본 실험은 약리적 효능이 뛰어난 홍경천의 기관 (액아가 포함된 줄기 조직)배양을 통한 대량증식 방법의 일환으로 액아배양을 통한 다신초를 유도, 증식조건에 관해 BA와 GA3의 영향을 조사하였고 신초증식에 필요한 적정 sucrose의 농도를 확인하였다. 그 후 적절한 기내 발근 및 토양순화 조건을 탐색하여 최적의 홍경천의 생산 조건을 확립하였다. 다신초의 유도 및 증식은 $GA_3$와 BA를 혼합 처리가 효과적이었다. 신초증식에 효과적인 sucrose의 농도는 50 g/L가 첨가된 배지였으며, 평균 7 cm 이상의 신장을 보였다. 기내 발근은 옥신류 식물생장조절물질 무첨가 배지에서 가장 높은 발근길이와 개수를 나타냈다. 기내발근된 유식물체의 토양순화는 모래상을 제외하고는 모두 양호한 생장을 보였고, 특히 모래, 피트모스, 펄라이트가 모두 첨가된 배합토에서 가장 양호한 생장을 보였다. 이상의 결과는 수년전 국내에 도입하려다 실패한 약용식물인 홍경천의 기내배양을 통한 재배의 가능성을 제시하는 것이고 더 나아가 다양한 생물소재의 활용 방안의 기초재료로 활용될 것으로 보여진다.
본 실험은 약리적 효능이 뛰어난 홍경천의 기관 (액아가 포함된 줄기 조직)배양을 통한 대량증식 방법의 일환으로 액아배양을 통한 다신초를 유도, 증식조건에 관해 BA와 GA3의 영향을 조사하였고 신초증식에 필요한 적정 sucrose의 농도를 확인하였다. 그 후 적절한 기내 발근 및 토양순화 조건을 탐색하여 최적의 홍경천의 생산 조건을 확립하였다. 다신초의 유도 및 증식은 $GA_3$와 BA를 혼합 처리가 효과적이었다. 신초증식에 효과적인 sucrose의 농도는 50 g/L가 첨가된 배지였으며, 평균 7 cm 이상의 신장을 보였다. 기내 발근은 옥신류 식물생장조절물질 무첨가 배지에서 가장 높은 발근길이와 개수를 나타냈다. 기내발근된 유식물체의 토양순화는 모래상을 제외하고는 모두 양호한 생장을 보였고, 특히 모래, 피트모스, 펄라이트가 모두 첨가된 배합토에서 가장 양호한 생장을 보였다. 이상의 결과는 수년전 국내에 도입하려다 실패한 약용식물인 홍경천의 기내배양을 통한 재배의 가능성을 제시하는 것이고 더 나아가 다양한 생물소재의 활용 방안의 기초재료로 활용될 것으로 보여진다.
An efficient in vitro propagation was established by using axillary bud explants of roseroot (Rhodiola rosea L.), which has been known as a medicinal plant in East Asia. Among various media tested, MS medium supplemented with 1.0 mg/L BA and 1.0 mg/L $GA_3$ was found to be the best for mu...
An efficient in vitro propagation was established by using axillary bud explants of roseroot (Rhodiola rosea L.), which has been known as a medicinal plant in East Asia. Among various media tested, MS medium supplemented with 1.0 mg/L BA and 1.0 mg/L $GA_3$ was found to be the best for multiple shoot formation (15 axillary shoots per axillary bud). In addition 1/2MS medium containing 50 g/L sucrose was best for shoot elongation (7.8 cm) and increasing total chlorophyll contents (8.64 mg/g) best. Maximum number of roots (17.7 roots per explant) was observed on the medium without plant growth regulators. Propagated plants were successfully acclimatized to ex vitro conditions, with a survival frequency of 97% after 12 weeks. Most rooted shoots grew well and produced viable seeds when grown in vitro culture conditions. Therefore, R. rosea can be effectively propagated in vitro by the system we developed in this study.
