우즈베키스탄산 해바라기 종자의 초음파 처리 과정 연구
부하라 국립기술대학교 1학년 석사과정 학생 마메도프 무함마드
지도교수: 과학박사 K.H. 가푸로프
우즈베키스탄의 조건에서 유지작물(기름이 많은 종자) 분야는 경제적으로 중요한 산업 중 하나이다. 특히 해바라기 종자는 지방과 단백질의 주요 공급원으로, 재배 면적과 수출 잠재력이 지속적으로 증가하고 있다. 동시에, 종자의 품질을 향상시키는 것 — 즉, 높은 발아율, 빠른 뿌리 형성, 안정적인 수확을 달성하는 것은 과학적으로 매우 중요한 과제이다.
파종 전에 종자는 여러 물리·화학적 및 생물학적 방법으로 전처리된다 (예: 잡종 종자 준비, 생물학적 프라이밍, 화학약품 처리, 방사선, 플라즈마 등). 최근 몇 년 사이, 인간의 귀로 들을 수 없는 초음파(ultrasonic waves) 를 이용한 종자 처리 방법이 주목받고 있다. 초음파 처리는 종자 껍질의 구조, 수분 흡수, 산소 침투, 내부 대사활동 및 효소의 활성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 우즈베키스탄 지역 조건에 맞는 해바라기 종자의 초음파 처리 조건을 규명하는 것은 종자 준비 기술을 개선하고, 수확량을 안정적으로 높이며, 국가의 유지작물 수출 잠재력을 강화하기 위한 중요한 과학적·실용적 과제이다.
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연구 목적
우즈베키스탄산 해바라기 종자를 대상으로 초음파 처리의 최적 조건을 규명하고, 발아력, 활력 및 생리적 반응에 미치는 영향을 분석하여 체계적인 권고안을 제시하는 것을 목적으로 한다.
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연구 과제
초음파 처리 시의 주파수, 노출 시간, 수분 수준 등의 매개변수를 선택하여 연구한다.
종자 껍질의 구조적 변화, 수분 흡수율, 발아 속도 및 발아율을 평가한다.
우즈베키스탄에서 재배된 해바라기 종자를 이용한 현지 실험을 수행하여 최적 조건을 제시한다.
본 방법이 국가의 유지작물 생산 및 수출에 기여할 수 있는 효과를 평가한다.
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국외 연구 사례
1. “Use of ultrasonication to increase germination rates of Arabidopsis seeds”
(애기장대 Arabidopsis thaliana 사례)
45 kHz의 주파수에서 30초간 초음파 처리를 실시한 결과, 종자 껍질에 미세한 구멍이 형성되고 발아 속도가 향상된 것으로 나타났다.
결과: 저장 중 활력이 약화된 종자에서 초음파 처리는 발아율을 향상시킬 수 있다.
기전: 종자 껍질에 미세공이 생겨 물과 산소의 침투가 용이해진다.
2. “Ultrasonic treatment can improve maize seed germination and abiotic stress resistance”
(옥수수 사례)
20–40 kHz 주파수에서 40초간 초음파 처리를 한 결과, 발아율과 뿌리 길이가 현저히 증가하였다. 또한 산성 프로테아제, α-아밀라아제, β-아밀라아제 등의 효소 활성이 급격히 증가하였다.
기전: 종자 껍질의 물리적 장벽이 약화되어 수분 흡수 및 세포 활성화가 촉진된다.
3. “Responding Oil Seeds Germination Indices to Ultrasonic Waves”
(대두 및 해바라기 종자 사례)
이집트에서 실시된 연구에 따르면, 20·30·40 kHz 주파수와 10·20·30분 처리 조건으로 실험한 결과,
결과: 발아 기간이 약 33% 단축되었으며, 최종 발아율(FGP)은 40 kHz, 20분 조건에서 대두 94%, 해바라기 90%로 가장 높게 나타났다.
그러나 20분을 초과하는 처리는 일부 지표에 부정적인 영향을 미쳤다.
또한, “Seed germination and seedling development assisted by ultrasound: gaps and future research directions” 논문에서는 기존 연구의 한계를 분석하고 향후 연구 방향을 제시하였다. 특히 수분 흡수 동역학, 유전자 발현(aquaporin, ABA 생합성과 관련된 유전자 등) 및 껍질 구조 변화에 대한 자료가 부족하다고 지적하였다.
