[학위논문]반수체 육종을 위한 쌀보리(Hordeum vulgare L.) 약배양 체계 확립 및 약배양 유래 식물체의 생육 특성 (An)anther culture system for naked barley (hordeum vulgare L.) and characteristics of doubled haploid lines generated from the anther culture원문보기
약배양은 반수체 육종의 한 방법이나 아직 쌀보리에서는 연구 보고가 없어 쌀보리 약배양을 이용한 반수체 육종기술의 체계화 및 실용화를 위한 일련의 실험과 이를 통해 얻은 약배양 유래 후대 식물체의 몇 가지 농업적 특성을 검토하였다. 약배양 모식물 재배 상태에 따른 효율: 국내에서 육성된 쌀보리의 주요 품종간 캘러스 유기율은 0∼5.6% 내외였고 식물체 재분화율은 캘러스 대비 0∼30.0%이었으나 녹색체는 0∼4.4%로 낮았다. 약배양 유래 식물체 재분화율은 동절기 온실재배 모식물체와 하절기 포장재배 모식물체가 각각 30.4%와 21.3%로 동절기 재료에서 높았다. 정상 생육한 모식물체와 한발 스트레스를 받은 모식물체의 캘러스 유기율은 각각 19.2%와 7.2%로서 모식물체의 재배환경에 따라 큰 차이를 보였다. 약 채취시기 및 치상전 ...
약배양은 반수체 육종의 한 방법이나 아직 쌀보리에서는 연구 보고가 없어 쌀보리 약배양을 이용한 반수체 육종기술의 체계화 및 실용화를 위한 일련의 실험과 이를 통해 얻은 약배양 유래 후대 식물체의 몇 가지 농업적 특성을 검토하였다. 약배양 모식물 재배 상태에 따른 효율: 국내에서 육성된 쌀보리의 주요 품종간 캘러스 유기율은 0∼5.6% 내외였고 식물체 재분화율은 캘러스 대비 0∼30.0%이었으나 녹색체는 0∼4.4%로 낮았다. 약배양 유래 식물체 재분화율은 동절기 온실재배 모식물체와 하절기 포장재배 모식물체가 각각 30.4%와 21.3%로 동절기 재료에서 높았다. 정상 생육한 모식물체와 한발 스트레스를 받은 모식물체의 캘러스 유기율은 각각 19.2%와 7.2%로서 모식물체의 재배환경에 따라 큰 차이를 보였다. 약 채취시기 및 치상전 전처리에 따란 캘러스 유기율: 약배양 적정시기는 모식물체의 엽이간장 5∼10cm이고 두 번째 엽이가 엽초내 이삭 선단에 일치할 때이었으며, 이삭 중앙부위 약의 배양효율이 가장 높았다. 약의 전처리는 직경 10∼15cm의 비닐봉지에 5∼10 개체의 이삭을 밀봉하여 4℃에서 3주간 실시하는 것이 효과적이었는데 이 방법에 의한 캘러스 유기율은 두원찹쌀보리와 새쌀보리가 각각 4.8%와 1.7%이었다. 치상방법 및 배양온도에 따른 효과: 치상부위별 약배양 효율은 소수치상이 2줄보리가 6줄보리에 비해 오염율이 낮고 치상효율이 높았으며 대부분 30∼50일에서 캘러스가 유기 되었다 또한 25℃에서의 약배양은 15, 20℃에서의 배양보다 캘러스 유기 및 재분화 효율이 앙호하였고 캘러스 유기는 25℃에서는 25일∼50일, 20℃에서는 50일∼60일에 대부분 유기 되었다. 배지, 식물 생장 조절제, 배지성분에 따른 약배양 효율: 캘러스 유기배지는 Cl 고체배지에서, 질소원은 질산태 질소의 비율을 높이고 유기질인 L-glutamine, L-proline 등의 아미노산 성분을 첨가한 배지에서, 탄소원은 sucrose 대신 maltose 50g를 첨가한 배지가 캘러스 형성율이 높았다. 식물체 재분화는 캘러스 유기 배지와는 달리 sucrose 30 g/ℓ 사용하거나 maltose와 sucrose를 30 g/ℓ씩 혼합 사용하는 것이 바람직하였고, CuSO_4 농도는 기존의 50배(1.25 mg/ℓ)처리에서 가장 좋았으며 그 이상 농도에서도 백색체 발생률은 감소하는 경향이었다. 식물 생장 조절제는 2,4-D나 NAA의 단독 처리보다 2,4-D 1.5 mg/ℓ와 2-ip 1.5 mg/ℓ의 복합처리에서 캘러스 유기율이 18.3%로 가장 높았으며, 녹색체 분화는 NAA 2.0 mg/ℓ와 BAP 1.0 mg/ℓ의 조합에서 가장 우수하였다. Stavation에 의한 재분화 효율증진 효과는 30℃에서 새쌀보리는 7일간 두원찹쌀보리는 10일간 처리에서 높았다 재분화 식물체의 배수성 유기빈도: 재분화체의 형태적 특성으로 분류한 자연 배가체와 반수체 비율은 F_1 조합은 62.9%와 22.5%, 두원찹쌀 보리는 87.3%와 7.4%, 그리고 두산29호는 86.9%와 9.4%이었다. 쌀보리 약배양 후대 생육특성: HB15375 F_1 조합의 재분화 식물체 출수기는 모본에 비해 비교적 10일 정도 늦은 경향이었으며, 간장과 수장은 정규분포에 유사한 변이 분포를 보였고, 망장과 1수 립수는 비정규분포로 모본과 부본의 2개의 분포 양상을 나타냈다. 두원찹쌀보리 유래 계통들은 간장, 수장, 망장, 1수립수등에서 안정된 정규분포를 보였으나, 두산29호의 A_2, 81계통은 비연속적인 변이를 보였다.
