KR102299294B1 - 종자 프라이밍을 위한 개선된 방법 - Google Patents

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Abstract

건조 종자를 프라이밍하는 방법이 개시되며, 이때 상기 종자는 우선적으로 상기 종자가 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 상기 종자에 의해 요구되는 물의 양의 적어도 75 wt.%를 흡수하도록 습윤된다. 후속적으로, 상기 종자의 수분 함량은, 적어도 1 퍼센트 단위로, 종자의 생성된 수분 함량이 적어도 25%이도록 감소된다. 최종적으로 상기 종자는, 인큐베이션 중 상기 종자의 중량이 인큐베이션 전의 상기 종자의 중량의 적어도 80%, 예를 들어 적어도 90% 또는 적어도 95%이며; 인큐베이션 중의 상기 종자의 수분 함량(건조 중량 기준)이 적어도 25%의 인큐베이션 시간 동안 적어도 25%로 유지되도록 인큐베이션된다.

Description

종자 프라이밍을 위한 개선된 방법{IMPROVED METHOD FOR SEED PRIMING}
본 발명은 종자 프라이밍(seed priming) 방법에 관한 것으로, 수용액에 종자의 침지 및 후속하는 인큐베이션을 포함한다. 또한, 본 발명은 이 같은 방법에 의해 얻을 수 있는 종자 및 이 같은 종자로부터 재배된 식물에 관한 것이다.
작물의 최종 수율에 대한 종자 품질의 영향이 주지된다. 종자 프라이밍은 종자 성능을 향상시키기 위한 자연적 및 환경 친화적 방식이다. 이는 낮은 발아 능력 및 높은 발아 능력 모두를 갖는 종자들에 대해 효과적이다. 종자 프라이밍에서, 종자를 발아시키기 위해 요구된 기본적 대사 반응들은 높은 습도, 충분한 산소 및 적절한 온도의 상태하에서 발생한다. 발아 과정은 전형적으로 완전한 출현(radical emergence) 전, 즉 발아 과정이 완료되기 전 프라이밍된 종자를 건조시킴으로써 중단된다. 건조에 후속하여 프라이밍된 종자는 처리되지 않은 종자와 동일한 방식으로 포장되고, 저장되고, 분배되고 심겨질 수 있다.
종자 프라이밍은, 입증된 바와 같이, 작물 생산 및 산림 재식에 대한 수 개의 장점들을 갖는다. 프라이밍된 종자는 보통 프라이밍되지 않은 종자에 비해 더 급속하고 균일한 출현을 초래한다. 또한, 프라이밍된 종자는 프라이밍되지 않은 종자보다 넓은 범위의 온도, 염도 및 제한된 수분 이용능과 같은 불리한 필드 조건들에 걸쳐 더 잘 발아되었다. 프라이밍은 또한 다수의 야채 종들에서 파괴된 종자 휴면 상태에 대한 효과를 보여주었다. 종자 프라이밍에 의한 최종 수량은 다수의 종들에서 프라이밍 처리의 부가 비용을 정당화하는 증가된 이익을 초래할 수 있다. 이에 따라, 종자 프라이밍 방법에 대한 요구가 있다.
당업계의 프라이밍 방법은 하이드로 프라이밍(hydro priming), 삼투 프라이밍(osmotic priming) 및 매트릭스 프라이밍(matrix priming)을 포함한다. 이러한 프라이밍 방법들 중에서, 하이드로 프라이밍은 프라이밍 동안 사용된 화학물/매트릭스에 대한 비용 및 프라이밍 후 이러한 재료들을 제거하기 위한 노동 모두를 절감하는 장점을 갖는다. 그러나, 하이드로 프라이밍은 우수한 결과를 생성하고 프라이밍 처리 동안 종자를 발아로부터 방지하는 것 모두에 대한 더 정확한 기술을 요구한다. 또한, 개선된 저장 수명을 갖는 프라이밍된 종자를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
프라이밍 동안 종자가 발아하는 것을 방지하도록, 종자에 공급된 물 및 인큐베이션(incubation) 시간은 엄격히 진행되어야 한다.
JP7289021은 종자의 발아 시작 주기를 통합하며, 개선되고 안정화된 발아 성능을 가질 수 있는 고성능 코팅 종자를 제공하기 위한 과정을 개시한다. 개시된 과정에서, 종자는 물에 침지되어 종자의 물 함량을 ≥30% 건조 중량으로 만든다. 제조된 종자는 종자의 발아 시작 주기를 통합하기 위한 방법을 제공하도록 발아 바로 전까지 ≥50% 상대 습도를 가지는 기상 환경에 유지된다.
WO 99/33331은 유체로 종자를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 하나 이상의 열교환 표면을 포함하는 밀폐된 챔버에서 유체-함유 기체의 사용을 포함한다. 처리 기간 길이는 중요한데, 더 긴 기간은 원치 않는 발아를 초래하며 더 짧은 처리는 부적절한 동시 발생을 초래하는 것으로, 즉 많은 수의 종자가 충분한 수분을 흡수하지 않아 여전히 종결 휴면기에 있는 것으로 기재된다.
US 6,421,956은 유체, 특히 물로 종자를 처리하기 위한 방법 및 장치를 개시하며, 이 방법은 유체-함유 가스의 사용을 포함하고, 이에 의해 종자는 제어된 유체 함량을 가지는 가스와 접촉하며 종자는 종자와 액체 형태의 유체 사이의 직접적인 접촉이 실질적으로 방해되는 동안 한정된 기간에 걸쳐 가스와의 접촉을 유지한다. 유체-함유 가스에 노출되기 전에, 종자는 종자의 삼투압을 낮추기 위해 습윤될 수 있다.
US 5,119,589는 드럼 벽에 안개를 응축시키기 위해 증기 발생기로부터의 증기로서 또는 표면 필름을 형성하기 위해 다수의 미세한 보어(bore) 튜브를 통해 드럼 벽 상으로 펌핑된 액체 물로서 도입 된 물에 의해 회전 드럼 내에서 점진적 수화 작용에 의해 종자가 프라이밍되는 방법을 개시한다. 물의 양과 첨가 속도는 종자가 자유롭게 흐르도록 조절된다. 이는 프라이밍 과정의 제어를 제공하지만, 느린 수화 작용은 프라이밍 효율에 부정적인 영향을 미친다. 상기 방법은 또한 점진적인 수화를 엄격하게 제어할 것을 요구한다. WO 96/08132는 종자와 물이 반투막을 통해 접촉하여, 프라이밍에 악영향을 미치고 물에서 삼투포텐셜의 엄격한 조절을 요구하는 느린 수화를 초래하는 방법을 개시한다.
다른 예들은, 풀 종자의 개체군이 복수의 수화 및 탈수 기간을 교대로 거치는 방법을 개시하는 US 5,232,465를 포함한다. 수화/탈수 기간의 교대는, 높은 수분 함유로 인해 섬세해진 종자가 낮은 습도 공기에 의해 주기적으로 가혹하게 취급되는 위험을 초래한다. 또한 높은 습도 공기(RH 93-98%)의 기간은 종자가 발아하지 않도록 주의 깊은 조절을 요구한다.
이러한 방법들에서, 물/유체와 접촉할 때 종자가 포화되는 경우, 인큐베이션 시간은 프라이밍 동안 종자 발아를 방지하기 위하여 엄격하게 제한되어야 한다. 종자가(보통 배젖 또는 과피 내부에 위치되는 특히 배아) 포화되기 전에 흡수가 중단된 경우, 물의 제한은 프라이밍 효과를 제한한다. 종자를 흡수로부터 너무 초기에 제거함으로써 프라이밍되지 않은 종자보다 더욱더 저급한 발아 성능을 초래할 수 있다.
마지막으로, WO 08/153388은 프라이밍 과정을 제어하기 위해 물이 아니라 오히려 부분 산소 압력 및/또는 부분 이산화탄소 압력이 사용되는 종자 프라이밍 방법을 개시한다. 인큐베이션 중 산소의 이용 가능성을 제한하는 것은 프라이밍에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
이에 따라, 당업계의 결함을 극복하기 위한 종자 프라이밍 방법에 대한 요구가 있다.
