인삼 묘삼 휴면 조기타파에 미치는 GA₃ 및 변온 처리 효과

서 언

인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer)은 다년생 작물로 그 특성상 최초 개화에 3년 이상이 소요된다. 일반적으로 4년을 1세대로 보고 있으나, 육종가의 노력여하에 따라 3년을 1세대 로 하여 육종 프로그램을 진행할 수 있다. 그렇다 하더라도 신품종의 육성에 장기간이 소요되는 것은 불가피하다. 다른 1년생 주요작물에 비하면 육종에 3 - 4배 이상의 기간이 걸린 다 할 수 있다.

인삼의 최초 개화와 결실에 소요되는 시간을 인위적으로 단 축하기는 쉽지 않으므로, 적절한 세대단축기술의 적용이 필요 하다. 다른 1년생 주요작물 (벼, 참깨 등)은 필요한 환경을 조 성하여 1년에 2 - 3세대의 진전이 가능하나, 인삼의 경우는 이 에서 자유롭지 못하다. 인삼의 식물체 특성 상 종자의 개갑, 종자와 묘삼의 휴면타파를 위한 추가적 시간이 필요하기 때문 이다. 이에 인삼육종의 효율성을 증진하기 위한 연구가 그동 안 수행되어 왔다. 인삼 세대단축 연구 (Ahn et al., 1985, 1986)와 인삼 종자의 휴면을 단축시키기 위한 저온처리 (Lee et al., 1986) 및 생장조절물질에 대한 연구가 보고되었다 (Son et al., 1979). 묘삼의 휴면타파에 관한 연구로는 GA가 근아 (根芽)의 발아를 촉진시키고 휴면기간을 단축하며, 신아 (新芽)의 휴면타파 및 발아는 ABA와는 관계가 없고 온도조건 에 지배되어 나타나는 GA의 생합성 능력과 그에 의한 활성증 가와 밀접한 관계가 있다고 보고하였다 (Choi et al., 1989; Park et al., 1979).

그동안의 연구에 의해 종자와 묘삼의 휴면에 관여하는 요인 및 휴면을 조기에 타파하기 위한 방안 등에 대해 일정 부분 성과를 거두었으나, 인삼분야 다른 결과들에 (Kim et al., 2015; Lee et al., 2015) 비해 부족한 면이 없지 않으며, 육종 프로그램에 직접 이용하기에는 무리가 있다. 따라서 본 연구 에서는 묘삼의 휴면기간을 대폭 단축하고 이를 실제로 신품종 육성에 이용하기 위해, 온도처리의 변화와 함께 휴면을 타파 하는데 가장 효과적인 물질로 알려져 있는 GA₃ (Ittersum et al., 1993) 처리를 통해 묘삼의 휴면타파 및 출현에 미치는 영 향을 검토하였다.

재료 및 방법

본 실험은 국립원예특작과학원 인삼특작부 (충북 음성) 온실 에서 2014년 10월부터 2015년 5월까지 수행되었다. 인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer) 묘삼의 휴면을 조기에 타파하 기 위한 기술을 개발하기 위해 GA₃ (MB Cell, Los Angeles, CA, USA)와 저온처리를 하였다. 시험재료는 2013년 11월 상 순경 인삼과 시험포장에 청선과 선운 품종의 개갑종자를 파종 하여 2014년 10월에 수확한 1년생 묘삼을 시험에 이용하였다. GA₃ 처리는 저온저장 전 30분간 묘삼을 100 ppm 용액에 침 지한 후 비닐 지퍼백에 넣고 저온처리를 하였다. 저온처리는 상시저온 (–2°C) 및 변온 (2, –2, 2°C)으로 하였다. 상시저온은 –2°C에서 15, 30, 45, 60일을 처리하였다. 변온은 온도를 달리 하면서 저온처리를 하였는데 15일의 경우에는 2, –2, 2°C로 온 도를 달리하면서 각 5일간 처리를 하였으며, 30, 45, 60일 처 리에서는 각기 10, 15, 20일간 처리를 하였다 (Table 1). 처리 구별로 GA₃ 및 저온처리가 끝난 후 10월 17일을 시작으로 차 례대로 온실에서 사각포트 (L : 52 ×W:36 × H : 32cm)에 묘삼 을 식재하였다. 묘삼재배에 사용한 토양은 표준인삼경작방법 에 의해 2년간 예정지 관리한 토양을 사용하였으며, 시험구 배치는 완전임의배치 2반복 (반복 당 25개체)으로 하였다. 재배온실의 온도는 생육기간 동안 일평균 19°C 정도로 유지하 였다. 출현은 지표면 위로 식물체가 출현한 때로 하였으며, 생 육사항은 이식 60일 후 처리 당 10개체를 조사하였다. 지상부 생육을 조사하였으며, 조사항목은 경장, 엽병장, 엽장 및 엽폭 으로 하였다. 실험결과는 SAS version 9.2 (Statistical Analysis System 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 ANOVA에 의한 최소유성검정 (Least Significant Difference, LSD)으로 처리간의 유의성을 검정하였다.

