서 론

20세기 이후 지구 생물다양성에 가장 위협적인 요소는 침입외래종(Invasive Alien Species, IAS)이다(Zavaleta, 2000; Burgiel & Muir, 2010). 최근 국가 간 교역의 증가로 침입외래종의 유입이 증가하고 있으며, 이로 인해 생태적 경제적으로 부정적인 영향도 함께 증가하고 있다(Pimentel et al., 2005; Lambdon et al., 2008; Van Wilgen et al, 2008). 유입된 침입외래종은 기후변화, 생태계교란 등 다양 한 환경 변화로 인하여 더 넓은 지역으로 확산되고 있으며, 토착종에게 피해를 주어 생물다양성을 감소시키기 때문에 생태계 교란을 심화시킨다(CBD, 2009). 이러한 문제 중 기 후변화와 연계되어 복합적으로 나타나는 침입외래종 문제 는 세계 GDP 10%를 소모시키는 21세기 지구의 가장 주요 한 환경문제로 지적되고 있다 (Hulme, 2009). 우리나라에 서도 침입외래종에 의한 생태계 훼손이 일어나고 있으며, 농업과 산업 분야의 피해가 매년 증가하고 있다.

미국실새삼(Cuscuta pentagona Engelm.)은 북아메리카 원산으로 메꽃과에 속하는 1년생 덩굴성 기생식물이다. 실 모양(사상)의 줄기와 가지는 지름 1mm 내외로 담황색 또는 담황적색으로 잎이 없으며, 꽃은 8~9월에 피고 줄기에 군데 군데 여래 개의 꽃이 뭉쳐서 붙는다(Park, 2009). 미국실새 삼은 같은 속인 실새삼(C. australis R. Br.)에 비하여 꽃잎 통부 안쪽의 인편 부속체가 크며 가장자리가 술처럼 발달되 고 암술의 주두가 구형이다(Park, 2009). 한국으로의 침입 시기는 1962년 이후 경제발전과 산업화시기로 판단된다 (Park, 1994; Park, 2009).

미국실새삼은 콩(Song et al., 2010)과 감자(Kim and Park, 2009)와 같은 농작물에 큰 피해를 주고 있으며, 국내 에서 분포지역이 넓고 확산속도가 빨라(Kil et al., 2011) 환경부에서 지정한 생태계 위해종 II급이다. 국내에서 미국 실새삼에 대한 연구는 분포지 및 기주식물에 대한 연구 (Kim et al., 2007; Hwang et al., 2013) 등이 있지만 숙주식 물에 대한 선호도나 기생이 어떻게 되는지를 알 수 있는 기생부위에 대한 연구는 적은 편이다. 또한 야외현장에서 관찰만 되었기 때문에 기주식물 종에 대한 정보가 한정적이 다. 이에 본 연구는 미국실새삼이 선호하는 기주식물을 현 장에서 식물상 목록과 함께 조사하여 선호를 파악하였고, 인위적으로 목본식물과 멸종위기식물을 대상으로 감여처 리를 하여 숙주식물을 확인하고, 감염부위를 파악하여, 이 침입종의 자연에서의 잠재적인 확산가능성과 위해성을 알 아보고자 시도하였다.

재료 및 연구 방법

1기주 선호도 조사

숙주의 선호도를 파악하기 위해서 금강수계의 본류와 지 류 내 제방의 둔치와 충남 공주시의 공주대학교 주변에서 식물상 조사를 하면서 숙주식물을 확인하였다(National Institute of Environmental Research, 2015). 미국실새삼의 숙주는 식물 기관에 흡반을 형성하고 붙어 있는 것으로 간 주하여 결정하였다. 조사지역 내 도보로 이동하면서 동정하 였으며 현장에서 동정이 되지 않는 것은 채집 및 사진을 촬영하여 연구실에서 동정하였다. 식물동정은 관련 식물도 감(Park, 2009; Lee, 2007; Lee, 2003)을 참고하였으며 목록 은 APG 분류체계(APG, 1998)에 따라 배열하였다. 숙주식 물을 과별로 정리하였고, 목록화하였고, 과 내에서 초본과 목본을 구별하여 표시하여 초본과 목본에 대한 선호도도 분석하였다. 기주 선호도 조사는 토종 실새삼과의 식별형질 이 보이는 개화하는 시기인 8월 이후부터 3년 동안(2015년 -2016년) 진행하였다. 과별 기주식물에 대한 선호도는 전체 출현식물종 목록에서 미국실새삼이 기생하는 식물종을 과 별로 정리하였고, 각 과 내에서 초본과 목본을 구별하여 이 들의 선호도도 조사하였다.

