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문제 정의
- 고체배지에서 확립된 결과를 바탕으로 액체 배양을 위한 옥신의 적정농도를 확립하기 위하여 실험을 수행하였다. 고체배지에서 부정근 형성에 좋았던 0㎎/ℓ, 0.
- , 2011). 본 연구에서는 현재 약용으로 사용 되며 앞으로 약용으로의 가치가 높아질 것으로 사료되는 우리나라 더덕 속 식물인 더덕, 만삼 그리고 소경불알을 재료로 부정근 유도에 미치는 배양 재료, 옥신의 종류와 농도에 따른 배양조건을 확립하고, 부정근의 액체배양 체계 확립을 통한 부정근 대량 생산 및 증식기술 확립을 위해 본 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 1일 16시간 조명 (40 µmol •m-2s-1cool white fluorescent lamp)과 온도는 25 ± 1℃로 조절되는 배양실에서 기내 식물체를 생육시켰다.
- 각 절편은 부정아 유도배지에 petri-dish 당 15개씩 3반복하였으며, 25 ± 1℃에서 5주간 암배양 하였다.
- 각각 더덕 속 식물체의 부정근 0.2 g을 취해 조제된 배지에 접종하였고, 25 ± 1℃에서 암배양 하였다.
- 더덕 속 식물체의 줄기를 70% 에탄올에 3분간 소독한 후 2% sodium hyperchloride (NaOCl)에 15분 침지 한 다음 멸균수로 3회 세척하였다. 각각의 식물체의 마디를 포함한 약 1㎝의 줄기 절편을 1/2MS (Murashige and Skoog, 1962)배지에 2% sucrose와 0.3% gelrite를 첨가한 배지에 배양하였다. 모든 배지의 pH는 5.
- 고체배지에서 확립된 결과를 바탕으로 액체 배양을 위한 옥신의 적정농도를 확립하기 위하여 실험을 수행하였다. 고체배지에서 부정근 형성에 좋았던 0㎎/ℓ, 0.5㎎/ℓ, 1.0㎎/ℓ NAA를 1/2MS배지에 2% sucrose가 포함된 액체배지에 첨가하였다. 각각 더덕 속 식물체의 부정근 0.
- 알만삼 부정근은 다른 Codonopsis 속과 달리 부정근 유도배지 접종 10일 후부터 유도되었다. 더덕과 만삼의 뿌리절편의 모든 옥신 처리에서 100%의 부정근 유도율을 보였으나, 알만삼의 뿌리절편에서 부정근 유도율은 더덕과 만삼의 뿌리절편과 비교해 저조하였다 (Table 1). 알만삼의 부정근 유도수는 뿌리절편의 1.
- 액체배양은 고체배지와 비교하여 배양체의 생장이 빠르며, 더 나아가 생물배양기에서의 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 고체배지에서 유도된 더덕속 식물체의 부정근 증식을 위해 액체현탁배양을 수행하였다. 더덕, 만삼 그리고 소경불알의 고체배지에서 유도된 부정근 절편을 액체배지에 접종하였다.
- 기내 부정근 유도체계가 확립되지 않은 식물체의 경우 이들을 이용한 부정근 유도는 초기 배양재료의 선택이 중요한 요소이다. 따라서 더덕속 기내 식물체의 잎, 줄기, 뿌리절편을 옥신의 종류별, 농도별 처리하여 배양 5주 후 부정근유도율, 부정근수 그리고 부정근길이를 조사하였다.
- 배양용기는 250㎖ 삼각플라스크를 사용하였고, 배지는 100㎖를 첨가하였다. 배양은 4주간 120 rpm으로 배양하였고, 5주후 생중량과 건중량을 조사하였다.
- 더덕, 만삼 그리고 소경불알의 고체배지에서 유도된 부정근 절편을 액체배지에 접종하였다. 배지 조건은 고체배지에서 부정근 유도가 우수한 NAA를 액체배지에 0.5 ㎎/ℓ와 1.0 ㎎/ℓ를 첨가하여 부정근 증식을 실험하였다. 0.
