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최근 생물다양성과 생물유전자원의 가치를 높게 평가함에 따라 이들의 상업적 이용을 통한 국가 경제발전에 많은 국가 들이 주목하고 관련 산업이 빠르게 발전하고 있다(Hong et al. 2013). 특히, 나고야 의정서가 발효됨에 따라 자생식물을 개발하여 산업화하기 위한 움직임이 점차 증가하고 있다.
국내의 절화류 재배면적은 2016년 1,364 ha, 생산액은 177,350 백만 원으로 전체 화훼 재배면적과 생산액의 각각 25.4%와 31.6%를 차지하고 있다(MAFRA 2017). 하지만 우리 나라에서 절화 소재로 쓰이는 식물은 한정적이며, 특히 절화 로 이용되는 자생식물의 비율은 매우 낮은 실정이다. 그러므 로 생물유전자원 활용성 증대를 위하여, 새로운 자생식물 자 원을 발굴하고 개발하여 적극적으로 활용할 필요가 있다.
암대극(Euphorbia jolkinii Boiss.)은 우리나라 남해안과 제 주도 해안가의 암석지대에 자생하는 대극과의 다년생 초본으 로 갯바위대극이라고도 불린다. 줄기는 붉은 빛이 돌며 80cm 까지 생장하고 잎은 어긋나있다. 꽃은 3~5월에 황록색의 배상 꽃차례로 피며 열매는 삭과로 표면에 돌기가 있고 흑갈색의 둥근 종자를 가지고 있다(KBIS 2018). 특히 개화기간이 약 2 개월 가량 지속되기 때문에 관상식물로서 개발 가치가 크다. Euphorbia속 식물은 암대극 외에도 대극, 흰대극, 붉은대극, 두메대극, 등대풀 등이 있으며 이전 연구에서는 한국산 붉은 대극의 형태 특성 연구(Jang et al. 2011), 한국산 대극속의 분 류학적 연구(Chung et al. 2002; Ji and Oh 2009) 등이 수행된 바 있다. 또한, 항산화 및 항균활성 평가를 위한 추출물 분석 에 관한 연구(Kim et al. 2006)가 진행되었으나 관상용으로 활 용하기 위한 연구는 거의 수행된 바 없다.
절화수명은 종이나 품종, 식물체 내의 영양 상태 및 수확 후 관리 요령 등에 따라 크게 달라지게 된다(Byun et al. 2009; Kwon and Kim 2000; Reid et al. 1980; Swart 1980). 절화는 수확 이후에 뿌리로부터 공급되는 양분과 수분, 하위 엽에서 제공되는 탄수화물과 호르몬 공급이 중단되고, 외부의 부적절 한 환경에 노출되면서 수확 후 극심한 스트레스를 받게 되는 데(Byoun 2002), 이러한 스트레스는 절화수명에 많은 영향을 미친다. 또한, 장미, 국화 등 국내 주요 절화를 대상으로 한 컨 조인트 분석 결과에 따르면 종마다 화색, 화형과 같은 부분가 치 중요도는 다르지만 소비자에게는 공통적으로 절화수명이 중요하다는 것이 밝혀졌다(Kim et al. 2017; Lim et al. 2014). 절화수명과 관련된 연구는 주로 절화수명의 연장을 위하여 습 도, 광 등의 보존환경과 영양상태에 관한 연구(In et al. 2016; Lim et al. 2017; Reid et al. 1980), 박테리아나 세균 번식의 완화에 관한 연구(Macnish et al. 2008; van Doorn et al. 1986), 에틸렌 등 유해물질들의 분비로 인한 노화의 가속화 등 의 악영향을 방지하거나 완화에 관련된 연구(In and Lim 2018; Kim et al. 1994) 등이 진행되어 왔다. 또한, 절화 품질 을 향상시키기 위한 절화수명 연장제로서 살균제, sucrose, 전 처리 또는 보존용액(Crysal RVB, 8-HQS, NaOCl 등)을 이용한 보고들이 있다(Doi and Reid 1995; Ha et al. 2017; Juang et al. 2001; Ku et al. 2014; Lee et al. 2011; Son et al. 1995).
