넓미역(Undariopsis peterseniana)의 대량생산을 위한 유리배우체의 재생 및 성숙 유도 Regeneration and Maturation Induction of Free-Living Gametophytes of Undariopsis peterseniana for their Mass Production원문보기
Induction of regeneration and maturation of the free-living gametophytes of Undariopsis peterseniana (Kjellman) Miyabe et Okamura was studied at four temperatures (5, 10, 15, and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20, and 40 ${\mu}mol$$m^{-2}\;s^{-1}$...
Induction of regeneration and maturation of the free-living gametophytes of Undariopsis peterseniana (Kjellman) Miyabe et Okamura was studied at four temperatures (5, 10, 15, and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20, and 40 ${\mu}mol$$m^{-2}\;s^{-1}$) and three photoperiods (14:10, 12:12, and 10:14 h L:D). Female gametophyte fragments were maintained in active regeneration without reaching sexual maturity under conditions of $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10:14 h (L:D), whereas the conditions for male gametophytes were slightly different at $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14:10 h (L:D). The sexual maturation of female and male gametophytes took place under $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14:10 h (L:D) and $10^{\circ}C$, 10 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10:14 h (L:D), respectively. These results provide basic information for controlling the regeneration and maturation of free-living gametophytes for artificial seed production of U. peterseniana.
Induction of regeneration and maturation of the free-living gametophytes of Undariopsis peterseniana (Kjellman) Miyabe et Okamura was studied at four temperatures (5, 10, 15, and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20, and 40 ${\mu}mol$$m^{-2}\;s^{-1}$) and three photoperiods (14:10, 12:12, and 10:14 h L:D). Female gametophyte fragments were maintained in active regeneration without reaching sexual maturity under conditions of $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10:14 h (L:D), whereas the conditions for male gametophytes were slightly different at $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14:10 h (L:D). The sexual maturation of female and male gametophytes took place under $15^{\circ}C$, 20 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14:10 h (L:D) and $10^{\circ}C$, 10 ${\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10:14 h (L:D), respectively. These results provide basic information for controlling the regeneration and maturation of free-living gametophytes for artificial seed production of U. peterseniana.
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문제 정의
따라서 이 논문에서는 남방계 미역 품종인 넓미역 유리배 우체의 분리, 재생 및 성숙 조건 구명을 통한 유리배우체 대량배양 조건을 밝힘으로써 미역속의 품종개량과 교잡 연구에 기여하고, 나아가서는 보호대상종인 넓미역의 안정적인 종묘수급방안 마련과 자연개체군의 효율적인 보호 방안 마련에 기여하고자 하였다.
본 연구는 넓미역 암수배우체의 분리배양 시 유리배우체의 생장 및 성숙 유도를 위한 최적배양 조건을 구명하고, 이를 이용한 인공채묘기법을 개발하여 대량양식에 이용할 수 있는 기초자료로 사용하고자 하였다. 자연군락으로부터 모조의 대량 확보가 어려운 넓미역의 경우 대량 양식을 위한 종묘 수급 체계 확보는 인공채묘 기법의 개발과 대량양식 가능성을 크게 높여 해조 양식 대상종을 다양화하는데 크게 기여할 것으로 기대된다.
가설 설정
a: Mature sporophyte. b: A cross-section of sporangia. c: A germling after zoospore release.
c: A germling after zoospore release. d: Female gametophyte after 5 days culture. e: Male gametophytes after 5 days culture.
f: A cluster of female gametophytes after 30 days culture. g: A cluster of male gametophytes after 30 days culture. h: A fragment of female gametophyte.
g: A cluster of male gametophytes after 30 days culture. h: A fragment of female gametophyte. i: A fragment of male gametophyte.
i: A fragment of male gametophyte. j: Spermatia formation (arrow head) from a male gametophyte fragment. k: Oogonia formation (arrow head) from a female gametophyte fragment.
j: Spermatia formation (arrow head) from a male gametophyte fragment. k: Oogonia formation (arrow head) from a female gametophyte fragment. Scale bar are 10 cm (a), 20 μm (b-e), 5 mm (f-g), 50 μm (h-i), 100 μm (j-k).