Table 1.

GA3 and temperature treatments of one year old ginseng root.

결과 및 고찰

1. GA₃와 저온처리에 따른 묘삼의 출현

인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer)은 다년생 작물로 우리 나라 기후의 특성 상 가을이 되어 지상부가 지고나면 겨울의 저온을 거쳐 봄에 다시 출현하게 된다. 이를 온전히 온도적인 관점에서만 검토해보면 가을과 초겨울의 서늘한 기후, 겨울의 저온, 봄철의 상대적으로 따뜻한 온도에 감응하는 즉 자연상 태에 잘 순화되어 있는 것으로 판단된다 (Fig. 1). 따라서 본 연구에서는 우리나라에서 진행되는 겨울과 봄철의 온도 변화 의 주기를 인위적으로 조절해주면 즉 온도의 변화주기 기간을 단축시켜 주면 묘삼의 휴면 조기타파에 긍정적 영향을 미칠 것으로 생각하여 실험을 수행하였다. 또한, GA₃를 병행 처리 해주면 휴면타파 기간을 더욱 단축할 수 있을 것으로 판단되 어 GA₃ 처리와 함께 온도 처리를 달리하여 이에 대한 효과를 검토하였다 (Table 1). GA₃를 처리하지 않은 묘삼의 출현은 변온처리 45일 이상에서만 나타났다. 시험재료로 사용한 청선 과 선운 품종 모두에서 정식 후 10일 이상에서 처음 출현이 시작되었으며, 마지막 출현은 정식 후 45일까지 이루어졌다. 청선은 45, 60일 처리에서 각 56, 80%의 출현율을 나타내었 으며, 선운은 각 18, 76%의 출현을 나타내었다. 45일 처리에 서 선운의 출현율이 청선에 비해 낮았는데, 이는 품종적인 차 이로 판단된다. 다만 시험재료로 사용된 묘삼의 소질이 예정 지 관리의 문제로 충분히 양호하지 않은 점도 어느 정도 영향 을 미친 것으로 생각된다 (Fig. 2). GA₃와 함께 변온을 처리 한 묘삼은 모든 처리구에서 GA₃를 처리하지 않은 처리구보다 묘삼의 출현이 현저히 빠르게 나타났다 (Fig. 3). 정식 후 4일 째부터 출현이 시작되었으며, 2주만에 출현이 완료되었다. 15 일간의 짧은 처리에서도 출현이 가능하였다. 청선은 변온처리 15, 30, 45, 60일에서 각 60 - 98%의 출현율을 나타냈으며, 선 운은 46 - 92%의 출현율을 보였다. GA₃를 처리하지 않은 상시 저온 처리구에서는 묘삼의 출현이 이루어지지 않았으며, GA₃ 를 병행한 처리에서도 60일 처리에서만 출현이 이루어졌다. 최 종적으로 청선과 선운의 출현율은 각기 12, 10%로 낮게 나타 났다 (Fig. 4). 일반적으로 인삼 묘삼의 휴면타파는 2 - 4°C에서 2개월 이상의 시간을 필요로 한다고 알려져 있다 (Grushvitskii, 1961). Choi 등 (1989)은 저온 (4°C)에서 60일 처리 후 15°C 에 정식할 경우 30일 후 35%, 60일 후에는 100%의 개체가 휴면이 타파되어 출현하였으나, 4°C나 15°C에서 연속처리한 경 우에는 전혀 휴면이 타파되지 않았다고 하였다. 또한, Kim 등 (2012)은 인삼의 세대촉진 및 개화 조절방법이란 특허에서 묘 삼에 GA처리, 예냉 (질석 충전, 수분함량 70%), 단계별 저온 처리 (5, 3, 1°C)를 함으로써 30 - 40일만에 휴면타파가 가능하 다고 하였으나, 구체적인 결과들 (출현율, 출현기간, 출현 후 생육 등)에 대해서는 알려져 있지 않다. GA 처리는 인삼의 종자 및 묘삼 휴면타파에 효과가 있다고 알려져 있다. 저온과 GA 병행 처리 시 단순 저온처리에 비해 묘삼의 출현이 5.8일 빨랐음이 보고되어 있다 (Park et al., 1979). 기존의 연구들 (Lee et al., 1986; Park et al., 1979)에서도 GA 및 저온처 리에 의한 인삼 종자와 종묘의 휴면타파 결과가 있으나, 인삼 육종의 효율성 증진을 위한 육종프로그램에 적용하기 위해서 는 좀 더 개선된 기술이 필요하다. Choi 등 (1989)의 결과는 묘삼의 저온저장부터 출현에 이르는 시간이 90 - 120일로 장기 간이 소요되고, Kim 등 (2012)은 앞에서 설명한 바와 같이 처리과정이 다소 복잡하다. 좀 더 묘삼의 출현에 이르는 기간 을 단축하고 처리과정을 단순화 할 필요가 있으며, 변온의 효 과에 대해서도 추가적인 검토가 필요하다. 따라서, 본 연구에 서는 GA₃ 처리와 함께 변온처리를 함으로써 묘삼의 출현기간 을 대폭 단축하고, 출현의 안정성을 확보할 수 있었다. 이는 GA₃뿐만 아니라 변온에 의한 저온처리도 인삼 묘삼의 휴면타 파에 영향을 미치는 결과로 판단된다. 묘삼의 휴면타파와 관 련된 내부기작이 변온처리에 의해서도 영향을 받았을 것으로 판단된다. 본 결과로 종합해 보면 묘삼을 수확하고 즉시 GA₃ 와 변온처리를 실시함으로써, 15일만의 처리에서 다음세대의 진전을 가능하게 할 수 있었다. 30일 이상의 처리 (변 온 +GA₃)에서는 묘삼의 안정적 출현이 가능하여, 이를 인삼 육종 프로그램에 적용하면 인삼 육종의 효율성 향상과 함께 육종기간의 단축에도 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 1.

