서 언
재료 및 방법
종자시료
보관용기 및 저장조건
발아검정
통계분석
결과 및 고찰
저장조건별 고추 및 배추종자 발아율의 분산분석 결과
고추종자의 보관 조건별 저장기간에 따른 발아율
배추종자의 보관 조건별 저장기간에 따른 발아율
서 언
우리나라는 신품종보호법(2013)에 따라 품종보호등록품종의 종자를 품종보호권 존속기간(20년) 동안, 종자산업법(2013)에 따라 국가목록등재품종을 등재기간(10년) 및 생산판매신고종자를 유통기간 동안 보관･관리하도록 되어 있다. 이러한 법에 따라 보관･관리하는 품종의 종자들은 종자분쟁 발생 시 DNA 검정 또는 대비시험을 위한 공시재료로 사용되므로 법적 보관 기간 동안 활력을 유지해야 한다. 품종보호로 등록된 품종은 2013년 12월 기준, 총 4,732품종이고 이 중 채소류가 760품종으로 약 16%를 차지한다. 채소류 중 가장 많이 품종보호등록된 작물은 고추로서 총 134품종이 등록되었고 그 다음으로는 배추가 총 95품종이 등록되었다(http://seed.go.kr). 품종보호 등록된 품종들을 20년간 활력을 유지하면서 보관하기 위해서는 종자 내 수분함량과 저장조건을 효율적으로 최적화 할 필요가 있다. 국제식물유전연구소(IPGRI)는 종자 저장 시 종자수명에 영향을 미치는 주요 요인이 종자 내 수분함량과 저장온도이므로 저장 시 종자의 수명을 늘리기 위해서는 종자 내 수분을 5 ± 2%로 건조시켜 장기저장고(-18°C)에서 저장해야 한다고 권고했다(FAO/IPGRI, 1994). 이러한 일반적 권고와 달리, 어떤 종에서는 초건조(2-3.7%) 종자를 초저온(-20°C) 조건에 저장했을 때 보다 20°C에 저장했을 때 종자활력이 더 높았고(Ellis et al., 1996; Hong et al., 2005), 배추과에서는 초건조된 종자의 경우 저장온도가 중요한 제한요인은 아니라고 하였다(Perez-Garcia et al., 2007). Crisostomo et al.(2011)은 종자 내 수분함량 및 저장온도 조건보다 오히려 저장 전 적절한 수분의 건조방법이 종자활력 유지에 더 중요하다고 했으며 Ellis et al.(1998)은 20°C, 상대습도 10-12%에서 종자수분을 건조시킨 후 저장해야 종자수명을 늘릴 수 있다고 했다. 또한 종별로 장기저장 시 활력을 유지하기 위한 종자 내 수분함량은 저장온도 조건에 따라 달라져야 하며(Vertucci and Eric, 1993) 종자 내 수분함량뿐만 아니라 저장 시 저장온도에 따른 보관용기도 발아율에 영향을 미친다고 하였다(Hong et al., 2005; Yogeesha et al., 2008). 이렇듯 종자수명을 최대로 유지하기 위해서는 종자 내 수분함량을 초건조(< 5%) 또는 건조(< 7%)시켜 장기저장고(-18°C)에 저장해야 하며 그러기 위해서는 시설과 비용이 필요하나 개인육종가, 종자업체 등은 이용하기 어려운 실정이다. 또한 국내에서는 아직 다양한 보관조건과 저장기간에 다른 종별 발아율에 대한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 상업적으로 중요한 채소종자인 고추 및 배추종자를 초저온(-18～20°C)에 저장하지 않아도 활력을 유지하면서도 효율적으로 장기간 저장할 수 있는 보관조건을 알기 위한 기초자료를 얻고자 수행하였다.
재료 및 방법
종자시료
시험에 사용된 고추(Capsicum annuum L.) 및 배추(Brassica rapa L. ssp. pekinensis) 종자시료들은 품종보호등록종자로서 국립종자원에서 보관 관리해 온 종자들이다. 보관 조건별로 저장하기 전 고추 및 배추종자의 수분함량은 각각 7.1% 및 5.1%였다.
