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문제 정의
- 이와 같은 배경에서 본 연구는 술패랭이꽃과 층꽃나무의 돌연변이 육종의 일한으로 종자에 대한 감마선 조사 후 M1 세대에서는 종자발아와 생육에 미치는 적정 감수성(LD50)범위의 규명, M2 세대에서는 변이체를 선발하기 위해 실시하였다.
제안 방법
- 감마선 조사에 따른 술패랭이꽃과 층꽃나무의 특성 조사는 발아반응, 생육반응과 변이체 선발로 구분하여 실시하였다. 발아율은 파종상에 파종 후 발아가 진행되는 4월 하순부터 매일 발아개시일, 발아소요일, 발아율, 생존율을 조사하였는데, 발아개시일은 첫 번째 싹이 지상부에 출현한 날로 하였으며, 발아소요일은 파종한 종자의 40%가 발아된 시점으로 하였다.
- 발아율은 파종상에 파종 후 발아가 진행되는 4월 하순부터 매일 발아개시일, 발아소요일, 발아율, 생존율을 조사하였는데, 발아개시일은 첫 번째 싹이 지상부에 출현한 날로 하였으며, 발아소요일은 파종한 종자의 40%가 발아된 시점으로 하였다. 또 발아율은 파종 후 발아가 거의 완료되는 날을 기준으로 하였으며, 생존율은 파종한 종자를 기준으로 하여 술패랭이꽃은 9월 30일까지, 층꽃나무는 10월 2일까지 살아남은 개체 비율로 하였다.
- 감마선 조사에 따른 술패랭이꽃과 층꽃나무의 특성 조사는 발아반응, 생육반응과 변이체 선발로 구분하여 실시하였다. 발아율은 파종상에 파종 후 발아가 진행되는 4월 하순부터 매일 발아개시일, 발아소요일, 발아율, 생존율을 조사하였는데, 발아개시일은 첫 번째 싹이 지상부에 출현한 날로 하였으며, 발아소요일은 파종한 종자의 40%가 발아된 시점으로 하였다. 또 발아율은 파종 후 발아가 거의 완료되는 날을 기준으로 하였으며, 생존율은 파종한 종자를 기준으로 하여 술패랭이꽃은 9월 30일까지, 층꽃나무는 10월 2일까지 살아남은 개체 비율로 하였다.
- 생육반응은 술패랭이꽃은 9월 30일에, 층꽃나무는 10월 2일에 초장, 엽장 및 엽폭을 조사하였는데, 초장은 출현된 잎 중에서 가장 긴 잎의 지제부에서 잎의 끝부분까지로 하였으며, 잎 크기는 제일 큰 잎을 기준으로 하였고, 발아한 개체 중에서 잎의 변형, 반엽, 키가 아주 작은 개체를 변이체로 구분하였다. 변이계통의 선발은 정상적인 식물체에 비하여 엽색이 다르거나 초장과 잎의 크기가 큰 차이를 보이는 개체로 구분하여 10월 25일에 선발하였다.
- 감마선 조사는 한국원자력연구원 저준위 방사선조사시설(60Co)을 이용하여 실시하였으며, 조사 부위는 종자로 하였다. 술패랭이꽃에 대한 감마선 조사량은 0, 30, 60, 120 및 150 Gy(1 Gy = 100 rad)로, 층꽃나무에는 0, 20, 40, 60, 80, 100 및 120 Gy로 24시간 연속 조사하였다.
- 층꽃나무 또한 M1 세대에 선발했던 변이체가 복귀되어 M2 세대에서는 잎 변이가 나타나지 않아 2004년 5월 25일에 초장, 잎의 크기 및 잎의 변형 등이 정상식물과 차이가 큰 것을 변이체로 선발하였다. 이때 변이체의 선발기준은 초장 30 cm 이하, 잎의 길이 4 cm 이하, 잎의 폭이 2.5 cm 이하인 것으로 하였으며, 선발한 변이 개체들에 대해서는 재배 후 10월 20일에 최종적으로 초장, 잎의 크기, 및 엽수를 조사하였다.
대상 데이터
- longicalycinus)의 경우 2002년 7월, 층꽃나무(Caryopteris incana)는 2002년 10월에 전남 완도군에서 채취한 것을 이용하였다. 감마선 조사는 한국원자력연구원 저준위 방사선조사시설(60Co)을 이용하여 실시하였으며, 조사 부위는 종자로 하였다. 술패랭이꽃에 대한 감마선 조사량은 0, 30, 60, 120 및 150 Gy(1 Gy = 100 rad)로, 층꽃나무에는 0, 20, 40, 60, 80, 100 및 120 Gy로 24시간 연속 조사하였다.