결론적으로, 본 발명은 종자 프라이밍의 방법을 제공함으로써 당업계에서 상술된 결함들 중 하나 이상의 결함 및 단점들을 개별적으로 또는 어떠한 조합도 완화하거나, 경감하거나, 제거하거나 또는 회피하는 것을 추구하며 여기서 프라이밍될 종자는, 종자가 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 물의 양의 적어도 75 wt.%를 흡수하도록 습윤된다. 종자를 인큐베이션하기 전에, 종자의 수분 함량(건조 중량 기준)이 적어도 1% 단위로 감소되고, 종자의 생성된 수분 함량이 여전히 적어도 25%가 되도록 감소된다. 이어서, 인큐베이션 중 종자의 중량이 인큐베이션 전의 종자 중량의 적어도 80%, 예컨대 적어도 90% 또는 적어도 95%로 유지되도록 종자가 인큐베이션되며; 인큐베이션 중 종자의 수분 함량(건조 중량 기준)은 인큐베이션 시간의 적어도 25% 동안 적어도 25%로 유지된다.
종자를 물로 습윤시킴으로써, 종자에는 대사 과정이 시작되고 처리되기에 충분한 물이 제공된다. 종자가 발아 과정을 완료하는 것을 방지하도록 종자의 물 함량이 감소된다.
본 발명의 추가 양태는 이 같은 방법에 의해 얻을 수 있는 프라이밍된 종자 및 이 같은 프라이밍된 종자를 재배함으로써 얻어진 식물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 유리한 특징들은 종속항들에 규정된다. 본 발명의 추가의 유리한 특징들은 종속항들에 규정된다. 또한, 본 발명의 유리한 특징들이 여기서 개시된 구현예들에서 상술된다.
발아 과정 동안 성숙한 건조 종자(mature dry seed)에 의한 물의 흡입은 3단계로 이루어진다. 초기 단계(단계 I, 흡수) 동안, 정체 단계(단계 II, 정체 단계)에 도달될 때까지 물의 급속한 흡입이 발생한다. 정체 단계 동안은 본질적으로 물이 흡수되지 않는다. 특정 종자, 예를 들어 밀 종자 및 리크(leek) 종자의 경우, 일부 물은 정체 단계 동안에도 흡수되지만 초기 단계보다 유의하게 덜 급속하다. 정체 단계가 완료되면 단계 III(발아, 완전한 출현)이 시작되고 물이 다시 한번 종자에 의해 급속하게 흡수된다. 종자가 물과 접촉되면, 종자의 발아를 준비하는 일련의 대사 과정(흡수 및 정체 단계(단계 II) 모두 동안 발생하는)이 시작된다. 전체 발아 과정 동안 최고의 활성 기관은 배아이고, 이에 따라 배아의 효과적인 물 흡입이 매우 중요하다.
종자가 물에 침지되고 후속적으로 높은 상대 습도를 갖는 분위기하에서 인큐베이션되는, 당업계에서의 과정들에서 발아를 회피하도록(JP7289021 및 US 6,421,956 참조), 침지 시간, 수용액의 삼투압 및 인큐베이션 시간을 제어하는 것이 가장 중요하다. 이러한 매개변수들 중 어느 하나가 잘못 조정되는 경우, 프라이밍 과정 동안 종자가 발아하는 위험이 있다.
침지 시간을 단축함으로써, 수분 함량은 종자가 발아를 완료하기 위해 요구되는 수준보다 낮은 수준으로 및 바람직하게는 종자가 발아의 단계 II로 진입하기 위해 요구된 수준보다도 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 토마토, 페퍼, 양파, 피마자 및 밀과 같은 배젖 종으로부터의 종자, 유럽 적송(Scots pine), 독일 가문비(Norway spruce), 및 은행 나무(ginkgo biloba)와 같은 겉씨식물 종, 또는 사탕무, 당근과 같은 과피를 갖는 종들, 및 다양한 초(grass) 종들로부터의 종자와 같은 특정 종자는 종자의 배젖으로부터 배아로 또는 과피로부터 과피 내부의 종자로의 물 운반이 지연된다. 침지 시간을 단축함으로써(배젖 종자의 경우) 배아 또는(과피를 갖는 종자의 경우)종자의 물 흡입을 제한할 것이다. 이는, 배아와 같이 종자 내부에 위치한 종자 기관이 단계 II에 완전히 진입하지 않았기 때문에 발아 중에 일어나는 대사 반응을 방해할 위험을 내포한다. 너무 짧은 침지 시간이 사용되는 경우, 종자는(더 긴 발아 시간 및 더 낮은 발아 능력의) 프라이밍되지 않은 종자들보다 심지어 더 저급하게 발아될 수 있다.
종자가 발아를 완료하기에 충분한 물을 흡수하는 것을 허용하는 종자 프라이밍 과정에서, 인큐베이션 단계의 엄격한 제어는 발아를 회피하기 위해 필요하다. 전형적으로, 인큐베이션은 발아를 위한 대사 준비가 마무리되기 훨씬 전에 중단된다. 이에 따라 완전한 프라이밍이 얻어지지 않는다.
본 발명자는 프라이밍 동안 발아에 대한 우려는 종자가 물 흡입의 단계 II에 진입하기에 충분하게 습윤되면 종자의 수분 함량을 감소시킴으로써 최소화될 수 있으며, 이에 의해 배아 및 주변 배젖 모두 발아를 위한 준비 과정을 시작하기에 충분한 물을 신속히 갖는다는 것을 밝혀냈다. 그러나, 완전한 발아는 종자의 수분 함량의 감소에 의해 방지된다.
습윤이 완료된 후 수분 감소 동안, 대부분의 수분 손실은(배젖 종자 및 겉씨식물 종자의 경우)배젖, 및 (열매 부분으로 둘러싸인 종자의 경우)과피와 같은, 종자의 표면 기관에서 발생한다. 종자의 가장 활성적이고 중요한 기관인, 배아 상태인 동안, 수분 함량은, 종자 기관들 사이의 물 운반에 시간이 필요하므로 수분 감소 후 더 긴 시간에 걸쳐 전체 대사 과정 동안 충분히 유지된다. 종자가 물 흡입의 단계 II로 진입하는데 필요한 물의 양의 적어도 75%를 흡수하도록 종자를 습윤하는 것은 배아가 발아를 위한 생물학적 과정을 시작하는데 충분한 물을 제공하는 반면, 종자를 인큐베이션하기 전에 종자의 수분 함량을 감소시킴으로 완전한 발아는 방지한다.
습윤에 후속하는 이 같은 수분 감소의 하나의 장점은, 발아의 대사 준비 과정이 거의 완료될 때까지 진행될 수 있지만 발아의 완료, 즉 종자 표면을 통한 완전한 관통이 방지된다는 것이다. 상기 방지는 종자의 더 건조하고 단단한 표면 때문일 수 있다. 종자의 수분 함량(건조 중량 기준)을 적어도 1% 단위로 감소시킴으로써, 더 건조하고 단단한 표면이 수득될 수 있으며, 이에 따라 인큐베이션 중 발아의 위험이 낮아진다. 따라서, 인큐베이션 시간을 주의 깊게 조절하는 것이 덜 중요해진다. 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 물의 양의 적어도 75%를 종자에 제공하면 종자에 발아 준비 과정을 시작하기에 충분한 물이 공급되고, 반면 완전한 발아는 종자의 수분 함량을 줄이고 종자 표면을 경화시킴으로써 방지된다. 이론에 구속됨이 없이, 종자 표면의 경화는 종자의 압력포텐셜을 증가시키는데 기여한다고 생각된다.
