본 연구는 개고사리의 기내 조직배양 시 적정 배지구성 물질과 배양방법을 구명하여 효율적인 대량생산체계를 구축하기 위하여 시행하였다. 개고사리의 엽신, 엽병 및 근경의 절편 중 근경의 절편에서만 포자체가 분화되었다. 근경의 절편으로부터 포자체의 재생을 촉진시키기 위해서는 1/2MS 배지가 가장 적합하였으며, 배지 내 sucrose는 1%, $NaH_2PO_4$는 50 $mg{\cdot}L^{-1}$으로 첨가하는 것이 가장 효과적이었다. 생장조절물질은 BA보다 kinetine을 첨가하는 것이 포자체의 분화를 촉진하는데 적합하였으며, kinetin 2 ${\mu}M$와 IBA 5 ${\mu}M$를 혼용하여 첨가하는 것이 근경의 절편으로부터 포자체를 형성하는데 가장 효과적이었다. 포자체 형성에 가장 효과적인 것으로 나타난 변형 1/2MS배지(sucrose는 1%, $NaH_2PO_4$는 50 $mg{\cdot}L^{-1}$, kinetin 2 ${\mu}M$와 IBA 5 ${\mu}M$, pH 5.8)에 활성탄을 0 또는 0.1% 첨가하여 고체 또는 액체배지에서 배양한 결과, 개고사리 근경의 절편은 고체배지에서 포자체의 재생 및 생육이 가장 우수하였다. 배지에 활성탄을 첨가하는 것은 고체, 액체 정치 및 액체 현탁배양 모두에서 근경절편의 포자체 분화를 억제하였다.
본 연구는 개고사리의 기내 조직배양 시 적정 배지구성 물질과 배양방법을 구명하여 효율적인 대량생산체계를 구축하기 위하여 시행하였다. 개고사리의 엽신, 엽병 및 근경의 절편 중 근경의 절편에서만 포자체가 분화되었다. 근경의 절편으로부터 포자체의 재생을 촉진시키기 위해서는 1/2MS 배지가 가장 적합하였으며, 배지 내 sucrose는 1%, $NaH_2PO_4$는 50 $mg{\cdot}L^{-1}$으로 첨가하는 것이 가장 효과적이었다. 생장조절물질은 BA보다 kinetine을 첨가하는 것이 포자체의 분화를 촉진하는데 적합하였으며, kinetin 2 ${\mu}M$와 IBA 5 ${\mu}M$를 혼용하여 첨가하는 것이 근경의 절편으로부터 포자체를 형성하는데 가장 효과적이었다. 포자체 형성에 가장 효과적인 것으로 나타난 변형 1/2MS배지(sucrose는 1%, $NaH_2PO_4$는 50 $mg{\cdot}L^{-1}$, kinetin 2 ${\mu}M$와 IBA 5 ${\mu}M$, pH 5.8)에 활성탄을 0 또는 0.1% 첨가하여 고체 또는 액체배지에서 배양한 결과, 개고사리 근경의 절편은 고체배지에서 포자체의 재생 및 생육이 가장 우수하였다. 배지에 활성탄을 첨가하는 것은 고체, 액체 정치 및 액체 현탁배양 모두에서 근경절편의 포자체 분화를 억제하였다.
Present studies are carried out to find media components and culture methods for in vitro propagation of Athyrium niponicum and to establish the optimal economic masspropagation systems. Among pinnae, petiole and rhizome segments only rhizome segments produced young plants. Rhizome segments showed v...
Present studies are carried out to find media components and culture methods for in vitro propagation of Athyrium niponicum and to establish the optimal economic masspropagation systems. Among pinnae, petiole and rhizome segments only rhizome segments produced young plants. Rhizome segments showed vigorous plant regeneration on 1/2MS medium and supplement to 1% sucrose and 50 $mg{\cdot}L^{-1}$$NaH_2PO_4$ were promoted the plant regeneration from rhizome segments. Kinetin was better than BA for plant regeneration and combination with 2 ${\mu}M$ kinetin and 5 ${\mu}M$ IBA was most efficient for plant regeneration. Solid or liquid medium with or without 0.1% qactivated charcoal in modified 1/2MS medium (1% sucrose, 50 $mg{\cdot}L^{-1}$$NaH_2PO_4$, 2 ${\mu}M$ kinetin, 5 ${\mu}M$ IBA, pH 5.8) were used to find the optimal culture methods. The plant regeneration from rhizome segments were most vigorous on solid medium without activated charcoal. The addition of activated charcoal were inhibited the plant regeneration from rhizome segments not only on solid medium but also liquid stationary or suspension culture.