보관용기 및 저장조건
고추 및 배추종자를 각각 1) 종이봉투, 2) 500mL 폴리에틸렌(PET) 병, 3) 진공 알루미늄 호일 봉투에 실리카겔과 함께 넣고 밀봉한 후 상온 및 제어환경(15°C, RH 40% 및 5°C, RH 30%) 등의 세 가지 조건하에 10년간 저장하였다.
발아검정
고추 및 배추 종자의 발아검정은 국제종자검정협회(ISTA, 2001)의 작물별 발아검정 규정에 따라 수행되었다(Table 1). 고추 및 배추종자를 90mm 페트리디쉬에 흡습된 두 장의 여과지(whatmann no.1) 위에 치상하였다. 고추종자의 생리적 휴면타파를 위해 물 대신 0.2% KNO3 5mL로 배지를 흡습시켰고 배추종자의 경우는 발아적온의 배양기에 놓기 전 7일간 예냉하였다. 발아검정은 작물별 100립 4반복으로 암상태에서 실시하였고 발아율(%) 결과는 정해진 발아 기간 내에 정상묘로 출현하는 묘의 백분율로 기록하였다(ISTA, 2003). 저장 조건별로 저장하기 전 발아율을 검정하였고 그 후 10년 동안 6개월마다 검정하여 발아율을 조사하였다. 발아율은 발아율의 감소(G0-Ge6)로서 저장조건별로 저장하기 전의 발아율(G0)과 저장 6개월마다의 발아율(매 6개월 후, Ge6)의 차이로서 조사되었다.
통계분석
통계분석을 위해 발아율(%) 데이터를 Microsoft-excel을 이용하여 다음의 공식과 같이 아크사인 변환(Arcsine transfor-mation, Khan et al., 2010)하였다.
ASIN (% value/100) × (180/p)
그 변환된 데이터로 SAS 프로그램(SAS 9.1, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 5% 수준에서 분산분석하였다.
결과 및 고찰
저장조건별 고추 및 배추종자 발아율의 분산분석 결과
고추 및 배추종자의 3요인(저장기간, 저장온도 및 보관용기)에 따른 발아율 추이를 조사하여 분산분석한 결과, 고추종자의 발아율은 저장온도와 보관용기 및 이의 상호작용에서도 유의성이 인정되었으나 저장기간과 그 밖의 다른 조건들과의 상호작용에서는 유의성이 인정되지 않았다. 배추종자의 발아율은 저장온도와 저장기간에 영향을 받았으나 이의 상호작용 및 그 밖의 조건들과의 상호작용은 인정되지 않았다(Table 2).
고추 및 배추종자의 발아율은 저장기간이 길어질수록, 보관조건이 상온 및 종이봉투일 경우 낮아지는 경향이었다. 고추종자는 저장 3년째에 발아율 88.4%, 6년째에 84.4% 및 10년째에 72.6%로 저장기간별 유의한 차이를 나타냈고 5°C와 15°C 온도조건 하에서는 발아율이 각각 96.6%, 96.2%로 서로 유의성이 없는 반면 상온조건에서 53.6%를 나타내어 상온조건과는 서로 유의한 차이를 나타냈다. 고추종자의 경우 보관 용기별로 진공 알루미늄 호일 봉투(96.5%) > PET병(83.3%) > 종이봉투(65.7%) > 순으로 발아율이 높았고 보관 용기별로 서로 유의한 차이를 나타냈다(Table 3). 배추종자는 3년째에 97.4%, 6년째에 86.9%, 10년째에 58.0%로 저장기간별로 발아율에 유의한 차이를 나타냈고 상온, 15°C, 5°C 조건 하에서 각각 57.3%, 88.4%, 96.6%로 온도조건에서도 유의성을 나타냈다. 배추종자는 보관 용기별로 진공알루미늄호일 봉투(88.9%) > PET병(82.8%) > 종이봉투(70.6%) 순으로 발아율이 높았으며 서로 유의한 차이를 나타냈다(Table 3).
