A Study on the Morphological Characteristics of Leaves and Fruit of Cudrania tricuspidata in Korea

국내 자생 꾸지뽕나무 잎과 열매의 형태적 특성에 관한 연구

Abstract

This study was conducted to classify the variation in leaf and fruit morphology among natural grown 16 Cudrania tricuspidata stands. As results of the analysis in C. tricuspidata stands total 134 Species were found and as results of the analysis in leaf morphology, it was grouped as Group IV. By the analysis of variance in length, width, and weight of fruits were differed in 15 C. tricuspidata stands. The length, width, and weight of fruits were higher in Jinan and Sunchang, than Gochang, Gimje, and Goheung. By the cluster analysis of 3 fruit morphology were classified as 3 Groups. According to the results of this study C. tricuspidata leaves and fruit morphological characteristics for each group were compared by analysis there were differences between the morphological characteristics and the characteristics of the fruit did not match.

꾸지뽕나무의 수요 증가에 따라 자생지 파괴가 심각한 반면 꾸지뽕나무에 대한 연구는 미비하기 때문에 자생지 복원과 새로운 농가 소득원으로 이용하기 위하여 국내에 자생하는 꾸지뽕나무 16개 집단을 대상으로 엽과 열매의 형태적 특성을 분석한 결과는 다음과 같다. 조사된 꾸지뽕나무 집단에서 엽의 형태적 특성에 대한 유집분석 결과 4개의 그룹으로 구분되었다. 열매의 형태적 특성을 분석하기 위해 꾸지뽕나무 15개 집단의 열매길이, 폭, 무게 등 3가지 형질을 분산 분석한 결과, 유의확률이 p=0.05로 각각의 형질에 따라 집단 간에 차이가 있는 것으로 나타났으며 열매의 3가지 형질별 특성을 이용하여 군집분석을 실시한 결과 세 집단으로 구분되었다. 본 연구결과에 따르면 꾸지뽕나무 엽과 열매의 형태학적 특징은 각 집단 간 차이가 있었으며, 엽의 형태적 특징과 열매의 특징이 일치하지는 않았다.

서 언

뽕나무과(Molaceae)는 세계적으로 73속 1,000여종이 분포하고 있으며 우리나라에는 5속 10종이 자라고 그 중 4속 9종이 목본식물이다(Lee, 1985; 1986). 꾸지뽕나무속(Cudrania)은 상록 또는 낙엽활엽수이며, 자웅이주로 대부분 가시가 있고 열매는 구형이다. 인도, 중국, 호주에 각각 3종과 일본에 2종이 자생하고 있다(上原, 1959). 꾸지뽕나무는 황해도 이남에 분포하고 엽은 3개로 갈라지는 것과 가장자리가 밋밋하고 난형인 것이 있다. 3개로 갈라지는 엽은 둔두, 원저이며 가장자리가 밋밋한 것은 예두이고 길이 6~10 ㎝, 너비 3~6 ㎝로서 표면에 잔털이 있고 뒷면에 부드러운 털이 있다. 꽃은 2가화로 5~6월에 피며 수꽃은 둥글며 황색인 작은 꽃이 많이 모여 달리고, 과실은 둥글며 취과로 지름이 2~3 ㎝인 육질로 9~10월에 붉게 익는다(Lee, 1993). 수목은 동일한 종일지라도 형질의 변이가 심하기 때문에 형태적 특성에 관한 연구가 선행되어야 한다. 또한 잎, 열매, 종자, 꽃 등의 형태적 특성은 기본종들 간에 서로 다른 모습을 지니고 있어 유전자 교류에 따른 집단간 변이도 다양하게 나타난다. 특히 나무의 과실은 모양과 크기가 다양하게 나타나고 있어 변이 측정에 좋은 기준으로 적용시킬 수 있을 뿐만 아니라, 식용과 기능성 식품 및 약리효과가 우수한 물질 등의 공급원으로써의 가치도 있다.

