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전라남도 순천시 소재의 국립순천대학교 교내 (34°58ʹ 07.49ʺN, 127°28ʹ42.50ʺE)에 식재된 광나무와 국립순천대학교 서면학술림 (35°00ʹ07.10ʺN, 127°30ʹ25.75ʺE) 내 울타리로 식재되어 있는 아왜나무 각 10본을 대상으로 생장 및 개화특성 조사를 실시하였다. 생장 특성은 수고측정자, 직경테이프 및 줄자를 이용하여 수고 (m), 근원경 (cm), 수관폭 (m)을 조사하였다. 본당 개화량은 본당 화서 수를 전수 조사한 후 개체별 15개의 화서를 대상으로 화서당 꽃 수를 산출하여 전체 꽃 수를 추정하였다.

개화시기 조사는 공시목 3본을 대상으로 각 방위별로 3개의 개화지를 선정하고, 개화지 내 전체 꽃 수 대비 개화한 꽃 수를 조사하여 일자별 평균 개화율을 산출하였다. 이를 이용하여 누적 개화율 5% 이상 개화한 시기를 개화시작일, 누적 개화율이 30∼70% 유지되는 시기를 개화최성기, 누적 개화율이 95% 이상이며 개화한 꽃이 모두 낙화한 시기를 개화종료일로 판단하였다.

화밀분비 특성 조사를 위해 병충해의 피해를 받지 않고, 정상적으로 생육하고 있는 개체를 각각 3본씩 선정하였다. 각 개체별로 방위와 위치를 고려하여 개화 직전의 화서 (Inflorescence)를 선정한 후, 꿀벌 등 화분매개자에 의한 화밀의 손실을 방지하기 위해 교배봉투 (Pollination bag)를 설치하였다. 개화시점을 명확히 구분하기 위해 교배봉투 설치 이전에 개화한 꽃은 미세가위를 이용하여 모두 제거하였고, 교배봉투를 씌운 후 다음 날 오전에 개화된 꽃을 대상으로 빠짐없이 라벨을 실시하였다. 이후 화밀분비량 측정을 위해 각 개체마다 최소 100개 이상의 꽃을 대상으로 원심분리기를 이용하여 화밀을 수집하였다. 원심분리 방법은 꽃을 채취하여 화밀을 수집하기 때문에 하나의 꽃에서 개화기 동안 분비되는 화밀을 반복적으로 측정할 수 없다. 광나무와 아왜나무의 개화를 관찰한 결과 꽃 하나 (소화)는 개화 후 2일 동안 달려있다가 3일차에는 모두 낙화하는 특성이 관찰되어, 본 연구에서는 개화 1일차와 개화 2일차를 구분하여 오후 (16:30)까지 누적된 화밀을 수집함으로써 개화기간 동안 누적된 총 화밀량과 일자별 화밀분비 패턴을 조사하였다. 수집된 화밀은 100 μL syringe를 이용해 정량하였으며, 유리당 및 아미노산 함량 분석을 위해 80% 에탄올 (v/v) 10배액을 첨가한 후, 0.45 μm centrifugal filter에 정제하여 냉동 (-20℃) 보관하였다.

유리당 함량은 HPLC (Dionex ultimate 3000, Dionex, USA)를 이용하여 분석하였다. 이동상은 3차 증류수로 유속 0.5 mL/min, 온도 80℃로 유지했으며, Aminex 87P column (Bio-rad, USA)을 사용하였다. Ri-101 detector (Shodex, Japan)로 검출한 후 적분계에 의한 외부표준법으로 계산하였으며 (linear regression equation, R²>0.999), 표준품으로는 Sucrose, Glucose, Fructose (Sigma Aldrich, USA)를 사용하였다.

본당 꿀 생산량 (g/tree)은 앞서 조사된 2일차의 화밀분비량 (μL), 단위용량당 유리당 함량 (μg/μL), 본당 개화량 (ea), Petanidou (2003)가 제시한 honey potential을 이용하여 다음과 같이 계산하였다. 또한, 조사목의 평균 수관 폭을 고려하여 ha당 생육가능 본수를 산출하고, ha당 꿀 생산량 (kg/tree)으로 환산하였다.