본 연구에서는 기존에 재배화되지 않았던 암대극을 새로운 관상식물(new ornamental crops)로 개발하고자 우선적으로 절화 특성에 대한 평가를 실시하였다. 특히, 실험 환경, 절화 길이, sucrose 농도, pH, 온도에 따른 절화수명을 조사하였다.
재료 및 방법
실험 환경에 따른 특성 평가
본 연구에 사용된 암대극 절화는 경기도 양평군 소재의 국립수 목원 유용식물증식센터 부속온실에서 보존하고 있던 모체로부 터 3월 3일 수확하였다. 줄기를 40㎝ 길이로 자른 다음 유리용기 안에 들어갈 줄기 부분의 잎을 제거하였고 1차 증류수 800mL를 채운 뒤 파라필름(Parafilm, Bemis, WI, USA)으로 입구를 막고 줄기가 들어갈 정도의 작은 구멍을 내어 꽂았다. 일반적으로 식물 재배생리 실험에서 사용되는 환경과 사무실과 유사한 환경 조건에서의 절화수명을 평가하고자 유용식물증식센터의 phyto-garden system(Work-in chamber, Dooyoung ensys, Goyang, Korea)과 실험실로 나누어 실험하였다. 5개체씩 완전임 의배치하여 2~3일 간격으로 수분흡수량과 절화수명을 측정하고 노화 과정을 관찰하였다. Phyto-garden system의 환경은 광도 296μmol·m-2·s-1(Top view type SMD LED, LG Innotek, Seoul, Korea), 온도 25℃, 습도 70% RH였다. 실험실의 환경은 광도 8μmol·m-2·s-1(Fluorescent lamp, Osram, Ansan, Korea), 온도 23℃, 습도 44% RH였다. 각 실험 장소의 일장은 12h/12h로 설정하였다. 수분흡수량은 절화 무게를 제외한 전일 유리병 무게 에서 당일 유리병 무게를 뺀 차로 나타내었다(He et al. 2006).
절화길이에 따른 영향
2017년 3월 28일 제주도의 자생지에서 채취한 절화를 20 ㎝와 40㎝ 길이로 자르고 50mL 1차 증류수가 채워진 삼각 플라스크에 꽂아 실험하였다. 실험은 실험실 내에서 수행하 였고, 환경은 광도 8μmol·m-2·s-1(Fluorescent lamp, Osram, Ansan, Korea), 온도 23℃, 습도 44% RH였다. 처리당 5개체 씩 완전임의배치하여 2~3일 간격으로 수분흡수량, 생체중, 절 화수명을 관찰하였다. 상대 생체중은 2~3일 간격으로 측정한 생체중에 대한 초기생체중의 백분율로 나타내었다(Choi et al. 2013).
Sucrose 농도에 따른 영향
2017년 3월 28일 제주도에서 수확한 절화를 40㎝ 길이로 자르고 sucrose(Sucrose, Duchefa biochemie, Haarlem, Netherlands) 0, 0.5, 1, 2, 3% 용액을 400mL씩 분주한 유리용기에 꽂았다. 실험은 실험실 내에서 수행하였고, 환경은 절화길이 실험과 같았 다. 처리당 5개체씩 완전임의배치하여 2~3일 간격으로 수분흡수 량, 생체중, 절화수명을 관찰하였다.
pH에 따른 영향
2017년 4월 18일 제주도에서 수확한 절화를 20㎝ 길이로 자르고 pH 5, 6, 7, 증류수(pH 6.5)가 든 삼각플라스크에 꽂 았다. 실험은 실험실 내에서 수행하였고, 환경은 절화길이 실 험과 같았다. 처리당 10개체씩 완전임의배치하여 2~3일 간격 으로 수분흡수량, 생체중, 절화수명을 관찰하였다. pH 조절은 Hcl(Hydrogen chloride, Daejungchem, Siheung, Korea)과 NaOH(Sodium hydroxide, Daejungchem, Siheung, Korea)로 조절하였다.
