용으로 전세계적으로 사용되며 500 개가 넘는 다양한 품종이 등록되어 있다. 수국은 목질계 다년 생 식물이며, 키는 1~2m까지 자라고, 꽃의 색깔은 흰색, 분홍 색, 파랑색, 보라색으로 다양하며 이는 토양의 pH에 따라 변 하기도 한다(Dole and Wilkins 2004). 수국의 잎에는 항균성 (Yang and Gong 2002)과 항말라리아성(Kamei et al. 2000), 항알레르기성(Matsuda et al. 1998), 항당뇨성(Zhang et al. 2007)을 나타내는 물질들도 함유하고 있어 관상용뿐 아니라 약재로도 사용될 수 있다.

수국의 생육 특성상 수분에 민감한 특성이 있어 물이 부족 할 시 금방 시드는 특징이 있으며, 이로 인해 수국 생산 시 식 물이 수분을 필요로 할 때 상시 수분 공급이 가능한 자동관수 시스템 이용이 권장되고 있다(Dole and Wilkins 2004). 수국 은 자연 상태에서는 6~8월에 영양생장을 하고, 주변 온도가 낮아지면 생장을 멈추고 저온의 겨울을 난 후 화아분화가 되 어 다음 해 6월 말에 꽃이 핀다. 다양한 시기에 수국을 생산하 기 위해서는 여름철에 충분히 영양 생장을 한 후에 15~18°C에 서 개화를 개시하고, 2달 정도 5~10°C의 저온 환경과 암조건 을 만들어주어 휴면 시기를 갖는다(Nordli et al. 2011). 이후 에 3개월 정도 촉성 재배를 하면 원래 여름에만 생산이 가능 한 수국을 1월에서 6월까지 생산할 수 있게 되며, 이러한 재 배방법을 이용하여 현재 주년생산이 가능한 품목으로 시장에 연중 출하되고 있다(Nau 2011).

수국 속(Hydrangea spp.) 식물 중에는 등수국(H. petiolaris) 과 떡갈잎수국(H. quercifolia)처럼 각각 취목과 종자번식으로 도 번식이 잘 되는 종이 있고, 조직배양으로도 번식이 가능하 나 대부분의 관상용 수국 종은 삽목으로 번식된다(Hartmann et al. 2011). 수국 삽목에는 다양한 요인이 영향을 끼치는데, 자생 산수국(H. serrata)의 녹지삽 조건을 찾는 기존 연구에서 는 엽수가 0개, 1개, 반엽 2개, 본엽 2개인 삽수를 비교하였을 때 엽수가 2개일 때 발근율과 생존율이 각각 93.3%와 80.0%으 로 가장 높다는 결과를 보였고(Lee et al. 2009), 2000mg･L^-1의 IBA 용액에 3초간 침지하였을 때 수국 삽수가 100% 발근되었 고 뿌리 생육도 좋았다(Ryu et al. 2010).

일반적으로 토양의 수분 부족으로 인한 수분 포텐셜의 감소 는 수국을 비롯한 여러 식물의 생장을 감소시키며(Mudge et al. 1995), 수분 포텐셜을 조절하는 환경조건인 토양 수분 조 건은 삽목과 같은 번식에서도 많은 영향을 미친다. 일반적으 로 삽수의 엽면적이 넓을 때는 많은 양의 물이 증산을 통해 빠져나가므로 공중습도 및 수분 관리가 매우 중요하다. 수국 의 생육시에 수분 스트레스를 받으면 잎과 꽃의 바깥쪽 부분 이 괴사하지만, 지나친 물의 양은 뿌리 생장에 좋지 않다 (Dole and Wilkins 2004). 수국의 삽목에 대한 많은 선행연구 가 있지만 상토의 수분 함량이 수국 삽목에 미치는 영향에 관 한 연구는 미비한 실정이다.

최근 센서 및 컴퓨터 기술의 발달로 인하여 토양 및 상토의 용적수분함량(substrate volumetric water content)을 실시간 으로 측정하고, 이를 통하여 관수 및 관비를 제어하여 토양 수 분함량을 유지시켜 줄 수 있는 기술들이 개발 되었으며(Kim 2014), 이를 통하여 작물들의 최적 생육을 위한 토양/상토 수 분 함량 조건을 찾는 연구가 가능하게 되었다. 따라서 본 연 구는 수국 삽목시 삽목용토의 용적수분함량이 삽수 발근과 생 장에 미치는 영향을 알아보고 시간에 따라서 변화하는 부정근 생성의 양상을 규명하고자 수행하였다.