- 5 ㎠의 크기로 자르고, 줄기는 엽병까지 제거한 후 1 ㎝로 절단하였고, 뿌리는 근단을 포함하여 1 ㎝로 조제하여 실험에 사용하였다. 부정아 유도 배지는 1/2MS배지에 2% sucrose, 세 가지 옥신 indole-butric acid (IBA), naphthalene acetic acid (NAA) 그리고 indole acetic acid (IAA)를 각각 농도별 0.1 ㎎/ℓ, 0.5 ㎎/ℓ 그리고 1.0 ㎎/ℓ로 첨가하였다. 각 절편은 부정아 유도배지에 petri-dish 당 15개씩 3반복하였으며, 25 ± 1℃에서 5주간 암배양 하였다.
대상 데이터
- 기내 배양에 사용된 더덕, 만삼, 소경불알 식물체는 강원대학교 연습림에서 자생하는 것을 채집하여 강원대학교 온실에 식재하였다. 더덕 속 식물체의 줄기를 70% 에탄올에 3분간 소독한 후 2% sodium hyperchloride (NaOCl)에 15분 침지 한 다음 멸균수로 3회 세척하였다.
- 따라서 고체배지에서 유도된 더덕속 식물체의 부정근 증식을 위해 액체현탁배양을 수행하였다. 더덕, 만삼 그리고 소경불알의 고체배지에서 유도된 부정근 절편을 액체배지에 접종하였다. 배지 조건은 고체배지에서 부정근 유도가 우수한 NAA를 액체배지에 0.
- 부정근 유도를 위한 더덕 속 기내배양 식물체 (Fig. 1.)의 잎 절편은 0.5 × 0.5 ㎠의 크기로 자르고, 줄기는 엽병까지 제거한 후 1 ㎝로 절단하였고, 뿌리는 근단을 포함하여 1 ㎝로 조제하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 모든 데이터는 평균 ± 표준편차로 표기하였다.
- 집단간 차이를 알아보기 위해서 ANOVA를 실시하였고, 유의성이 있는 경우 Duncan’s multiple range test로 검정하였다.
성능/효과
- 2 g의 부정근을 1/2MS 액체배지가 포함된 250 ㎖ 삼각플라스크에 접종하여 120 rpm으로 5주간 현탁 배양하였다. 그 결과 더덕속 세 종류의 식물체의 부정근 증식은 1.0 ㎎/ℓ NAA처리구에서 모두 생육이 좋았다 (Fig. 6). 호르몬 무처리구와 비교해 1.
- 위에서 언급했듯이 더덕속과 같이 같은 속에 속하지만 식물종간, 절편간 부정근 유도와 증식은 옥신 종류별, 농도별 많은 차이를 보였다. 더덕속에 속하는 더덕, 만삼 그리고 소경불알 모두 고체배지에서의 부정근 유도를 위한 조건으로 NAA 처리가 적합하였다. 부정근 유도를 위한 부위별 절편체는 더덕과 만삼은 뿌리절편이 가장 우수하였고, 소경불알은 잎 절편이 부정근유도를 위한 가장 적합한 절편이었다.
- , 2005). 따라서 고체배지에서 만삼의 부정근 유도는 부정근 형성율이 모든 조건에서 100%인 뿌리절편을 사용하여 절편에 캘러스가 형성되지 않고 절편에서 바로 부정근이 유도되는 NAA처리구 중 유도된 부정근수가 8.45개, 길이가 평균 2.11 ㎝가 유도된 1.0 ㎎/ℓ NAA처리가 부정근 유도를 위한 적합한 조건인 것으로 사료된다 (Fig. 5-D-F).
- 5-AC). 따라서 고체배지의 더덕 부정근 유도를 위해서는 0.5 ㎎/ℓ NAA 처리구에 식물체의 뿌리를 절편으로 사용하여 부정근을 유도하는 것이 가장 효율적인 것으로 사료된다.
- 잎과 줄기절편에서의 부정근 유도율은 뿌리절편과 비교하여 옥신처리에 따른 차이는 있었으나 대부분 뿌리절편보다 저조하였다. 따라서 부정근 유도율은 옥신의 종류 및 농도 외에도 절편의 종류에 따라 큰 차이를 보였다 (Table 1). 부정근유도수는 뿌리절편의 0.