일 구현예에 따라, 종자가 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 요구되는 물의 양의 적어도 75 wt.%를 흡수하는 것을 허용하지만, 후속하는 인큐베이션 시간의 엄격한 제어를 요구하지 않는 종자 프라이밍의 방법이 제공된다. 이 같은 방법에서, 종자의 수분 함량은 습윤 단계에 후속하여 감소된다. 수분 함량을 줄이면 종자 표면이 경화된다. 또한, 수분 함량을 감소시킴으로써, 인큐베이션 시간이 다소 증가하더라도 종자는 발아하지 않을 것이다.
종자의 수분 함량(건조 중량 기준)은 적어도 1% 단위로 감소되어야 한다. 또한, 수분 함량은 종자의 생성된 수분 함량이 적어도 25 wt.%가 되도록 감소되어야 한다. 수분 함량을 25 wt.% 미만으로 감소시키면 훨씬 덜 효과적인 프라이밍을 초래하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 종자의 생성된 수분 함량이 종자가 발아를 완료하기에 충분하지 않도록 수분 함량을 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나 이미 수분 함량을 적어도 1% 단위로 감소시키는 것 자체가 종자 표면을 경화시켜서 효과를 제공한다.
이 같은 방법에서, 프라이밍될 종자가 먼저 제공된다. 전형적으로, 종자는 건조하고 적어도 본질적으로 건조하다. 종자는 수용액에 의해 습윤된다. 습윤은 종자를 수용액에 침지시키고 발아 완료를 위해 충분한 물을 흡수하면 꺼냄으로써 수행될 수 있다. 수용액 내로의 종자의 침지는 물로 종자를 급속하게 포화하는 효과적인 방법이 되는 것임이 밝혀졌다. 또한, 침지는 침지되는 모든 종자가 물로의 접근을 제한하지 않고 이에 따라 물을 효과적으로 흡수할 수 있는 것을 암시한다. 그럼으로써 발아의 대사 준비 과정이 매우 빨리 시작될 수 있다.
종자는 헹구거나, 뿌리거나, 축축하게 하거나, 담그거나, 튀기거나, 분무하거나, 수용액과 직접 접촉하는 다른 습윤 방법을 사용하여 더 습윤될 수 있다. 이 방법은 종자에 물을 무제한으로 제공해야 한다. 삼투 프라이밍과 같이 접근이 제한되는 방법은 덜 효과적임이 밝혀졌기 때문에, 물의 급속한 흡수가 중요하다.
종자는 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 물의 양의 적어도 75 wt.%를 흡수하도록 습윤되어야 한다. 이러한 수분 함량 수준이, 바람직하게는 종자가 물 흡입의 단계 II에 진입하기에는 충분하지 않더라도, 종자 발아를 준비하는 많은 대사 활성이 시작되고 종자 프라이밍의 유의적으로 긍정적인 효과가 이러한 수분 수준에서 이미 나타났다.
일 구현예에 따르면, 종자가 적어도 물 흡입의 단계 II에 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 물의 95 wt.%, 예를 들어 적어도 97 wt.%, 99 wt.% 또는 99.5 wt.%의 물의 양을 흡수하도록 종자가 습윤된다. 또한, 종자는 적어도 물 흡입의 단계 II에 진입하기에 충분한 물을 흡수하도록 습윤될 수 있다.
인큐베이션 시간과 수분 함량 둘 모두 종자 발아에 결정적이며, 이러한 두 요인은 MC가 높을수록, 인큐베이션 시간이 짧을수록 부정적으로 상관된다. 인큐베이션 시간이 더 짧은 것이 대부분의 경우에 바람직하지만, 기간이 길면 인큐베이션 시간을 조절하는 것이 더 용이할 수 있다. 상추 및 밀과 같은 다수의 종의 경우, 발아 시간은 단 몇 시간으로 매우 짧다. 이는 습윤 시간 및 대사 과정을 완료하는 시간, 즉 인큐베이션 시간 둘 모두가 매우 짧으며, 보다 섬세한 제어를 요구함을 암시한다. 이러한 종자의 경우, 인큐베이션 시간을 연장하여 인큐베이션 시간을 보다 용이하게 제어하고 종자의 중간 건조 손상을 최소화 하기 위해 습윤의 지속 기간은 물 흡입의 단계 II에 진입하는데 필요한 시간보다 짧을 수 있다.
습윤의 지속 기간을 단계 II에 진입하는데 필요한 시간보다 약간 더 길게하여 종자의 중간 건조 손상을 최소화하는 것이 더 바람직할 수 있다. 습윤의 지속 기간은 물 흡입의 단계 II에 진입하는데 필요한 시간보다 1 내지 20%, 예를 들어 2 내지 10% 또는 2 내지 5% 길 수 있다.
다른 구체예에서, 습윤의 지속 기간은 물 흡입의 단계 II에 진입하는데 필요한 시간보다 50% 길게, 예를 들어 40%, 30% 또는 20% 길게 될 수 있다.
미크로플랜(Microplan), 및/또는 염(예를 들면, K2N03, CaCl2, NaCl)과 같은 지베렐린(Gibberelin), BAP, 식물 영양소와 같은 자극 호르몬이 수용액 내에 존재할 수 있다. 이 같은 첨가제는 종자 휴면을 깨뜨리고, 강하며 스트레스 내성인 모종을 생산하는데 기여할 수 있다.
물을 무제한으로 제공하고 종자를 물에 침지시키는 것과 같이 수용액과 직접 접촉시키고 후속적으로 수분을 감소시킴으로써 종자를 습윤시키는 것은, 사탕무, 당근과 같은 과피에 존재하는 성장/발아 억제제를 효과적으로 제거 할 수 있다.
습윤 시간은 적어도 종자가 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 물의 75 wt.%를 흡수할 수 있도록 충분해야 하지만, 단계 III 으로 진입하는 것은 발아 완료에 상응하므로, 종자가 물 흡입의 단계 III으로 진입하기 위해 필요한 시간보다는 훨씬 짧아야 한다.
소정의 종자에 대해 물 흡입의 단계 II에 진입하는 시간은, 예를 들어 관심 종으로부터 건조 종자를 침지시키고 이어서 예를 들어 ISTA 규칙에 따라 종자의 수분 함량을 결정함으로써 실험적으로 결정될 수 있다. 종자가 물과 접촉되면, 즉 습윤이 개시되면, 종자는 물 흡입의 단계 II에 진입할 때까지 물을 흡수하기 시작한다(이는 종자의 포화 상태로 표시될 수 있다). 정체 단계(단계 II) 동안 물을 흡수하는 종자의 경우, 초기 단계에서의 빠른 흡입과 정체 단계에서의 느린 흡입 사이의 교차점이 습윤 단계의 하한을 결정하는데 사용될 수 있다. 단계 III으로의 진입은 완전한 출현에 상응한다. 단계 III으로 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 습윤 시간은 연속적으로 종자를 습윤시키고 완전한 출현을 관찰함으로써 결정될 수 있다.
습윤 시간이 너무 길면 수분 함량의 중간 감소로 인해 대사 과정이 너무 지나치게 진행되어 종자가 손상될 수 있으며 종자가 민감해진다. 따라서, 습윤 시간은 동일한 종의 연속적으로 수화된 종자가 발아하는데, 즉 물 흡입의 단계 III에 진입하는데 필요한 시간의 50% 미만, 예를 들어 40%, 30%, 20% 또는 10% 미만이어야 한다. 완전히 출현하면, 발아는 일어난 것으로 간주된다.
일 구현예에 따르면, 인큐베이션 단계의 지속 기간은 물에 자유롭게 접근할 수 있는 종자에 대한 물 흡입의 단계 II 및 III에 각각 들어가는데 필요한 시간 간의 차이에 적어도 상응한다. 발아를 위한 대사 준비를 가능한대로 진행시키기 위해, 인큐베이션 시간은 발아를 완료하기 위해 물에 자유롭게 접근할 수 있는 종자에 필요한 시간과 같거나 약간 더 길도록 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 인큐베이션의 지속 기간은 물(물 포텐셜 0)에 자유롭게 접근 할 수 있는 종자에 대한 물 흡입의 각각 단계 II 및 III으로 진입하는데 필요한 시간 간의 차이에 적어도 상응하지만, 이러한 차이의 3배보다 길거나, 예를 들어 이러한 차이의 2배 또는 1.5배보다 길지 않다.