- 생육반응은 술패랭이꽃은 9월 30일에, 층꽃나무는 10월 2일에 초장, 엽장 및 엽폭을 조사하였는데, 초장은 출현된 잎 중에서 가장 긴 잎의 지제부에서 잎의 끝부분까지로 하였으며, 잎 크기는 제일 큰 잎을 기준으로 하였고, 발아한 개체 중에서 잎의 변형, 반엽, 키가 아주 작은 개체를 변이체로 구분하였다. 변이계통의 선발은 정상적인 식물체에 비하여 엽색이 다르거나 초장과 잎의 크기가 큰 차이를 보이는 개체로 구분하여 10월 25일에 선발하였다.
- 본 연구는 2003년부터 2005년까지 완도에 소재한 전남농업기술원 과수연구시험장의 무가온 하우스에서 실시하였다. 시료로 사용한 종자는 술패랭이꽃(Dianthus superbus var.
- 술패랭이꽃의 종자에 감마선 조사를 하여 파종한 다음 이듬해인 9월 20일에 M2 세대에서의 변이개체를 선발한 결과 M1 세대에서 선발된 변이개체 대부분이 복귀된 가운데 화색 및 화형변이를 나타내는 4개체를 선발하였다(Table 5). 선발한 개체의 특징은 화색변이만 있는 것과 화색과 화형변이를 동시에 갖는 유형으로 구분되었는데, 화색변이가 나타난 것은 90 Gy 조사구의 002번 개체 1개였고, 화색과 화형변이를 동시에 갖는 유형은 90 Gy 조사구의 001, 003번 개체와 150 Gy 조사구의 001번 개체로 나타나 식물체에 방사선 조사를 하면 엽록체 변이 등이 나타난다는 Lee 등(1998)의 보고와 유사한 경향을 나타내었다.
- 본 연구는 2003년부터 2005년까지 완도에 소재한 전남농업기술원 과수연구시험장의 무가온 하우스에서 실시하였다. 시료로 사용한 종자는 술패랭이꽃(Dianthus superbus var. longicalycinus)의 경우 2002년 7월, 층꽃나무(Caryopteris incana)는 2002년 10월에 전남 완도군에서 채취한 것을 이용하였다. 감마선 조사는 한국원자력연구원 저준위 방사선조사시설(60Co)을 이용하여 실시하였으며, 조사 부위는 종자로 하였다.
- 층꽃나무 종자에 감마선 조사를 한 다음 2003년 4월 15일에 파종하여 재배한 후 12월 초에 옮겨 심은 다음 재배하면서 M2 세대인 2004년 5월 25일에 변이가 나타난 8개체를 선발하였다(Table 6). M1 세대에서는 7개의 변이체가 선발되었는데 모두 복귀되었고, M2 세대에서는 M1 세대보다 많은 8개의 개체가 선발되었는데, 모두 왜성변이체로 초장은 대조구 62.
데이터처리
- zMean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level.
성능/효과
- M2 세대의 생장반응 조사는 화색변이의 조사와 동시에 이루어졌는데, 초장은 90 Gy 처리구의 002번 개체가 65 cm로 무처리구 및 150 Gy 처리구의 001번 개체의 62 cm와 90 Gy 처리구의 001번 개체의 60 cm에 비해 다소 큰 것으로 나타났다. 엽장은 90 Gy 처리구의 003번 개체의 13 cm, 150 Gy 처리구의 001번 개체의 10 cm를 제외하고는 모두 11 cm였으며, 엽폭은 90 Gy 처리구의 002번 개체의 0.
- 생존율은 선량이 증가할수록 낮아져 무처리구는 74%, 90 Gy 처리구는 67%였으며, 150 Gy 처리구에서는 52%만이 생존율을 나타내어 반치사선량 수준이었다. 따라서 돌연변이 유기를 목적으로 술패랭이꽃 종자에 감마선 조사시는 높은 선량일수록 돌연변이 개체가 늘어나지만 고사율이 높아 반치사선량이 적정 선량이다(Doo et al., 2001) 라는 보고를 감안할 때 150 Gy가 적정 조사선량인 것으로 판단되었다.
- 발아율은 대조구와 30 Gy 처리구에서는 86%로 무처리구와 60 Gy 처리구의 83%에 비해 높게 나타났으나 90 Gy 처리구 이상의 선량에서는 낮아져 150 Gy 처리구에서는 56%만이 발아되었다. 생존율은 선량이 증가할수록 낮아져 무처리구는 74%, 90 Gy 처리구는 67%였으며, 150 Gy 처리구에서는 52%만이 생존율을 나타내어 반치사선량 수준이었다.