The monthly mean temperature of Korea (November- March, 1981 - 2010). The source of data is the Korea Meteorological Administration.

Fig. 2.

The emergence rate (ER) of ginseng seedling by no GA3 and alternating temperature (AT) treatments. Vertical bars indicate means ± SD. Var.; variety.

Fig. 3.

The emergence rate (ER) of ginseng seedling by GA3 and alternating temperature (AT) treatments. Vertical bars indicate means ± SD. GA3; ginseng seedlings were soaked for half an hour at 100 ppm. Var.; variety.

Fig. 4.

The emergence rate (ER) of ginseng seedling by GA3 and low temperature treatment (60days). GA3; ginseng seedlings were soaked for half an hour at 100 ppm. Var.; variety.

2. GA₃와 저온처리에 따른 묘삼의 생육

정식 60일 후 처리별 생육을 조사하였다. 지금까지의 선행 연구는 종자 및 묘삼의 휴면 타파 (Konsler, 1984; Lee et al., 1985), 생장조절물질의 생성 및 변화 등에 관한 연구가 주로 이루어져 왔다 (Choi et al., 1985; Chung et al., 1989). 휴면이 조기에 타파된 종묘의 정상적인 생육 가능성 및 세대진전 가능성에 대한 검토는 거의 이루어지지 않았다. GA₃ 와 변온 병행 처리구의 정식 60일 후 생육은 조사항목 모두에 서 변온처리기간에 (15 - 60일) 따라 유의적인 차이를 보여주 지 못했다 (Table 2). 직접적인 비교는 생육환경이 달라 무리 이나, 노지 2년생과 생육차이를 비교해 보았다. 전체적인 생육 은 노지에 비해 저조한 편이나, 이는 온실이라는 특수한 상황 을 감안하면 과히 저조한 생육은 아닌 것으로 판단된다. 이상 의 결과로 판단할 때 변온과 GA₃ 처리에 의해 조기에 휴면이 타파된 식물체는 안정적인 생육이 가능하며, 이를 실제 인삼 육종에 이용해도 문제가 없을 것으로 생각된다. 한 가지 특이 한 점은 엽병장이 노지재배에 비해 비정상적으로 길다는 점 이다. 실제 길이도 길고 경장과 엽병장 비율로 따지면 더욱 현저하다. 이는 GA₃가 인삼의 엽병장에 영향을 미친 것으로 판단된다. 다른 작물에서도 이런 결과는 보고되어 있는데 (Metzger, 1988; Oh and Kim, 2014), 인삼에서도 경장과 엽 병장의 변화에 대한 종합적인 검토가 앞으로 필요할 것으로 생각된다. 다만 변온처리만 하고 GA₃ 처리를 하지 않은 시험 구의 생육은 현저히 떨어지고 정상적인 생육을 보여주지 못 했다. 정식 후 90일이 지나도 경장의 길이가 2.0cm에 미치지 못하였고, 나머지 형질들의 생육도 전반적으로 부진하였다 (Table 3).