An efficient in vitro propagation was established by using axillary bud explants of roseroot (Rhodiola rosea L.), which has been known as a medicinal plant in East Asia. Among various media tested, MS medium supplemented with 1.0 mg/L BA and 1.0 mg/L $GA_3$ was found to be the best for multiple shoot formation (15 axillary shoots per axillary bud). In addition 1/2MS medium containing 50 g/L sucrose was best for shoot elongation (7.8 cm) and increasing total chlorophyll contents (8.64 mg/g) best. Maximum number of roots (17.7 roots per explant) was observed on the medium without plant growth regulators. Propagated plants were successfully acclimatized to ex vitro conditions, with a survival frequency of 97% after 12 weeks. Most rooted shoots grew well and produced viable seeds when grown in vitro culture conditions. Therefore, R. rosea can be effectively propagated in vitro by the system we developed in this study.
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문제 정의
또한 조직배양에 의한 신초증식에 관한 연구는 Bae 등 (2005)에 의한 홍경천의 잎절편으로부터 부정아 배양을 통한 식물체생산에 관한 연구 외에는 전무한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 기내에서 홍경천의 액아로부터 다신초를 유도하고 효과적인 신초증식을 통한 기내 유식물체의 대량증식조건을 확립하고자 하였다.
하지만 유도효율의 증가는 초기 결과로 매우 중요한 의미를 지니지만 증식과 신장은 유도효율과는 별개로 중요하다. 이에 따라 식물생장조절물질의 영향 없이 증식과 신장효율을 알아보았다. 다신초 덩어리가 유도된 다음 4주 이상 식물생장조절물질이 첨가된 배지에서 배양을 하면 식물생장조절물질의 영향으로 인해 배양체의 과수화와 뒤틀림현상이 일어난다 (Moon et al.
가설 설정
4F (open square), E: Acclimatized plantlets in plastic pot after 8 weeks of transplating. F: Growth of root in potting soil. Open square indicates new sprout.
제안 방법
05. Substrate mixtures used for the test: PM, only peatmoss; PL, only pearlite; SD, only sand; PM+PL, mixed peatmoss and pearlite (1:1); PM+SD, mixed peatmoss and sand (1:1); PM+PL+SD, mixed peatmoss, pearlite and sand (1:1:1). PTR was described Rootage of root.
광주기 16/8h, 온도 22 ± 1℃에서 4주간 배양한 후 shoot의 길이와 shoot당 액아수를 조사하였다.
의 영향을 조사하였고 신초증식에 필요한 적정 sucrose의 농도를 확인하였다. 그 후 적절한 기내 발근 및 토양순화 조건을 탐색하여 최적의 홍경천의 생산 조건을 확립하였다. 다신초의 유도 및 증식은 GA3와 BA를 혼합 처리가 효과적이었다.
기내배양 중인 홍경천의 줄기에서 액아를 포함하는 마디를 2 cm의 길이로 절단하여 1.0, 3.0 mg/L의 GA3와 0.5, 1.0, 3.0 mg/L의 BA를 농도별로 각각 첨가한 MS (Murashige and Skoog 1962)고체배지와 농도를 1/2로 줄인 1/2MS 고체배지 (30 g/L sucrose, 0.3 g/L gerlite, pH 5.7)를 사용하였다. 절편은 각 처리구당 10개씩 3반복하여 치상하였고 광주기 16/8h, 온도 22 ± 1℃에서 6주간 배양한 후 신초의 발생 수와 길이 및 신초의 발생양상을 관찰하였다.
기내뿌리유도를 통한 효과적인 식물체 생장 및 순화를 위해 각각의 초장이 5 ~ 8 cm로 신장된 신초를 절단하여 다신초로부터 분리하였다. 분리된 유식물체는 1/2MS 배지에 30 g/L의 sucrose를 첨가하고 0, 0.
2C). 본 실험에서 액아로부터 다신초 덩어리를 유도하기 위해 BA와 GA3를 혼용하여 처리하여 유도율을 증가시켰다. 하지만 유도효율의 증가는 초기 결과로 매우 중요한 의미를 지니지만 증식과 신장은 유도효율과는 별개로 중요하다.