- 방사선을 이용한 술패랭이꽃의 돌연변이 육종시 적정 감수성 범위를 구명하고자 종자에 감마선 조사를 0, 30, 60, 90, 120 및 150 Gy로 실시하여 4월 17일에 파종한 결과 발아개시일은 대조구와 30 Gy 처리구의 경우 4월 23일로 6일이 소요되었으며, 60 Gy 이상 처리구에서는 선량(線量)이 높을수록 지연되어 150 Gy 조사구에서는 11일이 소요되어 4월 28일에 발아가 되기 시작하였다(Table 1). 파종한 종자가 40%까지 발아되는데 소요된 일수는 무처리구의 경우 18일에 비해 감마선 조사량이 높을수록 증가되기는 하였지만 120 Gy 조사구까지는 3일 정도만 지연되었다.
- 생존율은 발아율과 유사한 경향을 나타내어 0-60 Gy 조사구에서는 83-88%로 처리구간에 차이가 크지 않았지만 80-120 Gy 처리구에서는 51-64%로 낮은 경향을 나타냈다. 특히 100 Gy 처리구에서는 51%의 생존율을 나타내어 반치사선량 수준이었는데, 반치사선량은 고사율이 50%정도로 많지만 돌연변이 개체도 상당히 많이 발생한다(Doo et al.
- 발아율은 대조구와 30 Gy 처리구에서는 86%로 무처리구와 60 Gy 처리구의 83%에 비해 높게 나타났으나 90 Gy 처리구 이상의 선량에서는 낮아져 150 Gy 처리구에서는 56%만이 발아되었다. 생존율은 선량이 증가할수록 낮아져 무처리구는 74%, 90 Gy 처리구는 67%였으며, 150 Gy 처리구에서는 52%만이 생존율을 나타내어 반치사선량 수준이었다. 따라서 돌연변이 유기를 목적으로 술패랭이꽃 종자에 감마선 조사시는 높은 선량일수록 돌연변이 개체가 늘어나지만 고사율이 높아 반치사선량이 적정 선량이다(Doo et al.
- 술패랭이꽃 종자에 감마선 조사를 한 다음 4월 17일에 파종하여 9월 30일에 초장을 조사한 결과 무처리구와 90 Gy 처리구 범위 내에서는 9.0-9.5 cm로 처리구간에 유의성을 나타내지 않았지만 150 Gy 조사구에서는 6.9 cm로 작았다(Table 3). 엽장은 감마선 0-120 Gy 조사구 범위에서는 6.
- 0 cm로 짧았다(Table 4). 엽장은 무처리구와 20 Gy 처리구에서 2.5 cm를 나타낸데 비해 선량이 증가할수록 짧은 경향을 보였지만 차이는 크지 않았으며, 엽폭 또한 감마선 조사량에 따른 차이가 뚜렷하지 않았다.
- 층꽃나무 종자에 감마선 조사를 한 다음 4월 15일에 파종하여 10월 2일에 초장을 조사한 결과 감마선 조사량의 증가에 따라 작아지는 경향이었으며, 대조구가 10.1 cm인데 비해 60 Gy 조사구에서는 7.0 cm, 120 Gy 조사구에서는 5.0 cm로 짧았다(Table 4). 엽장은 무처리구와 20 Gy 처리구에서 2.
- 방사선을 이용한 층꽃나무의 돌연변이 육종시 적정 감수성 범위를 규명하고자 종자에 감마선 조사를 0, 20, 40, 60, 80, 100 및 120 Gy로 실시하여 4월 15일에 파종한 결과 발아개시일은 0-40 Gy 처리구에서 4월 25일로 10일이 소요되었는데, 선량의 증가에 따라 지연되어 120 Gy 처리구는 17일이 소요되었다(Table 2). 파종한 종자가 40%까지 발아되는데 소요된 일수는 대조구 26일에 비해 40 Gy 처리구는 21일, 60 Gy 처리구는 24일로 다소 단축되었으나 80 Gy 처리구는 36일, 100 Gy 처리구는 48일로 지연되었다. 발아율은 대조구 83%에 비해 20 Gy 처리구에서 89%로 다소 높은 경향을 나타냈지만 80-120 Gy 처리구에서는 58-67%로 낮은 경향을 나타냈다.
후속연구
- 한편, 본 연구에서는 술패랭이꽃과 층꽃나무 종자에 감마선를 조사한 후 M2 세대에서 외관적 특성 조사를 통해 각각 4개와 8개의 유망 변이체를 선발하였지만, 방사선 조사에 의해 내병성 식물의 변이체 유발도 가능하다(Lee et al., 1998)는 보고를 감안할 때 금후 내병성에 관한 연구도 이루어져야 할 것으로 생각된다.
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