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우즈베키스탄 내 관련 연구
“Fizikomekhanicheskiye Svoystva Semyan Sortov Podsolnechnika, Vyrashchivayemykh v Uzbekistane”
(G‘afurov K.H., Safarova D.N., 2023) — 우즈베키스탄에서 재배된 해바라기 품종의 물리·기계적 특성이 분석되었다.
“Study of the internal structure of sunflower seeds cultivated in Uzbekistan” (2020) — 종자의 내부 구조가 연구되었다.
“Productivity of early varieties of sunflowers sown at different times in irrigated conditions of Uzbekistan” (2021) — 재배 시기와 수확량이 평가되었다.
이러한 연구들은 초음파 처리 실험의 기초 자료로 활용될 수 있다.
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연구 방법론 및 최적 조건 설정 제안
1. 종자 준비:
우즈베키스탄에서 재배된 해바라기 품종을 선택하고, 균일한 품질 확보를 위해 사전 발아 테스트 및 수분 함량을 측정한다.
2. 초음파 처리 조건:
20 kHz, 30 kHz, 40 kHz의 주파수에서 각각 5, 10, 20, 30분간 처리한다.
3. 실험 그룹:
대조군: 처리하지 않은 종자
실험군: 다양한 주파수·시간 조합
4. 측정 항목:
발아율(%), 발아 시기(일),
묘목 생장지수(SVI), 뿌리 및 자엽 길이,
종자 껍질의 현미경 분석(균열 여부),
수분 흡수 동역학(1–3–6시간 후 무게 변화).
5. 통계 분석:
ANOVA 통계기법(p<0.05).
최적 조건은 발아율과 SVI가 가장 높고 부정적 영향이 없는 조합으로 선정한다.
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현지 적용의 장점
종자 준비 기술을 개선하여 해바라기 생산성과 수확량을 높인다.
식용유 생산의 안정화를 도모한다.
화학적 처리에 비해 친환경적 물리적 방법으로 대체 가능하다.
생산 비용을 절감한다.
국내 연구기관에 새로운 과학적 연구 방향을 제시한다.
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결론
본 연구는 우즈베키스탄산 해바라기 종자의 초음파 처리 과정을 체계적으로 분석하고, 최적 처리 조건을 규명하는 것을 목표로 한다.
해외 문헌에서는 초음파 처리가 발아 및 초기 생육에 긍정적인 영향을 준다고 밝혔으나, 각 작물 종과 지역 조건에 맞는 세부 매개변수의 최적화가 필수적이다.
우즈베키스탄에서는 이와 관련된 연구가 거의 이루어지지 않았기 때문에, 본 연구는 과학적 혁신성을 지니며 농업 분야에 실질적 기여를 할 것으로 기대된다.
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참고문헌
1. Memiş N., Njie E.S., Muhie S., İbrahim G.Ş. “Effect of ultrasonic treatment on seed germination and seedling emergence in seven vegetable species.” Anadolu Journal of Agricultural Sciences, 2022; 37(1):57-66.
2. Bertrand N. et al. “Use of ultrasonication to increase germination rates of Arabidopsis seeds.” Plant Methods, 2017.
3. Cai X. et al. “Ultrasonic treatment can improve maize seed germination and abiotic stress resistance.” BMC Plant Biology, 2024; 24:758.
4. iKNiTO Journal System. “Responding Oil Seeds Germination Indices to Ultrasonic Waves.” Journal of Soil Sciences and Agricultural Engineering, 2023; 14(11):357-362.
5. Nogueira A., Puga H., Gerós H., Teixeira A. “Seed germination and seedling development assisted by ultrasound: gaps and future research directions.” Journal of the Science of Food and Agriculture, 2023; 1002/jsfa.14426.
6. Gafurov K.H., Safarova D.N. “Physico-mechanical properties of seeds of sunflower varieties grown in Uzbekistan.” Universum: Technical Sciences, 2023; 11(116).
7. Avazmetova I., Rakhimova K. “Agrotechnology of sunflower cultivation in the Khorezm region and its importance in agriculture.” Natural Sciences in the Modern World, 2025; 4(8):62-64.
8. Hamroyev E.O., Abduraximov S., Salixanova D., Ashurov F. “Study of the internal structure of sunflower seeds cultivated in Uzbekistan.” Food Processing Industry Section 2, 2020.
