본 연구는 다시마 유리배우체의 분리, 재생 및 성숙 유도 조건을 구명하기 위하여, 4개의 온도 조건 (5, 10, 15, $20^{\circ}C$), 4개의 조도조건 (5, 10, 20, $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$) 및 3개의 광주기 조건 (14 : 10, 12 : 12, 10 : 14 h L : D)에서 배양을 실시하였다. 다시마 암배우체의 생장은 $15^{\circ}C$, $20{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었으며, 수배우체의 생장은 $15^{\circ}C$, $5{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14 : 10 h (L : D)에서 촉진되었다. 암배우체의 성 성숙은 $5^{\circ}C$, $20{\sim}40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었으며, 수배우체의 성 성숙은 $15^{\circ}C$, $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었다. 이러한 다시마 암수유리배우체의 재생 및 성숙 유도 조건은 다시마의 품종개발과 교잡육종을 위한 유리배우체 배양에 가장 기본적인 자료로 활용될 것이다.
본 연구는 다시마 유리배우체의 분리, 재생 및 성숙 유도 조건을 구명하기 위하여, 4개의 온도 조건 (5, 10, 15, $20^{\circ}C$), 4개의 조도조건 (5, 10, 20, $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$) 및 3개의 광주기 조건 (14 : 10, 12 : 12, 10 : 14 h L : D)에서 배양을 실시하였다. 다시마 암배우체의 생장은 $15^{\circ}C$, $20{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었으며, 수배우체의 생장은 $15^{\circ}C$, $5{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14 : 10 h (L : D)에서 촉진되었다. 암배우체의 성 성숙은 $5^{\circ}C$, $20{\sim}40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었으며, 수배우체의 성 성숙은 $15^{\circ}C$, $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었다. 이러한 다시마 암수유리배우체의 재생 및 성숙 유도 조건은 다시마의 품종개발과 교잡육종을 위한 유리배우체 배양에 가장 기본적인 자료로 활용될 것이다.
Induction of regeneration and maturation of the free-living gametophytes of Saccharina japonica was studied at four temperatures (5, 10, 15 and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20 and $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$) and three photoperiods (14 : 10, 12 : 12 and 10...
Induction of regeneration and maturation of the free-living gametophytes of Saccharina japonica was studied at four temperatures (5, 10, 15 and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20 and $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$) and three photoperiods (14 : 10, 12 : 12 and 10 : 14 h L : D). Female gametophyte fragments were maintained in active regeneration without reaching sexual maturity under conditions of $15^{\circ}C$, $20{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D), whereas the conditions for male gametophytes were slightly different at $15^{\circ}C$, $5{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14 : 10 h (L : D). The sexual maturation of female and male gametophytes took place under $5^{\circ}C$, $20{\sim}40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D) and $15^{\circ}C$, $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D), respectively. These results provide basic information for controlling the regenerationand maturation of free-living gametophytes for strain improvement and cross breeding of S. japonica.
Induction of regeneration and maturation of the free-living gametophytes of Saccharina japonica was studied at four temperatures (5, 10, 15 and $20^{\circ}C$), four levels of irradiance (5, 10, 20 and $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$) and three photoperiods (14 : 10, 12 : 12 and 10 : 14 h L : D). Female gametophyte fragments were maintained in active regeneration without reaching sexual maturity under conditions of $15^{\circ}C$, $20{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D), whereas the conditions for male gametophytes were slightly different at $15^{\circ}C$, $5{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 14 : 10 h (L : D). The sexual maturation of female and male gametophytes took place under $5^{\circ}C$, $20{\sim}40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D) and $15^{\circ}C$, $40{\mu}mol\;m^{-2}\;s^{-1}$, 10 : 14 h (L : D), respectively. These results provide basic information for controlling the regenerationand maturation of free-living gametophytes for strain improvement and cross breeding of S. japonica.
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문제 정의
본 연구는 다시마 암수배우체의 분리배양시 유리배우체의 생장 및 성숙 유도를 위한 최적 배양 조건을 구명하고, 이를 이용한 다시마 유전자원의 계통주 보존 및 품종개발에 이용할 수 있는 기초자료를 제공하였다는 데 그 의의가 있다.
본 연구에서는 다시마의 암수 배우체의 분리 배양 및 생장과 성숙 조건을 파악하여 안정적인 유리배우체의 배양조건을 확립함으로써 효율적인 다시마 품종개발 및 육종의 기초를 제고하는 것을 목적으로 하였다.