- 줄기절편 중 IAA 처리구의 부정근유도수와 부정근 길이생장이 좋았으나 잎절편 보다 유도수가 저조하였고, 잎절편에서 유도된 부정근과 비교해 부정근의 굵기가 가늘었다. 따라서 알만삼의 고체배지에서의 부정근 유도조건은 잎 절편을 재료로 0.5 ㎎/ℓ NAA처리구에서 부정근수 7.83개, 부정근 길이 3.38 ㎝로 유도된 처리구 조건이 가장 적합하리라 사료된다 (Fig. 5-G-I). 알만삼의 경우 더덕 그리고 만삼과 달리 부정근 유도율은 잎절편을 재료로 사용 시 유도율이 가장 좋았다.
- 3-B). 만삼부정근 유도는 NAA처리가 가장 적합하여 본 논문의 더덕과 유사한 결과를 보였으며, 만삼 역시 뿌리절편에서 부정근 유도율이 좋아 상위 더덕의 결과와 유사함을 보였다. 그러나 더덕의 경우 만삼 보다 낮은 농도의 NAA처리에서 부정근 유도가 적합하였다.
- 4-A). 부정근 길이는 줄기절편의 0.1 ㎎/ℓ NAA처리구에서 3.96 ㎝로 길이 생장이 가장 좋았으나, 부정근 유도수가 2개로 유도수가 적었고, 부정근 유도율은 43.5%로 부정근유도를 위한 조건으로 적합하지 않았다. 다른 더덕속 식물체에서는 뿌리절편이 다른 부위와 비교해 부정근 유도율, 부정근수 그리고 유도길이가 모두 좋았으나 알만 삼은 모든 옥신처리에서 뿌리절편에서 유도된 부정근 길이 생장이 잎과 줄기절편보다 1/2 이상 저조하였다 (Fig.
- 더덕속에 속하는 더덕, 만삼 그리고 소경불알 모두 고체배지에서의 부정근 유도를 위한 조건으로 NAA 처리가 적합하였다. 부정근 유도를 위한 부위별 절편체는 더덕과 만삼은 뿌리절편이 가장 우수하였고, 소경불알은 잎 절편이 부정근유도를 위한 가장 적합한 절편이었다.
- 2-A). 부정근수는 모든 옥신처리구의 가장 높은 농도인 1.0 ㎎/ℓ의 농도에서 많은 수가 유도되었으나, 부정근길이는 1.0 ㎎/ℓ의 농도처리구의 모든 절편에서 부정근 길이 신장이 억제되었다. 뿌리절편에 1.
- 따라서 부정근 유도율은 옥신의 종류 및 농도 외에도 절편의 종류에 따라 큰 차이를 보였다 (Table 1). 부정근유도수는 뿌리절편의 0.1 ㎎/ℓ IAA 처리구에서 평균 16.6개로 가장 많은 수의 부정근이 유도되었으나 부정근 유도율이 79%로 뿌리절편보다 유도율이 낮았고, 부정근길이는 0.97 ㎝로 매우 짧아 부정근 유도를 위한 조건으로 적합하지 않았다 (Fig. 3-A). 뿌리절편의 1.
- 0 ㎎/ℓ의 농도처리구의 모든 절편에서 부정근 길이 신장이 억제되었다. 뿌리절편에 1.0 ㎎/ℓ IBA 처리 시 평균 25.8개로 가장 많은 부정근 유도수를 보였으나 부정근의 길이가 평균 2.14 ㎝로 길이생장이 저해 되었고 길이가 짧고 가는 세근 형태를 보여 부정근 증식을 위한 조건으로는 적합하지 않았다 (Fig. 2-B). 이러한 결과는 식물체내에서 옥신의 역할은 세포분열조직을 촉진하는 것이며, 당느릅나무의 부정근 유도 시 0.
- 5-G-I). 알만삼의 경우 더덕 그리고 만삼과 달리 부정근 유도율은 잎절편을 재료로 사용 시 유도율이 가장 좋았다. 황칠나무 (Dendropanax morbifera)의 부정근 유도 역시 잎절편을 재료로 한 것이 뿌리절편과 비교해 부정근유도율이 가장 좋았다 (Bae et al.