Present studies are carried out to find media components and culture methods for in vitro propagation of Athyrium niponicum and to establish the optimal economic masspropagation systems. Among pinnae, petiole and rhizome segments only rhizome segments produced young plants. Rhizome segments showed vigorous plant regeneration on 1/2MS medium and supplement to 1% sucrose and 50 $mg{\cdot}L^{-1}$$NaH_2PO_4$ were promoted the plant regeneration from rhizome segments. Kinetin was better than BA for plant regeneration and combination with 2 ${\mu}M$ kinetin and 5 ${\mu}M$ IBA was most efficient for plant regeneration. Solid or liquid medium with or without 0.1% qactivated charcoal in modified 1/2MS medium (1% sucrose, 50 $mg{\cdot}L^{-1}$$NaH_2PO_4$, 2 ${\mu}M$ kinetin, 5 ${\mu}M$ IBA, pH 5.8) were used to find the optimal culture methods. The plant regeneration from rhizome segments were most vigorous on solid medium without activated charcoal. The addition of activated charcoal were inhibited the plant regeneration from rhizome segments not only on solid medium but also liquid stationary or suspension culture.
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문제 정의
따라서 본 연구는 실내외 조경 및 기능성 천연소재로 수요가 많은 개고사리의 적정 대량생산방법을 개발하기 위하여 포자체 분화능이 우수한 개고사리의 부위를 선발하고, 개고사리의 절편으로부터 포자체의 분화를 촉진시킬 수 있는 적정 배지구성물질의 종류와 첨가량을 조사한 다음 적정 배지로부터 포자체의 분화를 촉진시킬 수 있는 효율적인 배양방법을 구명하기 위하여 시행하였다.
본 연구는 개고사리의 기내 조직배양 시 적정 배지구성 물질과 배양방법을 구명하여 효율적인 대량생산체계를 구축하기 위하여 시행하였다. 개고사리의 엽신, 엽병 및 근경의 절편 중 근경의 절편에서만 포자체가 분화되었다.
제안 방법
포자체 재생에 미치는 배양방법 및 활성탄의 영향을 알 아보기 위하여 상기의 연구결과에서 개고사리의 포자체 증식에 가장 적합한 것으로 나타난 배지 구성물질의 조합으로 배지를 조성한 다음 이를 고체배지 또는 액체배지로 만 들어 배양하였으며, 액체배지는 정치배양하거나 100 rpm 으로 현탁배양하였다.
에서 16시간으로 조절하였다. 8주 또는 16주 동안 배양한 다음 형성된 포자체의 총 생체중, 신초의 수와 길이, 엽수, 뿌리의 수와 길이를 조사하였으며 유묘의 생육단계에 따라 근경의 길이신장이 이루어진 경우에는 근경의 길이를 측정하였다. 또한 양치식물의 분열조 직인 GGB(green globular body)와 무포자생식에 의한 전엽체가 형성된 경우에는 생체중을 조사하였으며, 형성된 전엽체는 해부현미경(SMZ-U, Nikon, Japan) 및 video microscope(EGVMS 35, EG Tech, Korea)로 형태 및 생 식기관의 형성을 관찰하였다.
8주 또는 16주 동안 배양한 다음 형성된 포자체의 총 생체중, 신초의 수와 길이, 엽수, 뿌리의 수와 길이를 조사하였으며 유묘의 생육단계에 따라 근경의 길이신장이 이루어진 경우에는 근경의 길이를 측정하였다. 또한 양치식물의 분열조 직인 GGB(green globular body)와 무포자생식에 의한 전엽체가 형성된 경우에는 생체중을 조사하였으며, 형성된 전엽체는 해부현미경(SMZ-U, Nikon, Japan) 및 video microscope(EGVMS 35, EG Tech, Korea)로 형태 및 생 식기관의 형성을 관찰하였다. 모든 실험은 5반복 이상으로 수행하였으며, SAS version 9.
