희귀 식물 제주황기의 기내번식법 확립을 목적으로 줄기증식 및 발근을 시험하고 배양과정에서 나타나는 잎의 과수화 현상을 조직학적으로 조사하여 다음의 결과를 얻었다. 줄기유도 시 BA 및 kinetin의 처리는 다경유도 효과가 뚜렷하지 않았으며 대부분 단일 줄기로 자랐다. 하지만 BA 처리는 마디 수의 증가를, kinetin 처리는 줄기의 신장을 각각 촉진하는 효과가 있었다. 과수화(hyperhydration)된 잎은 정상 잎에 비하여 세포의 크기가 크고 책상조직의 발달이 부진하였으며, 세포의 배열이 불규칙하였다. 특히 과수화 잎의 세포는 세포 내 전분의 축적이 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 기내발근은 세 가지 배지(B5, MS, WPM) 가운데 B5 배지가 양호하였으며, 0.1 mg/L IBA 처리 시 최고의 발근율을 보였다. 발근에 미치는 절편체 위치효과(정아지 혹은 액아지)는 통계적 유의 차가 없는 것으로 나타났다. 기외삽목 발근은 0.5% IBA 분말 처리로 65%까지 발근되어 기내발근 보다 저조하였으나, 차후 생존율은 더 좋은 것으로 나타났다. 이상의 결과는 제주황기의 기내번식이 가능함을 시사하며, 이 식물의 기내 및 기외보존의 방법으로 사용될 수 있음을 보여주었다.
희귀 식물 제주황기의 기내번식법 확립을 목적으로 줄기증식 및 발근을 시험하고 배양과정에서 나타나는 잎의 과수화 현상을 조직학적으로 조사하여 다음의 결과를 얻었다. 줄기유도 시 BA 및 kinetin의 처리는 다경유도 효과가 뚜렷하지 않았으며 대부분 단일 줄기로 자랐다. 하지만 BA 처리는 마디 수의 증가를, kinetin 처리는 줄기의 신장을 각각 촉진하는 효과가 있었다. 과수화(hyperhydration)된 잎은 정상 잎에 비하여 세포의 크기가 크고 책상조직의 발달이 부진하였으며, 세포의 배열이 불규칙하였다. 특히 과수화 잎의 세포는 세포 내 전분의 축적이 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 기내발근은 세 가지 배지(B5, MS, WPM) 가운데 B5 배지가 양호하였으며, 0.1 mg/L IBA 처리 시 최고의 발근율을 보였다. 발근에 미치는 절편체 위치효과(정아지 혹은 액아지)는 통계적 유의 차가 없는 것으로 나타났다. 기외삽목 발근은 0.5% IBA 분말 처리로 65%까지 발근되어 기내발근 보다 저조하였으나, 차후 생존율은 더 좋은 것으로 나타났다. 이상의 결과는 제주황기의 기내번식이 가능함을 시사하며, 이 식물의 기내 및 기외보존의 방법으로 사용될 수 있음을 보여주었다.
In order to develop an efficient in vitro micropropagation technique for a rare plant species, Astragalus membranaceus Bunge var. alpinus N., shoot proliferation and in vitro or in vivo rootings were conducted and hyperhydrated leaf generated from cultures was histologically observed. During shoot i...
In order to develop an efficient in vitro micropropagation technique for a rare plant species, Astragalus membranaceus Bunge var. alpinus N., shoot proliferation and in vitro or in vivo rootings were conducted and hyperhydrated leaf generated from cultures was histologically observed. During shoot induction, no distinct effect on multiple shoot induction was found between BA and kinetin treatment. BA enhanced the number of internodes, whereas kinetin stimulated shoot elongation. Hyperhydrated leaf composed of bigger cells and retarded palisade parenchyma and showed irregular cell arrangement compared to normal leaf. Especially starch content in hyperhydrated leaf was significantly reduced. The best rooting rate was achieved by B5 medium among three different medium (B5, MS and WPM) and 0.1mg/L IBA treatment induced the highest rooting ratio (80%). No statistical difference was induced by explant types (apical bud or axillary bud) in terms of rooting ratio. In vivo cutting induced rooting rate up to 65% by 0.5% IBA/Talc powder treatment. Although in vivo rooting rate was less efficient compared to in vitro rooting, better survival rate was observed after soil acclimatization. Present study suggested that above micropropagation techniques can be used for rapid multiplication as well as in vitro or in vivo conservation of the species.