저장온도에 따른 영향
2017년 4월 18일 제주도에서 수확한 절화를 20㎝ 길이로 자르 고 증류수가 채워진 삼각플라스크에 꽂았다. 4, 10, 15, 20℃로 유지되는 growth chamber와 실험실 내에서 수행하였고 광도는 4, 10, 15, 20℃에서 각각 13.0, 14.5, 9.0, 17.0μmol·m-2·s-1이 었으며, 광원은 삼파장등(Three wave lamp, Islighting, Anyang, Korea)과 형광등(Fluorescent lamp, Osram, Ansan, Korea)을 사용하였다. 실험실 내의 광도는 8μmol·m-2·s-1(Fluorescent lamp, Osram, Ansan, Korea), 온도 23℃, 습도 44% RH였고 일장은 12h/12h였다. 실험은 처리당 10개체씩 완전임의배치하여 2~3일 간격으로 수분흡수량, 생체중, 절화수명을 관찰하였다.
통계처리
실험 결과는 SAS 9.4 (SAS Inst. Inc., Cary, NC. USA)를 이용 하여 분산분석(ANOVA)을 하였고, 처리 평균간의 통계적인 유의 성은 Student’s t-test(p≤0.05)와 Tukey’s honestly significant difference test (p≤0.05)를 사용하여 비교하였다. 그래프는 Sigma plot system(version 10.0; Systat Software, Inc., IL, USA) 을 이용하여 제시하였다.
결과 및 고찰
실험 환경에 따른 특성 평가
암대극의 화기는 꽃잎처럼 생긴 포엽(bract)과 암술과 수술이 있는 소화(floret)로 구성되어 있는데 이것을 cyathium이라고 한다 (Fig. 1A). Cyathium 중심에 소화가 있고 그 아래에 4장의 포엽이 위치하며, 소화를 중심으로 양쪽에 또 다른 cyathium이 형성되기 도 한다. 또한, 암대극의 노화는 cyathium의 소화 또는 포엽이 2개 이상 마르거나(Fig. 1B, 1C) 갈변현상을 보인 후(Fig. 1D) 시듦 현상이 가속화되는 것으로 보아 이 시점을 절화수명의 기준으 로 설정하여 이후의 실험에 적용하였다. 두 처리구 모두 측정 3일째에 관상기간 중 가장 많은 양의 수분을 흡수하였다가 6일째부 터는 흡수량이 줄어들었다(Fig. 2A). 또한, phyto-garden system 보다 실온에 둔 실험구에서 수분을 더 많이 흡수하였는데, 이는 phyto-garden system 보다 실온의 습도가 낮았기 때문에 절화 또한 많은 수분이 필요했을 것으로 판단된다. 절화수명의 경우, 실온(14.4일) 보다 phyto-garden system(42.4일)의 수명이 약 3배 더 길었다(Fig. 2B, Fig. 3). Mortensen and Fjeld(1998)의 연구에 따르면 습도가 낮은 실내 환경 조건에서 기공의 기능이 저하되면 절화의 목 굽음 현상과 잎 마름 현상이 빨리 발생한다고 하였다. 하지만 In et al.(2016)은 겨울철의 습도가 높고 포화수증 기압이 낮은 환경에서 장미를 재배하면 기공의 능력이 감소하였 고, 수확 후에는 잎의 증산이 활발해져 절화수명이 감소한다고 하여 암대극과는 상반된 결과를 보였다. 본 연구에서는 실험 환경에 따라 광도의 차이도 있었는데 phyto-garden system이 실험실 내의 광도보다 288μmol·m-2·s-1 더 밝았다. Campanula medium의 수확 후 환경 조건 중 낮은 광도보다 높은 광도에서 화색이 진해지고 어두워졌다고 하였는데(Bosma and Dole 2002) 이것은 실험실 내보다 phyto-garden system에 배치한 암대극의 포엽이 더 진해진 것과 일치하는 결과였다. van Doorn and Vojinovic(1996)은 낮은 광도에서 꽃잎 탈리 현상 더 많이 일어났 다고 하였다. 꽃잎 탈리 현상은 절화수명과도 밀접한 관련이 있는데 이는 상대적으로 낮은 광도 조건이었던 실험실 내의 절화수 명이 짧았던 것과 유사하였다.