배지 내 무기물 및 비타민의 적정 첨가 농도를 구명하기 위하여 변형 MS배지(sucrose 3%, 활성탄 0.05%, pH 5.8) 의 무기질 및 비타민의 농도를 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2배로 조절하여 사용하였다.
상기의 연구에서 구명된 적정 배지의 조건에서 탄소원 및 NaH2PO4의 적정 첨가량을 구명하기 위하여 sucrose는 0, 1, 2, 3, 4%, NaH2PO4는 0, 50, 100, 200, 400 mg · L-1로 조절하여 배양하였다.
생장조절물질의 종류 및 첨가농도가 포자체 재생에 미치는 영향을 구명하기 위하여 활성탄을 첨가하지 않은 1/2MS 배지에 kinetin과 BA를 1, 2, 5, 10 μM로 단용 처리하거나, 1, 2, 5 μM의 NAA 또는 IBA와 혼용첨가 하였으며, 배양 8주 후 포자체의 분화를 촉진하기 위하여 생장조절물질을 넣지 않고 활성탄을 0.1% 첨가한 배지로 이식하여 8주 동안 배양하였다.
적정 배양 부위를 구명하기 위하여 유묘를 엽신, 엽병 및 근경으로 나누어 메스로 곱게 다져 배양하였다. 연구에 사용한 기본 배지는 변형 1/2MS배지(sucrose 3%, 활성탄 0.05%, pH 5.8)를 기본 배지로 하여 100 mL의 test tube 에 10 mL씩 분주한 다음 사면배지를 만들어 사용하였다.
이 때, 배양용기는 75 mL의 삼각플 라스크를 이용하였으며, 배지는 30 mL씩 분주한 다음 메스로 균질화한 근경의 절편을 90 mg씩 접종하여 8주 동안 배양하였다. 이 때 각 배지에 활성탄을 첨가하지 않거나 0.1% 첨가하여 활성탄이 개고사리 포자체의 재생에 미치는 영향을 구명하였다.
대상 데이터
연구에 사용한 개고사리는 기내에서 포자번식하여 발생한 유묘를 사용하였다.
연구에 사용한 개고사리는 기내에서 포자번식하여 발생한 유묘를 사용하였다. 강원도 인제군에서 채집한 다음 충북 청주시의 무가온 온실에서 재배한 개고사리의 포자엽을 음건하여 포자를 수집하였다.
기내 포자발아로 형성된 전엽체로부터 유성생식으로 발생한 개고사리의 유묘를 2-3달 간격으로 계대배양한 다음 3-5 cm정도로 성장한 균일묘를 재료로 사용하였다.
데이터처리
Means separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level.
z Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level.
zMean separation within columns by Duncan’s multiple range test at 5% level.
또한 양치식물의 분열조 직인 GGB(green globular body)와 무포자생식에 의한 전엽체가 형성된 경우에는 생체중을 조사하였으며, 형성된 전엽체는 해부현미경(SMZ-U, Nikon, Japan) 및 video microscope(EGVMS 35, EG Tech, Korea)로 형태 및 생 식기관의 형성을 관찰하였다. 모든 실험은 5반복 이상으로 수행하였으며, SAS version 9.1(SAS instritute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 평균과 표준오차를 구하였다.
성능/효과
1/2MS배지의 sucrose 농도를 0～4%로 조절하여 실험 한 결과, 1% 첨가구에서는 GGB의 포자체 분화가 왕성하여 초기에 형성된 GGB가 모두 포자체로 분화되었으며, 30 mg 의 근경절편에서 약 50여개의 포자체가 형성되었다(Table 3).
Kinetin과 BA를 단용으로 첨가하거나 NAA 또는 IBA를 혼용하여 첨가한 1/2MS 배지에 개고사리 근경의 절편을 다져서 2달 동안 배양한 후 형성된 GGB, 전엽체 및 포자체를 생장조절물질을 넣지 않고 활성탄 0.1%를 첨가한 1/2MS 배지로 이식하여 2달 동안 배양한 결과, 개고사리의 근경 절편은 2 μM의 kinetin과 5 μM의 IBA를 혼용첨가했을 때 포자체 재생이 가장 왕성하였다(Fig. 1, Table 5-8).
