금강초롱꽃(Hanabusaya asiatica)은 한반도 중동부에서만 제한적으로 분포하는 고유종으로, 분포범위가 좁고 개체수가 적어 서식지를 세계자연보전연맹(IUCN, International Union for Conservation of Nature) 중요 생물다양성 보호지역(key biodiversity areas: KBAs)으로 지정하여 보호할 필요가 있다. 본 연구에서는 maximum entropy(MaxEnt) 모형을 통해 남북한 접경지역 내 금강초롱꽃 자생가능지를 추정하고 이를 바탕으로 KBAs 후보지를 설정하였다. 기계학습(machine learning) 알고리즘의 하나인 MaxEnt 모형은 생물종의 출현지점만 기록한 데이터(presence-only data)로도 생물종 분포를 편향되지 않게 예측할 수 있는 생물종 분포 모형으로, 본 연구의 연구대상지처럼 현장 조사가 어려운 경우 유용한 방법이다. 본 연구에서는 현장 조사를 통해 수집한 38개 금강초롱꽃 출현 위치와 기후, 지형, 식생 등을 측정한 11개 환경변수를 이용하여 MaxEnt 모형을 학습하여 남북한 접경지역의 모든 지점에 대해 금강초롱꽃 출현확률을 추정하였다. MaxEnt 모형 분석 결과, 금강초롱꽃 출현확률이 0.5를 넘어 금강초롱꽃 분포가능지로 분류된 지역은 778km²이었고, 추정된 서식가능지와 기지정된 보호지역 경계를 고려하여 설정한 최종 KBA 후보지는 1,321km²이었다. 또한 11개 환경변수 중 표고와 연평균 강수량, 생장기 평균 강수량, 최한월 평균 기온이 금강초롱꽃 출현확률에 영향을 미쳐, 금강초롱꽃은 고도가 높은 서늘한 지역을 선호하는 것으로 분석되었다. 이와 같은 금강초롱꽃의 분포지 선호도 분석 결과는 KBA 후보지 설정 뿐 아니라 남북한 통일이나 기후변화와 같은 시나리오에 대비한 금강초롱꽃 보존 계획 수립의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

금강초롱꽃(Hanabusaya asiatica Nakai)은 한반도 중동 부에서만 제한적으로 분포하는 고유종으로, 현재 1,000 개체 이상 정도만 남아있는 것으로 추정되어 International Union for conservation of Nature(IUCN) 적색 목록(IUCN red list)에 멸종위기(EN)종으로 지정되어 있는 종이다. 금강초롱꽃 보존을 위해서는 금강초롱꽃의 분포지역를 파악 하고 이를 보호지역으로 지정하여야 하나, 금강초롱꽃 분포 지역 대부분이 남북한 접경지역에 위치하고 있어 현장조사 를 통해 정확한 분포지역을 파악하기 쉽지 않은 실정이다. 현장조사의 대안으로 생물종 분포 모형을 활용하여 금강 초롱꽃 분포 지역를 추정해 볼 수 있긴 하지만, 대부분의 생물종 분포 모형이 체계적인 현장 조사를 통해 수집한 출 현-부재 데이터(presence-absence data)를 필요로 하여, 금 강초롱꽃 분포 지역 추정에 활용할 수 없다. Maximumentropy(Maxent)모형은 체계적인 현장 조사 없이 출현지점 만 기록한 데이터(presence-only data)만 가지고도 생물종 분포를 추정할 수 있는 머신러닝 기법의 일종으로, 본 연구와 같이 활용할 수 있는 데이터가 제한된 경우에도 유용하 게 활용할 수 있는 생물종 분포 모형이다. 본 연구에서는 현장 조사를 통해 수집한 금강초롱꽃 출현 지점 데이터와 기후와 지형, 식생 등 환경변수를 가지고 MaxEnt 모형을 학습하여 금강초롱꽃 분포지역을 추정하였다. 주요 금강초롱꽃 분포지역은 강원도 고성군과 양양군과 인제군 일원의 향로봉-건봉산 천연보고구역 일대와 설악산 일대, 인제군과 양구군 일원의 대암산 일대, 인제군 방태산 일대, 인제군 백암산 일대, 양구군 백석산 일대, 화천군 제안 산-해산 일대, 화천 수리봉 일대, 화천군과 철원군 대성산- 복주산-두류산-광덕산 일대, 화천군 화악산 일대로 추정되었고, 이 결과를 바탕으로 금강초롱꽃 보호를 위한 key biodiversity area 경계를 설정하였다.