재료 및 방법

식물 재료

본 실험에 사용한 식물 재료는 Hydrangea macrophylla ‘Early Rose’이며 2016년 7월 28일 경기도 고양시에 위치한 수국 농장에서 삽수를 채취하였다. 채취한 삽수는 수분손실 을 방지하기 위해 스티로폼 용기에 담아 실험실로 옮겨 4°C 에 냉장보관 후 삽수 채취 다음 날 오전에 삽목하였다. 삽수 의 길이는 1cm 미만이고, 부착된 엽수는 2개였다. 삽수 정단 부는 제거하였으며 증산을 억제하기 위해 모든 삽수의 잎을 약 1cm²씩 남기고 전정가위로 잘라냈다. 삽수의 절단부위를 2500mg･L^-1 IBA 용액에 순간침지한 후 피트모스(Professional mix, Solvika, Lithuania)를 담은 플라스틱 용기(가로 20cm × 세로 15cm × 높이 6cm)에 9개체씩 삽목하였다.

삽목용 상토의 용적수분함량 처리 및 생육측정

실험은 2016년 7월 29일부터 9주간 서울 안암동에 위치한 고려대학교 유리 온실에서 실시하였다. 실험기간 동안의 온실 내의 온도와 습도 환경은 각각 28.0±4.2°C와 56.8±12.7%이었 으며, 일일적산광량(daily light integral, DLI)은 평균 5.72± 1.9mol･m-2 ･d-1였다. 삽목용 상토의 용적수분함량(θ, v/v)이 수국 삽수의 발근과 생장에 미치는 영향을 알아보기 위하여 상토의 용적수분함량을 각각 0.2(≈-60 kPa), 0.3(≈-25 kPa), 0.4(≈-10 kPa), 0.5(≈-6.7 kPa)m³ ･m^-3의 4수준으로 처리하 여, 건조한 수준부터 습한 수준까지를 포함하도록 설정하였 다. 시간에 따른 수국 삽목의 발근과 생장의 변화를 알기 위 하여 실험 시작일로부터 3, 6, 9주 후에 생존률, 발근률, 근장, 생체중, 건물중과 새로운 잎의 유무를 측정하였다. 생존률의 경우 삽수의 줄기가 고사하지 않고 녹색을 띄는 것을 생존한 것으로 하였고, 발근률에 있어서는 2mm 이상 자란 뿌리만을 발근된 것으로 하여 조사하였다. 생존률과 발근률은 실험 용 기에 삽목된 삽수의 개수에 대한 생존 또는 발근한 삽수의 개 수의 백분율로 측정하였으며, 근장은 가장 긴 뿌리의 길이를 측정하였다.

용적수분함량 제어를 위한 자동관수시스템

본 실험에서는 FDR(frequency domain reflectometry) 방식 의 토양수분센서를 이용한 자동관수시스템(Nemali and van Iersel, 2006)을 변형하여 사용하였다. 16개의 토양수분센서 (EC-5; Decagon Devices, Pulman, WA, USA)를 9주차에 수확 할 16개의 삽목 용기에 각각 삽입하였고, 모든 토양수분센서는 multiplexer(AM16/32B; Campbell Scientific, Logan, UT, USA) 를 통하여 데이터로거(CR1000; Campbell Scientific)에 연결 하였다. 데이터로거에 relay driver(SDM-16AC/DC; Campbell Scientific)를 연결하여 토양수분센서를 통해 측정된 용적수분 함량이 설정된 값(θ = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5m³ ･m^-3)보다 낮아졌을 때 관수라인이 연결된 전자밸브를 열어서 용기 내에 삽입되어 있는 점적관을 통해 관수하도록 하여 설정된 용적수분함량을 지속적으로 유지하도록 하였다. 삽목 후 실험 기간 동안 용기 내 용적수분함량은 설정된 값에 맞게 유지되었다(Fig. 1).