수용액은 침지 단계 동안 전형적으로 폭기된다. 물을 제외하고 산소가 또한 종자가 발아를 완료하기 위해 필수적이다. 물 흡입과 마찬가지로 산소 흡입도 3단계로 이루어진다: 급격한 산소 흡입 단계(단계 I)는 증가된 수화/흡수와 동시에 진행된다. 이러한 단계 동안, 산소는 호흡 효소의 활성화에 기여하며; 정체 단계(단계 II) 동안, 산소 흡입은 단계 I 보다 더 느리지만, 새롭게 합성화된 미토콘드리아의 호흡과 관련하여 전체 단계 동안 증가하며; 2차의 급격한 산소 흡입(단계 III)은 완전한 출현과 동시에 발생한다.
발아 기간 동안 산소 공급의 부족은 적은 에너지 생산을 초래할 수 있으며, 이는 발아 동안 대사 과정을 제한할 것이다. 심각한 산소 결핍은 발효를 초래할 것이고 이는 종자 발아를 억제할 것이다. 또한, 발아 과정 동안 CO2 축적은 또한 종자 호흡을 제한하거나 심각하게 억제할 수 있고, 이에 따라 프라이밍 결과를 제한할 수 있다. 따라서 CO2의 분압을 증가시켜 프라이밍을 조절하면 프라이밍에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
흡수 중에 산소 수요를 충족시키기 위해, 일 구현예에 따른 본 방법은 프라이밍 효과를 최적화하기 위해 습윤 단계에서 폭기(aerate) 수용액을 사용한다.
습윤 단계에 후속하여, 수분 함량이 감소된다. 일 구현예에 따르면, 종자의 습윤 동안 수득된 중량의 1 내지 80%, 예를 들어 1 내지 60%, 2 내지 30%, 2 내지 20%, 또는 2 내지 8%가 상기 습윤된 종자의 물 함량을 감소시키는 단계에서 손실되도록 종자의 수분 함량이 감소된다. 전형적으로, 종자의 중량은 2 내지 8%와 같이 1 내지 10% 만큼 감소된다. 종자의 중량은 약 5% 만큼 감소될 수 있다.
상대 습도가 40% 미만과 같이 낮은 공기로 건조할 수 있다.
또한, 진공 또는 500 이하의 RCF(relative centrifugal force) 또는 이의 조합에서의 저속 원심분리는 또한 물 함량을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 건조는 25 내지 35℃의 온도와 같이, 약간 상승된 온도로 수행될 수 있다.
종자에 경화된 표면을 제공하기 위해, 수분 함량은 종자에 공기를 블로잉함으로써 바람직하게 감소된다. 공기의 상대 습도는 40% 미만이며 온도는 25 내지 35이다.
종자의 수분 함량을 감소시키는 단계는 전형적으로 빠른 단계, 즉 짧은 지속 기간을 갖는 단계이다. 일 구현예에 따르면, 수분 함량을 감소시키는 단계의 지속 기간은 동일 종의 종자가, 물에 자유롭게 접근할 수 있다면, 발아하는데 필요한 시간의 1/10 이하, 예를 들어 1/20, 1/50 또는 1/100 이하이다. 또한, 수분 함량을 감소시키는 단계의 지속 기간은 인큐베이션 단계의 지속 기간의 1/10 이하, 예를 들어 1/20, 1/50 또는 1/100 이하일 수 있다.
배젖 종자 및 겉씨식물 종자에 대해, 배아는 배젖에 의해 보호되고/둘러싸이는 점에 주목해야 한다. 사탕 무와 같은, 외배유 종자에 대해, 배아는 종자 내부를 덮고/보호하는 죽은 부분인, 과피에 의해 보호된다. 이러한 종류의 종자는 이에 따라 물리적 스트레스에 대해 더 큰 내성을 갖는다. 또한, 침지 시간은 전형적으로 상대적으로 짧다. 결론적으로, 생물학적 과정은 침지가 중단되면 매우 길게 진행되지 않는다. 따라서, 적용된 약간의 수분 감소 측정들은 배젖 종자 및 과피를 구비한 종자 모두에 대해 후속하는 발아에 대한 어떠한 부정적인 효과도 보여주지 않았다.
포화된 종자의 물 함량이 감소되면, 종자는 발아 완료를 위해 대사 준비를 하도록 인큐베이션된다. 일 구현예에 따르면, 종자들은 80 내지 100%, 예를 들어 80 내지 95% 미만, 95% 이상 100% 미만, 또는 100%의 상대 습도를 가지는 공기의 분위기 하에서 인큐베이션된다. 상대 습도가 100% 일 수 있지만, 바람직하게는 공기의 분위기가, 인큐베이션 중 종자의 수분 함량이 발아를 완료 시키는데 종자에 의해 요구되는 수분 함량보다 낮게 유지되도록 과포화되지 않아야 한다 .
인큐베이션 중에 바람직한 수분 함량을 유지하는 데 공기 분위기의 상대 습도가 중요할 뿐만 아니라 공기 흐름도 중요하다. 인큐베이션 동안 공기의 분위기는 연속적으로 또는 단속적으로 대체된다. 공기의 분위기를 단속적으로 대체하는 것은 공기 흐름이 간헐적이라는 것을 의미한다.
양호한 프라이밍을 달성하기 위해, 인큐베이션은 인큐베이션 중 종자의 수분 함량이 인큐베이션 중에 상당히 일정하게 유지되도록 수행되어야 한다. 바람직하게는, 인큐베이션 중 종자의 수분 함량은 발아를 완료하기 위해 종자에 의해 요구되는 수분 함량보다 낮게 유지되어야 한다. 또한, 인큐베이션 중 종자의 중량은 인큐베이션 전 종자 중량의 적어도 80%, 예를 들어 적어도 90% 또는 적어도 95%로 유지되어야 한다. 종자의 수분 함량(건조 중량 기준)이 전체 인큐베이션 동안 적어도 25%로 유지되는 것이 바람직하지만, 인큐베이션 시간의 25% 동안 수분 함량(건조 중량 기준)이 적어도 25%로 유지되면 충분하다.
일 구현예에 따르면, 인큐베이션 동안 종자의 중량은 인큐베이션 전의 종자 중량의 20% 이내, 예를 들어 10, 5.0 또는 2.5% 이내에서 유지된다.
종자가 인큐베이션되는 분위기 중의 공기는 15 내지 25 vol.%, 바람직하게는 약 21 vol.%의 산소 함량을 가진다.
상기 언급된 바와 같이, 물 외에, 산소는 또한 종자가 발아를 완료하기 위해 필수적이다. 발아 기간 동안 낮은 산소 수준 또는 산소 공급의 부족은 대사 과정을 제한할 호흡으로부터 적은 에너지 생산을 초래할 수 있다. 심각한 산소 결핍은 발효를 초래할 것이고 이는 종자 발아를 억제할 것이다. 이에 따라, 종자는 공기의 분위기 하에서 인큐베이션되고, 이에 의해 호흡 과정 동안 산소를 종자에 제공한다.
인큐베이션 단계에서 각각의 종자에 대해 본질적으로 동일한 상태들을 제공하기 위하여, 자주 발생하는 케이스와 같이 수 개의 종자들이 동시에 프라이밍되는 경우, 종자는 인큐베이션 단계 동안 회전될 수 있다. 이 같은 회전은 배플이 제공된 회전통에서 수행될 수 있다. 일 구현예는 본 발명의 방법에 따라 종자를 인큐베이션하기 위해 배플들이 제공된 회전통에 관련된다.
다양한 대사 과정이 일어나는 초기 단계(단계 I) 및 정체 단계(단계 II) 동안, 산소는 종자에 의해 소비되고 있다. 또한, 다양한 기상 물질이 방출된다. 따라서 인큐베이션 단계 동안 연속적으로 또는 불연속적으로 공기의 분위기를 대체하는 것이 유리할 수 있다.
