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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 환경부 지정 법적 보호종(멸종위기야생동식물 2급)이지만 생물자원의 활용적인 측면에서 수요가 발생할 것으로 예상되는 석곡의 기내 식물체 생산에 미치는 배양부위(shoot, root 부위)와 식물생장조절물질의 영향에 대해 조사하여 효과적인 재분화 체계를 확립하고 지속가능한 생태계의 보전 및 서식지 외 복원 시 원종공급 등의 기초자료 및 소재로 활용하고자 본 연구를 수행하였다.
- 멸종위기 자생난초인 석곡 PLB의 유도 및 증식을 통한 기내 유식물체 재분화에 미치는 몇 가지 요인에 관하여 연구하였다. 석곡의 배양부위(잎, 근경, 뿌리)에 따라 고빈도의 PLB를 유도하기 위해 NAA와 IBA의 농도조건을 달리하여 배지를 제조한 후 각각의 절편을 배양한 결과, 1.
제안 방법
- 4 cm로 절단하여 실험에 사용하였다. PLB 유도배지는 MS (Murashige and Skoog 1962)배지를 기본으로 sucrose는 20 g/L와 plant agar 8 g/L을 첨가하고 0, 0.5, 1.0 및 3.0 mg/L의 NAA (Naphthalene acetic acid)와 IBA (Indol 3-butylic acid)가 첨가된 배지를 제조하였다. 위에 제조된 배지위에 잎, 구경, 뿌리를 치상하여 8주후 PLB 유도율과 크기를 조사하였다.
- 따라서 본 결과에서 석곡의 종자발아체를 이용하여 각각의 부위(잎, 구경, 뿌리) 및 옥신종류 및 농도에 따른 최적의 PLB 유도조건을 조사하였고, 유도된 PLB를 이용하여 분화에 최적인 사이토키닌 농도를 확인하였다. 또한, AC와 sucrose의 처리에 따른 최적 지상부 분화율 및 지하부 발근율의 확인으로 성공적인 기내 식물체 재분화 시스템을 확립하였다.
- 석곡 종자의 기내 발아 유도 시 배양실의 온도 22±1℃, 광주기 16/8시간, 광도 46 μmol m-2s-1로 조절하여 실시하였다.
- 석곡의 PLB로부터 효과적인 기내 식물체 생장에 미치는 활성탄(AC)와 sucrose의 효과를 확인하기 shoot primordia가 형성된 PLB를 모조직으로부터 분리하여 0, 10, 30, 50 g/L의 sucrose가 첨가된 MS 배지(8 g/L의 plant agar)에 200 mg/L의 AC가 첨가된 배지위에 치상하였다. 실험에 사용한 개체는 15개체씩 3반복하였으며 6주후에 발달된 신초의 수와 길이, 발근된 뿌리의 수와 길이를 각각 조사하였다.
- 석곡의 잎, 줄기, 뿌리 절편으로부터 유도된 PLB의 증식에 미치는 식물생장조절물질의 영향을 확인하기 위해 각각의 부위에서 유래된 캘러스를 모조직으로 부터 분리하여 MS배지를 기본으로 sucrose는 20 g/L와 plant agar 8 g/L을 첨가하고 옥신류인 0, 1.0 mg/L의 NAA와 0, 1.0, 3.0 mg/L BA, Kinetin, Tidiazuron을 혼합하여 제조된 배지위에 치상하여 8주간 배양한 다음 PLB의 증식율과 크기를 조사하였다.
- 석곡의 PLB로부터 효과적인 기내 식물체 생장에 미치는 활성탄(AC)와 sucrose의 효과를 확인하기 shoot primordia가 형성된 PLB를 모조직으로부터 분리하여 0, 10, 30, 50 g/L의 sucrose가 첨가된 MS 배지(8 g/L의 plant agar)에 200 mg/L의 AC가 첨가된 배지위에 치상하였다. 실험에 사용한 개체는 15개체씩 3반복하였으며 6주후에 발달된 신초의 수와 길이, 발근된 뿌리의 수와 길이를 각각 조사하였다.