본 실험은 약리적 효능이 뛰어난 홍경천의 기관 (액아가 포함된 줄기 조직)배양을 통한 대량증식 방법의 일환으로 액아배양을 통한 다신초를 유도, 증식조건에 관해 BA 와 GA3의 영향을 조사하였고 신초증식에 필요한 적정 sucrose의 농도를 확인하였다. 그 후 적절한 기내 발근 및 토양순화 조건을 탐색하여 최적의 홍경천의 생산 조건을 확립하였다.
기내뿌리유도를 통한 효과적인 식물체 생장 및 순화를 위해 각각의 초장이 5 ~ 8 cm로 신장된 신초를 절단하여 다신초로부터 분리하였다. 분리된 유식물체는 1/2MS 배지에 30 g/L의 sucrose를 첨가하고 0, 0.1, 1.0, 및 3.0 mg/L의 IBA 또는 NAA를 단용처리한 배지위에 치상하였다. 실험에 사용한 개체는 5개체씩 3반복하였으며 6주후에 발달된 뿌리의 수와 길이를 각각 조사하였다.
0 mg/L의 IBA 또는 NAA를 단용처리한 배지위에 치상하였다. 실험에 사용한 개체는 5개체씩 3반복하였으며 6주후에 발달된 뿌리의 수와 길이를 각각 조사하였다.
토양조성은 모래단용상, 모래와 peat moss를 1:1로 배합한 SP혼용상, 펄라이트 단용상, 펄라이트와 peat moss를 1:1로 배합한 PP혼용상, peat moss 단용상을 조성하고 관수에 의한 토양유실 및 수분증발을 막기 위해 수태(말린 이끼)를 덮어 주었다. 위 조성상에 4개체씩 3반복 처리하여 4주후에 신장률, 뿌리길이, 토양활착률 및 생존율을 조사하였다. 유리온실 내 생육환경은 차광 60%, 습도 50 ~ 70%로 조절하였다.
절편은 각 처리구당 10개씩 3반복하여 치상하였고 광주기 16/8h, 온도 22 ± 1℃에서 6주간 배양한 후 신초의 발생 수와 길이 및 신초의 발생양상을 관찰하였다.
5 cm로 성장한 유식물체를 사용하였다. 토양조성은 모래단용상, 모래와 peat moss를 1:1로 배합한 SP혼용상, 펄라이트 단용상, 펄라이트와 peat moss를 1:1로 배합한 PP혼용상, peat moss 단용상을 조성하고 관수에 의한 토양유실 및 수분증발을 막기 위해 수태(말린 이끼)를 덮어 주었다. 위 조성상에 4개체씩 3반복 처리하여 4주후에 신장률, 뿌리길이, 토양활착률 및 생존율을 조사하였다.
홍경천의 액아로부터 6주간 배양하여 얻어진 다신초의 신장에 미치는 적정 배지 및 sucrose의 농도를 알아보기 위해 액아로부터 발생된 다신초를 분리하여 1/2MS, MS, 및 2MS배지에 0, 10, 30, 50 g/L의 sucrose가 각각 첨가된 배지를 제조하여 처리구당 5개체씩 3반복하여 치상하였다. 광주기 16/8h, 온도 22 ± 1℃에서 4주간 배양한 후 shoot의 길이와 shoot당 액아수를 조사하였다.
대상 데이터
기내에서 확립한 배양체계에 따라 기외 생존율에 적합한 토양조성을 알아보기 위하여 평균초장이 6 ~ 10 cm 내외, 근장 2.5 cm로 성장한 유식물체를 사용하였다. 토양조성은 모래단용상, 모래와 peat moss를 1:1로 배합한 SP혼용상, 펄라이트 단용상, 펄라이트와 peat moss를 1:1로 배합한 PP혼용상, peat moss 단용상을 조성하고 관수에 의한 토양유실 및 수분증발을 막기 위해 수태(말린 이끼)를 덮어 주었다.
본 연구에 사용된 홍경천의 기내배양체는 Bae 등 (2005)에 의해 잎절편으로부터 생산된 재분화체를 사용하였다. 모든 배양은 온도 22 ± 1℃, 광주기 16/8시간, 광도 46 μmol m-2s-1의 배양실에서 배양하였다.