• *honey potential = sugar content : honey
• 　　　　　　　   = 85 : 100 (Petanidou, 2003)

수집된 화밀을 O-phthalaldehyd (OPA)-Fluorenylmethyl chloroformate (FMOC) 유도체화하여 아미노산을 분석하였다. Borate buffer, OPA/Mercaptopropionic acid (MPA), FMOC 시약에 시료를 단계적으로 혼합한 다음, HPLC (1200 series, Agilent Technologies, USA)를 이용하여 분석하였다. 이동상은 10 mM Na₂HPO₄, 10 mM Na₂B₄O₇·10H₂O가 포함된 A용액 (pH 8.2)과 Water : Acetonitrile : Methanol를 10 : 45 : 45 비율로 혼합된 B용액을 사용하였으며, A용액 : B용액으로 초기 100 : 0 (v/v,%)에서 26~28분에 55 : 45, 28~30.5분에 0 : 100, 30.5분부터는 100 : 0으로 구배 조건을 설정하였다. 유속 1.5 mL/min에서 주입량은 0.5 μL로 설정하고, column 온도는 40℃로 설정하고 Inno column C18 (Innopiatech, Korea)을 사용하였다. 자외선 검출기는 338 nm로 설정하였고, 형광 검출기를 이용하여 OPA 유도체는 방출 파장 450 nm, 여기 파장 340 nm, FMOC 유도체는 방출 파장 305 nm, 여기 파장 266 nm에서 분석했다.

조사된 자료는 SPSS for Window ver. 18 (IBM, Chicago, USA)를 이용하여 수종별 개화 1일차와 2일차 간 화밀분비량, 단위용량당 유리당 함량 및 꽃 하나당 유리당 함량을 비교하였다.

광나무 10본의 평균 수고는 4.7±0.8 m, 근원경은 17.2±2.3 cm, 수관 폭은 4.0±0.7 m였으며, 본당 화서수 (1,420±194개)와 화서당 꽃 수 (189.8±46.3개)를 고려하여 본당 개화량을 산출한 결과 265,872±50,956개의 꽃을 피우는 것으로 나타났다 (Table 1, Fig. 1A, B). 한편, 조사대상지 (순천)를 기준으로 광나무는 6월 2일부터 6월 17일까지 약 16일간 개화하였고, 개화최성기는 6월 5일부터 9일로 나타났으며, 한 개체 내에서 화서가 순차적으로 개화하는 특성으로 인해 개화기간이 비교적 길게 유지되었다. 광나무는 개화 직전 꽃봉오리가 전구 모양으로 부풀어 올랐다가, 꽃잎이 벌어지면 2개의 수술과 1개의 암술이 나타난다. 개화가 이루어진 후 수술에는 노란색의 화분 (pollen)이 관찰되었으며, 꽃잎 안쪽 기부에서 화밀이 분비되었다 (Fig. 2A).

Fig. 1. 
Tree shape and flower characteristics of Ligustrum japonicum and Viburnum odoratissimum var. awabuki, (A) Tree shape and full bloom stage of L. japonicum, (B) Inflorescence of L. japonicum, (C) Tree shape and full bloom stage of V. odoratissimum var. awabuki, (D) Inflorescence of V. odoratissimum var. awabuki.

Fig. 2. 
Flowering characteristics of Ligustrum japonicum (A) and Viburnum odoratissimum var. awabuki (B). Yellow circle show secreted nectar.

아왜나무 10본의 평균 수고는 5.8±0.9 m, 수관폭은 3.9±0.6 m이었으며, 근원부에서 많은 맹아지가 올라오는 특성으로 인해 근원경은 측정하지 않았다 (Table 1). 본당 화서 수 (786.7±283.6개)와 화서당 꽃 수 (501.0±86.5개)를 고려한 본당 개화량은 평균 387,720±126,234개였으며, 개화기간은 6월 8일부터 6월 17일까지 약 10일, 개화최성기는 6월 11일부터 14일로 나타났다. 아왜나무는 한 개체 내에서 대부분의 화서가 일시에 개화하는 특성으로 전체 개화기간이 다소 짧은 것으로 나타났다. 아왜나무는 개화가 진행됨에 따라 꽃잎이 벌어지면서 5개의 수술과 1개의 암술대가 나타났으며, 수술에는 흰색의 화분이 관찰되었고, 꽃잎 안쪽의 기부에서 화밀 분비가 이루어졌다 (Fig. 2B).

원심분리기를 이용하여 개화 1일차와 2일차까지의 누적 화밀분비량 및 유리당 함량을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 광나무의 화밀분비량은 개화 1일차 0.33±0.10 μL/flower, 개화 2일차 0.76±0.07 μL/flower로 누적 화밀량은 차이를 나타냈다 (t= -6.101, p=0.004). 김 등 (2014a)은 광나무 꽃 하나에서 1.07 μL 화밀이 분비된다고 보고하여 본 연구 결과보다 다소 높았다. 그러나, 화밀분비량은 온도, 상대습도 등 기후요인에 의해 가변적이므로 선행연구 결과와 직접적인 비교는 어려울 것으로 판단된다 (Jakobsen and Kristjansson, 1994; Burquez and Corbet, 1998). 광나무 화밀 내 단위용량당 유리당 함량은 1일차에 1166.8±413.3 μg/μL, 2일차에 836.5±174.2 μg/μL로 1일차에 다소 높았으나, 통계적으로 유의한 차이는 인정되지 않았다. 화밀분비량과 단위용량당 유리당 함량을 이용하여 꽃 하나당 유리당 함량을 산출한 결과는 개화 1일차 0.36±0.10 mg, 개화 2일차 0.63±0.09 mg으로 조사되어 개화 2일차가 더 높음을 알 수 있었다 (t= -3.318, p=0.029).