In order to develop an efficient in vitro micropropagation technique for a rare plant species, Astragalus membranaceus Bunge var. alpinus N., shoot proliferation and in vitro or in vivo rootings were conducted and hyperhydrated leaf generated from cultures was histologically observed. During shoot induction, no distinct effect on multiple shoot induction was found between BA and kinetin treatment. BA enhanced the number of internodes, whereas kinetin stimulated shoot elongation. Hyperhydrated leaf composed of bigger cells and retarded palisade parenchyma and showed irregular cell arrangement compared to normal leaf. Especially starch content in hyperhydrated leaf was significantly reduced. The best rooting rate was achieved by B5 medium among three different medium (B5, MS and WPM) and 0.1mg/L IBA treatment induced the highest rooting ratio (80%). No statistical difference was induced by explant types (apical bud or axillary bud) in terms of rooting ratio. In vivo cutting induced rooting rate up to 65% by 0.5% IBA/Talc powder treatment. Although in vivo rooting rate was less efficient compared to in vitro rooting, better survival rate was observed after soil acclimatization. Present study suggested that above micropropagation techniques can be used for rapid multiplication as well as in vitro or in vivo conservation of the species.
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문제 정의
, 2010) 아직까지 제주황기의 조직배양 기술은 확립되어 있지 않다. 본 연구는 자생지에서 멸종위기에 처해 있는 제주황기의 자생지 복원 및 유전자원의 보존을 목적으로 기내번식 방법을 개발하고자 하였다.
제안 방법
배양은 1일 16시간 조명(40 μm m-2 s-1), 25±2°C로 유지되는 배양실에서 실시하였다. 4 주간 배양 후 신초가 0.5 cm 이상 자란 것을 정상 줄기로 다경 및 길이를 측정하였다. 이하의 실험에서 배지의 준비와 배양 환경은 동일하게 실시하였다.
1992). George (1993)는 과수화의 억제를 위한 방법으로1) 통기가 잘되는 배양 용기의 사용, 2) 발근유도 시 배양병의 하단을 차게(cooling) 유지 시키는 방법, 3) Agar 등 경화제의 농도와 sucrose 등 탄소원의 농도를 높이는 방법, 4) Agar, gelrite 등 서로 다른 경화제를 사용하는 방법, 5) 반고체 배지를 사용하는 것보다 액체배지에서 다공성(porus) 지지물을 사용하여 줄기를 배양시키는 방법을 제시하였다. 제주황기의 기내 배양에서 관찰된 과수화는 빈도가 10% 미만으로 크게 문제시 되지는 않았으나 발근 유도 시에는 발근이 억제되었기 때문에 고려해야 될 내용으로 생각된다.
삽목 후 충분히 관수하고 1일 16시간 조명(20μ mol m-2 s-1), 온도 25±2°C로 유지되는 순화실에서 6주간 공중습도를 높게 유지하면서 배양하였다. 6주 후 발근율을 조사하였다.
MS 배지에 치상된 종자는 배양 후 5일경부터 발아하기 시작하였고, 줄기 신장이 신속하게 이루어졌으나 4주 후의 발아율이 23%로 저조하였다(data 미제시). Erisen 등(2010) 은 A.
기내 줄기 증식 과정에서 나타나는 과수화(hyperhydration) 를 관찰하기 위하여 정상적인 잎과 과수화된 잎의 조직 검경을 통해 세포구조를 비교 관찰하였다. 조직검경은 Yeung (1999)의 방법을 따랐다.
한편 기외발근 유도는 정아지가 있는 건전한 줄기를 절편으로 시험하였다. 기외삽목은 Kwon 등(1994)의 방법을 다소 변형하여 3 ~ 4 cm 길이의 줄기 절단 하부에 IBA/Talc 를 0, 0.5, 1.0 및 2.0%로 분의(粉衣) 처리한 다음 인공 혼합상토(peatmoss : perlite : vermiculite=1:1:1, v/v/v)에 이식하였다. 삽목 후 충분히 관수하고 1일 16시간 조명(20μ mol m-2 s-1), 온도 25±2°C로 유지되는 순화실에서 6주간 공중습도를 높게 유지하면서 배양하였다.
3%)를 사용하였다. 다음 발근 적정배지로 선정된 B5 배지에 IBA를 농도별(0, 0.1, 0.2 및 0.5 mg/L) 처리하고 정아지 및 액아지를 절편으로 발근에 미치는 IBA 농도 및 절편체 위치효과를 조사하였다(Fig. 3). 절편은 IBA 농도별 및 절편체 위치별로 20점씩 2반복을 두었다.