실험에 사용한 모든 배지와 기구는 121℃, 1.5기압으로 20분간 고온·고압 멸균하여 페트리디쉬는 30 mL, 4각 plastic 배양병(SPL, Korea)에 각각 100 mL씩 배지를 분주하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
모든 데이터는 means ± standard deviation으로 표시하였다. 변인들의 집단간 차이를 알아보기 위해서 one-way ANOVA 를 실시하였고, 유의성이 있는 경우 Duncanʼs multiple range test로 사후검증을 하였다. 통계적 유의성은 P<0.
이론/모형
엽록소 함량의 측정은 80% acetone에 잎절편을 잘게 절단하여 80% acetone용액에 침지하였다. 암조건에서 48시간 추출하고 chlorophyll a, b의 함량은 분광광도계 (Shimadzu, UV-1650PC, Japan)를 이용하여 흡광도 663 nm, 645 nm에서 측정하여 Lichtenthaler (1987)의 방법으로 계산하였다.
성능/효과
8 cm로 가장 높은 신장을 보였으며, 절편 당 증식된 다신초의 수도 16개로 가장 높았다 (Table 2). 4주간 sucrose 농도에 따른 실험을 수행한 후 1/2MS 배지에 50 g/L의 sucrose가 첨가된 배지에 계대배양 후 4주간 생육을 지켜본 결과 초기 4주간의 배양은 식물체가 웃자라는 경향을 보였지만 계대배양 후 건실하게 생육하는 결과를 보였다(Fig. 2C). 본 실험에서 액아로부터 다신초 덩어리를 유도하기 위해 BA와 GA3를 혼용하여 처리하여 유도율을 증가시켰다.
1B)보다 신초의 색은 옅지만 좀 더 건실한 발육상태를 보였다. GA3와 BA의 단용처리 시 GA3가 첨가된 배지에서는 홍경천의 줄기신장만이 이루어졌고 BA만 첨가된 배지에서는 조직이 부풀어 오르기만 하는 현상을 보였다. 홍경 천의 액아에서 다신초를 유도한 경우 GA3와 BA의 농도가 모두 낮은 처리구에서 신초의 유도가 양호했다.
홍경 천의 액아에서 다신초를 유도한 경우 GA3와 BA의 농도가 모두 낮은 처리구에서 신초의 유도가 양호했다. GA3의 농도가 증가할수록 신초가 연한 녹색을 띠며 신초가 웃자라는 경향을 보였다. BA 역시 농도가 증가할수록 조직이 비대해지며 비정상적인 신초발생이 이루어졌다.
3A). IBA가 첨가된 배지에서는 뿌리의 유도는 대조구와 비슷한 빈도로 이루어지지만 유도 후 증식은 억제됨을 확인 하였다(Fig. 3B). 또한 NAA가 첨가된 배지에서는 붉은색 반점을 포함하는 초록색의 비대조직이 만들어 짐을 관찰할 수 있었다 (Fig.
와 BA의 혼합배지를 제조하여 실험한 결과, 배양 2주 후부터 액아가 비대되기 시작하였고, 배양 4주후에 모체가 고사하며 액아에서 다신초가 형성됨을 관찰하였다. MS배지의 농도에 따른 다신초 유도의 차이는 미미하였지만 GA3와 BA가 각각 1.0 mg/L 첨가될 경우 다른 농도에 비해 다신초유도율이 높음을 확인할 수 있었다(Table 1). 대조구로 사용된 식물생장조절물질 무첨가 배지에서는 줄기의 신장 만 이루어 질 뿐 액아부위에서 아무런 반응도 일어나지 않았다 (Fig.
Sucrose의 농도가 액아로부터 유도된 다신초의 증식과 신장에 미치는 영향을 알아보기 위해 모체로부터 다신초 덩어리를 절단하여 배지에 치상해 본 결과, 홍경천의 다신초 증식 (신장)은 sucrose가 첨가되지 않은 배지에서는 전혀 일어나지 않았지만 sucrose가 10, 30, 50 g/L가 첨가된 배지에서는 점차적으로 증가하는 현상을 보였다 (Table 2, Fig. 2A, B). 줄기의 길이는 sucrose가 5%첨가된 배지에서 7.