2기생 유도 실험과 식물체의 기생 부위

침입종의 지리적인 확산이나 분산을 파악하는 것은 한 종의 위해성을 예측하고 평가하는데 가장 핵심적인 기본단 계(Mun & You, 2016)로서 중요하다. 이를 위해 본 연구에 서는 미국실새삼의 잠재적인 확산 및 전파가능성을 알아보 고자 감염되지 않은 식물을 대상으로 미국실새삼을 인위적 으로 감염시켜 기주식물의 가능성을 확인하는 기생유도실 험을 하였다. 이러한 기주식물의 기생유도실험은 공주대학 교 교내에 분포하고 있는 식물에 미국실새삼의 줄기를 식물 에 붙여 놓은 후 진행하였다. 미국실새삼을 붙인 후 1주일 간격으로 기록하였다. 기생이 유도되어 기주식물로 확인된 식물은 미국실새삼의 흡반이 기주식물에 형성되어 식물체 로부터 떨어지지 않으면 기생이 성립한 것으로 판단하였다. 유도된 기주식물 중 5종 이상의 기생이 확인된 과를 대상으 로 기생의 부위(줄기, 잎)를 확인하여 미국실새삼이 감는 횟수를 기록하였다. 이처럼 인위적으로 유도되어 미국실새 삼의 기생이 나타난 식물종도 기주식물 목록과 선호도 분석 에 포함시켜 수행하였다.

결과 및 고찰

1미국실새삼의 기주 식물상

미국실새삼이 출현하는 지역의 식물상은 98과 514분류 군이 출현하였다(Table 1). 출현 식물 중 미국실새삼이 감염 된 기주식물은 초본성의 34과 84속 93종 2아종 9변종으로 104분류군(27.8%), 목본성의 11과 16속 16종 1아종 17분 류군(12.1%)로 총 44과 99속 109종 3아종 9변종으로 121 분류군에서 기생하여 목본식물보다 초본식물에서 더 많이 기생하였는데 이러한 결과는 기존의 보고(Kim et al., 2007; Hwang et al., 2013)와 유사하다. 이처럼 초본의 기생률이 높은 이유는 뿌리가 없고 광합성을 하지 못하는 기생식물인 미국실새삼이 생존하기 위해서는 기주식물에게서 양분을 흡수하여야 하지만(Guh et al., 2002) 리그닌이 발달한 목본 식물에서는 흡반을 형성하기 어렵기 때문에 목본식물에서 는 기주식물로의 상호작용이 적게 일어나는 것으로 판단된 다. 기존 보고된 미국실새삼의 기주식물은 초본 172종, 목 본 16종으로 총 50과 135속 188종이었고(Kim et al., 2007; Hwang et al., 2013), 본 연구에서 기존 보고되지 않은 멸종 위기야생식물 6종을 포함한 초본식물 33종과 목본식물 12 종 등 45종을 추가로 확인하였다(Appendix 1). 기존의 문헌 과 본 연구의 결과를 종합할 때 미국실새삼의 기주식물은 한국에서 62과 233종이라 할 수 있다.

2과별 기주식물 출현율

본 연구에서 조사된 미국실새삼의 기주식물이 속한 종의 과는 국화과(14.17%), 콩과(13.33%), 벼과(11.67%), 마디 풀과(7.44%)가 높았고, 나머지 40과는 속한 종이 5%이하 로 낮았다(Table 1). 미국실새삼의 숙주가 국화과가 가장 높다는 보는 기존의 보고와 유사한 것으로(Kim et al., 2007; Hwang et al., 2013), 다른 과의 종보다 미국실새삼은 국화과나 콩과를 선호하는 것으로 판단된다. 이는 다른 과 의 식물보다 잎이 부드럽고, 잎 수가 많거나 잎의 면적이 넓어 기생하기가 상대적으로 좋은 조건을 갖추었기 때문으 로 판단된다.

미국실새삼의 과별 선호도는 삼과, 지치과, 박주가리과, 쥐꼬리망초과, 범의귀과, 매자나무과, 미나리아재비과(목 본)가 100%로 가장 높았다. 또한 석죽과, 마디풀과, 초롱꽃 과, 쇠비름과, 양귀비과, 닭의장풀과, 질경이과, 보리수나무 과는 50% 이상의 비교적 높은 선호도를 보였다(Table 1). 하지만 기존의 연구(Hwang et al (2013)에서 높은 기생비율 을 보인 국화과와 벼과의 선호도는 30.9%와 23.0%로 비교 적 낮게 나타났다(Fig. 1). 이러한 결과는 국화과나 벼과에 속하는 종수가 많아서 그 비율이 높았기 때문이다. 우리 연 구에서 50% 이상의 종에서 나타나는 과들은 국화과나 벼과 에 비하여 줄기나 잎에 털이 없거나 적고 또는 부드러워 흡반을 형성하기가 쉽기 때문으로 판단된다.

초본과 목본 두 가지 형태로 출현한 과는 콩과, 장미과 그리고 미나리아재비과로 3개과가 있었다. 콩과는 초본 29 종 중 13종(44.8%), 목본 9종중 3종(33.3%)이 기생하였다 (Fig. 2). 장미과와 미나리아재비과의 출현 종 중 모든 초본 에는 미국실새삼이 기생하지 않았으며 목본에는 장미과가 15종 중 3종(20%)과 미나리아재비과의 한종(100%)에서 기생하였다(Fig. 2).