절편은 IBA 농도별 및 절편체 위치별로 20점씩 2반복을 두었다. 배양 4주 후 성적조사를 실시하여 뿌리가 1개 이상 나온 것을 발근된 것으로 간주하고 뿌리 수 및 길이를 측정하였다. 발근 식물체는 수돗물로 agar를 조심스럽게 제거하고 인공배양토(peatmoss: perlite: vermiculite = 1:1:1,v/v/v)에 이식하여 순화실에서 순화하였다.
배양은 1일 16시간 조명(40 μm m-2 s-1), 25±2°C로 유지되는 배양실에서 실시하였다.
삽목 후 충분히 관수하고 1일 16시간 조명(20μ mol m-2 s-1), 온도 25±2°C로 유지되는 순화실에서 6주간 공중습도를 높게 유지하면서 배양하였다.
종자의 표면살균은 무균상에서 70% 에탄올로 1분, 2%의 차아염소산나트륨(2% NaClO)로 10분 동안 침지 시킨 후 멸균증류수로 4~5회 세척하였다. 소독된 종자를 MS (Murashige and Skoog 1962) 기본 배지에서 발아시키고 4~5주 간의 계대배양 주기로 2년 이상 유지 하였다.
절삭은 Reichert-Jung 2040 Autocut rotary microtome 의 유리칼로 3 µm 두께로 수행하였다. 이 절편을 toluidine blue O로 염색하여 Leica DMR 광학현미경으로 관찰하고 IM-50 software를 이용 디지털카메라(Leica DC 300F)로 촬영하였다. 최소 15개의 절편을 비교하여 조사하였다.
3). 절편은 IBA 농도별 및 절편체 위치별로 20점씩 2반복을 두었다. 배양 4주 후 성적조사를 실시하여 뿌리가 1개 이상 나온 것을 발근된 것으로 간주하고 뿌리 수 및 길이를 측정하였다.
절편은 액아 마디를 약 2 cm 길이로 절단하여 MS 배지에 BA 및 kinetin을 각각 농도별(0, 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 및 5.0 mg/L로 처리하여 증식시험 하였다(Fig. 1). 배지는 150 × 30 mm의 유리시험관에 8 ml씩 분주하여 121°C에서 20분간 고압멸균 후 사용하였다.
종자는 4°C에 저온저장하였다가 수돗물에 24시간 침지하여 최아(催芽)를 촉진시킨 다음 기내파종하였다.
한편 기외발근 유도는 정아지가 있는 건전한 줄기를 절편으로 시험하였다. 기외삽목은 Kwon 등(1994)의 방법을 다소 변형하여 3 ~ 4 cm 길이의 줄기 절단 하부에 IBA/Talc 를 0, 0.
희귀식물 제주황기의 기내번식법 확립을 목적으로 줄기증식 및 발근을 시험하고 배양과정에서 나타나는 잎의 과수화 현상을 조직학적으로 조사하여 다음의 결과를 얻었다. 줄기유도 시 BA 및 kinetin의 처리는 다경유도 효과가 뚜렷하지 않았으며 대부분 단일 줄기로 자랐다.
대상 데이터
국립산림과학원 난아열대연구소로부터 분양 받은 제주 황기 종자를 시료로 사용하였다. 종자는 4°C에 저온저장하였다가 수돗물에 24시간 침지하여 최아(催芽)를 촉진시킨 다음 기내파종하였다.
기내발근을 위하여 잎의 발달이 양호한 건전한 줄기를 발근 재료로 사용하였다. 적정 기내 발근 배지를 구명하기 위하여 B5 (Gamborg et al.
기내발근을 위하여 잎의 발달이 양호한 건전한 줄기를 발근 재료로 사용하였다. 적정 기내 발근 배지를 구명하기 위하여 B5 (Gamborg et al., 1968), MS 및 WPM (Lloyd G. and McCown B., 1981) 기본배지(sucrose 3%, gelrite 0.3%)를 사용하였다. 다음 발근 적정배지로 선정된 B5 배지에 IBA를 농도별(0, 0.
이 절편을 toluidine blue O로 염색하여 Leica DMR 광학현미경으로 관찰하고 IM-50 software를 이용 디지털카메라(Leica DC 300F)로 촬영하였다. 최소 15개의 절편을 비교하여 조사하였다.
데이터처리
각 처리간 유의성 검정을 위해서는 one-way ANOVA를 실시하였고, 유의성이 있는 경우 Duncan’s multiple range test로 차후검증을 실시하였다.
이론/모형
기내 줄기 증식 과정에서 나타나는 과수화(hyperhydration) 를 관찰하기 위하여 정상적인 잎과 과수화된 잎의 조직 검경을 통해 세포구조를 비교 관찰하였다. 조직검경은 Yeung (1999)의 방법을 따랐다. 조직의 샘플 고정은 2.
