알레로파시(allelopathy)효과의 정량적 분석을 통한 고찰실험일자: 2006년 11월 14~ 21일실험자: 이원철, 나혜리, 이가람Ⅰ. 서론자연 상태에서 생물계에는 여러 종류의 개체군이 존재한다. 이들은 서로 독립적으로 존재하는 것이 아니라 한정된 먹이와 자원, 생장 환경 등을 놓고 서로 상호작용을 하며 존재한다.상호작용(reciprocal action)에는 서식처를 같이 하고 있는 두 종, 또는 두 개체 이상의 생물이 필요로 하는 공간, 영양분, 광선, 수분 등 여러 요소를 둘러싸고 그들의 요구량이 공급되는 양보다 클 때 일어나는 경쟁(competetion), 소비자인 동물이 생산자나 여타 소비자를 섭식하는 과정인 포식(predation), 대체로 몸이 작으며 숙주(host)라 불리는 개체의 몸이나 표면을 서식지로 정하고 살아가는 생식형태인 기생(parasitism), 두 생물이 서로 이익을 교환하며 한편이 없으면 상대편이 살아갈 수 없는 불가분의 관계를 맺고 살아가는 상리공생(mutalism), 하나의 개체군은 이익을 받지만 다른 개체군에는 이해관계가 없는 단순한 공생 관계를 뜻하는 편리공생(commensalism)이 있다.이 중 경쟁에는 같은 종 사이에서 일어나는 종내경쟁(intraspecific competetion)과 다른 종 사이에서 일어나는 종간경쟁(interspecific competetion)이 있으며, 이들은 모두 같은 지역 내에서의 생물의 종류나 수를 결정하는데 중요하다.어떤 두 종의 생물이 차지하는 생태적 지위가 유사하면 할수록 적어도 제한된 자원을 두 종이 공동으로 또는 같은 방법으로 이용하면서 이들 사이에 경쟁이 일어나게 되는데, 그 결과는 공존, 한 종의 멸망, 한 종의 강제 이동, 급속한 다른 방향으로의 진화현상일 것 이다.특히 다른 방향으로의 진화는 자연 도태의 결과 두 종 사이의 특징의 차이가 점점 커지는 현상이 생길 것이다. 왜냐하면 두 종의 많은 자손 중에서 서로의 유사점이 적으면 적을수록 경쟁에 참여하지 않게 되어 살바꾸는 수도 있다.넷째, 경쟁은 계통상으로 인연이 먼 다른 두 종 사이에도 일어난다. 인간의 식량 확보와 곤충의 섭식 경쟁은 그 좋은 예이다.(박년규,1995)종간경쟁에서의 많은 예들(규산염을 차지한기 위한 규조류들 간의 경쟁, 경쟁하는 연어들 간의 공존과 배척, 경쟁하는 호박벌의 공존과 배척, 경쟁하는 설치류들과 개미들의 공존 등)속에 나타나 있는 패턴들은 많은 것들을 밝혀내었으며, 만약 안정된 환경에서 경쟁하는 종들이 공존한다면, 그들은 현존지위의 분화(differentiation of realized niche)와 같은 지위 분화의 결과로써 그렇게 공존하고 있다는, 그러나 만약 그러한 분화가 나타나지 않는다면 또는 만약 그것이 서식처로부터 제외되어버린다면, 경쟁하는 어느 한 종은 다른 종을 배타하거나 제거하게 될 것이라고 하는 경쟁배타의 원리(competitive exclusion principle)를 이끌어 내었다.(Colin R. Townsend, 2004)이번 실험에서는 종간경쟁에서도 식물개체간의 경쟁에서 볼 수 있는 타감작용(allelopathy)에 대하여 정량적인 실험을 통한 분석을 해 보았다.타감작용(allelopathy)은 공여식물이 방출한 미량 물질에 의하여 수용식물의 생리작용이 활성화되거나 저해되는 현상이다. 타감작용에는 전통적인 개념의 식물-식물 사이의 상호작용뿐만 아니라 비전통적 개념의 미생물, 산호, 기타 해산생물, 포유류가 배출하는 화학물질 등에 의한 작용까지 포함해야한다는 의견도 있다.(Lovett, 1997)가설 설정은행나무(Gingko biloba)의 낙엽이 튤립나무(Liriodendron tulipifera)와 양버즘나무(Platanus occidentalis)의 낙엽보다 다른 식물의 종자발아를 억제하는 알레로파시(Allelopathy) 효과가 더 클 것이다.은행나무(Ginkgo biloba L.), 튤립나무(Liriodendron tulipifera) 그리고 양버즘나무(Platanus occidentalis)는 모두 낙엽교 상추종자360개, 페트리디쉬 18세트(뚜껑포함), 500ml-삼각플라스크 3개, 500ml비커 4개, 50ml비커 3개, 거즈 ,5ml스포이드 3개, 거름종이 54장, 전자저울, 피펫3개, 증류수1000ml, 인큐베이터, 레이블지, 필기구2.실험방법(1)실험 개요실험에 사용한 식물체는 우리주위에서 흔히 볼 수 있는 은행나무, 양버즘나무, 튤립나무 로 정하였으며 화학물질의 양에 따른 분석을 위해 추출액의 비율을 다르게 하여 실험하였다.이 중 은행나무는 알레로파시 효과가 있을 것으로 예상하고 같은 교목이면서 가로수로 널리 쓰이며 생장환경이 비슷한 종으로 나머지 두 종을 선별 하였다.먼저 각각의 교목의 낙엽을 수확한 직후 삼각플라스크에 넣고 생엽50g당 증류수 50ml를 첨가하여 24시간동안 추출하였으며, 거즈로 여과하여 종자의 발아 실험에 사용하였다.추출액의 농도는 추출액 자체를 공급한 실험구를 100%로 하여 증류수를 이용 50%로 희석하여 사용하였고 대조구는 증류수만을 공급하였다.