- 실험에 사용한 모든 배지와 기구는 121℃, 1.5기압으로 20분간 고온·고압 멸균하여 페트리디쉬에 30 mL씩 배지를 분주하여 실험에 사용하였다.
- 0 mg/L의 NAA (Naphthalene acetic acid)와 IBA (Indol 3-butylic acid)가 첨가된 배지를 제조하였다. 위에 제조된 배지위에 잎, 구경, 뿌리를 치상하여 8주후 PLB 유도율과 크기를 조사하였다. 절편은 페트리디쉬당 10개씩, 총 30개씩 각각 치상하였고 배양실의 환경은 온도 22±1℃, 광주기 16/8시간, 광도 46 μmolm-2s-1로 조절하였다.
- 절편은 페트리디쉬당 10개씩, 총 30개씩 각각 치상하였고 배양실의 환경은 온도 22±1℃, 광주기 16/8시간, 광도 46 μmolm-2s-1로 조절하였다.
대상 데이터
- 3개월간 저온 처리된 석곡의 종자를 POM 배지에 무균적으로 파종하여 2개월간 기내배양을 통해 초장 2 cm, 근장 1 cm, 크기의 유식물체를 확보하여 유사원괴체(PLB) 유도의 재료로 사용하였다. 배양부위별 PLB유도는 석곡의 잎, 줄기, 뿌리 부위를 분절하여 실험에 사용하였다.
- 3개월간 저온 처리된 석곡의 종자를 POM 배지에 무균적으로 파종하여 2개월간 기내배양을 통해 초장 2 cm, 근장 1 cm, 크기의 유식물체를 확보하여 유사원괴체(PLB) 유도의 재료로 사용하였다. 배양부위별 PLB유도는 석곡의 잎, 줄기, 뿌리 부위를 분절하여 실험에 사용하였다. 잎 절편은 0.
- 본 연구에 사용된 실험재료는 제주생물종다양성연구소 유리온실에서 생육하고 있는 석곡(Dendrobium moniliforme)의 꼬투리 1립을 채취하여 표면을 깨끗이 씻고 건조기를 이용하여 물기를 제거한 다음 실리카겔이 포함된 보관병에 담아 4 ℃냉장고에서 3개월간 저온처리를 수행 한 다음 발아를 유도하였다. 석곡 종자의 기내 발아 유도 시 배양실의 온도 22±1℃, 광주기 16/8시간, 광도 46 μmol m-2s-1로 조절하여 실시하였다.
데이터처리
- 변이들의 집단 간 차이를 알아보기 위해서 one-way ANOVA를 실시하였고, 유의성이 있는 경우 Duncan's multiple range test로 사후검증을 하였다.
성능/효과
- 0 mg/L의 BA가 조합처리 된 처리구에서 뿌리유래 PLB를 배양한 경우, 89%의 높은 PLB증식율을 나타냈다. AC와 sucrose의 조합처리에 따른 지상부와 지하부의 신장과 발달에 미치는 영향을 조사한 결과, 지상부의 신장은 200 mg/L AC와 30 g/L sucrose를 조합처리 할 경우 6.8 cm로 엽장의 크기가 가장 컸으며, 같은 처리구에서 근장의 길이 역시, 18.7 cm로 가장 길었다. 결과적으로 본 연구는 석곡의 기내 재분화체 생산 시 배양부위, 식물생장조절물질, 활성탄, sucrose의 영향에 관해 구체적인 결과를 제시하였고, 이러한 결과는 특산식물 또는 멸종 위기 식물의 보전 및 생산에 중요한 기초자료로 제공될 것으로 사료된다.