잎의 특성에 관한 연구로 Kim (1985)은 동백나무의 엽장, 엽폭, 엽면적, 거치수, 엽병장, 엽두께는 집단간의 유의적인 차이가 있으며, 엽폭은 도서지역이 내륙지역에 비하여 좁고 엽두께는 북쪽지역일수록 두꺼워지는 경향을 보인다고 하였다. Park (1985)은 해발고에 따른 신갈나무의 변이에 관한 연구에서 해발고가 높아짐에 따라 엽장, 엽폭, 엽면적은 감소하는 경향을 보이는데 이는 바람에 대한 적응결과라고 해석하였다. 또한, Kim et al. (1995)은 후박나무의 엽형질 및 종자형질 변이에 관한 연구에서 엽형질에 있어서는 집단간 및 집단내 개체간에 현저한 차이가 있으나 종자에 있어서는 집단간, 집단내 개체간 차이가 없음을 보고하였다. Miller and Kim (2002)은 호랑가시나무의 외형적 특징으로 엽장, 엽폭, 엽병장, 거치수, 과장은 집단간, 집단내, 개체간에 차이를 보였고, 과폭, 과병장은 개체간의 차이만 보였으며 엽장과 엽폭, 과장과 과폭에서 많은 집단이 개체간의 유의적인 차이가 있다고 밝힌 바 있다. 최근에 Seo (2008)는 마가목류의 형태적 특성에서 11가지 엽형질을 분석하였고, Oh (2008)는 차나무 22개 집단을 대상으로 엽의 형태적 특성을 분석하였다. 형태적 특성에 의한 수목의 분류방법은 입지조건이나, 토양조건 등에 따라 결과가 상이하게 나타나 최근에는 분자학적 기법을 도입한 유연관계 분석연구가 활발하게 진행되고 있다.

따라서 본 연구에서는 지역향토 유전자원을 이용한 새로운 기능성 식·약용식물 자원을 발굴하기 위해 전라남·북도, 충청남도, 경상남도 지역의 꾸지뽕나무 집단을 대상으로 엽과 열매의 형태적 특성을 조사하여 기초정보를 제공하고자하였다.

 

재료 및 방법

조사지 개황

꾸지뽕나무의 조사지 선정은 지금까지 발표된 각 지역의 주요 식생 조사보고서(Oh et al., 2004; Lee, 1993)를 조사하여 분포지를 확인하고 꾸지뽕나무의 생육상태와 임분밀도가 양호한 전라남도 지역의 구례, 나주, 광주, 진도, 고흥 및 광양 6개 집단과 전라북도 지역의 임실, 진안, 순창, 군산, 고창 및 김제 6개 집단, 충청남도 지역의 홍성, 보령 2개 집단, 경상남도 지역의 진주, 하동 2개 집단으로, 총 16개 집단을 조사지역으로 선정하였다.

엽 특성 조사

엽의 형태적 특성조사를 위해 꾸지뽕나무의 분포지역별 군집 내에서 총 16개의 집단에서 각각 6본씩 각 나무당 20엽, 총 1,920개를 채취하였다. 채취한 엽은 외부형질 조사를 위해 그 속성에 따라 엽병길이(PL), 엽길이(LL), 엽폭길이(LW), 엽상단 ⅓폭길이(LUW), 엽하단 ⅓폭길이(LLW) 등 5가지의 정량적 형질로 구분한 후, 집단간 유의적 차이를 Duncan 다중검정을 통하여 분석하였으며 디지털 캘리퍼스(CD-20CP, Mitutoyo Co, Japan)를 이용하여 ㎜단위로 측정하였다(Fig. 1).

Fig. 1.Schematic diagram of leaf showing the chracteristics measured [A, Length of leaf (LL); B, Length of width (LW); C, Length of upper one third in width (LUW); D, Length of lower one third in width (LLW); E, Petiole length (PL)].

열매의 특성 조사

꾸지뽕나무 16개 집단에서 열매가 결실되지 않은 전북 김제지역을 제외한 15개의 집단에서 3본씩 각 나무당 20개, 총 900개를 무작위로 채취하였다. 채취한 열매는 외부형질 조사를 위하여 속성에 따라 열매길이(LF), 열매폭(LWF), 열매무게(WF) 3가지의 정량적 형질로 구분한 후, 분산분석과 Duncan의 다중검정을 통해 분석하고 디지털 캘리퍼스(CD-20CP, Mitutoyo Co, Japan)를 이용하여 ㎜단위로 측정하였다(Fig. 2).

Fig. 2.Schematic diagram of fruit showing the chracteristics measured [A, Length of fruit (LF); B, Length of width of fruit (LWF)].

 

결과 및 고찰

엽의 형태적 분석

1) 엽의 형태

꾸지뽕나무 16개 집단에 대한 잎의 형태적 특성과 차이를 살펴보기 위해 엽장(LL), 엽병길이(PL), 엽폭길이(LW), 엽상단 ⅓엽폭길이(LUW), 엽하단 ⅓엽폭길이(LLW) 등과 같은 5가지 형질을 조사 분석하고 Duncan의 다중검정을 통하여 집단간 유의차를 분석한 결과는 Table 1과 같다.

Table 1.zLL, Length of leaf; PL, Petiole length; LW, Length of width; LUW, Length of lower one third in width; LLW, Length of upper one third in width.yDuncan’s multiple range test p=0.5.