또한, 산소는 또한 발아의 제 1 단계(물 흡입의 단계 I) 동안 시작되는 대사 과정 동안 종자에 의해 소모된다. 이에 따라 침지 단계 동안 수용액을 폭기하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 폭기는 침지 단계 동안 다양한 구성요소들의 확산을 용이하게 하고 종자에 의한 더 많은 흡입에 기여할 수 있다.
인큐베이션 단계에 후속하여 프라이밍된 종자가 파종될 수 있다. 더욱 통상적으로 그러나, 프라이밍된 종자의 물 함량은 프라이밍된 종자의 저장 및 운반을 허용하도록 인큐베이션 단계에 후속하여 감소될 것이다. 상기 종자는 탈수될 수 있고, 즉 공기로 종자를 건조시킴으로써 물 함량이 감소될 수 있다. 공기의 상대 습도는 ≤40%와 같이, 약 25%와 같이 낮다. 또한, 건조는 25 내지 35℃의 온도와 같이 약간 상승된 온도로 수행될 수 있다. 종자의 물 함량은 바람직하게는 안전한 저장을 위한 수준으로 감소된다.
다양한 유형의 종자는 본원에 개시된 프라이밍 방법을 사용하여 프라이밍될 수 있다. 상기 방법은 담배, 토마토, 페퍼, 피마자, 양파, 밀과 같은 배젖 종; 소나무, 가문비 나무, 은행나무와 같은 겉씨식물 종; 및 사탕 무와 같이, 과피가 있는/없는 외배유 종자로부터 종자를 프라이밍하기에 특히 적합하다.
일 구현예에 따르면, 프라이밍될 종자는:
- 토마토 또는 페퍼와 같은 배젖 종으로부터의 종자;
- 소나무 또는 가문비와 같은 겉씨식물 종으로부터의 종자;
- 적근대와 같은 외배젖 종으로부터의 종자; 및/또는
- 당근 또는 풀(grass)과 같은 과피를 갖는 종자이다.
본 발명의 다른 구현예는 프라이밍된 종자에 관련되고, 상기 종자는 여기서 개시된 방법에 의해 얻어질 수 있다. 이 같은 종자는 감소된 평균 발아 시간, 증가된 발아 능력 및/또는 개선된 야외 토양 출현 및 필드 성능을 가질 것이다. 추가 구현예는 본원에 개시된 방법에 의해 얻을 수 있는 프라이밍된 종자를 재배함으로써 얻어지는 식물에 관한 것이다.
추가의 상술 없이, 당업자는 전술한 설명을 사용하여 본 발명을 이의 가장 충분한 정도로 활용할 수 있다고 여겨진다. 본원에 설명된 바람직한 특정 구현예는 이에 따라 단지 예시적이고 무엇이든지 어떠한 방식으로도 설명의 나머지를 제한하지 않는 것으로 고려되어야 한다. 또한, 본 발명이 특정 구현예를 참조하여 상기 설명되었지만, 여기서 제시된 특정 형태 세트로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되며, 상기 특정된 것이 아닌 다른 구현예, 예를 들어 상기 설명된 것과 상이한 구현예는 이러한 첨부된 청구범위의 범주 내에서 동일하게 가능하다.
청구범위에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 부가적으로, 별개의 특징이 상이한 청구범위에 포함될 수 있지만, 이 특징은 유리하게는 조합될 수 있고, 상이한 청구범위 내의 포함은 특징들의 조합이 실현가능하지 않고 및/또는 유리하지 않다는 것을 암시하지 않는다.
또한, 단수 인용은 복수를 배제하지 않는다. 용어 "하나의", "제1", "제2" 등은 복수를 배제하지 않는다.
실험
하기 실시예들은 단지 실시예들일 뿐이며 본 발명의 범주를 제한하도록 해석되는 것으로 의미되지 않아야 한다. 오히려, 본원은 첨부된 청구범위들에 의해서만 제한된다.
침지 시간의 결정
침지 시간을 ISTA 규칙(국제 종자 검정 협회, 종자 검정을 위한 국제 규칙의 수분 함량 결정)에 따른 수분 함량 결정에 의해 종자의 수분 함량의 증가가 매우 느려질 때까지 결정된 간격에서 결정하였다. 켄터키 블루 그래스(Kentucky blue grass)에 대해, 종자의 수분 함량은 135분 후 매우 느리게 증가하였다. 따라서, 침지 시간은 135분이 되는 것으로 결정된다. 침지 후, 종자의 수분 함량이 또한 켄터키 블루 그래스에 대해 50%와 같이 결정될 수 있다.
결정된 간격에서 수분 함량을 결정함으로써, 상이한 정도의 포화에 도달하도록 요구되는 침지 시간이 또한 규정된다.
인큐베이션 시간 결정
물에 침지되면, 종자가 발아하기 위해 요구되는 시간은 먼저 종자의 물 함량을 감소시키지 않으면서 종자를 인큐베이션함으로써 결정하였다. 켄터기 블루 그래스에 대해, 물에 침지되면, 종자를 발아시키기 위해 요구된 시간은 84 시간이 되는 것으로 결정하였다.
침지
종자(파프리카 20g, 밀 500g, 유럽 적송 100g, 켄터키 블루 그래스 400g)를 켄터기 블루 그래스에 대해 135분과 같은, 미리 결정된 침지 시간(상기 참조) 동안 신선한 공기 기포가 폭기된(종자의 양의 5배(w/w)) 물이 단속적으로 수동으로 교반되는 버킷 내에 침지하였다.
중간 물 감소
종자의 수분을 RCF=500에서 6분 동안의 원심분리에 의해 감소시켰으며, 켄터기 블루 그래스에 대해 45%와 같이, 35% RH 주변 상태에서 침지 이전의 수분 함량에 비해 단위의 2 내지 5 퍼센트 낮아질 때까지 건조하였다.
인큐베이션
수분 감소 후, 종자를 회전 장치 내에 배치하였으며 켄터기 블루 그래스에 대해 84시간과 같이, 미리 결정된 인큐베이션 시간 동안(상기 참조) 95%의 상대 습도를 가지는 공기의 분위기 하에서 인큐베이션하였다.
건조
인큐베이션 후, 켄터기 블루 그래스에 대해 8.9%와 같이, 종자의 수분 함량이 침지 전과 동일한 수분로 감소될 때까지 종자를 30에서 30% RH를 갖는 주변에서 건조하였다.
종자의 프라이밍
프라이밍을 4개의 종(파프리카, 밀, 유럽 적송, 및 켄터키 블루 그래스)들에 대해 전술된 방법에 따라 수행하였다. 종자의 인큐베이션 시간, 인큐베이션 수분 함량(MC), 건조 종자 수분 함량(MC) 및 침지 시간을 전술된 방법에 따라 결정하였고 이를 표 1에 요약하였다.
프라이밍 처리 데이터
범주 종 건조 종자
MC*(%)		 침지 시간(min) 배양
MC*(%)		 배양 시간(hour)
채소 파프리카 11.7 90 50 75
작물 밀 14 240 30 24
수목 유럽 적송 6,5 250 30 60
풀 켄터기
블루 그래스		 8.9 135 50 84
*MC=수분 함량
결과 - 프라이밍 성능
다양한 종자 종에 대한 감소하는 평균 발아 시간(MGT), 증가하는 발아 능력(GC)뿐만 아니라 모종 출현 시간(seedling emergence time), 모종 길이 및 모종 생 중량(seedling fresh weight)에 대한 프라이밍 효과가 표 2에 제시된다. 표 2에 제공된 모종 크기(모종 길이 및 모종 생 중량)은 하기 표시된 바와 같이 다양한 기간들 후 기록된 다양한 개수의 모종들의 중량 및 모종들의 길이이다:
- 파프리카, 16일 길이, 30개의 모종 중량;
- 밀, 8일 길이, 10개의 모종 중량;
- 유럽 적송, 15일 길이, 30개의 모종 중량; 및
- 켄터키 블루 그래스, 15일 길이, 40개의 모종 중량.