기내에서 형성된 개고사리의 포자체를 엽신, 엽병, 근경으로 나누어 다져서 활성탄 0.1%가 첨가된 1/2MS배지에 배양한 결과 근경 절편에서 식물체 재생이 가장 왕성하였으며, 12주의 배양기간 동안 포자체로 미처 분화되지 못한 분열조직인 GGB(green globular body)와 소량의 전엽체도 형성되었다(Table 1).
그러나 100 mg · L-1 이상의 농도로 첨가했을 때에는 무첨 가구보다 포자체의 재생이 억제되었으며, 400 mg · L-1의 첨가구에서는 GGB의 포자체 분화 능력 및 재생된 포자체 의 생육 모두 억제되었다.
근경의 절편으로부터 포자체의 재생을 촉진시키기 위해서는 1/2MS 배지가 가장 적합하였으며, 배지 내 sucrose는 1%, NaH2PO4는 50 mg · L-1으로 첨가하는 것이 가장 효과적이었다.
그러나 1/2MS배지보다 영양물질의 농도가 높거나 낮은 경우는 포자체로 분화되지 못한 GGB가 많 이 발생하였다(Table 2). 따라서 개고사리 근경의 절편은 생장조절물질의 첨가 없이도 GGB의 형태로 재생되었다가 배양환경이 적절한 경우, 포자체로 분화되는 것으로 판단되었다. 1/2MS배지에서는 GGB의 포자체 분화 능력이 촉 진되어 작은 크기의 GGB에서 다수의 포자체가 분화되었으 나, 배지의 영양물질 농도가 낮을 경우, GGB의 일부가 포 자체로 분화되었으나 그 비율이 낮았다.
또한, 개고사리의 근경 절편에서 형성된 GGB의 분화력을 높이기 위해서는 1% sucrose와 50 mg · L-1의 NaH2PO4를 첨가하는 것이 효과 적이지만, 본 연구에서는 sucrose를 3% 첨가한 1/2MS배 지를 기본으로 하여 GGB의 분화력이 억제된 것도 포자체의 재생이 비교적 낮은 원인으로 생각된다.
1/2MS배지의 sucrose 농도를 0～4%로 조절하여 실험 한 결과, 1% 첨가구에서는 GGB의 포자체 분화가 왕성하여 초기에 형성된 GGB가 모두 포자체로 분화되었으며, 30 mg 의 근경절편에서 약 50여개의 포자체가 형성되었다(Table 3). 배지 내 sucrose의 농도가 높아질수록 근경의 절편에서 발 생한 GGB가 포자체로 분화되지 못하였으며, sucrose 무첨 가구에서는 절편에서 GGB가 형성되지 않고 포자체로 분화 되는 특징을 보였다.
상기의 연구에서 개고사리의 포자체 재생에 가장 효과적 인 것으론 나타난 변형 1/2MS배지(sucrose 1%, NaH2PO4 50 mg · L-1, kinetin 2 μM, IBA 5 μM, pH 5.8)에 활성탄을 0 또는 0.1%첨가여 고체 또는 액체배지에서 배양한 결과, 개고사리의 근경 절편은 활성탄을 첨가하지 않은 고체 배지에서 포자체의 분화가 가장 우수하였으며, 90 mg의 근경 절편으로부터 55.7개의 포자체가 형성되었다(Table 9).
생장 조절물질은 BA보다 kinetine을 첨가하는 것이 포자체의 분 화를 촉진하는데 적합하였으며, kinetin 2 μM와 IBA 5 μM를 혼용하여 첨가하는 것이 근경의 절편으로부터 포자체를 형성하는데 가장 효과적이었다.
연구의 결과, 개고사리의 근경 절편은 1/2MS배지에서 근경의 절편을 배양했을 때 8주 동안에 가장 많은 포자체를 형성하였으나, 2MS배지에서 배양했을 때에는 다수의 포 자체로 분화할 수 있는 분열조직이 다수 형성되었다. 양치식 물의 분열조직인 GGB는 어린 싹의 기원체(shoot primordia) 들이 뭉쳐져 있어(Bertrand et al.
포자체 형성에 가장 효과적 인 것으로 나타난 변형 1/2MS배지(sucrose는 1%, NaH2PO4는 50 mg · L-1, kinetin 2 μM와 IBA 5 μM, pH 5.8)에 활성탄을 0 또는 0.1% 첨가하여 고체 또는 액체배지에서 배 양한 결과, 개고사리 근경의 절편은 고체배지에서 포자체의 재생 및 생육이 가장 우수하였다.