성능/효과
적정배지 선정을 위한 발근시험 결과는 Figure 3과 같다. 4주 간의 배양 결과 MS 배지는 6.7%로 발근율이 저조했으며, WPM은 33%의 발근율을 나타냈다. B5에서는 가장 좋은 43%의 발근율을 보였다.
특히 과수화 잎의 세포는 세포 내 전분의 축적이 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 기내발근은 세 가지 배지(B5, MS, WPM) 가운데 B5 배지가 양호하였으며, 0.1 mg/L IBA 처리 시 최고의 발근율을 보였다. 발근에 미치는 절편체 위치효과(정아지 혹은 액아지)는 통계적 유의차가 없는 것으로 나타났다.
발근에 미치는 절편체 위치효과(정아지 혹은 액아지)는 통계적 유의차가 없는 것으로 나타났다. 기외삽목 발근은 0.5% IBA 분말 처리로 65%까지 발근되어 기내발근 보다 저조하였으나, 차후 생존율은 더 좋은 것으로 나타났다. 이상의 결과는 제주 황기의 기내번식이 가능함을 시사하며, 이 식물의 기내 및 기외보존의 방법으로 사용될 수 있음을 보여주었다.
이 같은 결과는 기내발근에 비해 다소 저조한 발근율이지만 차후 토양 이식 후의 생존율과 생장이 기내발근묘 보다 양호하게 나타났다(data 미 제시). 따라서 순화묘목까지의 생산성을 고려한다면 제주황기는 기외삽목법이 더 효율적인 것으로 나타났다. 이러한 기외삽목 기술은 발근이 까다로운 여러 활엽수종의 발근 유도에서 효과적인 것으로 보고된 바 있으며(Kwon et al.
제주황기는 정아 우세 현상이 뚜렷하여 모든 처리구에서 절편 당 한 개의 줄기가 유도되었고 간혹 2개의 줄기로 자라는 것이 관찰되었다. 따라서 제주황기의 기내증식은 다경 유도를 통한 증식보다는 마디 절편으로 나누어 증식함이 효과적인 것으로 나타났다. 전반적으로 BA는 줄기 마디 수의 형성을 촉진한 반면 kinetin은 줄기의 신장을 촉진하는 경향을 보였다(Fig.
0% 처리간에는 발근율에 통계적인 차이가 없었으나 2% 처리시에는 차이를 보였다. 따라서 제주황기의 기외발근 유도는 0.5 ~ 1.0% IBA로 분의 처리함이 좋을 것으로 판단된다. 이 같은 결과는 기내발근에 비해 다소 저조한 발근율이지만 차후 토양 이식 후의 생존율과 생장이 기내발근묘 보다 양호하게 나타났다(data 미 제시).
5, 6). 따라서 제주황기의기내발근은 0.1 mg/L IBA 처리가 적정조건으로 나타났다.
세포조직학적 관찰 결과 과수화 된 잎은 모든 세포의 크기가 크고 책상조직의 발달이 부진하였다. 또한, 정상적인 잎에 비하여 책상조직과 해면조직 그리고 표피 세포 모두 불규칙하고 세포 간극의 크기가 큰 것으로 관찰되었으며 세포내의 전분 축적량은 현저히 감소되어 있었다. 또한 잎의 주맥(main vein)이 중심에서 다소 옆으로 벗어난 곳에 위치하였다(Fig.
5% IBA 처리 시 65%까지 발근되었으며, IBA 1%에서 59%, 2%에서 45%의 발근율을 보였다. 무처리구와 IBA 0.5, 1.0% 처리간에는 발근율에 통계적인 차이가 없었으나 2% 처리시에는 차이를 보였다. 따라서 제주황기의 기외발근 유도는 0.
정아가 있는 건전한 줄기를 재료로 IBA 농도별 분의 처리 후 기외삽목한 결과는 Figure 7과 같다. 발근율은 무처리에서 57%, 0.5% IBA 처리 시 65%까지 발근되었으며, IBA 1%에서 59%, 2%에서 45%의 발근율을 보였다. 무처리구와 IBA 0.
발근율은 IBA 처리 농도 및 절편체의 위치에 따라 차이가 있어 40 ~ 80% 까지 발근율 차이를 보였다. 발근은 0.1 mg/L IBA 조건에서 가장 좋았으며, 이 농도에서 뿌리 수 및 뿌리의 생장이 가장 양호하였다. 다른 농도에서는 무처리와 비교하여 발근에 통계적인 유의차가 없었으나 뿌리 수 및 뿌리의 생장은 IBA 처리 및 절편위치에 따라 차이를 보였다(Fig.