기내 발근은 옥신류 식물생장조절물질 무첨가 배지에서 가장 높은 발근길이와 개수를 나타냈다. 기내발근된 유식물체의 토양순화는 모래상을 제외하고는 모두 양호한 생장을 보였고, 특히 모래, 피트모스, 펄 라이트가 모두 첨가된 배합토에서 가장 양호한 생장을 보였다. 이상의 결과는 수년전 국내에 도입하려다 실패한 약용식물인 홍경천의 기내배양을 통한 재배의 가능성을 제시하는 것이고 더 나아가 다양한 생물소재의 활용방안의 기초재료로 활용될 것으로 보여진다.
액아로부터 유도, 증식된 홍경천의 유식물체를 절단하여 뿌리유도 배지에 치상한 결과, 배양 2주후부터 절단면이 약간 부풀어 오르며 절단면이 검은색으로 변하며 뿌리가 유도되기 시작했다. 기내발근효율을 높이기 위해 기내배양체의 발근 시 주로 사용하는 옥신류 식물생장조절물질 중에 IBA와 NAA를 개별적으로 처리하여 실험을 수행한 결과, 식물생장조절물질을 첨가하지 않은 대조구에서 가장 높은 발근수와 길이를 보였다 (Table 4). 홍경천의 기내 유식물체를 이용한 발근은 식물생장조절물질을 첨가하지 않아도 발근이 쉽게 이루어짐을 확인하였다 (Fig.
하지만 본 연구에서는 기내에서 발근된 유식물체를 다양한 배양토를 조합한 포트에서 95%이상 활착을 보였으며 100% 생존하였다. 모래상을 제외하고는 모든 처리구에서 비교적 건실한 생장을 하였고 (Table 5), 4주후 PM+PL+SD가 혼용 처리된 포트에서는 뿌리가 토양을 활착하는 양 (토양 활착량: rootage root)이 다른 처리구에 비해 3 ~ 10배 높았다 (Table 5). 또한 shoot 기저부 사이에서 맹아(동아)가 형성됨을 확인 할 수 있었다 (Fig.
1A). 반면, 식물생장 조절물질로 GA3와 BA의 혼합에 따른 다신초 유도를 확인 한 결과 1.0 mg/L의 GA3와 1.0 mg/L의 BA를 혼합한 처리구에서 대조구보다는 15배, 다른 GA3와 BA의 조합에 비해 2~3배정도 높은 다신초 유도양상을 확인하였다(Table 1). 또한 혼합처리 (Fig.
다신초의 유도 및 증식은 GA3와 BA를 혼합 처리가 효과적이었다. 신초증식에 효과적인 sucrose의 농도는 50 g/L가 첨가된 배지였으며, 평균 7 cm 이상의 신장을 보였다. 기내 발근은 옥신류 식물생장조절물질 무첨가 배지에서 가장 높은 발근길이와 개수를 나타냈다.
2A, B). 줄기의 길이는 sucrose가 5%첨가된 배지에서 7.8 cm로 가장 높은 신장을 보였으며, 절편 당 증식된 다신초의 수도 16개로 가장 높았다 (Table 2). 4주간 sucrose 농도에 따른 실험을 수행한 후 1/2MS 배지에 50 g/L의 sucrose가 첨가된 배지에 계대배양 후 4주간 생육을 지켜본 결과 초기 4주간의 배양은 식물체가 웃자라는 경향을 보였지만 계대배양 후 건실하게 생육하는 결과를 보였다(Fig.
1999). 하지만 본 실험의 경우 유도는 식물생장조절물질 첨가 배지에서 진행을 하고 증식과 신장은 식물생장조절물질이 첨가되지 않은 배지에 sucrose를 달리하여 실험한 결과 건전하게 증식, 신장한 홍경천의 줄기들을 생산할 수 있었다. 한편 신초의 건전성을 파악하기 위하여 생리적 생장지표인 엽록소의 함량을 측정한 결과, sucrose가 50 g/L 첨가된 배양군에서 8.
2003). 하지만 본 연구에서는 기내에서 발근된 유식물체를 다양한 배양토를 조합한 포트에서 95%이상 활착을 보였으며 100% 생존하였다. 모래상을 제외하고는 모든 처리구에서 비교적 건실한 생장을 하였고 (Table 5), 4주후 PM+PL+SD가 혼용 처리된 포트에서는 뿌리가 토양을 활착하는 양 (토양 활착량: rootage root)이 다른 처리구에 비해 3 ~ 10배 높았다 (Table 5).