아왜나무의 화밀분비량은 개화 1일차에 0.21±0.05 μL/flower, 개화 2일차에 0.52±0.08 μL/flower로 누적 화밀량은 차이를 보였다 (t= -5.303, p=0.006). 단위용량당 유리당 함량은 개화 1일차 858.1±94.2 μg/μL, 개화 2일차 852.2±142.0 μg/μL로 일자 간 차이를 나타내지 않았으며, 꽃 하나당 유리당 함량은 각각 0.16±0.06 mg과 0.45±0.15 mg으로 개화 2일차가 더 높게 나타나 광나무와 유사한 경향을 보였다 (t= -2.776, p=0.048). 이러한 결과를 고려할 때, 광나무와 아왜나무 꽃의 화밀분비는 2일 동안 지속되는 것으로 생각된다. 한편, 꽃 하나에서 지속되는 화밀 분비 기간은 동백나무 3.5일, 명자나무 5일, 매실나무 2일로 각각 다르게 보고되었음을 고려할 때 (김 등, 2021a, 2021b, 2021c), 화밀 분비 기간은 수종에 따라 큰 차이가 있는 것으로 판단된다.

광나무와 아왜나무의 꽃 하나당 유리당 함량은 김 등 (2021a, 2021b, 2021c)과 Kim et al. (2021)이 밝히고 있는 동백나무 (62.7 mg), 명자나무 (5.0 mg), 매실나무 (1.8 mg), 아까시나무 (0.86 mg)보다 낮은 값을 나타낸다. 그러나, 각 수종마다 화서당 꽃 수, 본당 개화량 및 생장특성 등에 차이가 있기 때문에 이러한 특성을 종합적으로 고려하여 산출된 단위면적당 꿀 생산량을 기준으로 수종 간 밀원가치를 비교하는 것이 더 정확한 평가방법이라고 판단된다.

광나무와 아왜나무 화밀 내 유리당 구성을 분석한 결과, sucrose 함량이 각각 84.4±2.0%, 78.2±1.7%로 가장 높게 나타났다 (Fig. 3). 일반적으로, 화밀 내 유리당 구성은 화분매개 곤충의 유인에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, sucrose 함량이 높은 화밀은 꿀벌을 포함한 긴 혀를 가지는 화분매개자 (Long-tongue pollinator)들이 선호하는 반면, hexose 함량이 높은 화밀은 파리 등 짧은 혀를 가지는 화분매개자 (Short-tongue pollinator)들이 선호하는 것으로 알려져 있다 (Baker and Baker, 1983). 또한, sucrose와 hexose (glucose, fructose) 비율에 따라 sucrose-dominant (ratio>1.0), sucrose-rich (0.5∼1.0), hexose-rich (0.1∼0.5), hexose-dominant (ratio<0.1) 등 4개 등급으로 구분된다 (Baker and Baker, 1983; Cnaani et al., 2006). 이와 관련하여 광나무와 아왜나무 화밀의 S/H ratio는 각각 5.5±1.0과 3.4±0.4로 모두 sucrose-dominant 등급에 속해 꿀벌 유인에 적합한 당 구성을 가지는 것으로 나타났다. 국내에서 수행된 주요 밀원수종 화밀 내 유리당 구성 (S/H ratio)에 관한 연구 결과, 아까시나무 2.3±0.7, 쉬나무 (수) 2.5±0.3, 왕벚나무 10.3±1.9, 산벚나무 2.3±0.2, 매실나무 0.9±0.3으로 대부분 sucrose의 함량이 높았던 결과와 유사하였다 (김 등, 2014b; 김 등, 2019; 김 등, 2021a; Kim et al., 2021).

Fig. 3. 
Sugar composition in collected floral nectar of Ligustrum japonicum and Viburnum odoratissimum var. awabuki.

광나무와 아왜나무의 화밀 특성과 개화 특성을 이용하여 본당 꿀 생산량을 추정한 결과는 Table 3과 같다. 광나무의 꽃 하나당 유리당 함량 및 본당 개화량을 이용하여 본당 꿀 생산량을 산출한 결과 약 192.6 g/tree의 꿀 생산이 가능한 것으로 나타났다. 또한, 수관폭 (4.0 m)을 고려하여 ha당 625본을 식재한다고 가정할 경우, 약 120.4 (103~146) kg/ha의 꿀 생산이 가능할 것으로 추정되었다. 한편, 아왜나무에서의 본당 꿀 생산량은 약 200.6 g/tree이었으며, 수관폭 (3.9 m)을 고려하여 ha당 꿀 생산량으로 환산할 경우 약 125.4 (67~247) kg/ha의 꿀 생산이 가능할 것으로 조사되었다.