0% IBA로 분의 처리함이 좋을 것으로 판단된다. 이 같은 결과는 기내발근에 비해 다소 저조한 발근율이지만 차후 토양 이식 후의 생존율과 생장이 기내발근묘 보다 양호하게 나타났다(data 미 제시). 따라서 순화묘목까지의 생산성을 고려한다면 제주황기는 기외삽목법이 더 효율적인 것으로 나타났다.
5% IBA 분말 처리로 65%까지 발근되어 기내발근 보다 저조하였으나, 차후 생존율은 더 좋은 것으로 나타났다. 이상의 결과는 제주 황기의 기내번식이 가능함을 시사하며, 이 식물의 기내 및 기외보존의 방법으로 사용될 수 있음을 보여주었다.
따라서 제주황기의 기내증식은 다경 유도를 통한 증식보다는 마디 절편으로 나누어 증식함이 효과적인 것으로 나타났다. 전반적으로 BA는 줄기 마디 수의 형성을 촉진한 반면 kinetin은 줄기의 신장을 촉진하는 경향을 보였다(Fig. 1).
정상적으로 발근된 식물체를 혼합 인공상토(peatmoss:perlite: vermiculite = 1:1:1, v/v/v)에 이식하여 온실에서 4주간 순화시킨 결과 기외발근묘는 90% 이상의 높은 활착을 보인 반면 기내발근묘는 60% 미만으로 활착되었다. 이러한 차이는 발근묘의 이식과정에서 뿌리가 부러지거나 상처를 받았거나 스트레스로 인한 고사로 보인다.
액아 마디를 절편으로 BA와 kinetin을 각각 농도별로 처리하여 배양한 결과는 Figure 1과 같다. 제주황기는 정아 우세 현상이 뚜렷하여 모든 처리구에서 절편 당 한 개의 줄기가 유도되었고 간혹 2개의 줄기로 자라는 것이 관찰되었다. 따라서 제주황기의 기내증식은 다경 유도를 통한 증식보다는 마디 절편으로 나누어 증식함이 효과적인 것으로 나타났다.
후속연구
따라서 제주황기의 기내 배양 증식은 기내발근 보다는 기외발근의 방법이 차후의 생존율 제고에 유리할 것으로 보인다. 기내발근묘의 토양이식 순화율 제고는 앞으로 더 연구되어야 할 내용이다.
이러한 차이는 발근묘의 이식과정에서 뿌리가 부러지거나 상처를 받았거나 스트레스로 인한 고사로 보인다. 따라서 제주황기의 기내 배양 증식은 기내발근 보다는 기외발근의 방법이 차후의 생존율 제고에 유리할 것으로 보인다. 기내발근묘의 토양이식 순화율 제고는 앞으로 더 연구되어야 할 내용이다.
cariensis의 기내배양에서 종피(seed coat) 무처리 종자는 10%정도 발아되고 종피를 절단한 종자는 100% 발아된다고 하여 종피의 절단 처리가 발아의 주요요인 이라고 하였다. 제주황기의 저조한 발아율은 종피 문제로 인한 기계적 발아억제로 추정되며, 차후 발아율 향상을 위하여 종피 처리실험이 수행되어야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
제주황기는 무엇인가?
콩과에 속하는 제주황기(Astragalus membranaceus Bunge var. alpinus N)는 다년생 초본식물로 한라산 해발 1,600 m 이상의 고산지대에 드물게 자라는 제주 특산식물 가운데 하나이다. 키는 10 ~ 30 cm 정도 자라며 꽃은 7월에서 8월까지 황백색으로 핀다.
제주황기의 꽃은 언제 피는가?
alpinus N)는 다년생 초본식물로 한라산 해발 1,600 m 이상의 고산지대에 드물게 자라는 제주 특산식물 가운데 하나이다. 키는 10 ~ 30 cm 정도 자라며 꽃은 7월에서 8월까지 황백색으로 핀다. 9월에 익는 열매는 협과(꼬투리로 맺히는 과실)로 잔털이 있으며, 긴 타원형인 꼬투리에 보통 2개의 종자가 들어 있다(Lee 1993).
황기는 어떤 질병의 치료제로 쓰여왔는가?
황기는 면역촉진, 간장보호제, 발한억제제, 이뇨제, 신장염, 당뇨병, 백혈병, 암의 치료제로 전통적인 의약품으로 사용되어 왔으며(Erison et al. 2010), 여러 종이 의약용 껌(gum)의 생산과 직물산업에 사용되었다.
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