Table 2.

The growth characteristics of two ginseng seedling varieties after transplanting 60 days of GA3 and alternating temperature (AT) treatments.

Table 3.

The growth characteristics of two ginseng seedling varieties after transplanting 90 days of alternating temperature (AT) treatments.

3. GA₃와 저온처리에 따른 기타 변화

묘삼에 대한 인위적인 온도 변화 및 GA₃ 처리가 묘삼에 미 치는 부정적 영향은 없는지 검토하였다. 앞에서도 언급한 바 와 같이 엽병장이 길어지고, 일부 비정상 개체가 나타났다. 비 정상 개체의 유형에는 잎을 제대로 전개하지 못하고 고사하거 나, 경장이 비정상적으로 길어지면서 완전한 출현에 애를 먹 는 개체가 나타났다 (Fig. 5). 이는 GA₃ 처리의 부작용 또는 묘삼이 일찍 휴면이 타파됨으로써 나타나는 부작용으로 생각 된다. 그러나, 묘삼 출현 완료 후 비정상 개체의 발생비율은 모든 처리에서 10% 이하 (자료 미제시)로 낮게 나타나, 적용 에 큰 무리는 없을 것으로 판단된다. 또 한 가지 주목할 점은 생육을 마치고 지상부가 고사한 후 별도의 처리를 가하지 않 았는데도, 새로운 눈이 휴면을 거치지 않고 바로 지상부로 출 현하여 생육을 계속 이어가는 현상이 나타났다 (Fig. 5). 모든 식물체에서 이런 현상이 나타나지는 않았지만, 상당수의 개체 에서 이런 양상을 보였다. 심지어 일부 개체는 지상부가 아직 완전히 고사하지 않았는데도 불구하고, 새로운 눈이 지상부로 출현하는 현상을 나타내기도 하였다. 이러한 원인은 변온과 GA₃의 영향이 다음 세대에까지 미친 것으로 판단되는데, 이것 이 변온과 GA₃의 상호작용에 의한 것인지 아니면 단독작용에 의한 것인지는 아직 정확히는 알 수 없다. 다만 GA₃의 영향 이 더 크지 않을까 생각된다. 추후 이에 대해서는 심도 있는 검토가 필요하다고 하겠다. 이 현상이 언제까지 유지될지는 예 상하기 어렵지만 계속 유지할 수 있다면, 세대촉진을 위해서 인삼을 수확하여 저온처리를 해주는 수고로운 과정을 거치지 않아도 된다. 이는 인삼 육종의 효율성 향상에도 크게 기여할 수 있는 흥미로운 결과라 하겠다.

Fig. 5.

Unusual phenomenon of ginseng seedling by GA3 and alternating temperature treatment. A; failure of leaf development, B; bending of stem, C; emergence of ginseng seedling, D; root before the emergence.

감사의 글

본 연구는 농촌진흥청에서 주관하는 인삼종자 채종 효율성 향상 연구 과제(과제번호: PJ01049401)의 연구비 지원에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

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