엽장의 범위는 56.7~146.9 ㎜로, 집단별 광주, 순창 집단이 가장 길고, 김제, 군산, 구례, 진주 집단이 중간, 광양, 진도 집단이 짧은 지역으로 나타났으며, 엽병길이의 범위는 12.1~101.0 ㎜로, 나주, 광주, 순창 집단이 가장 길고, 하동, 진도 집단은 중간, 김제, 임실 집단이 짧게 나타났다. 엽폭길이의 범위는 10.3~ 100.0 ㎜로, 집단별 홍성, 하동 집단이 가장 길고, 진도, 임실, 보령 집단은 중간 길이이고, 고흥, 광양, 광주 집단이 가장 짧은 것으로 나타났다. 엽상단 ⅓엽폭길이는 21.4~96.3 ㎜의 범위로 광주 집단의 길이가 가장 길고, 순창, 고창, 김제, 구례, 광양 집단은 중간 길이이고, 보령, 진도, 임실, 고흥 집단이 가장 짧은 것으로 나타났다. 또한 엽하단 ⅓엽폭길이는 27.1~93.5 ㎜의 범위로 홍성, 하동, 광주, 나주 집단의 길이가 가장 길고, 김제, 구례, 진안 집단은 중간 길이이고, 고흥 집단이 가장 짧은 것으로 나타났다. 조사된 형질들의 평균 변이계수 범위는 93.5~146.9로 나타났는데 그 중 엽장의 변이계수 값이 146.9로 다른 형질들 보다 크게 나타나 조사된 다른 특성들에 비해 변이가 심한 것을 알 수 있으며, Kim et al. (2005)도 헛개나무에 대한 엽형질 조사에서와 같이 꾸지뽕나무 엽도 형질에 따라 변이 정도에 많은 차이가 있음을 알 수 있다.

엽의 5가지 형태적 특성들에 대한 상관관계를 분석한 결과 (Table 2), 전체적인 상관계수의 범위는 -0.751~0.746이었으며, 엽상단 ⅓엽폭길이와 엽하단 ⅓엽폭길이 상관계수, 엽장과 엽하단 ⅓엽폭길이는 강한 정(+)의 상관관계를 보였고, 엽폭길이와 엽병길이는 -0.751로 강한 부(-)의 상관관계를 나타내었다. 또한 엽장과 엽상단 ⅓엽폭길이, 엽장과 엽병길이, 엽병길이와 엽상단 ⅓엽폭길이, 엽병길이와 엽하단 ⅓엽폭길이도 모두 정(+)의 상관관계가 성립하는 것으로 나타났다. 그러나 엽장과 엽폭길이, 엽폭길이와 엽상단 ⅓엽폭길이의 선형적 상관관계는 유의적인 차이가 인정되지 않았다. Wright (1976)는 동일 수종일지라도 분포지의 기후, 토양 등의 환경조건에 대한 적응결과로 집단간 형질변이가 나타난다고 보고하였으며, Seo (2008)도 마가목류의 상관계수의 범위 -0.443~0.931를 연구결과로 보고한 바 있다.

Table 2.zLL, Length of leaf; PL, Petiole length; LW, Length of width; LUW, Length of lower one third in width; LLW, Length of upper one third in width. *significant at level 0.05**significant at level 0.01.

2) 주성분 분석

꾸지뽕나무 집단 16개의 집단을 대상으로 조사한 5가지 잎의 형태적 특성들에 대하여 주성분 분석을 실시하고 그 고유값과 전체 변동에 대한 각 주성분의 기여도 및 가상적인 개개의 주성분이 5가지 잎의 형태적 형질 중 어떤 형질을 포함하고 있는가를 추정할 수 있도록 주성분 분석을 실시하였다(Table 3). 각 형질에 대한 고유값을 분석한 결과 제 1주성분은 엽장, 엽상단 ⅓엽폭길이, 엽하단 ⅓엽폭길이의 기여도가 높고, 제 2주성분은 엽병길이, 엽폭길이의 기여도가 높은 것으로 나타났다. 제 1주성분의 고유값은 2.471로 전체분산의 49.4%, 제 2주성분의 고유값은 1.764로 전체분산의 35.3%를 설명하고 있으며, 제 2주성분까지의 누적 설명력은 84.7%를 나타냈다. 이와같은 결과는 Kim (2005)의 음나무 주성분 분석결과 제 2주성분까지 누적기여율이 55.1%로 보고하였고, Oh (2008)가 차나무의 주성분 분석결과에서 66.4%로 보고한 결과들에 비해 꾸지뽕나무 전체 분산에 대한 연관성이 높은 것으로 분석되었다.

Table 3.zLL, Length of leaf; PL, Petiole length; LW, Length of width; LUW, Length of lower one third in width; LLW, Length of upper one third in width.