절화길이에 따른 영향
수분흡수량에서 두 처리구 모두 처리 3일까지는 증가하다가 이후부터는 점차 감소하였고 40cm 절화길이로 자른 것이 20cm 절화길이보다 많은 수분을 흡수하였다(Fig. 4A). 생체중도 3일 째까지 증가하다가 3일 이후 감소하였고, 20cm 절화길이는 처 리 9~12일 사이, 40cm 절화길이는 15~18일 사이, 처리 초기의 생체중보다 감소하기 시작하였다(Fig. 4B). 그리고 40cm 보다 20cm의 절화길이에서 기간이 지날수록 생체중이 더 급격히 감 소하였다. 절화수명은 20cm에서 15.2일, 40cm에서 17.4일로 40cm로 자른 것이 약 2.2일 더 길었다(Fig. 4C, Fig. 5). 따라서 생체중이 증가하다가 처리 초기 무게 수준으로 감소하는 시점 전후에 절화수명이 다하는 것으로 판단된다. 꽃대의 길이는 실 용적 측면에서 고려할 사항 중 하나이며, 대부분의 플로리스트 는 절화길이가 긴 것을 더 선호한다(Starman et al. 1995). 또한, 꽃의 다른 특성이 두드러지지 않을 경우, 절화길이는 41cm이상 이어야 시장성을 갖출 수 있다고 하였다(Barr 1992). 본 실험에 서는 40cm 보다 20cm 절화에서 생체중 감소가 급격하게 나타났 다. 거베라의 경우, 절화에서 생체중 변화는 수분흡수와 증산의 영향으로 변하며, 생체중의 감소가 큰 경우 절화수명이 짧다고 한 결과와 일치하였다(Kim et al. 2004).
Sucrose 농도에 따른 영향
수분흡수량을 측정한 3일 째에 모든 처리구에서 최대 수분 흡수량을 보이다가 처리 3일 이후부터 급격히 감소하였고 6일 째부터 종료일까지는 흡수량의 변화는 거의 없었다(Fig. 6A). 무처리구와 0.5%에서 처리 3일째 수분흡수량이 다른 처리구 보다 증가하였는데, 무처리구에서는 처리기간동안 흡수량이 지속적으로 높게 나타났다. 0.5% 처리구의 경우는 처리 3일째 이후는 다른 농도와 비슷한 수준의 흡수량을 보였다. 생체중 은 처리 3일째까지 증가하다가 6일을 기점으로 감소하는 경향 을 보였다(Fig. 6B). 처리 3일째부터 종료전까지 2% 농도에서 다른 처리구보다 생체중이 증가하였고 0.5% 농도에서 생체중 이 가장 낮게 나타났으나 종료시점에는 모든 처리구에서 생체 중 변화에 있어서 유의성은 없었다. 절화수명은 대조구인 0% 에서 15.8일, 0.5% 15.0일, 1% 14.4일, 2% 14.2일, 3% 11.8일 이었다(Fig. 6C). 보존용액 내의 sucrose는 에너지원으로서 삼 투 조절에 의한 수분흡수를 촉진시키기 위해 기공 개폐를 조 절하고 증산을 낮추는 역할을 한다(Huh et al. 2015). 또한, sucrose는 생체중을 증가시키고 화색의 선명도를 높이며, 꽃 봉오리 개화에 효과적이라고 하였다(Reid and Kofranek 1980). 그러나 본 연구에서는 sucrose의 농도에 따른 절화수명 연장 효과는 나타나지 않았다. 이는 sucrose가 수분흡수를 촉진시 키는데 효과적이나, 고농도의 sucrose에서는 오히려 잎이나 꽃잎에 위조현상이 발생하여 수명이 감소된다(Kofranek and Halevy 1972)는 결과와 일치하였다. 절화 장미 'Brut'의 경우, sucrose 첨가로 절화수명이 단축되었는데, sucrose가 에너지 원으로 절화수명 연장에 이용되지만 미생물 번식에 용이하다 고 보고된 바 있다(Lee and Kim 2013). 또한, Park et al. (2017)의 연구에서, sucrose 처리는 대조구에 비해 카네이션의 에틸렌 생성을 억제시켰으나 생체중 감소, 꽃잎 노화의 증가, 항노화 및 항산화 유전자 발현의 감소, 수분흡수량 감소로 인 하여 절화수명이 단축되었다고 하였다