제안 방법
1과 같이 유주자액을 차례로 분주하여 밀도를 낮추었다. 4~5일후 배우체가 암수로 구별되면 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)하에서 각각 암배우체와 수배우체로 구분하여 별도의 직경 5 cm의 멸균된 페트리디쉬에 수용하여 PESI 배양액 20 mL을 넣어 배양하면서 배양액은 2~3일 간격으로 환수하였다. 암수 배우체의 생장에 따라 배양용기를 250 mL로 옮겨주고 PESI 배지를 첨가하여 각각의 암수배우체 덩어리가 직경 5 mm 크기에 도달할 때까지 50~60일간 통기 배양하였다.
조도의 측정은 LI-1400 (LI-COR, USA)으로 하였고, 조도 구간의 조정은 중성필터 (Lee Filter) ND 209, 210, 211호를 사용하여 조절하였다. 길이생장은 호모게나이저로 분쇄 후 절단된 배우체는 분지가 없는 상태의 것을 선별해 측정하였으며, PESI 배지는 7일마다 교환해 주었다. 유리배우체의 상대생장률 (RGR)은 Wi et al.
를 멸균해수 100 mL와 함께 250 mL 비이커에 넣고 각각 호모게나이저 (DI 25 basic, GMBH & Co., Germany)의 회전속도 (8,000, 9,500, 13,500, 20,500 및 24,000 rpm) 구간별로 60초간 절단한 후 15℃, 20 μmol m-2 s-1 및 14:10 h (L:D)의 조건에서 12 multi well-plate를 사용하여 20일간 정치배양한 후 배우체의 길이와 세포수를 도립현미경 하에서 측정하였다.
배양조건은 4개 온도구간 (5, 10, 15, 20℃)과 4개 조도구간 (5, 10, 20, 40 μmol m-2 s-1) 및 3개 광주기 구간 [10:14, 12:12, 14:10 h (L:D)]으로 설정하여 multi room incubator (DS-14MCLP)를 이용하여, 배우체의 길 이생장 및 성숙 여부를 도립현미경으로 관찰하였다.
유리배우체의 절단 후 유리배우체 단편의 생장 및 성숙 유도에 유리한 최적 환경조건을 파악하기 위해 덩어리로 자란 암수 유리배우체를 각각 호모게나이저로 재생장이 가장 좋았던 절단 조건인 8,000 rpm의 속도로 1분간 분쇄하여, 12 multi well-plate에 PESI 배지 1 mL를 채우고 한 well당 1개씩의 암수 배우체를 각각 수용하였다. 배양조건은 4개 온도구간 (5, 10, 15, 20℃)과 4개 조도구간 (5, 10, 20, 40 μmol m-2 s-1) 및 3개 광주기 구간 [10:14, 12:12, 14:10 h (L:D)]으로 설정하여 multi room incubator (DS-14MCLP)를 이용하여, 배우체의 길 이생장 및 성숙 여부를 도립현미경으로 관찰하였다.
, Germany)의 회전속도 (8,000, 9,500, 13,500, 20,500 및 24,000 rpm) 구간별로 60초간 절단한 후 15℃, 20 μmol m-2 s-1 및 14:10 h (L:D)의 조건에서 12 multi well-plate를 사용하여 20일간 정치배양한 후 배우체의 길이와 세포수를 도립현미경 하에서 측정하였다. 절단된 배우체의 크기 그룹별 길이 및 세포수의 생장은 배양 개시시의 배우체 평균 길이 및 평균 세포수를 배양종료시의 그것과 비교하여 구하였다.
배양조건은 4개 온도구간 (5, 10, 15, 20℃)과 4개 조도구간 (5, 10, 20, 40 μmol m-2 s-1) 및 3개 광주기 구간 [10:14, 12:12, 14:10 h (L:D)]으로 설정하여 multi room incubator (DS-14MCLP)를 이용하여, 배우체의 길 이생장 및 성숙 여부를 도립현미경으로 관찰하였다. 조도의 측정은 LI-1400 (LI-COR, USA)으로 하였고, 조도 구간의 조정은 중성필터 (Lee Filter) ND 209, 210, 211호를 사용하여 조절하였다. 길이생장은 호모게나이저로 분쇄 후 절단된 배우체는 분지가 없는 상태의 것을 선별해 측정하였으며, PESI 배지는 7일마다 교환해 주었다.