1/2MS배지에서는 GGB의 포자체 분화 능력이 촉 진되어 작은 크기의 GGB에서 다수의 포자체가 분화되었으 나, 배지의 영양물질 농도가 낮을 경우, GGB의 일부가 포 자체로 분화되었으나 그 비율이 낮았다. 한편 2MS배지에 서 형성된 GGB는 12주의 배양기간 동안 포자체로 분화되 지는 못하였으나, GGB의 생육상태는 1/8MS배지에서 형성된 GGB보다 우수하였다(data not shown).
, 1998), 개고사리의 근경 절편은 액체배지에서 정치 또는 현탁배양한 경우 모두 고 체배지에서 배양했을 때보다 포자체의 분화 및 형성된 포 자체의 생육이 크게 억제되어 배양효율이 극히 낮은 것으로 나타났다. 한편, 활성탄은 포자체의 분화능을 크게 억제 하는 경향을 보였으며, 활성탄을 첨가한 액체배지에서 배 양한 경우에는 배양방법에 관계없이 모든 포자체 절편이 괴사하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
개고사리란 무엇인가?
개고사리[Athyrium niponicum(Mett.) Hance]는 우드 풀과(Woodsiaceae)에 속하는 중형 양치식물로 조경 및 분 화용 소재로 인기가 높으며, 최근에는 잎 추출물에서 항균, 항산화 활성이 밝혀져 건강 기능성 식물 소재로 인정받고 있다(Kim, 2003).
개고사리는 어떻게 사용되는가?
개고사리[Athyrium niponicum(Mett.) Hance]는 우드 풀과(Woodsiaceae)에 속하는 중형 양치식물로 조경 및 분 화용 소재로 인기가 높으며, 최근에는 잎 추출물에서 항균, 항산화 활성이 밝혀져 건강 기능성 식물 소재로 인정받고 있다(Kim, 2003).
양치식물의 무성번식 재배는 유성번식의 어떤 점을 보완하는 것인가?
개고사리는 자연 돌연변이가 많이 발생하여 생육 환경에 따라 잎 가운데에 회색, 보라색, 연녹색의 무늬가 형성되기 때문에 영미권에서는 Japanese painted fern이라고 불리며(Foster, 1984), 무늬종은 일반 종에 비하여 고가로 거래된다. 그러나 유성번식 할 경우 이 형질이 후대로 고정되지 않는 경우가 있으므로 무성번식을 통한 대량번식법을 구축할 필요가 있다. 일반적으로 양치식물의 무성번식은 근경을 잘라 번식하는 근경삽이 주로 이용되고 있으나, 증식율이 낮아 대량생산에 한계가 있으므로 조직배양을 통한 동일 개체 대량생산법 구축이 시급하다.
참고문헌 (13)
Bertrand, A.M., M.A, Albuerne, H. Fernandez, A. Gonzalez, and R. Sanchez-Tames. 1999. In vitro organogenesis of Polypodium cambricum. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 57: 65-69.
Camloha, M. and N. Gogala. 1992. In vitro culture of Platycerium birfurcatum gametophytes. Sci. Hort. 51:343-346.
Garcia, E. and L. Furelli. 1987. Clonal mass propagation of the fern Cyrtomium falcatum. Acta Hort(ISHS). 212:655-660.
Higuchi, H. and W. Amaki. 1989. Effect of 6-benzylaminopurine on the organogenesis of Asplenium nidus L. through in vitro propagation. Sci. Hort. 37:351-359.
Joung, J.A. 2005. In vitro masspropagation and mutation breeding of pteridophyta native to Korea. Ph.D Diss., Chungbuk Natl. Univ., Chungju, Korea. pp. 96-159.
Kim, M.J. 2003. Study on antimicrobial and antioxidant activities of Athrium niponicum extracts. Ph.D Diss., Dong-A Univ., Busan, Korea. pp. 61-63.
Shin, S.L. and C.H. Lee. 2009. Medium composition affecting in vitro regeneration of Matteuccia struthiopteris. Flower Res. J. 17:93-100 (in Korean).
Thakur, R.C., Y. Hosoi, and K. Ishii. 1998. Rapid in vitro propagation of Matteuccia struthiopteris (L.) Todaro-an edible fern. Plant Cell Rep. 18:203-208.
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