약배양은 반수체 육종의 한 방법이나 아직 쌀보리에서는 연구 보고가 없어 쌀보리 약배양을 이용한 반수체 육종기술의 체계화 및 실용화를 위한 일련의 실험과 이를 통해 얻은 약배양 유래 후대 식물체의 몇 가지 농업적 특성을 검토하였다. 약배양 모식물 재배 상태에 따른 효율: 국내에서 육성된 쌀보리의 주요 품종간 캘러스 유기율은 0∼5.6% 내외였고 식물체 재분화율은 캘러스 대비 0∼30.0%이었으나 녹색체는 0∼4.4%로 낮았다. 약배양 유래 식물체 재분화율은 동절기 온실재배 모식물체와 하절기 포장재배 모식물체가 각각 30.4%와 21.3%로 동절기 재료에서 높았다. 정상 생육한 모식물체와 한발 스트레스를 받은 모식물체의 캘러스 유기율은 각각 19.2%와 7.2%로서 모식물체의 재배환경에 따라 큰 차이를 보였다. 약 채취시기 및 치상전 전처리에 따란 캘러스 유기율: 약배양 적정시기는 모식물체의 엽이간장 5∼10cm이고 두 번째 엽이가 엽초내 이삭 선단에 일치할 때이었으며, 이삭 중앙부위 약의 배양효율이 가장 높았다. 약의 전처리는 직경 10∼15cm의 비닐봉지에 5∼10 개체의 이삭을 밀봉하여 4℃에서 3주간 실시하는 것이 효과적이었는데 이 방법에 의한 캘러스 유기율은 두원찹쌀보리와 새쌀보리가 각각 4.8%와 1.7%이었다. 치상방법 및 배양온도에 따른 효과: 치상부위별 약배양 효율은 소수치상이 2줄보리가 6줄보리에 비해 오염율이 낮고 치상효율이 높았으며 대부분 30∼50일에서 캘러스가 유기 되었다 또한 25℃에서의 약배양은 15, 20℃에서의 배양보다 캘러스 유기 및 재분화 효율이 앙호하였고 캘러스 유기는 25℃에서는 25일∼50일, 20℃에서는 50일∼60일에 대부분 유기 되었다. 배지, 식물 생장 조절제, 배지성분에 따른 약배양 효율: 캘러스 유기배지는 Cl 고체배지에서, 질소원은 질산태 질소의 비율을 높이고 유기질인 L-glutamine, L-proline 등의 아미노산 성분을 첨가한 배지에서, 탄소원은 sucrose 대신 maltose 50g를 첨가한 배지가 캘러스 형성율이 높았다. 식물체 재분화는 캘러스 유기 배지와는 달리 sucrose 30 g/ℓ 사용하거나 maltose와 sucrose를 30 g/ℓ씩 혼합 사용하는 것이 바람직하였고, CuSO_4 농도는 기존의 50배(1.25 mg/ℓ)처리에서 가장 좋았으며 그 이상 농도에서도 백색체 발생률은 감소하는 경향이었다. 식물 생장 조절제는 2,4-D나 NAA의 단독 처리보다 2,4-D 1.5 mg/ℓ와 2-ip 1.5 mg/ℓ의 복합처리에서 캘러스 유기율이 18.3%로 가장 높았으며, 녹색체 분화는 NAA 2.0 mg/ℓ와 BAP 1.0 mg/ℓ의 조합에서 가장 우수하였다. Stavation에 의한 재분화 효율증진 효과는 30℃에서 새쌀보리는 7일간 두원찹쌀보리는 10일간 처리에서 높았다 재분화 식물체의 배수성 유기빈도: 재분화체의 형태적 특성으로 분류한 자연 배가체와 반수체 비율은 F_1 조합은 62.9%와 22.5%, 두원찹쌀 보리는 87.3%와 7.4%, 그리고 두산29호는 86.9%와 9.4%이었다. 쌀보리 약배양 후대 생육특성: HB15375 F_1 조합의 재분화 식물체 출수기는 모본에 비해 비교적 10일 정도 늦은 경향이었으며, 간장과 수장은 정규분포에 유사한 변이 분포를 보였고, 망장과 1수 립수는 비정규분포로 모본과 부본의 2개의 분포 양상을 나타냈다. 두원찹쌀보리 유래 계통들은 간장, 수장, 망장, 1수립수등에서 안정된 정규분포를 보였으나, 두산29호의 A_2, 81계통은 비연속적인 변이를 보였다.
As the anther culture has been successfully employed in the haploid breeding systems in many crops other than naked barley, an efficient anther culture system for naked barley was developed through the serial evaluations of plant materials and culture conditions, and haploid plants were obtained usi...
As the anther culture has been successfully employed in the haploid breeding systems in many crops other than naked barley, an efficient anther culture system for naked barley was developed through the serial evaluations of plant materials and culture conditions, and haploid plants were obtained using the system. The major features of the system and major agronomic characteristics of the progeny plants derived from the system are summarized as follows: The genotypes and physiological conditions of donor plants affected anther culture efficiency Callus induction rates from anther cultures of the major domestic naked barley varieties ranged from 0 to 5.6%, and the green plant regeneration rates from 0 to 4.4% relative to the transferred calli. Plant regeneration rate was 30.4% in the donor plants grown in a glasshouse during winter, whereas 21.3% in those grown in the field during summer. In addition, callus induction rates of donor plants grown in a normal and drought-stressed condition were 19.2% and 7.2%, respectively. The