실험 설계 및 통계분석

본 실험은 4개의 처리를 4반복으로 하여 난괴법(randomized complete block design)으로 배치하였으며, 삽목 3, 6, 9주 후 시기에 따른 분석을 위하여 각 처리 반복마다 3개의 플라스 틱 용기를 이용하여 진행하였다. 각 플라스틱 용기에는 9개의 삽수를(가로 3개 × 세로 3개) 같은 간격으로 식재하였다. 실 험결과의 분석은 통계분석용 프로그램 SAS(SAS 9 .3, SAS Institute, Cary, NC, USA)를 이용하여 이원분산분석과 반복측 정분석(repeated measurement)을 하였으며, 사후검정으로는 Duncan 다중검정(Duncan’s Multiple Range Test)을 통하여 5% 유의수준에서 각 처리구 평균간의 유의성을 검증하였다.

결과 및 고찰

생존 및 발근에 대한 용적수분함량의 효과

수국의 삽목시 상토의 용적수분함량 처리(θ = 0.2, 0.3, 0.4, 0.5m³ ･m^-3)와 삽목 후 소요시간에 따라 수국 삽수의 생존률과 발근률에 유의한 차이가 나타났다. 수국 삽목 3, 6, 9주 후에 모두 0.5m³ ･m^-3 처리구에서 생존률이 가장 높았으나, 삽목 후 3, 6, 9주가 지났을 때 각각 72.2, 63.9, 52.8%로 시간이 지남 에 따라 생존률이 감소하였다(Fig. 2). 0.4m³ ･m^-3 처리구에서 도 시간이 지남에 따라 생존률의 수치는 12.9%에서 2.8%로 감소하였지만 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 수국 삽목 9 주 후 0.2, 0.3m³ ･m^-3 처리구에서의 생존률은 0%였으며, 0.4, 0.5m³ ･m^-3 처리구에서는 각각 2.8, 52.8%으로 나타났으나, 0.5m³ ･m^-3 처리구에서만 생존률이 가장 높고, 나머지 처리구 에서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다(Fig. 2).

발근률에서는 수국 삽목 3주 후에 처리구간에 유의한 차이 가 없었으나 6, 9주 후에는 0.5m³ ･m^-3 처리구에서 가장 높았 다(Fig. 2). 0.5m³ ･m^-3 처리구에서 삽목 후 3, 6, 9주가 지났 을 때 발근률은 각각 16.7, 52.8, 50.0%로 삽목 6주까지는 발 근률이 증가하였지만, 6주 이후에는 더 이상 발근률이 증가하 지 않았다. 0.4m³ ･m^-3 처리구에서도 시간이 지남에 따라 각 각 5.6, 2.8, 2.8%의 발근률을 보였으나 모든 시간대에서 발 근률이 0%인 0.2, 0.3m³ ･m^-3 처리구와 유의한 차이가 없었다 (Fig. 2).

수국 삽목 3주 후에는 처리별 발근률의 차이가 나타나지 않 았고, 6주 이후에는 더 이상 발근률이 증가하지 않는 결과는 수국 삽목의 발근에는 4~5주 정도가 소요된다는(Dole and Wilkins 2004) 기존 연구와 일치하며, 시간에 따른 발근률의 변화를 관찰하기 위하여 6주 이하의 기간으로 충분할 것으로 나타났다. 삽목 9주 후 0.5m³ ･m^-3의 상토 용적수분함량 처리 에서는 50% 이상의 수국 삽수가 생존 또는 발근하였지만, 0.4m³ ･m^-3 처리구에서는 단 한 개의 삽수만이 생존했고, 0.2 와 0.3m³ ･m^-3 처리구에서는 생존한 삽수가 전혀 없었다. 수국 삽수는 20℃에서 생존률이 우수하고(Ro et al. 2008), 발근을 위하여 90% 이상의 습도가 필요하지만(Lee et al. 2001) 수국 삽목이 진행된 해당 시기의 온실 내 평균 온도와 습도는 각각 28.0±4.2°C와 56.8±12.7%이었다. 그럼에도 불구하고, 본 실 험에서 나타난 결과에서는 삽목 후 시간과 삽목용 상토의 용 적수분함량에 따라서 발근률과 생존률에 통계적으로 유의한 차이가 나타났으며, 추후 삽목을 위한 최적 지상부 환경에서 의 수국 삽목을 위한 최적 용적 수분 함량을 알기 위해서는 적절한 지상부 환경(광도 및 온습도)의 재설정을 통한 추가적 인 실험이 뒷받침되어야 할 것으로 판단된다. Fig. 3