발아 시간, 발아 능력 및 모종 길이 및 모종 중량에 대한 프라이밍 효과
범주
 종
 처리
 실험실 발아 토양 출현
MGT(h) MGT
감소
(%)		 GC%
프라이밍		 GC
증가
(%)		 제1
카운트
시간
(일)		 GC(%)
제1카운트
시간
대조군		 모종
길이(mm)		 생
중량(g)
채소
 파프리카
 프라이밍 104.7±3.8 36.1 94±1.4 8 11.5 86.7±14 55 1.08
대조군 164±1.9 86±1.4 14.5 26.5±9.2 20 0.38
작물
 밀
 프라이밍 64.6±0.3 18.9 86±2.8 0 4.1 72.5±17 77 1.51
대조군 87.7±0.1 86±0 4.1 25±0 50 1.41
수목
 유럽 적송
 프라이밍 89.9±0.6 16.5 99±0.7 4 8.8 43.4±4,7 56 1.12
대조군 107.7±1.8 95±2.1 9.8 4.9±2.3 45 0.93
풀
 켄터키
블루 그래스		 프라이밍 137.5±8.6 41.9 92.7±2.1 5.4 7 66.7±12 52.5 0.61
대조군 236.8±8.1 87.3±2.3 11 5.8±5.8 12.5 0.38
표 2에 나타나듯이, 본 프라이밍 방법은 MGT가 상당히 감소되고 발아 능력이 향상되었다(밀 제외, 밀은 GC가 프라이밍되지 않은 종자와 동일하게 유지되었음). 본 프라이밍은 또한 짧아진 출현 시간 및 증가된 모종 크기와 같이, 야외 출현 성능이 상당히 개선되었다.
실시예 2 내지 6 - 일반적 사항
침지 및 인큐베이션 시간을 실시예 1과 동일한 방식으로 결정하였다.
실시예 2 내지 6의 경우, 물과 기체가 자유롭게 교환될 수 있는 스테인레스 스틸 망으로 만들어진 용기에 종자를 넣었다. 종자가 물에 침지되도록 종자가 들어있는 용기를 물을 넣은 탱크에 넣었다. 모든 종자가 균질하게 습윤되도록 용기를 연속적으로 텀블링하였다. 침지 탱크의 물을 신선한 기포로 연속적으로 폭기하였다. 종자를 결정된 침지 시간 동안 침지시켰다(상기 참조).
침지 후에, 종자의 수분을 RCF=500에서 6분 동안의 원심분리에 의해 감소시켰으며, 35% RH 주변 상태에서 완전히 흡수된 종자의 수분 함량에 비해 단위의 2 내지 5 퍼센트 낮아질 때까지 건조하였다.
중간 수분 감소 후, 종자를 침지 때와 같이 용기에 다시 놓았다. 용기를 미리 결정된 인큐베이션 시간 동안 98-100% RH의 공기로 지속적으로 텀블링하는 인큐베이터 장치에 두었다.
인큐베이션 후, 종자의 수분 함량이 침지 전과 동일한 수분으로 감소될 때까지 종자를 약 30℃, 30% RH의 주변에서 건조시켰다.
실시예 2 - 수분 함량(MC) 수준 감소의 효과
종자 처리 과정(흡수, MC 감소, 인큐베이션 및 건조)에서, 중간 MC 감소는 매우 중요하다. MC 감소 단계를 더 잘 이해하기 위해, 하기의 실시예 실험을 수행하였다.
1. 종자 25g을 20도의 물에 미리 정해진 시간 동안 침지시켜 흡수시켰다.
2. 이어서, 흡수된 종자가 30분 이내에 하기의 MC에 도달하도록 종자의 MC를(상대 습도/ 기류 및 25 에서) 감소시켰다 :
a. 침지된 종자보다 1-5% 낮음
b. 약 25%의 MC(건조 중량 기준)
3. MC 감소 된 씨앗은 종자 MC가 1-5% 이상 감소 또는 증가하지 않는 환경에서 인큐베이션되었다. 이 단계는 약 1.5 리터 용량의 용기에서 일어났다. 용기는 스테인레스 금속 망으로 만들었다. 이 용기를 약 99%의 습도를 갖는 인큐베이터에 두었다. 용기의 망은 용기와 인큐베이터 사이의 기체 교환을 허용하였다.
4. 인큐베이션 후 종자는 안전한 저장을 위해 흡수 전처럼 초기 MC까지 건조시켰다.
5. 종자의 인큐베이션 수분 함량(MC), 인큐베이션 시간 및 평균 발아 시간(MGT)의 감소 및 발아 능력(GC)의 증가에 대한 프라이밍 효과를 전술된 방법에 따라 결정하였다.
수분 함량(MC) 수준 감소
종/품종 MC(%) 시간 MGT(h) STD
MGT		 MGT
감소(%)		 GC(%) STD GC GC
증가(%)
왕김의털
(Red fescue)		 대조군 122,5 1,3 61 14
왕김의털 60* 52 90,5 8,2 26,1 71,5 8,1 10,5
왕김의털 25 52 121,1 4,1 1 56,5 9 -4.5
리크 Ne 대조군 92,2 2,7 78 6,7
리크 Ne 50* 67 58,1 2,3 36,9 87,5 5 9,5
리크 Ne 25 67 91,8 2,5 0,4 83 4,8 5
리크 Nu 대조군 102 3,2 88,5 6,2
리크 Nu 55* 96 76,3 2,6 25,1 88 3,3 -0,5
리크 Nu 25 96 98,2 1,9 3,7 89 3,8 0,5
당근 Ne AG 대조군 74,3 3 76,5 3,8
당근 Ne AG 48* 68 50,7 0,2 31,7 84,5 5 8
당근 Ne AG 25 68 73,8 0,8 0,6 81,5 5,7 5
페퍼 Nu 대조군 136,9 2,7 98,5 3
페퍼 Nu 48* 96 103 0,7 24,7 98 1,6 -0,5
페퍼 Nu 25 96 142,7 3,3 -4,2 99 1,2 0,5
토마토 Ne A 대조군 86,5 3,2 93 3,8
토마토 Ne A 38* 68 47,4 1,4 45,2 96 2,8 3
토마토 Ne A 25 68 78 0,9 9,8 91 6 -2
밀 Ju 대조군 67,8 1,3 87 2,6
밀 Ju 35* 30 53,3 0,5 20,6 87 3,5 0
밀 Ju 25 30 52,3 1 7,2 91,5 1,9 4,5
*수분 함량이 침지 종자보다 1-5% 감소하였다.
결과 - 수분 함량(MC) 수준 감소의 효과
MC(건조 종자 기준) 감소의 상이한 수준에 대해서 평균 발아 시간(MGT) 및 발아 능력(GC)에 대한 프라이밍 효과를 표 3에 제시하였다. 표 3에 나타나듯이 MGT(h)의 유의한 감소는, 중간 수분 감소가 종자가 발아를 완료하기 위해 필요한 물 바로 아래에서 25%까지의 범위에 있는 실험에서 관찰된다.
실시예 3 - 인큐베이션 중 수분 함량(MC)의 점진적인 감소의 효과
종자 처리 과정(흡수, MC 감소, 인큐베이션 및 건조)에서, 기체 습도 및 기체 흐름 둘 모두가 인큐베이션 중의 MC에 영향을 줄 것이다. 종자의 MC가 상대적으로 낮고 가스의 RH가 충분히 높으면 종자의 MC가 인큐베이션 중에 증가될 수 있다. 그러나, 현재의 프라이밍 기술에서 인큐베이션 전 종자의 상대적으로 높은 MC에 관해서는, 대부분의 경우 기체의 RH가 충분히 높지 않으면 종자의 MC가 감소하는 경향이 있다. 후속되는 인큐베이션 동안의 MC 감소의 영향을 설명하기 위해, 하기의 실시예 실험을 수행하였다:
1. 종자 10g을 포함한 각 샘플을 이전에 기재된 바와 같이 20 의 물에 미리 정해진 시간 동안 흡수시켜 종자를 물로 포화시켰다.