sampling time of and pretreatment on anthers dected anther culture efficiency The proper sampling stage of anthers was when the length between the 1st and 2nd auricles reaches 5 to 10cm and the tip of the 2nd auricle aligns with the middle of panicle in the leaf sheath, at which pollens are at the uninucleate stage. The treatment of anthers at 4°C for 3 weeks with 5 to 10 panicles in a 10 to 15cm diameter polyethylene bag resulted in higher callus induction rates in Duwonchapssalbori and Saessalbori as 4.8% and 1.7%, respectively. Plating materials and culture temperature qffected anther culture efficiency Among the inoculation tissues or organs such as anthers, spikelets and whole panicles, culture efficiency was higher with spikelets in two-rowed than six-rowed barley due primarily to a lower contamination, and calli were induced within 30 to 50 days. Callus induction and plant regeneration rates were higher in cultures at 25°C than at 15°C and 20°C. Days to callus induction were 25 to 50 days at 25°C and 50 to 60 days at 20°C. Medium compositions affected anther culture efficiency Callus induction was higher on the modified CI solid medium (CIH_(1)) with higher NO_(3)-N and supplemented with L-glutamine and L-proline, and 50 g/ℓ of maltose. For plant regeneration, 30 g/ℓ of sucrose was better than maltose as a carbon source. In addition, the fortification of CuSO_(4) about 50-fold than the basic level was effective in reducing albino plants. Callus induction rate was 18.3% with the combination of 1.5 ㎎/ℓ 2,4-D and 1.5 ㎎/ℓ 2-ip which was higher than with the individual use of 2,4-D and 2-ip at the same concentration. Starvation at 30°C improved plant regeneration but the duration for the optimal effect was 7 days in Saessalbori and for 10 days in Dooweonchapssalbori. Frequency of ploidy among the regenerated plants Ploid by morphological traits from anther-derived regenerated plants divided into doubled-hapoid, haploid and aneuploid. The frequency of doubled-haploid : haploid showed 62.9%: 22.2% in F_(1), 87.3% : 7.4% in Duwonchapssalbori and 86.9% : 9.4% in Doosan 29. Agronomic characteristics of progenies derived from anther culture In the progenies derived from anther culture from the F_(1) hybrid HB15375, the days to heading was delayed about 10 days than their parents. Culm and panicle length showed normal distribution, while awn length and number of grains per panicle a bimodal distribution centered at the means of their parents. In the progenies from anther culture of Duwonchapssalbori, culm length, panicle length, awn length, and number of grains per panicle showed a stable normal distribution. In 81 A_(2) lines of Dusan 29, however, the characters showed discontinuous variations.