This experiment was carried out to investigate the appropriate chilling requirements for breaking dormancy by treating the dormant plant of Hanabusaya asiatica with low temperature (4℃) for different time periods. The rates of sprouting and flowering were higher with longer treatment periods at low temperature. In addition, the growth and flowering of the plant were better when it was potted after treatment at a low temperature for 90 days. The abscisic acid levels and polyphenoloxidase activity of the dormant plant increased during the low temperature treatment, reached a climax 90 days and decreased thereafter. The catalase activity was the lowest after the low temperature treatment for 90 days and increased subsequently. The peroxidase activity increased and showed a sharp rise after the low temperature treatment for more than 90 days. Considering the physiological activities of the enzymes, the changes in the abscisic acid levels, and the characteristics of growth and flowering after sprouting of the plant, the appropriate cold periods required for breaking dormancy could be 90 days.

금강초롱꽃 자생지 6지역(오대산, 향로봉, 대암산, 화악산, 점봉산, 설악산)에 대한 형태적 유연관계를 알아보기 위하여 외부형태, 주성분분석과 유집분석 등 수리분류학적 연구를 실시하였다. 연구 결과, 외부형태형질 중 자생지간에 뚜렷한 차이를 보이는 형질은 없었으며 형질의 연속성이 인정되었다. 조사된 6개 자생지의 71개체와 outgroup으로 사용한 검산초롱꽃 7개체, 총78개체 중 향로봉과 설악산 정상부에서 자라는 일부 개체들은 잎, 포엽의 형태 등 에서 다소 차이를 보여 구별이 가능하였다. Outgroup으로 사용된 검산초롱꽃은 꽃받침의 형태가 넓은 난형 으로 선형 또는 선상피침형인 금강초롱꽃과 구별되었으며 나머지 형질들은 비슷한 경향을 보였다. 17가지의 양적 형질을 이용한 주성분분석 결과 주성분1(22.3%), 주성분2(15.7%), 주성분3(12.0%)이 총 50.07%의 기여율을 보였으며, 주성분 1과 2를 이차원공간에 도시한 결과 6개 자생지 집단은 서로 중복되어 나타나 구별이 불가능하였다. 평균연결방법과 Ward's법 에 의한 유집분석 결과도 주성분분석과 매우 유사한 결과를 보여 유집이 불가능하였다.

금강초롱꽃과 근연분류군 4속 9분류군에 대한 표피 및 화분의 미세구조, 동위효소 분석을 통하여 금강초롱꽃속(屬)이 특산속으로서 구분이 가능한가를 알아보았다. 표피는 미세구조에서는 잎이 표면과 이면세포의 모양, 화피의 세포형태, 종피의 미세구조 등이 속과 종을 구분하는데 유용한 형질로 나타났으며, 화분학적 형질에서는 표면무늬와 전체 형태에 많은 변이가 있어 속내 분류군들의 유집 및 분류가 불가능하였다. 동위효소 분석에서는 분류군에 따라 지역, 집단간 변이가 매우 심하게 나타났지만 금강초롱꽃과 가장 유사한 분류군은 초롱꽃과 섬초롱꽃으로 유집되어 나타났다. 이상의 결과에서 금강초롱꽃속(屬)은 근연 분류군과 표피의 형질, 동위효소 분석등에서 근연 분류군과 뚜렷한 차이가 있어 특산속으로서 잘 구분되었다.

조사된 금강초롱꽃과(科) 근연 분류군 4속 9분류군에 대하여 외부형태학적 형질을 재검토하고 해부학적 형질을 통하여 종간 분류 및 금강초롱꽃속(屬)이 특산속으로서 구별이 가능한가를 알아보았다. 연구결과, 외부형태에 있어서는 뿌리의 모양, 잎의 형태, 엽병의 날개 유무, 화관의 형태, 꽃받침의 형태, 엽병의 날개 유무, 화관의 형태, 꽃받침의 형태, 화서의 형태, 주두의 형태 등이 식별 형질로서 가치가 인정되었으며 해부학적 형질에서는 횡단면의 내부구조 보다는 표피의 돌출정도와 돌출 수가 종간 구별을 위한 형질로 생각되어진다. 이번 조사를 통하여 금강초롱꽃속(屬)은 외부형태 및 해부학적 형질에서 유사 분류군들과 잘 구분되어 특산속으로서 잘 지지되었으며 기존의 학자들(Fedorov, 1957; Nakai, 1952; Hong, 1983)에 의해 분류형질로 인식되어온 엽서와 화서의 형태, 화관의 형질 들이 이번 연구에서도 속, 종을 구별하는데 매우 유용한 형질로 나타났다.