발근 정도와 생육에 대한 용적수분함량의 효과

수국 삽목 9주 후 0.4와 0.5m³ ･m^-3 처리에서 지하부 생체중 과 지하부 건물중에는 유의한 차이가 없었고, 0.5m³ ･m^-3 처리 에서 수국 삽목 후 6, 9주 사이에서도 유의한 차이가 없었다 (Fig. 4). 근장도 마찬가지로 모든 시기에서 처리구간의 차이 는 없었으나, 0.5m³ ･m^-3 처리에서만 시간이 지남에 따라 근장 이 증가하였다(Fig. 4). 또한 생장 지표의 하나로 새로 난 잎 의 유무를 측정하였는데, 이는 각 실험 용기 내 삽목 된 9개 의 삽수 중에서 실험 시작 시에는 존재하지 않던 새로운 잎 조직이 발생한 삽수의 개수를 의미한다. 잎이 새로 난 삽수의 개수는 시간에 따라 증가하지 않았지만, 삽목 9주 후 0 .4, 0.5m³ ･m^-3 처리에서 각각 0.25개와 2.75개로 처리에 따른 유 의한 차이를 보였다. 지하부 생체중과 건물중, 그리고 근장은 상토의 용적수분함량 처리에 따른 영향을 받지 않은 것으로 보이지만, 상토용적수분함량 0.4m³ ･m^-3 이상의 처리구에서만 생존하였으므로 용적수분함량이 지하부의 생장에 중요한 환 경요인임을 알 수 있었다.

0.4m³ ･m^-3 처리구에서 삽목 6, 9주 이후에 생존한 삽수가 적었기 때문에 처리에 따른 뿌리 생육 및 지상부 생장에 대한 영향을 정확히 파악할 수 없었다. 삽목 6주 후 0.4m³ ･m^-3 처 리구에서 근장에 대한 생장 지표는 존재하지만, 지하부 생체 중와 건물중이 존재하지 않는 이유는 삽수의 지하부 생장이 저조하여 무게 측정이 어려웠기 때문이다. 0.5m³ ･m^-3 처리에 서는 충분한 토양 수분 함량으로 인하여 시간이 지남에 따라 지하부의 생장이 지속적으로 이루어져 근장이 증가한 것으로 나타났다. 새로운 잎의 발생에 필요한 충분한 기간 동안 실험 했다면 처리에 대한 효과뿐만 아니라 시간에 따른 삽수의 생 장 변화 또한 나타났을 것으로 판단된다.

수국 삽목은 일반적으로 온도 유지와 증산작용 억제를 위한 적절한 차광이 필요하지만(Dole and Wilkins 2004), 본 실험 에서는 이와 같은 환경 조절이 되지 않은 상황에서 진행되었 다. 따라서 대부분의 0.2 및 0.3m³ ･m^-3 처리구의 삽수가 실험 초기에 고온 건조 피해를 받아 고사하는 결과가 나타났다.

그러나 이러한 환경에도 불구하고 0.5m³ ･m^-3 처리구에서 상대적으로 높은 생존률과 발근률을 보여 처리구 별 효과뿐만 아니라 시기에 따른 삽수의 발근 및 생장의 변화 또한 관찰할 수 있었다. 실제 수국 생산 농가에서는 일반적으로 90% 이상 의 습도와 높은 차광 환경 하에서 삽목을 실시하는데, 습도와 광을 전혀 조절하지 않은 환경에서도 상대적으로 높은 수준의 삽목 결과를 보인 것은 본 실험에서 사용한 토양수분센서를 이용한 자동관수시스템을 통하여 지속적인 토양 공급이 가능 하였기 때문인 것으로 판단된다. 본 실험은 이와 같은 자동관 수 시스템을 통해 수국 삽목에 가장 중요하게 영향을 미치는 것으로 알려진 수분 환경을 정량화하여 조절하였다는데 의의 가 있으며, 이후에 실제로 수국 삽목을 실시하는 농가의 환경 과 유사하게 근권부 온도, 습도, 그리고 차광 정도를 조절하 고, 0.5m³ ･m^-3 이상의 높은 용적수분함량 수준을 포함하는 범 위로 처리하여 추가적인 실험을 수행한다면, 수국 삽목을 위 한 최적 용적수분함량을 좀 더 정확하게 파악할 수 있고 과습 에 의한 피해를 방지하는 방법 또한 제시할 수 있을 것으로 기대된다.