2002). 한편 3.0 mg/L의 GA3와 1.0 mg/L이상의 BA가 혼합된 처리구에서는 모체에 붉은색 침전물이 침적되는 것을 확인하였고 이러한 침적은 배양 후기로 갈수록 진해지면서 배양체가 고사하는 결과라 사료된다.
하지만 본 실험의 경우 유도는 식물생장조절물질 첨가 배지에서 진행을 하고 증식과 신장은 식물생장조절물질이 첨가되지 않은 배지에 sucrose를 달리하여 실험한 결과 건전하게 증식, 신장한 홍경천의 줄기들을 생산할 수 있었다. 한편 신초의 건전성을 파악하기 위하여 생리적 생장지표인 엽록소의 함량을 측정한 결과, sucrose가 50 g/L 첨가된 배양군에서 8.6 mg/g의 엽록소함량을 나타냈고, 이는 엽록소의 함량은 sucrose의 농도가 높아질수록 농도의존적으로 증가하였다 (Table 3). 일반적으로 엽록소의 함량은 배지 내에 첨가되는 미량원소에 의해 좌우되는 경향이 있다 (Cho and Rho 2008).
기내발근효율을 높이기 위해 기내배양체의 발근 시 주로 사용하는 옥신류 식물생장조절물질 중에 IBA와 NAA를 개별적으로 처리하여 실험을 수행한 결과, 식물생장조절물질을 첨가하지 않은 대조구에서 가장 높은 발근수와 길이를 보였다 (Table 4). 홍경천의 기내 유식물체를 이용한 발근은 식물생장조절물질을 첨가하지 않아도 발근이 쉽게 이루어짐을 확인하였다 (Fig. 3A). IBA가 첨가된 배지에서는 뿌리의 유도는 대조구와 비슷한 빈도로 이루어지지만 유도 후 증식은 억제됨을 확인 하였다(Fig.
홍경천의 액아로부터 다신초의 유도조건을 알아보기 위해 GA3와 BA의 혼합배지를 제조하여 실험한 결과, 배양 2주 후부터 액아가 비대되기 시작하였고, 배양 4주후에 모체가 고사하며 액아에서 다신초가 형성됨을 관찰하였다. MS배지의 농도에 따른 다신초 유도의 차이는 미미하였지만 GA3와 BA가 각각 1.
후속연구
기내발근된 유식물체의 토양순화는 모래상을 제외하고는 모두 양호한 생장을 보였고, 특히 모래, 피트모스, 펄 라이트가 모두 첨가된 배합토에서 가장 양호한 생장을 보였다. 이상의 결과는 수년전 국내에 도입하려다 실패한 약용식물인 홍경천의 기내배양을 통한 재배의 가능성을 제시하는 것이고 더 나아가 다양한 생물소재의 활용방안의 기초재료로 활용될 것으로 보여진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
홍경천은 식물분류학적으로 어디에 속하는가?
)은 우리나라 중부 이북의 고산지대에 자라는 다년초이다. 식물분류학적으로 돌나물과 (Crassulaceae), 돌꽃속 (Rhodiola)에 속하는 식물로서 뿌리와 줄기는 중요한 약리적 효능이 있는 것으로 알려져 있다 (Chung 1974; Linch et al. 2000).
홍경천은 무엇인가?
홍경천 (Rhodiola rosea L.)은 우리나라 중부 이북의 고산지대에 자라는 다년초이다. 식물분류학적으로 돌나물과 (Crassulaceae), 돌꽃속 (Rhodiola)에 속하는 식물로서 뿌리와 줄기는 중요한 약리적 효능이 있는 것으로 알려져 있다 (Chung 1974; Linch et al.
홍경천은 전통 의약적 측면에서 어떻게 이용되어 왔는가?
홍경천은 전통 의약적 측면에서의 기능은 원기를 회복시켜 질병과 체내 독소축적을 해소할 수 있는 약재로 이용되어 왔다 (Ming et al. 1988).
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