- 더덕과 만삼의 뿌리절편의 모든 옥신 처리에서 100%의 부정근 유도율을 보였으나, 알만삼의 뿌리절편에서 부정근 유도율은 더덕과 만삼의 뿌리절편과 비교해 저조하였다 (Table 1). 알만삼의 부정근 유도수는 뿌리절편의 1.0 ㎎/ℓ IBA처리구에서 10.38개로 가장 많은 부정근이 유도되었으나, 길이가 0.82 ㎝로 다른 처리와 비교해 1/2 이상 길이생장이 저조하였고, 부정근의 형태가 가늘고 짧은 형태를 보였다 (Fig. 4-A). 부정근 길이는 줄기절편의 0.
- , 1991). 위에서 언급했듯이 더덕속과 같이 같은 속에 속하지만 식물종간, 절편간 부정근 유도와 증식은 옥신 종류별, 농도별 많은 차이를 보였다. 더덕속에 속하는 더덕, 만삼 그리고 소경불알 모두 고체배지에서의 부정근 유도를 위한 조건으로 NAA 처리가 적합하였다.
- ). 절편 종류에 따른 부정근 유도수는 잎, 줄기 그리고 뿌리절편에서 모두 1.0 ㎎/ℓ IBA처리구에서 가장 많은 유도수를 보였으며, 부정근의 길이는 잎 절편을 제외한 0.5 ㎎/ℓ NAA처리구에서 가장 좋은 결과를 보여주었다 (Fig. 2-A). 부정근수는 모든 옥신처리구의 가장 높은 농도인 1.
- 더덕의 부정근의 유도는 유도배지 접종 1주후부터 생성되기 시작하였다. 절편 종류에 따른 부정근 유도율는 잎절편을 제외한 줄기와 뿌리절편의 모든 옥신 처리구에서 95%이상 높은 부정근 유도율을 보였다 (Table 1.). 절편 종류에 따른 부정근 유도수는 잎, 줄기 그리고 뿌리절편에서 모두 1.
- 만삼의 부정근 유도 역시 배지에 접종 1주후부터 유도되기 시작했다. 절편 종류에 따른 부정근 유도율은 뿌리 절편이 가장 우수하였고, 뿌리절편에서 0.1 ㎎/ℓ NAA처리구를 제외한 모든 옥신 처리에서 100% 부정근이 유도되었다 (Table 1). 잎절편의 부정근 유도율은 다른 절편과 비교해 1/2이상 유도율이 저조하여 부정근 유도를 위한 재료로 적합하지 않았다.
- 4-B). 줄기절편 중 IAA 처리구의 부정근유도수와 부정근 길이생장이 좋았으나 잎절편 보다 유도수가 저조하였고, 잎절편에서 유도된 부정근과 비교해 부정근의 굵기가 가늘었다. 따라서 알만삼의 고체배지에서의 부정근 유도조건은 잎 절편을 재료로 0.
- 6). 호르몬 무처리구와 비교해 1.0 ㎎/ℓ NAA처리구에서는 더덕, 만삼, 알만삼 모두 생중량과 건중량이 10배 이상 차이를 보였으며, 부정근의 굵기가 고체배지에서보다 더 굵어지고 길이생장이 좋았다 (Fig. 7). 따라서 액체현탁배양을 통한 부정근 증식을 위해서는 더덕속 세 식물체모두 1.
후속연구
- 이렇게 다양한 약용 식물에서 부정근 유도방법을 이용하여 다양한 연구와의 접목이 가능하며 만삼, 더덕 그리고 소경불알 역시 뿌리의 알려진 효능에 비해 더덕을 제외하고 부정근 유도와 재분화에 관해서는 아직 연구되어진 것이 없다. 따라서 이 연구에서는 여러 우수한 효능을 지닌 세 가지 더덕속 식물체의 부정근 유도 및 증식 방법을 연구하였으며, 더 나아가 이 방법을 사용하여 여러 물질분석과 더불어, 특정 물질의 대량 생산등의 산업적인 연구의 수행과 접목이 가능할 것이다.
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