- AC와 sucrose의 혼합처리가 석곡 유묘의 기내생장에서 유모의 shoot 부분 증식과 기내발근에 미치는 영향을 조사한 결과, 증식된 신초의 수는 200 mg/L의 AC와 10 g/L이 sucrose를 혼합처리 한 처리구에서 3.4개로 높았지만 모든 실험구에서 유의적인 결과를 나타내지는 않았다(Table 3, Fig. 2C). 엽장은 200 mg/L의 AC와 30 g/L이 sucrose를 혼합처리한 처리구에서 6.
- 2A). 근수는 200 mg/L의 AC와 30 g/L이 sucrose를 혼합처리 한 처리구에서 11.5개로, 근장은 18.7 cm로 가장 효과가 좋았다(Table 3, Fig. 2B). 기내 배양시 sucrose 농도의 감소는 고농도의 sucrose에 비해 CO2를 증가시켜 광합성능을 향상시키는 역할을 수행하며 독립영양체 식물로서의 발달을 도모한다.
- 1B). 배양 부위에 따른 PLB유도를 보면 뿌리부위의 유도율이 가장 양호하였고(Fig. 1D), 옥신종류 및 농도에 따른 0, 1.03.0 mg/L NAA와 IBA 6종의 배지 가운데 1.0 mg/L NAA가 첨가된 배지의 PLB유도율이 69%로 가장 높게 조사되었다(Table 2). 반면 NAA와 IBA가 첨가되지 않은 MS 배지에서 배양한 배양부위에서는 PLB가 형성되지 않았다(Fig.
- 4개의 뿌리를 유도하였다. 본 실험 결과와 Kim and Song (1997)의 연구를 비교하였을 때 본 연구에서 sucrose를 처리하지 않은 대조구 보다 30 g/L의 sucrose를 처리하였을 때 약 1.5배 이상의 뿌리를 유도를 나타냈고, 근장 또한 2배 이상 신장시킬 수 있었다.
- 석곡의 배양부위(잎, 근경, 뿌리)에 따라 고빈도의 PLB를 유도하기 위해 NAA와 IBA의 농도조건을 달리하여 배지를 제조한 후 각각의 절편을 배양한 결과, 1.0 mg/L의 NAA가 첨가된 배지에 석곡의 뿌리부위를 배양한 경우, 69%의 높은 PLB유도율을 나타냈고, PLB의 크기도 2.8 mm로 가장 크게 조사되었다.
- 8 mm로 가장 크게 조사되었다. 식물생장조절물질의 조합처리에 따른 PLB의 증식 및 분화에 미치는 영향을 조사한 결과, 1.0 mg/L의 NAA와 3.0 mg/L의 BA가 조합처리 된 처리구에서 뿌리유래 PLB를 배양한 경우, 89%의 높은 PLB증식율을 나타냈다. AC와 sucrose의 조합처리에 따른 지상부와 지하부의 신장과 발달에 미치는 영향을 조사한 결과, 지상부의 신장은 200 mg/L AC와 30 g/L sucrose를 조합처리 할 경우 6.
후속연구
- 7 cm로 가장 길었다. 결과적으로 본 연구는 석곡의 기내 재분화체 생산 시 배양부위, 식물생장조절물질, 활성탄, sucrose의 영향에 관해 구체적인 결과를 제시하였고, 이러한 결과는 특산식물 또는 멸종 위기 식물의 보전 및 생산에 중요한 기초자료로 제공될 것으로 사료된다.
- 또한, AC와 sucrose의 처리에 따른 최적 지상부 분화율 및 지하부 발근율의 확인으로 성공적인 기내 식물체 재분화 시스템을 확립하였다. 이러한 결과는 향후 멸종위기에 처한 야생식물의 증식을 통한 개체 확보에 중요한 기초자료로 활용되어 질 것이고 더 나아가 캘러스를 활용한 난과 식물의 형질전환을 통한 품종개량이나 유용한 유전자를 통한 형질전환 식물체의 개발에도 활용되어 질 것으로 생각된다.
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