[논문]천궁 (Cnidium officinale M.)의 화기절편으로부터 형성된 체세포배의 자엽구조와 발아

조덕이; 이은경; 소웅영

문제 정의

1998) 및 강활(Cho and Soh 1998) 등에서 체세포배 형성을 통한 식물체 재생체계가 확립되어 있다. 이와 같이 체세포배 형성을 통한 식물체 재생에 의한 대량 번식은 산형과 식물의 시호(Cho et al.,1995) , 당귀(Cho et al. 1998) 및 강활 (Cho and Soh 1998) 등 약용식물에서 이루어지고 있으나 조직배양 방법에 의한 천궁에 관한 연구는 경정 배양 이외에(Lee et al. 1994) 거의 보고된 바 없으므로 본 연구에서는 천궁의 체세포배의 발생 조건을 산형과의 다른 식물의 경우와 비교하는 동시에 체세포 배의 자엽변이와 발아 능력을 밝히고자 시도되었다.

가설 설정

또한 체세포 배 발생에 미치는 활성탄의 영향을 밝히고자 배형 성능 캘러스를 MS 기본 배지에 여러가지 농도로 활성탄을 첨가하여 배양하였으며 형성된 자엽시기의 체세포배의 자엽구조를 관찰하였다. 자엽기의 체세포 배를 1/2 MS 기본 배지에 옮겨서 발아 능력을 관찰하였으며 발아 판별 기준은 뿌리와 제 1 잎이 자라나온 것으로 정했다.

제안 방법

)의 엽신, 엽병 및 미성숙 화기를 70 % 에탄올에서 1분간, 1 % sodium hypochlorite 용액에서 15분간 표면 살균 후 무균수로 세 번 헹구었다. 각각의 절편은 30 mg/L 자당, 0.8 % 한천 및 여러가지 농도의 (1, 2, 3, 4, 5 mg/L)의 2, 4-D가 첨가된 MS 기본배지 (Murashige and Skoog, 1962)에 치상하였다. 한천을 넣기 전에 pH 5.
8로 맞추고 121℃에서 15분간 고압멸균한 배지를 100 mL 삼각 플라스크에 40 mL씩 분주하고 절편을 4개씩 치상하여 46 pmol m^-2S^-1의 16시간 광주기의 25±1℃ 배양실에서 8주간 배양하였다. 각각의 조건에서 유도된 캘러스를 증식시킨 후 식물 생장조절제가 첨가되지 아니한 MS 기본 배지에 옮겨 체세포배 발생률과 자엽 변이율을 관찰하였다. 또한 체세포 배 발생에 미치는 활성탄의 영향을 밝히고자 배형 성능 캘러스를 MS 기본 배지에 여러가지 농도로 활성탄을 첨가하여 배양하였으며 형성된 자엽시기의 체세포배의 자엽구조를 관찰하였다.
각각의 조건에서 유도된 캘러스를 증식시킨 후 식물 생장조절제가 첨가되지 아니한 MS 기본 배지에 옮겨 체세포배 발생률과 자엽 변이율을 관찰하였다. 또한 체세포 배 발생에 미치는 활성탄의 영향을 밝히고자 배형 성능 캘러스를 MS 기본 배지에 여러가지 농도로 활성탄을 첨가하여 배양하였으며 형성된 자엽시기의 체세포배의 자엽구조를 관찰하였다. 자엽기의 체세포 배를 1/2 MS 기본 배지에 옮겨서 발아 능력을 관찰하였으며 발아 판별 기준은 뿌리와 제 1 잎이 자라나온 것으로 정했다.
천궁의 잎, 엽병 및 화기 조직을 여러가지 농도의 2, 4-D (1, 2, 3, 4, 5 mg/L)가 첨가된 MS 배지에 이식하여 8주간 배양하면 진주황색의 캘러스가 형성되었다. 캘러스 유기율은 외식 편의 종류에 따라서 다르게 나타났다.