이와 동일한 방법으로 조사된 매실나무, 동백나무, 명자나무와 비교할 경우, 화밀분비량과 꽃 하나당 당 함량은 매실나무 (10.0 μL, 1.8 mg), 동백나무 (357.1 μL, 62.7 mg)와 명자나무 (19.8 μL, 5.0 mg)에서 더 높았다. 그러나, 본당 개화량이 광나무와 아왜나무에서 현저히 많았기 때문에 ha당 꿀 생산량은 매실나무 (2.2 kg/ha), 동백나무 (37.7 kg/ha), 명자나무 (31.1 kg/ha) 대비 광나무와 아왜나무에서 훨씬 높은 값을 나타냈다 (김 등, 2021a; 2021b; 2021c). 이러한 결과는 밀원수종의 가치평가를 위해서는 화밀분비 특성과 더불어 생장 및 개화 특성을 종합적으로 고려한 단위면적당 꿀 생산량을 통해 수종 간 밀원생산성을 비교해야 함을 의미한다.

광나무와 아왜나무는 우리나라의 남부권역에 자생하는 수종으로 주요 밀원수종인 아까시나무 이후에 개화하며, 용도가 다양하고, 꿀 생산량이 많음을 고려할 때 남부권역의 우수 밀원자원으로 이용가치가 매우 클 것으로 판단된다.

아미노산은 화밀 내 매우 소량 포함되어 있으나 화밀의 맛을 결정하고, 꿀벌에 필요한 필수 아미노산을 제공하므로 꿀벌의 방화 여부를 결정하는 중요한 요소이다 (Pacini and Nepi, 2007).

광나무는 화밀은 18종의 아미노산이 약 147.5±6.9 mg/L를 함유하고 있었으며, 함량비는 proline (31.0±3.4%), asparagine (20.7±0.7%), histidine (8.9±0.6%) 순으로 나타났다 (Fig. 4). 아왜나무 화밀에서도 18종의 아미노산에서 약 234.1±41.6 mg/L이 검출되었으며, 함량비는 proline (38.8±2.8), asparagine (10.6±0.7%), glutamine (10.4±3.3%) 순으로 나타났다. Bertazzini et al. (2010)은 3종의 아미노산을 대상으로 꿀벌 선호도를 분석한 결과 proline이 포함된 처리구는 대조구에 비해 꿀벌 방화가 유의적으로 증가하는 반면, alanine 처리구는 대조구와 차이가 없었으며, serine 처리구에서는 대조구보다 감소하는 경향을 보인다고 보고하였다. 또 다른 연구에서 proline은 여왕벌의 산란과 곤충의 근육 발달에 필수적이며, 많은 ATP를 방출하기 때문에 꿀벌이 선호하는 아미노산으로 알려져 있다 (Micheu et al., 2000). 또한, 국내 밀원수종의 화밀 내 아미노산 구성을 분석한 결과 왕벚나무와 산벚나무, 이나무, 밤나무류에서 공통적으로 proline과 asparagine의 함량이 높게 나타난 바 있다 (김 등, 2017; 김 등, 2019; 김 등, 2020). 이와 관련하여, 광나무와 아왜나무 화밀에서 proline과 asparagine이 가장 많은 함량을 나타내어 꿀벌 섭식에 긍정적인 아미노산을 함유하고 있음을 간접적으로 유추할 수 있다.

Fig. 4. 
The composition of amino acid in floral nectar of Ligustrum japonicum (A) and Viburnum odoratissimum var. awabuki (B).

다양한 아미노산을 섭취하는 것은 꿀벌의 수명과 생식력 (Fecundity) 증진에 효과적이며 (Mevi-Schutz and Erhardt, 2005), 꿀벌의 기억력과 학습 능력을 개선하는 등 매우 긍정적인 효능이 있다고 보고되었다 (Chalisova et al., 2011; Simcock et al., 2014). 본 연구에서는 광나무와 아왜나무의 화밀 내 아미노산 함량 및 구성 성분만을 구명하였으나, 앞으로 다양한 밀원수종을 대상으로 아미노산 분석에 관한 연구가 지속적으로 이루어진다면 밀원별 주요 아미노산에 대한 정보수집을 비롯하여 아미노산과 꿀벌 방화와의 상관관계 분석, 꿀벌의 건강성 증진 효과 등 고도화된 연구가 가능할 것으로 판단된다.