지황 종자의 최적 발아 조건 구명을 위한 실험에서 온도와 광조건에 따라 발아율의 차이가 명확했다. 명반응에서 온도에 따른 발아율은 15℃에서 20.7%, 20℃에서 89.3%, 25℃에서 91.3%를 나타내었고 30℃에서는 실험 기간 동안 발아가 되지 않았다.

암반응에서 온도에 따른 발아율은 15℃에서 16.7%, 20℃에서 44.7%, 25℃에서 70.0%, 30℃에서는 명반응과 마찬가지로 발아하지 않았으나 명조건이 암조건에 비해 전체적으로 높은 발아율을 나타냈다. 명조건 20℃와 25℃에서 가장 높은 발아율을 기록했으며, 두 처리 간 통계적 유의성이 없었으나 25℃에서 91.0%의 가장 높은 발아율을 보였다 (Fig. 2).

Fig 2.  Effect of temperature and light on germination percentage of R. glutinosa.

Each value is means ± SD from triplicate separated experiments. ^*Means with difference letters in column are significantly different at 5% by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT, p < 0.05).

Park 등 (1999)은 피막 처리된 지황 종자의 발아 연구에서 광조건 언급 없이 지황 종자의 발아율이 15℃에서는 발아가 되지 않고, 30℃에서 당년에 채종한 종자가 29.1%의 가장 높은 발아율을 나타냈다고 발표하였으나, 본 연구에서는 30℃에서 발아가 되지 않는 상이한 결과가 나타났다.

종자 발아는 채종 환경, 저장 온도, 품종 차이 등에 따라 다양하게 나타날 수 있으며, 실험 조건 및 기기 등으로 인한 영향도 있을 수 있다. 기존 연구에서는 이러한 실험 환경 및 조건을 정확하게 명시하지 않아 본 연구 결과를 바탕으로 차이를 추정하기는 어렵다. 따라서 정확한 발아적온을 확인하기 위해 종자다온도발아기 (thermogradient table) 등을 통한 정밀한 추가 실험이 필요할 것으로 사료된다.

RLG (relative light germination, ΔG_light) 지수는 종자가 발아할 때 명발아 대비 암발아의 비율을 수치로 나타낸 값으로, 명발아 종자는 0부터 +100% 사이의 값이 위치하고, 암발아 종자는 0부터 -100%의 값에 위치한다 (Saatkamp et al., 2011). 지황의 경우 발아율이 가장 높은 25℃의 조건에서 RLG (ΔG_light) 값은 13.26 ± 1.16%로 종자 발아에 빛이 필요한 광발아성 종자로 확인되었다 (Table 3).

휴면이 없는 식물들의 종자 (non-dormant seeds)는 명조건과 암조건에서 모두 발아가 잘 되며, 이들 중 많은 수가 암조건 보다 명조건에서 발아율이 높은 경향을 보인다. 또한 발아에 빛이 필요한 종은 겨울에 낮은 온도에 노출된 후 봄에 발아하거나, 가을에 발아하는 종의 경우 여름의 높은 온도에 노출되는 경향이 있다 (Baskin and Baskin, 1998).

지황은 중국에 자생하는 식물로 정확한 생육 특성을 알기는 어려우나 국내에서 재배되고 있는 지황의 생육 특성을 살펴보면 보통 5월에서 7월까지 열매를 맺은 후 8 월경에 포장에 떨어져 산포하며, 9월에서 10월경 어린 유묘를 확인할 수 있는 점과 본 실험 결과에서 명발아가 암발아보다 약 13% 정도 발아율이 높아 명발아 종자이나, 명/암조건에서 발아율이 크게 차이 나지 않는 점 등을 미루어볼 때 지황은 휴면이 거의 없는 종자 특성을 갖는 것으로 판단된다.

GA₃처리로 인한 지황 종자는 발아율 (GP), 평균발아일수 (MT) 등 여러 실험 결과가 농도에 비례하여 증가했다. 발아율 (GP)의 경우 무처리가 26.0 ± 6.0%로 가장 낮았으며, GA₃ 처리 농도에 따라, 0 ㎎/ℓ, 10 ㎎/ℓ, 100 ㎎/ℓ, 1,000 ㎎/ℓ를 처리한 경우 각각 47%, 45%, 57%, 73%를 나타내어 GA₃의 농도가 높아질수록 발아율이 점점 높아지는 경향을 나타내었으나 GA₃ 0 ㎎/ℓ와 GA₃ 10 ㎎/ℓ의 처리에서 발아율의 차이는 통계적으로 유의성이 없었다 (Table 4 and Fig. 3).

Fig. 3.  Effect of GA₃ on germination percentage in Rehmannia glutinosa.

Each value is means ± SD from triplicate separated experiments. ^*Means with difference letters in column are significantly different at 5% by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT, p < 0.05).