가설 설정
C: Germling after zoospore release. D: Female gametophyte after 5 days culture. E: Male gametophytes after 5 days culture.
D: Female gametophyte after 5 days culture. E: Male gametophytes after 5 days culture. F: A cluster of female gametophyte after 20 days culture.
E: Male gametophytes after 5 days culture. F: A cluster of female gametophyte after 20 days culture. G: A cluster of male gametophyte after 20 days culture.
G: A cluster of male gametophyte after 20 days culture. H: A fragment of female gametophyte. I: A fragment of male gametophyte.
I: A fragment of male gametophyte. J: Regenerated cluster of female gametophyte originated from a fragment. K: Regenerated cluster of male gametophyte originated from a fragment.
J: Regenerated cluster of female gametophyte originated from a fragment. K: Regenerated cluster of male gametophyte originated from a fragment. L: Oogonia formation (arrow head) after 15 days maturation induction from a female gametophyte fragment.
제안 방법
1과 같이 유주자액을 차례로 분주하여 밀도를 낮추었다. 4~5일 후 배우체가 암수로 구별되면 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany) 하에서 각각 암배우체와 수배우체로 구분하여 별도의 직경 5 cm의 멸균된 petri dish에 수용하여 PESI 배양액 20 mL를 넣어 2~3일 간격으로 환수하였다. 암수배우체의 생장에 따라 배양용기를 250 mL로 옮겨 주고 PESI 배지를 첨가하여 각각의 암수배우체 덩어리가 직경 5 mm 크기에 도달할 때까지 60일간 통기배양하였다.
(2011)의 방법을 적용하였다. 길이생장은 호모게나이저로 분쇄 후 절단된 배우체는 분지가 없는 상태의 것을 선별해 측정하였으며, PESI 배지는 7일마다 교환해 주었다. 유리배우체의 상대생장률 (RGR)은 Wi et al.
다시마 엽체 (Fig. 2A)의 자낭반 (Fig. 2B)으로부터 방출된 유주자 (Fig. 2C)는 방출 즉시 기물에 부착하여 구형으로 착생하였으며, 15˚C와 20 μmol m-2s-1 및 14 : 10 h (L : D) 광주기 조건에서 배양 3일 후 각각 암배우체 (Fig. 2D) 또는 수배우체 (Fig. 2E)로 생장하였다.
를 멸균해수 100 mL와 함께 200 mL 비이커에 넣고 각각 호모게나이저 (DI 25basic, GMBH & Co., Germany)를 이용해 8,000 rpm의 속도로 1분, 3분, 5분간 세단한 후 암수 배우체를 분리하여 15˚C와 20 μmol m-2s-1의 조건에서 12 multiwell-plate를 사용하여 7일간 정치배양한 후 배우체의 길이생장은 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)하에서 측정하였다.
모조는 Ice box에 넣어 즉시 실험실로 운반한 뒤, 자낭반 부분을 절취하여 멸균해수로 수 회 세척한 후 멸균해수를 200 mL 채운 500 mL 용량의 비이커에 자낭반 조각을 넣고, Incubator(EYELA MTI 202B, Japan)을 이용하여 10˚C, 20 μmolm-2s-1 및 10 : 14 h (L : D)조건에서 4시간 동안 유주자 방출을 유도하였다.
배양조건은 4개 온도구간 (5, 10, 15, 20˚C)과 4개 조도구간 (5, 10, 20, 40 μmol m-2s-1) 및 3개 광주기 구간[10 : 14, 12 : 12, 14 : 10 h (L : D)]으로 설정하여 multiroom incubator (DS-14MCLP)를 이용하여, 배우체의 길이 생장 및 성숙 여부를 도립현미경으로 관찰하였다.
본 연구는 다시마 유리배우체의 분리, 재생 및 성숙 유도조건을 구명하기 위하여, 4개의 온도 조건 (5, 10, 15, 20˚C), 4개의 조도조건 (5, 10, 20, 40 μmol m-2s-1) 및 3개의 광주기조건 (14 : 10, 12 : 12, 10 : 14 h L : D)에서 배양을 실시하였다.