성능/효과

이러한 현상은 활성탄이 배지 내에서 비정상적인 자엽 발생을 유도하는 성분을 흡수하여 이상 자엽배의 발생을 감소시킨 것으로 사료된다. 그러나 5 % 활성탄을 처리하였을 때는 건전한 2개 자엽의 체세포배 형성이 현저하게 줄어들어 30.5 %의 형성률을 나타내어 37.5 %를 나타내고 있는 대조구에 비하여 오히려 감소 현상을 보였다. 따라서 활성탄이 배지 내의 유해한 성분뿐만이 아니라 정상배의 발생에 필요한 성분을 흡수하여 나타난 현상으로 추정된다.
5 %로 절반 미만의 저조한 발아율을 보였다(Figure 8). 그러나 활성닌을 첨가하므로써 자엽수에 관계없이 모든 체세포배의 발아율이 대조구에 비해 현저하게 향상되었다. 활성탄 3 % 첨가에서는 2개의 자엽을 갖는 체세포배가 95 %로 발생되어 당근의2개 자엽 체세포배의 발아율에 가깝게 향상되었다(Figure 8).
대조구에서는 두 개의 자엽을 갖는 정상적인 체세포배가 37.5 %였고 주발 모양배가 49 %나 나타나으며 3개 및 4개의 다자엽을 갖는 체세포배는 13.5 %가 형성되었다 (Figure 7). 이와 같이 천궁의 체세포배 발생에서 다양하게 자엽형태 변화가 일어난 것은 다른 식물과 비교할 때 자엽변이가 상당히 높게 나타난 것을 알 수 있다.
반면에 고농도인 3 mg/L, 4 mg/L 및 5 mg/L 2, 4-D 첨가 배지에 배양하여 유도된 캘러스로부터는 점차적으로 체세포배 형성율이 떨어졌다. 따라서 천궁화기 외식편으로 부터 체세포배발생에 적당한 2, 4-D의 농도는 2 mg/L가 최적농도로 나타났다 (Figure 3). 당귀의 경우는 2.
세 가지 외식편을 여러가지 농도의 2.4-D 첨가 MS 배지에서 캘러스를 유도하였으나 화기 외식편 배양의 경우에서만 배 발생능 캘러스를 얻을 수 있었다 (Figure 3). 따라서 잎과 엽병조직 유래 캘러스로부터는 체세포배의 형성은 관찰할 수 없었다.
체세포배의 자엽수에 있어서 변이가 빈번하게 관찰되었으나 배지에 1% 활성탄을 첨가하면 비정상적인 자엽수를 갖는 체세포배의 발생률이 감소되는 효과를 얻을 수 있었다. 자엽기 체세포배는 MS 기본배지에서 저조한 발아율을 보이는 반면에 활성탄 첨가 배지에서는 현저한 발아 향상을 보였다.
체세포배 발생에대한 활성탄의 영향을 보면 0.이 % 첨가 배지에서 151개로서 활성탄을 첨가하지 아니하였을 때보다 더욱 효과적이었다. 그러나 0.
01 %이었으며 이러한 현상은 고농도의 활성탄이 과다하게 영양물질 등의 배 발생유도물질들을 흡수하였기 때문에 일어난 것으로 사료된다. 체세포배 성숙도에 대한 활성탄의 영향을 살펴보면 체세포배 발생 초기 단계인 구형배와 심장형배는 고농도인 3 % 활성탄 첨가배지에서 96.2 % 이었으며 5 % 활성탄 첨가배지에서 100 %가 구형배 단계로 동조화되면서 발생이 중단되었다. 또한 비교적 저농도의 활성탄에서는 후기 단계인 어뢰형 및 자엽시기의 배 발생이 되었다.
체세포 배 발생의 유도는 2 mg/L 2, 4-D를 첨가한 MS 배지에서 잘 일어났으며 2, 4-D 제거 배지에서 계대 배양하면 외식편당 78개의 체세포 배가 형성되었다. 체세포배의 자엽수에 있어서 변이가 빈번하게 관찰되었으나 배지에 1% 활성탄을 첨가하면 비정상적인 자엽수를 갖는 체세포배의 발생률이 감소되는 효과를 얻을 수 있었다. 자엽기 체세포배는 MS 기본배지에서 저조한 발아율을 보이는 반면에 활성탄 첨가 배지에서는 현저한 발아 향상을 보였다.
캘러스가 유도되었다. 캘러스 형성율에 미치는 활성탄의 영향을 구명하기 위하여 2 mg/L 2, 4-D 첨가 배지에서 8주간 배양한 후 0.01, 0.1, 1, 3, 5 %의 활성탄 첨가 배지에 배양한 결과 0.01 % 첨가시 98 mg으로서 약 20 % 감소율을 보였고 3 %와 5 % 첨 가시 57 mg 및 39 mg 으로서 현저하게 감소하였다(Figure. 2). 이러한 현상은 활성탄이 캘러스 유기에 필요한 영양물질을 흡수한 것이 원인으로 추정된다.
캘러스 유기율은 외식 편의 종류에 따라서 다르게 나타났다. 화기 조직을 배양하면 1 mg/L 2, 4-D 배지에서 외식편당 139 mg의 가장 높은 캘러스의 형성을 보였으며, 2, 4-D 농도가 증가될수록 감소하여 비교적 고농도에서는 캘러스 유기율이 낮았다. 또한 엽병의 경우 3 mg/L 2, 4-D 첨가 MS배지에서 외식편당 117 mg 의 유기율을 나타내었으며 잎 외식편에서는 2, 4-D의 농도에 민감하지 아니하였다.
화기외식편을 1, 2, 3, 4, 5 mg/L 2, 4-D 배지에서 8주간 배양 후 진주황색의 불투명하고, 딱딱하고 치밀한 배발생능 캘러스를 선별하여 MS 기본 배지에서 4주간 계대 배양하면 체세포 배의 형성률이 외식편당 53개, 78개, 36개, 18개 및 6개로서 2 mg/L 2, 4-D 배지에서 유도된 캘러스에서 가장 많은 배가 형성되었다. 반면에 고농도인 3 mg/L, 4 mg/L 및 5 mg/L 2, 4-D 첨가 배지에 배양하여 유도된 캘러스로부터는 점차적으로 체세포배 형성율이 떨어졌다.
활성탄의 첨가에 따라서 자엽변이율은 농도별로 다르게 나타났으며 1 % 활성탄 첨가 배지에서 2개의 자엽을 갖는 정상적인 체세포배가 57 %로 형성되어 대조구와 비교하였을 때에 약 20 %의 향상률을 보여 가장 효과적이었다. 이에 반하여 주발 모양 체세포배는 20 %로 활성탄 첨가 배지에서 많이 감소되었다 (Figure 7).

후속연구

1997). 이와 같이 활성탄 첨가 등의 방법으로 발아율이 저조한 체세포배들의 발아율 향상이 확인되었으므로 발아율 향상에 대한 연구는 체세포배의 산업적 이용에 크게 기여할 것으로 전망된다.

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