국내 보고된 연구(Kim et al., 2007; Hwang et al., 2013) 에 따르면 장미과 기주식물 7종 중 6종이 목본에 기생하였 으며, 미나리아재비과의 기주식물은 모두 목본이었다고 하 였다. 이로 볼 때 미국실새삼은 같은 과에 속할지라도 식물 의 생활형(목본, 초본 등)에 따라서 선호하는 정도가 다르다 는 것을 알 수 있다.

3기생부위

야외 실험에서 32과 59속 61종 1아종 등 68분류군을 대 상으로 미국실새삼을 식물체 위에 인위적으로 얹어 놓아 숙주식물의 잠재성을 파악하고 줄기와 잎에 감은 횟수를 측정하였다(Fig. 2). 기생유도실험으로 미국실새삼이 기생 한 기주식물은 창포를 제외한 모든 목본 및 초본식물이었 다. 이러한 결과는 미국실새삼이 거의 모든 식물에게 피해 를 줄 수 있음을 뜻한다. 창포에 미국실새삼이 흡반을 형성 하지 못한 것은 창포 잎의 큐티클 층이 두꺼워 흡반을 형성 하지 못하였기 때문으로 판단된다.

식물종마다 미국실새삼이 기주식물에 감은 횟수는 평균 10.7회로서 줄기(6.7회)가 잎(4.0회)보다 더 많았고, 기생유 도실험으로 기주식물로 확인된 68종의 식물에서도 마찬가 지로 줄기(34종, 50%)가 잎(22종, 32.4%)보다 더 많이 감았 고, 잎과 줄기에 감은 횟수가 동일한 것(12종, 17.7%)은 이 들 종수보다 적었다.

야외에서 미국실새삼이 기주식물을 감은 횟수가 많은 상 위 4과는 국화과(19.3회), 벼과(18.1회), 마디풀과(11.5회), 콩과(10.3회)에 속한 종이었다(Table 1). 미국실새삼이 국 화과와 벼과의 줄기에 감은 횟수는 콩과보다 많았으며, 콩 과는 다른 종에 비해 잎에 감은 횟수가 많았다(Fig. 3). 이러 한 이유는 다른 과에 출현한 종보다 콩과에 속하는 종은 덩굴성 식물로서 땅바닥을 기는 종이 많아서 넓은 잎이 땅 표면에 위치하고 있어서 발아초기에 미국실새삼이 그 잎에 잘 붙을 수 있으나 국화과나 벼과는 줄기가 곧게 서고 잎은 그 위쪽에 달리기 때문으로 반대로 줄기에 잘 붙는 것으로 해석된다.

기주식물을 대상으로 기생부위를 조사한 결과 잎과 줄기 에 모두 기생하는 종은 32과 54속 60종(88.2%)으로 가장 많았으며, 잎에만 기생하는 종은 3과 4속 4종(5.9%)이었고, 줄기에만 기생하는 종은 3과 4속 4종(5.9%)이었다. 기주 식물 중 목본식물은 잎과 줄기에 모두 기생을 하였고(Fig. 2), 목질화가 진행된 굵은 가지나 줄기에서는 기생을 못하 지만 소지 등 새롭게 형성된 가지에서 기생을 하였다. 잎에 만 기생하는 종은 박하, 고추, 가지, 달맞이꽃으로 3과 4속 4종, 줄기에만 기생하는 종은 끈끈이대나물, 뚜껑덩굴, 도루 박이, 방동사니로 3과 4속 4종이었다(Fig. 2).

특히 기생유도실험으로 멸종위기야생식물(환경부)로 지 정된 섬현삼(34.7회)과 단양쑥부쟁이(34.5회)에 미국실새 삼이 가장 많이 감았으며 두 종 모두 잎보다 줄기를 더 감았 다. 가장 적게 감은 종은 가지(3회)와 달맞이꽃(3회)으로 두 종 모두 잎에만 기생하였다(Fig. 2). 미국실새삼이 기생한 섬현삼과 단양쑥부쟁이는 기생하지 않은 개체에 비해 잎과 줄기의 세력이 약하여 곤충이 많이 섭식하는 등 간접적인 생육의 저해가 관찰되었을 뿐만 아니라 감염된 12개체의 섬현삼 중 2개체(16.6%)와 단양쑥부쟁이 24개체 중 3개체 (12.5%)가 고사하여 직접적인 피해가 확인되었다. 이러한 연구결과는 미국실새삼이 잠재적으로 희귀식물과 같은 야 외식물에 대한 잠재적인 피해가 심각하게 발생할 수 있음을 증명하는 자료로서 이 침입종의 이동과 확산에 대한 대책 마련이 시급함을 의미하는 것이다.