고추종자의 보관 조건별 저장기간에 따른 발아율
고추종자의 저장 조건별 입고 전의 발아율은 100%였다. 고추종자는 5°C 및 15°C 저장 시 보관용기와 저장기간에 상관없이 10년이 경과하여도 발아율 91-99%를 나타냈고 이 두 온도조건 하에서는 보관 용기별로 발아율에 유의한 차이를 나타내지 않았다(Tables 3 and 4).
고추종자는 일반적으로 장기조건에 저장하지 않고 실온에 저장할 경우 종자의 수명이 1-2년인 단명종자로 분류되는 작물이나(Choi et al., 2001), 본 연구에서는 상온에 저장하더라도 진공 알루미늄 호일 봉투에 보관할 경우 10년이 경과하여도 발아율 90% 이상을 나타냈다(Table 4). 이러한 결과는 단명종자(상추, 당근, 땅콩, 양파)를 0°C 이하의 온도에서 장기간 저장할 경우 알루미늄 호일 봉투 보관이 활력유지에 도움이 된다는 결과와 유사하였고(Hong et al., 2005) 고추종자의 저장기간에 따른 발아율은 알루미늄호일 봉투 보관 시, 온도조건별로(-20°C 및 20°C) 유의성을 나타내지 않았으며 저장기간(5년), 저장온도 및 종자 내 수분함량(5.0% 및 3.7%)과의 상호작용에 있어서도 유의성을 나타내지 않았다는 결과와 유사하였다(Demir and Ozcoban, 2007). 본 연구결과와 기존 연구결과를 비교해 볼 때 고추종자를 초건조시키지 않아도 FAO/IPGRI(1994)의 일반적인 권고인 종자 내 수분함량을 5 ± 2% 내외로 건조시켜 알루미늄호일 봉투에 보관하면 10년 이상 장기간 저장하여도 활력을 유지할 수 있을 것으로 판단된다. 고추종자는 5°C 및 15°C 온도조건에서는 보관용기에 상관없이, 상온/진공 알루미늄 호일 봉투 보관조건에서 저장 6년까지 0～-2%의 발아율 감소를 나타냈으며 저장 6년째 이후부터 점점 발아율이 감소되어 저장 10년째에는 -5～-9%의 발아율 감소를 보였고 근소한 차이지만 5°C/진공 알루미늄 호일 봉투에서 가장 낮은 발아율 감소를 나타냈다(Table 5). Roos and Davidson et al. (1992)은 고추종자를 진공 알루미늄 호일 봉투에 5°C, 27년간 저장 시 발아율 감소는 -22%(98% → 76%)였고 예상 P50(발아율이 50%로 떨어지는 시기)은 저장 후 44년째라고 보고한 바 있다. Waters et al.(2005)에 의하면 -18°C에서 44년간 저장 시 발아율 감소는 -72%(90% → 18%)였고 예상 P50은 저장 후 29년째라고 하였다. 이러한 P50의 추정관련 연구결과로 볼 때 고추종자의 경우 종자 내 수분함량이 5 ± 2%일 경우 초저온(-18°C)보다는 저온에 보관하는 것이 활력유지를 위한 조건이라고 사료되었다. 또한 고추종자의 수명을 연장할 수 있는 효율적인 최적의 보관조건을 유지한다면 발아율 점검 모니터링 기간을 늦춰 발아검정을 위한 시료낭비를 줄일 수 있을 것이라 판단되었다. Van Treuren and Groot(2013)도 고추종자의 경우 고추 수분함량이 5 ± 2% 내외이고 초저온/진공 알루미늄 호일 봉투 보관이라면 저장 25년까지 활력을 유지하므로 발아 모니터링 횟수를 단축시킬 수 있을 것으로 권고하였다.