GA₃ 0 ㎎/ℓ가 무처리에 비해 발아율이 높았는데 그 원인은 24 시간 침지 효과로 인해 무처리에 비해 종피 내 수분 흡수가 잘 이루어졌기 때문으로 판단되었다. 따라서 GA₃ 10 ㎎/ℓ의 농도는 지황 발아율에 영향을 주지 않는 것으로 확인되었으며, 가장 높은 농도인 GA₃ 1,000 ㎎/ℓ 처리에서는 72.7 ± 4.2%로 다른 농도와 비교하여 통계적으로 유의하게 가장 높은 발아율을 보였다.

평균발아일수 (MGT)는 발아한 모든 종자의 평균적인 발아 일수로 무처리가 6.9 ± 1.1 일로 가장 길었으며, GA₃ 1,000 ㎎/ℓ의 경우 3.6 ± 0.2 일로 다른 처리와 비교하여 통계적으로 유의하게 가장 짧은 일수를 나타냈다. 발아 속도를 지수로 표시한 발아지수 (GI) 역시 마찬가지로 무처리가 2.5 ± 0.8로 가장 작았고, GA₃ 1,000 ㎎/ℓ 처리가 11.2 ± 1.1로 가장 높았다. 발아균일도 (GU)는 발아의 균일성을 나타낸 수로 균일도가 최고일 경우 -1.0이며, 수치가 높을수록 균일도가 감소하는데 무처리 9.7 ± 1.8에 비해 GA₃ 1,000 ㎎/ℓ를 처리한 경우가 0.9 ± 0.5로 가장 높았다 (Table 4).

결론적으로 GA₃를 1,000 ㎎/ℓ 수준으로 전처리하는 경우 지황 종자 발아율을 무처리에 비해 46.7% 수준으로 향상시켰고, 평균발아일수 (MGT)는 3.3 일 단축시켰으며, 발아지수 (GI), 발아균일도 (GU) 향상에도 효과적이었다.

GA₃ 처리는 종자발아 촉진 또는 휴면타파에 많이 이용되는 방법 중 하나이다 (Mello et al., 2009; Lee et al., 2015; Cho et al., 2016). Baskin과 Baskin (2004)은 종자의 휴면을 생리적 휴면 (physiological dormancy, PD), 형태적 휴면 (morphological dormancy, MD), 형태·생리적 휴면 (morphophysiological dormancy, MPD), 물리적 휴면 (physical dormancy, PY), 조합 휴면 (combinational dormancy, PY + PD)으로 구분하였는데, PD를 갖는 종자들은 대부분 ABA (abscisic acid)와 GA의 균형에 의해 발아가 조절된다고 하였다.

또한 PD는 휴면 정도에 따라 낮은 생리적 휴면 (non-deep PD), 중간 생리적 휴면 (intermediate PD), 깊은 생리적 휴면 (deep PD)으로 나누는데 일반적으로 낮은 생리적 휴면의 경우 GA처리로 대부분 휴면이 쉽게 타파된다 (Baskin and Baskin, 1998; White et al., 2000).

본 연구에서 GA₃ 처리가 발아율과 발아일수 등을 향상시키는데 효과적으로 작용했으며, 낮은 생리적 휴면 종자로 구분할 수 있었다. 이러한 결과는 Ryu 등 (2016)이 제비동자꽃 종자를 대상으로 GA₃를 처리하여 종자 발아에 미치는 영향을 조사한 연구에서 GA₃를 1,000 ㎎/ℓ의 수준으로 24 시간동안 처리하는 경우 제비동자꽃 종자의 발아율을 증가하고 평균 발아일수를 감소시킬 수 있으며 이를 통해 제비동자꽃이 낮은 생리적 휴면을 갖는 종자로 구분한 연구와 유사하였다.

지황 종자 습도별 후숙 처리 기간에 따른 발아 변화 연구를 위하여 2019년 7월 채종한 종자를 상대습도를 0%, 45%, 70%의 3 가지 조건으로 2, 4, 8, 16, 24, 32, 40, 48 주의 후숙 처리 기간 나누어 종자 발아율을 조사하였다.

상대습도의 모든 조건에서 24 주 까지는 후숙 처리 기간이 경과함에 따라 종자 발아율이 모두 향상되었다. 0%의 상대습도 조건에서는 처음 26.0 ± 6.0%였으나 후숙 처리 기간이 32 주를 경과한 후 발아율은 74.7 ± 11.0%로 증가하였으며, 상대습도 0% 습도 조건에서 통계적으로 유의하게 가장 높은 발아율을 나타내었다. 상대습도 45%에서도 0%와 마찬가지로 32 주 후에 80.0 ± 4.0%로 기간 내에 가장 높은 발아율을 나타내었다. 상대습도 70%의 경우 24 주 경과 후에 73.3 ± 14.0%로 가장 단기간에 최고 발아율을 보였으며 16 주에서 40 주까지 유의적인 차이는 없었다. 3 가지의 상대습도 조건 모두에서 최고의 발아율을 나타낸 이후에는 후숙 처리 기간이 증가하여도 통계적으로 차이 없이 발아율이 유지되었다 (Table 5 and Fig. 4).