채취된 성숙 모조는 아이스박스에 넣어 즉시 실험실로 운반한 뒤, 자낭반 부분을 절취하여 멸균해수로 수회 세척한 후 멸균해수를 200 mL 채운 500 mL 용량의 비이커에 자낭반 조각을 넣고, 인큐베이터 (EYELA MTI-202B, Japan)를 이용하여 10℃, 20 μmol m-2 s-1 및 10:14 h (L:D) 조건에서 4시간 동안 유주자 방출을 유도하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 성숙 모조는 2009년 5월에 제주도 북제주군 우도면 수심 12~15 m에서 채취하였다. 채취된 성숙 모조는 아이스박스에 넣어 즉시 실험실로 운반한 뒤, 자낭반 부분을 절취하여 멸균해수로 수회 세척한 후 멸균해수를 200 mL 채운 500 mL 용량의 비이커에 자낭반 조각을 넣고, 인큐베이터 (EYELA MTI-202B, Japan)를 이용하여 10℃, 20 μmol m-2 s-1 및 10:14 h (L:D) 조건에서 4시간 동안 유주자 방출을 유도하였다.
데이터처리
실내배양실험에서 얻어진 배우체 단편의 생장률에 대한 온도, 조도 및 광주기 조건에 대한 각각의 유의성 분석은 분산분 석법 (one-way ANOVA)을 이용하여 실시하였으며 (Zar, 1984), 통계프로그램은 SPSS ver. 8.0과 SYSTAT ver. 9.0을 이용하여 유의수준 0.05 수준에서 이루어졌다. 생장률 데이터는 통계분석 이전에 arcsine transformation하였다 (Parker, 1979).
이론/모형
길이생장은 호모게나이저로 분쇄 후 절단된 배우체는 분지가 없는 상태의 것을 선별해 측정하였으며, PESI 배지는 7일마다 교환해 주었다. 유리배우체의 상대생장률 (RGR)은 Wi et al. (2009) 및 Hwang et al. (2010b)의 방법을 이용하여 구하였다.
성능/효과
따라서 유리배우체의 세단은 단편의 크기가 작을수록 (약 100 μm), 그리고 세포수가 적을수록 (암배우체의 경우 약 5 세포, 수배우체의 경우 약 10 세포) 길이생장이나 세포수의 증가 측면에서 생장률이 높게 나타나는 경향을 보였다.
배우체의 절단 크기별로는 암배우체의 경우 Fig. 3a와 같이 배우체의 절단 크기가 가장 작았던 77.0±23.3 μm 조건에서 배양 20일 후 생장률이 3.5±0.2% day-1로 가장 높았으며, 절단 크기가 가장 컸던 163.4±21.4 μm조건에서 배양 20일 후 생장률이 1.4±0.4% day-1로 가장 낮았다.
갈조류 유리배우체 배양방법을 넓미역 종묘생산에 적용하기 위해서는 먼저 각각의 암수배우체의 분리, 생장 및 성숙 유도 조건을 구명해야 하는데, 특히 유리배우체의 성숙 유도를 위한 적정 배양조건의 구명이 무엇보다 중요하다. 본 연구결과 넓미역배우체의 성숙에 대한 온도, 조도와 광주기의 영향은 암수배우체에서 각각 차이를 나타내었다. 즉 암수배우체의 생장은 15℃, 20 μmol m-2 s-1, 10:14 h (L:D)와 15℃, 20 μmol m-2 s-1, 14:10 h (L:D) 조건에서 각각 촉진되었고, 암수배우체의 성숙은 15℃, 20 μmol m-2 s-1, 14:10 h (L:D)과 10℃, 10 μmol m-2 s-1, 10:14 h (L:D) 조건에서 촉진되는 것으로 나타났다.
수배우체의 경우도 Fig. 3b와 같이 배우체의 절단 크기가 가장 작았던 95.4±29.9 μm 조건에서 배양 20일 후 생장률이 4.1±0.5% day-1로 가장 높았으며, 절단 크기가 가장 컸던 375.4±17.1 μm 조건에서 배양 20일 후 생장률이 0.1±0.06% day-1로 가장 낮았다.