2. 종자의 MC는 인큐베이션 기간 동안 3가지 속도로 종자의 MC가 25%(건조 중량 기준)(인큐베이션 전 MC 감소 및 인큐베이션 중 MC 감소 둘 모두를 거쳐)로 감소하도록 인큐베이션 중에 점차적으로 감소시켰다. MC가 25%(건조 중량 기준)로 감소되는 동안의 속도는; 정상 인큐베이션 시간의 약 10%; 정상 인큐베이션 시간의 약 25%; 정상 인큐베이션 시간의 약 50%였다.
3. MC 감소 후, 미리 결정된 인큐베이션 시간을 충족하기 위해 감소된 MC로 인큐베이션을 계속하였다.
4. 종자는 안전 보관을 위해 인큐베이션 후에 침지 전과 같은 초기 MC까지 건조시켰다.
5. 종자의 인큐베이션 수분 함량(MC), 인큐베이션 시간 및 평균 발아 시간(MGT)의 감소 및 발아 능력(GC)의 증가에 대한 프라이밍 효과를 전술된 방법에 따라 결정하였다.
시간의 경과에 따른 MC의 감소
종/품종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
리크 Nu 대조군 106,6 6,2 86 4,3
리크 Nu 55* 92 79,5 4,2 25,4 88,5 3,8 2,5
리크 Nu 55→18(< 60 min) 92 102,9 1,9 3,5 89 3,8 3
리크 Nu 55→18(<10% T) 92 108,7 5,8 -1.9 84,5 6,4 -1.5
리크 Nu 55→18(<25% T) 92 96,7 3,6 9,2 86,5 4,1 0,5
리크 Nu 55→18(<50% T) 92 100,1 2,6 6 88,5 3,4 2,5
종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
당근 Ne AG 대조군 67,9 1,2 79,5 2,5
당근 Ne AG 55* 72 36,9 1,2 45,6 81 6,2 1,5
당근 Ne AG 55→18(<60 min) 72 73,8 0,8 -8,6 81,5 5,7 2
당근 Ne AG 55→18(<10% T) 72 72,5 3,5 -6,3 79,5 1 0
당근 Ne AG 55→18(<25% T) 72 61,8 1,9 8,9 73,5 9,3 -6
당근 Ne AG 55→18(<50% T) 72 59,2 3 12,8 76 4,3 -3,5
종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
토마토 Ne A 대조군 82,8 2,4 89,5 2,5
토마토 Ne A 42* 68 36,8 0,9 55,5 94,5 3,4 5
토마토 Ne A 42→18(<60 min) 68 76,9 1,1 7,1 92 2,3 2,5
토마토 Ne A 42→18(<10% T) 68 75,3 1,2 9,1 90,5 3 1
토마토 Ne A 42→18(<25% T) 68 60,3 1,5 27,2 93 2,6 3,5
토마토 Ne A 42→18(<50% T) 68 62,5 1,5 24,5 92,5 3,4 3
*수분 함량이 침지 종자보다 1-5% 감소하였다.
결과 - MC의 점진적인 감소의 효과
표 4에 나타나듯이, 평균 발아 시간(MGT)과 발아 능력(GC)에 대한 프라이밍 효과는 수분 함량이 1 - 5% 감소할 때 가장 효과적이다. 그러나, 인큐베이션 중 종자의 MC(건조 중량을 기준)가 인큐베이션 시간의 적어도 25% 동안 적어도 25% 유지되면 긍정적인 효과가 여전히 나타날 수 있다. 다른 실시예들에서, 인큐베이션 동안의 MC의 빠른 감소는 프라이밍의 긍정적인 효과를 제한하거나 방해한다.
실시예 4 - 흡수의 정도에 따른 효과
흡수 단계의 중요성을 보이기 위해, 하기의 실시예 실험을 수행하였다.
1. 종자 10g의 샘플을, 종자의 MC가 25%(건조 종자 기준), 완전히 흡수된 종자의 50%, 완전히 흡수 된 종자의 75%가 되도록 다른 기간에 걸쳐 흡수시켰다.
2. 상이한 흡수 정도의 종자를 정상적으로 인큐베이션된 종자와 같은 프로토콜을 따라 인큐베이션하였으나, 인큐베이션 후에 각각의 MC는 인큐베이션 동안(중간 건조 단계 없음) 유지하였다.
3. 인큐베이션 후에, 종자를 인큐베이션 전과 같은 초기 MC까지 건조시켰다.
4. 종자의 인큐베이션 수분 함량(MC), 인큐베이션 시간 및 평균 발아 시간(MGT)의 감소 및 발아 능력(GC)의 증가에 대한 프라이밍 효과를 전술된 방법에 따라 결정하였다.
시간의 경과에 따른 MC의 감소
종/품종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
리크 Nu 대조군 106,6 6,2 86 4,3
리크 Nu 55* 92 79,5 4,2 25,4 78,5 3,8 -7,5
리크 Nu 41(75% im) 92 99,3 5,5 6,8 88 6,3 2
리크 Nu 19(25% dw) 92 99,9 6,5 6,2 91,5 3,4 5,5
종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
당근 Ne AG 대조군 67,9 1,2 79,5 2,5
당근 Ne AG 55* 72 36,9 1,2 45,6 81 6,2 1,5
당근 Ne AG 41,2(75% im) 72 53,1 1,2 21,7 79 6,6 -0,5
당근 Ne AG 18(25% dw) 72 72,4 3,3 -6,6 78,5 5,7 -1
종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
토마토 Ne A 대조군 82,8 2,4 89,5 2,5
토마토 Ne A 42* 67 36,8 0,9 55,5 94,5 3,4 5
토마토 Ne A 31,5(75% im) 68 51,5 1,4 37,8 91 2,6 1,5
토마토 Ne A 17(25% im) 68 83,6 1,5 -0,9 87,5 1,9 -2
*수분 함량이 침지 종자보다 1-5% 감소하였다.
결과 - 흡수 정도에 따른 효과
평균 발아 시간(MGT) 및 발아 능력(GC)에 대해서 프라이밍 효과에 대한 흡수의 효과를 표 5에 제시하였다. 표 5에 나타나듯이, 낮은 흡수율은 프라이밍의 긍정적인 효과를 방해한다. 즉, 프라이밍을 위해 종자가 충분히 수화되지 않았다. 따라서 종자가 발아를 완료하기 위해 종자에 의해 요구되는 MC에 처음 도달하는 것이 중요하며, 그렇지 않으면 이후 프라이밍 처리가 씨앗의 발아 시간(MGT)을 향상시키고 발아 능력(GC)을 높이는데 도움이 되지 않는다고 결론 내릴 수 있다 . 그러나, 흡수의 75% 만큼 낮은 정도에서도 개선이 나타날 수 있다. 이러한 긍정적인 효과는 종자가 발아 단계 II를 완료하기에 충분한 물의 75% 만 흡수하더라도 발아 단계 II에 진입하기에 충분한 물을 가지고 있기 때문이다.
실시예 5 - 연장된 인큐베이션에 따른 효과
물 감소 단계의 긍정적인 효과를 보이기 위해, 인큐베이션 단계의 지속 기간이 연장된 일련의 실험을 설정하였다.
1. 종자 10 g의 샘플을 흡수시킨 후, 본 발명의 방법에 따라 MC를 감소시켰다.
2. 종자의 일부를 정상 인큐베이션 기간 동안 인큐베이션 하였고 나머지를 연장된 기간 동안 인큐베이션하였다.
3. 인큐베이션 후에, 종자를 인큐베이션 전과 같은 초기 MC까지 건조시켰다.