3) 유집분석에 의한 엽형질 분류

이상의 분석결과를 종합하여 꾸지뽕나무 집단 16개 집단이 갖는 주성분 점수를 새로운 변량으로 군집분석을 실시한 결과는 다음과 같다(Fig. 3). 군집분석 결과 거리수준 5.0을 기준으로 4개의 그룹으로 구분되었으며 제 I 그룹은 구례, 진안, 김제, 군산, 진주, 하동, 홍성 집단, 제 II 그룹은 임실, 보령, 고창, 진도 집단, 제 III 그룹은 고흥, 광양지역 집단, 제 IV 그룹은 나주, 광주, 순창집단으로 구분되었다.

Fig. 3.Cluster analysis dendrogram of 16 populations in C. tricuspidata on the 5 leaf characteristics.

각각의 군집에 속하는 집단들의 5개 형질별 기초통계량을 확인해보면, 제 I 그룹은 엽장이 다른 그룹에 비해 중간정도이고, 엽병길이가 짧고, 엽폭길이가 상대적으로 긴 집단이다(Fig. 4, Table 4). 제 II 그룹은 엽장이 상대적으로 다른 집단에 비해 짧고, 엽폭길이가 중간정도인 집단이다. 제 III 그룹은 엽장이 비교적 짧고, 엽폭길이, 엽하단 ⅓엽폭길이가 다른 집단에 비해 짧은 집단이다. 제 IV 그룹은 엽장 및 엽병길이가 다른 집단에 비해 상대적으로 길며, 엽폭길이는 짧은 집단이다.

Fig. 4.Illustration of the result of major component points of 16 populations in C. tricuspidata cluster analyzed by new variations.

Table 4.zLL, Length of leaf; PL, Petiole length; LW, Length of width; LUW, Length of lower one third in width; LLW, Length of upper one third in width.

열매의 형태적 분석

1) 열매의 형태

꾸지뽕나무 15개 집단에 대한 열매의 형태적 특성과 차이를 분석하기 위해 열매길이, 폭, 무게 등 3가지 형질을 분석한 결과 열매길이, 폭, 무게 등이 모두 유의확률이 p=0.05로 각각의 형질에 따라 집단 간에 차이가 있는 것으로 나타났다(Table 5).

Table 5.zLF; Length of fruit, LWF; Length of width of fruit, WF; Weight of fruit.

열매길이는 진안과 순창이 가장 길고, 고창, 보령, 고흥, 하동 집단의 길이가 가장 짧은 것으로 나타났으며, 변이폭이 크게 나타났다. 변이계수는 18.4~57.7% 범위이고 평균 25.2 ㎜로 변이폭이 크게 나타났다.

열매폭은 진안과 순창이 가장 길고, 고창, 고흥, 하동의 길이가 가장 짧은 것으로 나타났다. 변이계수는 20.1~39.8% 범위이고 평균 28.2 ㎜로 변이 폭이 적게 나타났다.

열매무게는 진안과 순창이 가장 무겁고, 고창, 하동, 고흥이 가장 가볍게 나타나 집단별로 크게 차이가 있었으며, 변이계수는 5.7~27.4% 범위이고 평균 11.1 g으로 나타났다.

꾸지뽕나무 15개 집단에 대한 열매길이, 폭, 무게 등 크기는 전체적으로 진안과 순창이 높게 나타났으며, 고창, 하동, 고흥 등이 낮게 나타났으며, 모양은 둥근원형에 가까웠다.

2) 유집분석에 의한 열매 형질 분류

꾸지뽕나무 15개 집단 열매의 3가지 형질별 특성을 이용하여 군집분석을 실시한 결과 제 I 그룹 구례, 임실, 진도, 홍성, 광양, 광주, 진주, 나주, 군산, 제 II 그룹 고흥, 하동, 보령, 고창, 제 III 그룹 진안, 순창집단으로 구분되었다(Fig. 5).

Fig. 5.Cluster analysis dendrogram of 15 populations in C. tricuspidata on the 3 fruit characteristics.

각각의 군집에 속하는 집단들의 3개 형질별 기초통계량을 확인해보면, 제 I 그룹은 열매길이, 열매폭, 열매무게가 다른 그룹들에 비해 중간정도의 수준인 것으로 나타났다(Table 6). 제 II 그룹은 열매길이와 열매폭이 짧고, 열매무게가 다른 그룹에 비해 상대적으로 가벼운 것으로 나타났다. 제 III 그룹은 열매길이와 열매폭이 상대적으로 길고, 열매무게가 다른 그룹에 비해 상대적으로 무거운 그룹으로 나타났다.

Table 6.zLF; Length of fruit, LWF; Length of width of fruit, WF; Weight of fruit.