고추종자는 상온/진공 알루미늄 호일 봉투 조건과 달리 상온/종이봉투 보관 시 저장 3년째에 발아율이 15%로 떨어졌고 보관 4년째에는 활력을 잃어 전혀 발아되지 않은 반면 PET병 보관조건에서는 보관 5.5년까지 발아율 90% 이상을 나타냈으나 6년째부터는 서서히 활력을 잃어 발아율 70%, 7.5년째에 50%를 나타냈으며 9년째에는 완전히 활력을 잃었다(Table 4). 고추종자의 최대 발아율 감소는 상온/종이봉투 조건 시 저장 3년째로서 -7%에서 -84%의 발아율 감소를 나타냈다(Table 5). 종자의 수명을 좌우하는 중요한 외적 요인은 온도 및 상대습도인데 상온/종이봉투조건에 보관된 종자는 PET병이나 진공 알루미늄 호일 봉투와 달리 외부의 온도 및 상대습도에 완전히 차단되어 있지 않으므로 실온의 상대습도가 높으면 수분평형을 위해 종자의 수분함량이 증가할 것이며 이로 인해 종자의 가수분해효소 및 호흡작용의 증가로 유리지방산 함량이 증가하여 결국 퇴화를 촉진했을 것으로 판단된다. Hong et al.(2005)은 초저온(-20°C)/알루미늄호일 봉투에 초건조(2.0-3.7%) 또는 건조(5.5-6.8%)종자 보관 시 저장고의 상대습도에 따라 종자의 수분함량에 변화가 없었으나 상온(20°C)/진공 알루미늄 호일 봉투 조건에서는 상대습도가 높아짐에 따라 종자 내 수분함량도 증가하였지만 이 두 보관조건과 발아율과는 유의성이 없다고 하였다.
고추종자는 5°C 및 15°C 온도조건하에서는 보관용기에 상관없이 보관기간 10년이 경과하여도 평균 발아율 95%로 활력을 유지함을 보였으나 상온조건하에서는 진공 알루미늄호일 봉투에 보관하였을 경우에만 입고전과 유사한 발아율을 나타내어 상온조건에서는 보관용기가 제한적 요소임을 나타냈다. 따라서 고추종자를 저온보관할 수 있는 환경이 되지 않는다면 상온에서 진공 알루미늄 봉투에 보관하는 것이 활력을 유지시키는 대안책이 될 수 있을 것이다. 또한 5°C, 15°C 저장온도 및 상온/진공 알루미늄 호일 봉투 조건 하에서는 고추종자의 발아율검정을 위한 첫번째 모니터링을 저장 10년째 실시하여 검정시료의 낭비를 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
배추종자의 보관 조건별 저장기간에 따른 발아율
배추종자의 저장 조건별 입고 전의 발아율은 100%였다. 배추종자는 저장 6년까지 5°C 및 15°C 조건에서는 보관용기에 상관없이 입고 전 발아율과 유사한 97%-100%의 발아율을 보였고 저장 7년째부터 온도조건에 따라 발아율 감소를 보였다(Tables 4 and 5). 5°C 조건 하에서는 저장 7년째에 평균 -10%의 발아율 감소를 보였고 이후 10년째까지 이 수준을 유지하였으며 진공 알루미늄 호일 봉투(93%) > PET병(91%) > 종이봉투(90%) 순으로 발아율이 높았으나 유의성이 없었다(p > 0.05). 15°C 조건 하에서의 발아율 감소는 저장 7년째에 보관용기에 상관없이 -10%을 나타냈고 8-9년째는 종이봉투와 PET병에서는 -20%대로 떨어졌으며 진공 알루미늄 봉투에서는 9년까지 -10%의 감소를 유지했으나 10년째에는 보관용기에 상관없이 -30% 감소함으로써 저장기간별로 보관용기 조건이 발아율에 영향을 미치지 않았다(Table 5). 반면 상온에서는 보관용기조건에 따라 발아율에 유의한 차이를 나타냈다. 상온/종이봉투 조건하에서 저장 3년째까지 평균 85% 이상의 발아율을 나타냈으나 저장 3.5년째에는 -50%의 감소를 나타냈고 저장 5년째에는 -76%까지 발아율이 감소되었으며 저장 6년째에 활력을 잃었다. 최대 발아율 감소는 저장 7년째로서 -11%에서 -100%의 발아율 감소를 나타냈다. 상온/PET병 보관조건에서는 저장 6년째까지 90%의 발아율을 나타냈으나 6.5년째에는 완전히 활력을 잃었고 상온/진공 알루미늄 호일 봉투 조건하에서는 저장 6년째까지 발아율 97-100%의 발아율을 보였다. 이후 7년째에 -30%, 10년째에는 -54%의 발아율 감소를 나타냈다(Table 5).