pH에 따른 영향
모든 처리구에서 처리 6일째까지 꾸준히 수분을 흡수하다가 6일 이후부터는 감소하였다(Fig. 7A). pH처리에 따른 수분흡 수량과 생체중의 차이는 거의 없었으나(Fig. 8A, Fig. 8B), pH 6에서 13일째부터 다른 처리구보다 수분흡수량이 더 감소하였 고 15일째부터는 생체중도 줄어들었다. 절화수명은 pH 5에서 15.6일, pH 6 13.4일, pH 7 13.1일, 증류수 14.8일이었다(Fig. 7C). 일반적으로 절화수명에 pH는 중요한 영향을 미치는 것으 로 알려져 있다(Park et al. 2011). 특히, 절화 보존제의 pH가 낮으면 용액 내의 미생물의 생육이 억제되며 절화의 흡수 기 능이 촉진되어 절화수명이 연장된다고 하였다(Marousky 1971). 하지만 암대극의 경우, 절화수명의 차이는 있었으나, 증류수의 pH가 6.5였다는 것을 감안하면 실제적으로 pH가 꽃 의 노화와 절화수명 연장에 미치는 영향이 명확하다고 보기는 어렵다. 다만 암대극 줄기를 자르면 나오는 흰 액체가 항균 및 항진성분을 가지고 있어 pH에 상관없이 미생물 억제가 이루 어진 것으로 보인다. Kim et al.(2006)의 연구에 따르면 암대 극 추출물 중 ethylacetate와 butanol 분획물에서 균의 증식이 감소되었고, 유해 미생물의 균주를 대상으로 한 실험에서도 ethylacetate 분획물에서 높은 향균활성이 나타났다고 하였는 데, 이는 절화수명에도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.
저장온도에 따른 영향
저장온도별 실험에서는 온도가 낮을수록 수분을 적게 흡수 하였다(Fig. 9A). 생체중은 11일째부터 온도가 높아질수록 급 격한 감소폭을 보였다(Fig. 9B). 특히 실온에 둔 절화는 실험 6일째 이후부터 급격히 줄어들기 시작하여 13일째부터는 실 험 초기 생체중(100%) 보다 감소하였다. 절화수명은 4℃에서 83일, 10℃, 41.2일, 15℃, 35.5일, 20℃, 17.4일, 실온, 14.4일 이었는데(Fig. 9C), 온도가 감소할수록 절화수명이 연장되는 것을 알 수 있었다(Fig. 10). 저온저장은 식물체내의 잠열을 제거하여 체내의 효소활성과 수분손실을 억제시키며 에틸렌 발생과 호흡량을 감소시켜 절화수명을 증가시킨다(Bang et al. 1999; Halevy et al. 1978; Nowak and Rudnicki 1990). Gerbera jamesonii와 Helianthus annuus는 저장온도가 높을 수록 호흡량이 증가하여 절화수명이 줄어들었고, 화경 굽음 현상이 증가했다고 하였다(Celikel and Reid 2002). 특히, 본 연구에서는 4℃ 저장온도에서 저장 기간이 길어질수록 화색이 진해지고 선명해져 다른 저장온도보다 더 선명한 노란색의 꽃 을 확인할 수 있었다.
결론적으로 암대극은 노화가 진행되기 시작하면 하위엽부터 노랗게 변하기 시작하여 점차 상위엽으로 진행되었다. 잎의 노화 가 진행되면 꽃의 노화도 진행되었는데 소화와 cyathium이 점차 노랗게 변하다가 갈변하여 마르는 현상이 나타났다. Sucrose는 절화의 에너지원으로 절화수명 연장에 도움이 된다고 알려져 있지만 암대극의 수명 연장에는 효과가 없었고, pH 또한 효과는 미미하였다. 하지만 절화길이가 길고(40cm) 저장온도가 15℃보 다 낮을 경우 절화수명이 2배 이상 오래 유지되는 것을 알 수 있었다. 그러나 암대극을 새로운 절화식물로 개발하기 위해서는 수확시기, 다양한 전처리 등에 따른 절화생리 연구가 수반되어야 할 것으로 판단된다.