이때 사용한 상추종자는 일반 종묘상에서 판매되는 것을 사용하였는데 발아촉진제가 함유되어있을 것으로 판단, 정확한 실험데이터를 얻기 위해 증류수에 씻은 다음 사용하였다.그 후 25℃로 유지시킨 인큐베이터에 넣어 배양하며 하루에 한번 관찰, 종자의 발아율과 유식물의 생장 율을 비교하였다.(2)수용 추출액 만드는 방법①즉시 채집하여 보관하였던 수용성물질을 추출하기 위한 식물체의 낙엽 50g씩을 준비한다.②500ml들이 삼각 플라스크에 ①에서 준비한 낙엽50g을 넣고 증류수 50ml를 넣는다.이때, 증류수에 낙엽이 잠기도록 한다.③24시간 상온에서 방치후, 거즈를 이용하여 거른다.④여기에서 얻어진 수용 추출액 원액을 100%라 정하고, 이를 희석하여 50%농도의 수용 추출액을 만든다.(3)종자 발아 억제 실험①페트리디쉬위에 3겹의 거름종이를 깔고 그 위에 10ml증류수(대조구), 10ml-50%추출액10ml-100%추출액을 피펫을 사용하여 골고루 뿌린다.표1. 실험구와 대조구대조구실험구1실트리디쉬 위의 종자 간에 있을지도 모르는 상호작용을 차단하기 위함이다.) 종자를 거름종이 위에 놓을 떄, 곰팡이에 의한 오염을 주의해야 한다.③페트리디쉬뚜껑을 덮고 레이블링한 후 25℃로 유지시켜 놓은 인큐베이터에서 보관한다.④실험은 각 식물별로 두개의 세트를 준비하여 실험을 수행한 후, 결과에는 평균값을 제시한다. 또한 뚜껑을 잘 덮어 수분의 손실을 최대한 적게 한다.⑤매일 종자 발아와 발아된 유식물의 상태를 확인하고, 종자 발아율의 변화가 없을 때까지 종자 발아율을 계산한다.(시간관계상 일주일을 기간으로 잡았다.)Germination percentage of tested plant× 100Germination percentage of controlRelative germination ratio =Ⅲ. 실험 결과표2. 실험Ⅰ. 시간의 경과에 따른 종자 발아은행Ⅰ대조튤립Ⅰ대조양버즘Ⅰ대조은행Ⅰ50%튤립Ⅰ50%양버즘Ⅰ50%은행Ⅰ100%튤립Ⅰ100%양버즘Ⅰ100%11/1400000000011/*************011/*************05011/*************510011/*************810011/*************11011111/*************31111211/*************413112첫 번째 실험에서 첫날은 파종한 직후이므로 제외하고 둘째 날부터 살펴보면 대조구는 모두 왕성한 발아를 보였으며 추출액을 50%와 100%로 처리한 실험구들 모두에서는 정도의 차이가 있지만 발아가 억제되는 현상을 발견할 수 있었다. 정확한 비교 분석을 위해 종자에서 조금이라도 싹을 틔우는 것을 모두 발아했다고 간주 하였다. 셋째 날부터 50%추출액으로 처리한 실험구들의 종자 발아가 본격적으로 시작되었고 그때까지도 100%의 추출액으로 처리한 실험구들은 종자의 발아가 강하게 억제되는 현상을 보였다.점점 실험일이 지날수록 발아하는 종자의 개수는 늘어났고 마지막 7일째에는 대조구안의 모든 상추종자가 발아한 것을 관찰 할 수 있었다. 하지만 51513147111/*************5157211/*************51582원래는 두 번째 실험을 첫 번째 실험을 수행 한 후 시간적 차이를 두고 수행해야했지만 시간관계상 첫 번째 실험과 같이 수행하게 되었다.두 번째 실험도 첫 번째 실험과 마찬가지로 추출액을 처리한 실험구에서 억제현상을 관찰 할 수 있었다.대조구에선 활발한 발아를 보여주었던 대조구의 종자들이 실험구에서는 발아가 억제되었으며 발아한 종자들도 생장하는데 대조구들과 비교해서 잘 자라지 못하는 모습을 관찰 할 수 있었다.이상의 실험결과에 붙여 보다 정확한 설명을 위해 영상자료를 제시한다.실험1. 대조구실험2. 대조구실험1. 은행 50% 실험1. 은행 100%실험1. 튤립 50% 실험1. 튤립 100%실험1. 양버즘 50% 실험1. 양버즘 100%실험2. 은행 50% 실험2. 은행 100%실험2. 튤립 50% 실험2. 튤립 100%실험2. 양버즘 50% 실험2. 양버즘 100%이상의 실험1과 실험2의 데이터를 종합해보면 아래 표와 같다.표4. 통합(평균)은행 대조튤립 대조양버즘 대조은행 50%튤립 50%양버즘50%은행 100%튤립 100%양버즘 100%11/1400000000011/159.511.512.004.0000011/1612.015.015.09.510.06.01.04.5011/1716.515.518.011.512.58.56.58.0011/1818.016.518.513.013.010.010.08.5011/1919.017.519.513.513.512.012.09.01.011/2019.518.520.014.514.014.013.09.02.011/2120.020.020.015.514.514.514.09.52.0또한 이상의 실험 결과들을 비율로 따져보면 다음의 표와 같다.표5. 식물의 수용 추출액에 대한 상추의 발아율(%)0%50%100%은행나무(Gingko biloba)100.00%77.50%70.00%튤립나무(Liriodendron tulipifera)100.00%72.50%47.57