As the anther culture has been successfully employed in the haploid breeding systems in many crops other than naked barley, an efficient anther culture system for naked barley was developed through the serial evaluations of plant materials and culture conditions, and haploid plants were obtained using the system. The major features of the system and major agronomic characteristics of the progeny plants derived from the system are summarized as follows: The genotypes and physiological conditions of donor plants affected anther culture efficiency Callus induction rates from anther cultures of the major domestic naked barley varieties ranged from 0 to 5.6%, and the green plant regeneration rates from 0 to 4.4% relative to the transferred calli. Plant regeneration rate was 30.4% in the donor plants grown in a glasshouse during winter, whereas 21.3% in those grown in the field during summer. In addition, callus induction rates of donor plants grown in a normal and drought-stressed condition were 19.2% and 7.2%, respectively. The sampling time of and pretreatment on anthers dected anther culture efficiency The proper sampling stage of anthers was when the length between the 1st and 2nd auricles reaches 5 to 10cm and the tip of the 2nd auricle aligns with the middle of panicle in the leaf sheath, at which pollens are at the uninucleate stage. The treatment of anthers at 4°C for 3 weeks with 5 to 10 panicles in a 10 to 15cm diameter polyethylene bag resulted in higher callus induction rates in Duwonchapssalbori and Saessalbori as 4.8% and 1.7%, respectively. Plating materials and culture temperature qffected anther culture efficiency Among the inoculation tissues or organs such as anthers, spikelets and whole panicles, culture efficiency was higher with spikelets in two-rowed than six-rowed barley due primarily to a lower contamination, and calli were induced within 30 to 50 days. Callus induction and plant regeneration rates were higher in cultures at 25°C than at 15°C and 20°C. Days to callus induction were 25 to 50 days at 25°C and 50 to 60 days at 20°C. Medium compositions affected anther culture efficiency Callus induction was higher on the modified CI solid medium (CIH_(1)) with higher NO_(3)-N and supplemented with L-glutamine and L-proline, and 50 g/ℓ of maltose. For plant regeneration, 30 g/ℓ of sucrose was better than maltose as a carbon source. In addition, the fortification of CuSO_(4) about 50-fold than the basic level was effective in reducing albino plants. Callus induction rate was 18.3% with the combination of 1.5 ㎎/ℓ 2,4-D and 1.5 ㎎/ℓ 2-ip which was higher than with the individual use of 2,4-D and 2-ip at the same concentration. Starvation at 30°C improved plant regeneration but the duration for the optimal effect was 7 days in Saessalbori and for 10 days in Dooweonchapssalbori. Frequency of ploidy among the regenerated plants Ploid by morphological traits from anther-derived regenerated plants divided into doubled-hapoid, haploid and aneuploid. The frequency of doubled-haploid : haploid showed 62.9%: 22.2% in F_(1), 87.3% : 7.4% in Duwonchapssalbori and 86.9% : 9.4% in Doosan 29. Agronomic characteristics of progenies derived from anther culture In the progenies derived from anther culture from the F_(1) hybrid HB15375, the days to heading was delayed about 10 days than their parents. Culm and panicle length showed normal distribution, while awn length and number of grains per panicle a bimodal distribution centered at the means of their parents. In the progenies from anther culture of Duwonchapssalbori, culm length, panicle length, awn length, and number of grains per panicle showed a stable normal distribution. In 81 A_(2) lines of Dusan 29, however, the characters showed discontinuous variations.
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