배추종자의 저장기간별 보관조건에 따른 종자수명에 대한 연구결과를 살펴보면, 배추종자를 초건조(1-5%)하여 상온, 4°C, 20°C 및 -20°C 등의 온도조건에 3년간 저장할 경우 발아율에 차이가 없었으며 오히려 상온조건이 초저온(-20°C 또는 -196°C)에 비해 노화가 느리게 진행되었다고 보고하였고(Zheng et al., 1998) 몇 가지 Crucifer 종에 있어서 장기저장조건(-10°C, 종자 수분함량 3%)이나 단기저장조건(5°C, 종자 수분함량 8%)에서 저장 9년까지는 발아율 차이가 없었으나 22년째에 장기저장조건의 종자들은 활력을 유지(발아율 -30% 감소)한 반면 단기저장조건에서는 활력을 잃었다고 보고하였다(Ramiro et al., 1995).
본 연구와 타 논문들의 연구결과를 검토한 결과 5°C/진공알루미늄호일 봉투 조건을 제외한 다른 조건들에서 저장기간별로 발아율이 급격히 감소한 이유는 배추종자의 수분함량이 초건조 종자가 아니었기 때문으로 사료되며 배추종자를 상온이나 단기저장조건(5°C)에 저장하기 위해서는 배추종자 내 수분함량이 제한적 요소인 것으로 사료되었다.
Perez-garcia et al.(2007)은 진정종자를 장기간 보전하기 위한 가장 중요한 요인은 낮은 저장온도보다 종자의 낮은 수분함량이며 상온에서 중장기 동안 저장 시에는 종자를 초건조하여 저장하는 것이 효율적인 방법이며 십자화과(Brassicaceae) 종의 경우 종자 내 수분함량을 초건조(0.3-3%)한 후 실리카겔과 함께 vial에 넣고 밀폐하여 저온(-5°C and -10°C)에 보관하면 저장 40년까지 90%의 높은 발아율을 유지할 수 있다고 보고하였다. 특히 종자 내 수분함량을 초건조시켜 실리카겔과 함께 vial에 넣고 밀봉한다면 상온조건에서도 동일한 발아율을 나타낸다고 한다. 따라서 향후 배추종자를 장기간 저장 시 종자활력 유지를 위한 종자 내 수분함량을 어느 정도로 건조해야 할 지 또한 초건조하여 저장 시 보관조건별로 발아율에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구가 필요하고 적어도 배추과 작물에 있어서는 종자보관 시 실리카겔과 함께 보관하면 활력유지에 매우 효과적일 것으로 사료되었다.
본 연구에서는 배추종자의 수분함량이 5% 내외일 경우, 5°C 및 15°C 온도조건하에서는 보관용기에 상관없이, 상온조건하에서는 진공 알루미늄 호일 봉투 보관 시에만 저장기간 6년이 경과하여도 평균 발아율 99%로 입고전의 활력을 유지함을 나타내어 상온조건에서는 보관용기 및 온도가 제한적 요소임을 나타냈다. 따라서 배추종자의 활력을 10년 이상 유지하면서 보관하기 위해서는 진공 알루미늄 호일 봉투에 넣어 냉장온도(5°C-10°C)에 보관한다면 가능할 것으로 사료된다.