수배우체의 온도조건별 생장률은 배양 20일 후 15℃ 조건에서 1.6±0.3% day-1로 가장 높았으며, 20℃조건에서 0.5±0.2% day-1로 가장 낮았다 (P<0.05).
암배우체의 온도조건별 생장률은 배양 20일 후 15℃ 조건에서 2.5±0.2% day-1로 타 온도 조건에 비하여 가장 높았으며, 5℃조건에서 0.2±0.1% day-1로 가장 낮았다 (P<0.05).
즉 암수배우체의 생장은 15℃, 20 μmol m-2 s-1, 10:14 h (L:D)와 15℃, 20 μmol m-2 s-1, 14:10 h (L:D) 조건에서 각각 촉진되었고, 암수배우체의 성숙은 15℃, 20 μmol m-2 s-1, 14:10 h (L:D)과 10℃, 10 μmol m-2 s-1, 10:14 h (L:D) 조건에서 촉진되는 것으로 나타났다.
후속연구
본 연구는 넓미역 암수배우체의 분리배양 시 유리배우체의 생장 및 성숙 유도를 위한 최적배양 조건을 구명하고, 이를 이용한 인공채묘기법을 개발하여 대량양식에 이용할 수 있는 기초자료로 사용하고자 하였다. 자연군락으로부터 모조의 대량 확보가 어려운 넓미역의 경우 대량 양식을 위한 종묘 수급 체계 확보는 인공채묘 기법의 개발과 대량양식 가능성을 크게 높여 해조 양식 대상종을 다양화하는데 크게 기여할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 넓미역의 분포지는?
대형 갈조류 넓미역, Undariopsis peterseniana (Kjellman) Miyabe et Okamura은 우리나라의 제주도 종달리와 우도 사이의 좁은 수로와 가파도 및 청산도에 분포하고 있는 것으로 보고되었으나 (Kang, 1966; Lee, 1998; Lee and Koh, 1991; Lee et al., 1991), 우점 군락은 우도 지역에만 분포하는 것으로 알려져 있다 (Hwang et al., 2010a,b).
넓미역의 분포 지역이 가지고 있는 특징은?
넓미역의 분포 지역은 주로 쓰시마 난류의 영향을 직접적으로 받는 지역이며, 저질이 산호조류로 구성된 (Lee, 1998) 수심 15 m 지역에 우점하여 서식하고 있다 (Lee and Koh, 1991; Hwang et al., 2010b).
넓미역의 생리생태학적 특성을 이용하여 미역속간의 교잡 연구가 진행되었으나 지속적인 품종개량이나 산업적인 이용에 이르지 못한 이유는?
이외에도 남방계 미역 품종인 넓미역의 생리생태학적 특성을 이용하여 미역속간의 교잡 연구 등이 수행된 바 있으나 (Migita, 1963; Kang, 1966; Saito, 1972), 지속적인 품종개량이나 산업적인 이용에는 이르지 못하였다. 이는 대형 갈조류군의 경우 배우체와 포자체의 세대교번이 대부분 이형세대교번으로 이루어지기 때문에 이들의 품종개량이나 교잡을 용이하게 하기 위해선 암수배 우체의 분리, 배양 및 성숙유도 등의 기법이 요구되나 이와 같은 접근은 현재까지 시도된 바 없다. 유리배우체의 배양에 의한 증식 방법은 소량의 성숙 엽체만으로도 많은 양의 배우 체 확보가 가능하며, 확보된 배우체는 무성적으로 대량증식 을 통해 지속적인 계대배양이 가능할 뿐 아니라 클론 배우체 의 유도를 통한 우량 품종의 교배와 선발육종의 기초를 다질 수 있는 유용한 방법이다 (Wi et al.
참고문헌 (14)
Hwang EK, Gong YG and Park CS. 2010a. Cultivation of a brown alga, Undariopsis peterseniana (Kjellman) Miyabe and Okamura. J Appl Phycol DOI 10.1007/s10811-010-9598-3.
Hwang EK, Gong YG, Ha DS and Park CS. 2010b. Inducing the regeneration and maturation of free-living gametophytes of Ecklonia stolonifera Okamura (Laminariales, Phaeophyta). J Kor Fish Soc 43, 231-238.
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