Fig. 4.  Germination percentage of after-ripening period over a range of relative humidity in R. glutinosa.

Each value is means from triplicate separated experiments.

Park 등 (1999)은 1 년 동안 후숙한 지황 종자가 발아율 높아 휴면 현상이 있음을 시사하였는데 본 연구에서 상대습도에 따른 지황 종자의 후숙 최적 시기를 명확히 하였다.

후숙은 갓 수확한 종자를 건조 저장하여 휴면타파 하는데 사용하는 일반적인 방법이며, 종자의 성숙도가 비슷하게 하여 발아율과 속도 및 종자 수명을 좋게 만든다고 알려져 있다 (William and Gerhard, 2006; Chae et al., 2012).

종자 후숙에 미치는 습도의 영향에 관한 선행 연구에서 Baldos와 DeFrank (2014)는 Heteropogon contortus 종자를 상대습도 12%의 낮은 습도에서 후숙 처리할 경우 종자 발아율이 가장 높으며 상대습도 75%에서 종자를 후숙 처리할 경우 종자의 활력 손실이 가장 크다고 보고한 바 있다.

Quail과 Carter (1969)는 Avena ludoviciana와 A. fatua 종자의 후숙과 생존력에 대한 온도와 상대습도의 영향연구에서 고온 (25℃, 30℃, 35℃)에서 상대습도 90%에 저장된 종자는 상대습도 43%에서 저장 종자보다 더 빨리 후숙되었다고 하였다. 또한 Baskin과 Baskin (1979)는 Draba verna의 종자를 후숙 처리하는 경우 70%, 80%, 90%의 높은 상대습도 조건하에서 후숙처리를 실시하는 것이 0%, 10%, 20%의 낮은 상대습도의 조건보다 발아율이 높다고 보고하였다.

선행 연구결과에 따르면 종자의 후숙과 관련된 상대습도의 조건은 작물별로 다양하게 나타났으며, 지황의 경우 45% 상대습도 조건에서는 약 32 주 후숙하는 것이 발아율을 가장 높이는 처리 방법으로 나타났다.

그러나 일반적으로 종자는 고온과 높은 상대습도에서 저장하면 빠르게 생존력을 잃고 저온과 낮은 상대습도에서 저장하면 장기적 생존하는 것으로 알려져 있다 (Pritchard and Dickie, 2003). 따라서 장기저장이 필요할 경우 습도가 낮은 조건에서 저장할 필요가 있을 것으로 판단되며 향후 추가적인 저장실험이 필요하다고 생각된다.

한편 종자 발아시험과 GA₃ 및 후숙처리가 발아에 미치는 영향 실험에 사용한 종자는 재료 및 방법에 상술하였다시피 채종시기가 다르며 이에 따라 최고 발아율은 다소 차이가 있었다. 이는 2019년에 채종한 종자와 달리 2018년에 채종한 종자는 채종 직전 2 주 간의 상당히 낮은 강수량과 2018년 당시 고온으로 인한 폭염 피해가 영향을 끼친 것으로 보이며 (RDA, 2019), 이에 따라 추후에 종자 성숙과 기후환경에 따른 종자 성숙도에 따른 추가 연구 또한 필요하다.

본 연구는 지황 종자의 외부 형태적 특성과 종자 발아에 영향을 미치는 온도, 광, 호르몬, 후숙 처리를 통해 종자 발아의 특성을 파악하고자 수행하였다. 연구 결과를 종합하면 지황은 길이 1.13 ± 0.03 ㎜, 너비 0.86 ± 0.02 ㎜의 매우 작은 미세 종자로, 종피에 다각형의 격벽이 존재하는 독특한 구조를 가지고 있었다. 수분 흡수율은 종자를 침지한지 1 일 이후 62.5%였으며, 물리적 휴면은 없는 것으로 확인되었다.

또한 70%의 상대습도에서 16 주 이상 후숙 처리 후 광조건 25℃에서 지황 발아가 가장 좋았으며, 후숙 처리를 하지 않을 경우 GA₃를 1,000 ㎎/ℓ의 수준으로 24 시간 침지하여 발아율을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

지황 종자가 GA₃에 의해 발아가 촉진되고, 건조 저장 시 후숙 처리가 되는 점 등의 특징을 비추어 볼 때 낮은 생리적 휴면을 갖는 종자로 구분할 수 있는 것이 확인되었다. 한편 본 실험에서는 GA₃를 1,000 ㎎/ℓ의 수준까지 발아율이 높아졌으며 향후 더 높은 GA₃처리에 대한 실험 결과가 필요하다.