4. 상기 방법에 따라 종자의 인큐베이션 수분 함량, 침지 시간 및 평균 발아 시간(MGT) 감소 및 발아 능력(GC)증가에 대한 프라이밍 효과를 결정하였다.
연장된 인큐베이션에 따른 효과
종/품종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
리크 Nu 대조군 102,6 1,5 84,5 1,9
리크 Nu 55* 96** 80,5 3,4 20,9 88,5 3,4 4
리크 Nu 55 144 67,8 1,9 33,9 91 4,8 6,5
종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
페퍼 Nu 대조군 137,6 3 95 4,2
페퍼 Nu 55* 9 91,5 0,6 33,9 98 2,6 3
페퍼 Nu 55 144 74,3 1,5 46,6 98,5 1 3,5
종 MC(%) 시간 MGT
(h)		 STD
MGT		 MGT
감소
(%)		 GC
(%)		 STD
GC		 GC 증가
(%)
상추 Nu 대조군 45,6 1,6 100 0
상추 Nu 55* 16** 37,1 1,1 18,5 100 0 0
상추 Nu 55 24 34,3 0,7 24,7 99,5 0 -0,5
상추 Nu 55 32 34,1 1,3 25,1 99 1,2 -1
*수분 함량이 침지 종자보다 1-5% 감소하였다.
**정상 인큐베이션 시간.
결과 - 연장된 인큐베이션에 따른 효과
상기 실시예는 인큐베이션 전에 물 감소 단계의 중요성을 예시한다. 상기 물 감소 단계 후에, 종자가 단계 III(발아, 완전한 출현)에 진입하는 위험이 훨씬 적은 상태로 연장된 인큐베이션이 허용될 수 있다. 만일 종자가 프라이밍 중 발아 단계 III에 진입한 후에 건조되고 저장되면, 종자 활력, 종자 생존력 및 저장 가능성(도시되지 않음)과 같은 성질이 손상될 것이다. 표 6에 나타나듯이, 본 발명의 방법으로 프라이밍된 실시예의 종자는 부작용을 최소화하면서 연장된 인큐베이션을 허용할 수 있다.

Claims (23)

  1. 종자 프라이밍 방법으로서,
    - 습윤 단계로서, 종자를 수용액으로 습윤시켜 물 흡입의 단계 I을 시작하고, 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 물의 양의 적어도 75wt.%를 흡수하도록 하는 방식이며, 습윤 시간이 종자가 물 흡입의 단계 III으로 진입하기 위해 필요한 시간보다 더 짧은, 단계;
    - 건조 단계로서, 얻어지는 종자의 수분 함량(wt.%; 건조 중량 기준)이 여전히 적어도 25wt.%이도록 하는 방식으로, 종자의 수분 함량을 적어도 1 퍼센트 단위만큼 감소시키는 단계; 및
    - 인큐베이션 단계로서, 종자를
    - 인큐베이션 중 종자의 중량이 인큐베이션 전 종자의 중량의 적어도 80%로 유지되고;
    - 인큐베이션 중 종자의 수분 함량(건조 중량 기준)이 인큐베이션 시간의 적어도 25% 동안 적어도 25wt.%로 유지되도록 하는 방식으로, 인큐베이션하는 단계
    를 포함하며,
    건조 단계는 습윤 단계에 후속하며 인큐베이션 단계에 앞서는, 종자 프라이밍 방법.
  2. 제1항에 있어서, 프라이밍될 종자가 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 종자에 의해 요구되는 물의 적어도 95wt.%를 흡수하도록 하는 방식으로, 종자가 습윤되는, 종자 프라이밍 방법.
  3. 제2항에 있어서, 프라이밍될 종자가 적어도 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 충분한 물을 흡수하도록 하는 방식으로, 종자가 습윤되는, 종자 프라이밍 방법.
  4. 제3항에 있어서, 습윤 기간이 물 흡입의 단계 II로 진입하기 위해 필요한 시간보다 1 내지 20% 더 긴, 종자 프라이밍 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 종자는,
    - 토마토 또는 페퍼와 같은 배젖 종으로부터의 종자;
    - 소나무 또는 가문비와 같은 겉씨식물 종으로부터의 종자;
    - 적근대와 같은 외배젖 종으로부터의 종자; 또는
    - 당근 또는 풀(grass)과 같은 과피를 갖는 종자인, 종자 프라이밍 방법.
  6. 제1항에 있어서, 프라이밍될 건조 종자를 습윤 단계를 위해 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 종자 프라이밍 방법.
  7. 제1항에 있어서, 종자의 습윤 단계가 상기 종자를 수용액에 침지시키는 단계를 포함하는, 종자 프라이밍 방법.
  8. 제7항에 있어서, 수용액이 습윤 단계 동안, 연속적으로 또는 단속적으로, 폭기되고 교반되는, 종자 프라이밍 방법.
  9. 제1항에 있어서, 얻어지는 종자의 수분 함량이 종자가 발아를 완료하기에 충분하지 않도록 하는 방식으로 종자의 수분 함량이 감소되는, 종자 프라이밍 방법.
  10. 제1항에 있어서, 종자의 습윤 동안 수득된 중량의 1 내지 20%가 습윤된 종자의 수분 함량을 감소시키는 단계에서 손실되도록 하는 방식으로, 종자의 수분 함량이 감소되는, 종자 프라이밍 방법.
  11. 제1항에 있어서, 종자의 중량이 습윤된 종자의 수분 함량을 감소시키는 단계에서 1 내지 10% 감소되는, 종자 프라이밍 방법.
  12. 제1항에 있어서, 수분 함량이 종자에 40% 미만의 상대 습도 및 25 내지 35℃의 온도를 갖는 공기를 블로잉함으로써 감소되는, 종자 프라이밍 방법.
  13. 제1항에 있어서, 발아를 완료하기에 충분한 수분 함량을 갖는 경우, 수분 함량을 감소시키는 단계의 지속 기간이, 동일한 종의 그러한 종자가 발아하는데 필요한 시간의 1/10 이하인, 종자 프라이밍 방법.
  14. 제1항에 있어서, 수분 함량을 감소시키는 단계의 지속 기간이 인큐베이션 단계의 지속 기간의 1/10 이하인, 종자 프라이밍 방법.
  15. 제1항에 있어서, 종자를 인큐베이션하는 단계가 95% 이상 100% 미만의 상대 습도를 갖는 공기의 분위기 하에서 종자를 인큐베이션하는 것을 포함하는, 종자 프라이밍 방법.
  16. 제1항에 있어서, 인큐베이션 단계 동안 분위기의 상대 습도가 80 내지 100%인, 종자 프라이밍 방법.
  17. 제1항에 있어서, 종자가 물에 자유롭게 접근가능한 종자에 대한 물 흡입의 단계 II 및 III 각각에 진입하기 위해 필요한 시간 간의 차이 이상의 기간 동안 인큐베이션되는, 종자 프라이밍 방법.
  18. 제17항에 있어서, 인큐베이션의 지속 기간이 적어도 물에 자유롭게 접근가능한(물 포텐셜 0) 종자에 대한 물 흡입의 단계 II 및 III 각각에 진입하기 위해 필요한 시간 간의 차이에 상응하지만, 이러한 차이의 3배보다 길지 않은, 종자 프라이밍 방법.
  19. 제1항에 있어서, 종자가 인큐베이션 단계 동안 텀블링되는, 종자 프라이밍 방법.
  20. 제1항에 있어서, 공기의 분위기가 인큐베이션 단계 동안 연속적으로 또는 단속적으로 교체되는, 종자 프라이밍 방법.
  21. 제1항에 있어서, 인큐베이션 중의 종자의 중량이 인큐베이션 전 종자의 중량의 20% 이내로 유지되는, 종자 프라이밍 방법.
  22. 제1항에 있어서, 종자를 인큐베이션하는 단계 후에 종자의 수분 함량을 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 종자 프라이밍 방법.
  23. 제21항에 있어서, 수분 함량이 상기 종자 프라이밍 전과 적어도 동일한 수준으로 감소되는, 종자 프라이밍 방법.
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