, Germany)를 이용해 8,000 rpm의 속도로 1분, 3분, 5분간 세단한 후 암수 배우체를 분리하여 15˚C와 20 μmol m-2s-1의 조건에서 12 multiwell-plate를 사용하여 7일간 정치배양한 후 배우체의 길이생장은 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany)하에서 측정하였다. 세단된 배우체의 재생길이는 배양 시작시의 배우체 평균 길이를 배양 완료시의 평균 길이와 비교하여 구하였다.
4~5일 후 배우체가 암수로 구별되면 도립현미경 (Axio Observer A1, Carl zeiss, Germany) 하에서 각각 암배우체와 수배우체로 구분하여 별도의 직경 5 cm의 멸균된 petri dish에 수용하여 PESI 배양액 20 mL를 넣어 2~3일 간격으로 환수하였다. 암수배우체의 생장에 따라 배양용기를 250 mL로 옮겨 주고 PESI 배지를 첨가하여 각각의 암수배우체 덩어리가 직경 5 mm 크기에 도달할 때까지 60일간 통기배양하였다.
온도구간별 실험시 조도 및 광주기는 각각 20 μmol m-2s-1 및 14 : 10h (L : D), 조도구간별 실험시 온도 및 광주기는 각각 15˚C, 14 : 10 h (L: D)였으며, 광주기구간별 실험시 온도 및 조도는 15˚C, 20 μmol m-2 s-1로 설정하였다.
2 (J, K)와 같이 각각 배우체 덩어리로 증식하였다. 이들 배우체 덩어리를 다시 세단하여 성숙을 유도한 결과 Fig. 2 (L, M)와 같이 각각 장란기와 장정기를 형성하였으며, 배양 60일 후 각각 1 L 및 3 L의 통기 플라스크에 밀집된 상태로 증식하였다 (Fig. 2N).
2 (F, G)와 같이 배우체덩어리로 증식되었다. 호모게나이저를 이용하여 절단된 암수 배우체의 절편 (Fig. 2H, I)은 배양 40일 후 Fig. 2 (J, K)와 같이 각각 배우체 덩어리로 증식하였다. 이들 배우체 덩어리를 다시 세단하여 성숙을 유도한 결과 Fig.
대상 데이터
본 연구에 사용된 성숙 모조는 국립수산과학원 해조류바이오연구센터에서 양식 실험중인 전남 완도군 약산면의 시험어장에서 2009년 7월에 채취하였다. 모조는 Ice box에 넣어 즉시 실험실로 운반한 뒤, 자낭반 부분을 절취하여 멸균해수로 수 회 세척한 후 멸균해수를 200 mL 채운 500 mL 용량의 비이커에 자낭반 조각을 넣고, Incubator(EYELA MTI 202B, Japan)을 이용하여 10˚C, 20 μmolm-2s-1 및 10 : 14 h (L : D)조건에서 4시간 동안 유주자 방출을 유도하였다.
데이터처리
실내배양실험에서 얻어진 배우체 단편의 생장률에 대한 온도, 조도 및 광주기 조건에 대한 각각의 유의성 분석은 분산분석법 (one-way ANOVA)을 이용하여 실시하였으며 (Zar 1984), 통계프로그램은 SPSS ver. 8.0과 SYSTAT ver. 9.0을 이용하여 유의수준 0.05 수준에서 이루어졌다. 생장률 데이터는 통계분석 이전에 arcsine transformation하였다 (Parker1979).
이론/모형
(2008) 및 Hwang et al.(2010)의 방법을 이용하여 구하였다.
유리배우체 절단 후 유리배우체 단편의 생장 및 성숙 유도에 유리한 최적 환경조건을 파악하기 위하여 덩어리로 자란 암수 유리배우체를 Hwang et al. (2010, 2011)의 방법에 의하여 분쇄하였다. 배양조건은 4개 온도구간 (5, 10, 15, 20˚C)과 4개 조도구간 (5, 10, 20, 40 μmol m-2s-1) 및 3개 광주기 구간[10 : 14, 12 : 12, 14 : 10 h (L : D)]으로 설정하여 multiroom incubator (DS-14MCLP)를 이용하여, 배우체의 길이 생장 및 성숙 여부를 도립현미경으로 관찰하였다.
온도구간별 실험시 조도 및 광주기는 각각 20 μmol m-2s-1 및 14 : 10h (L : D), 조도구간별 실험시 온도 및 광주기는 각각 15˚C, 14 : 10 h (L: D)였으며, 광주기구간별 실험시 온도 및 조도는 15˚C, 20 μmol m-2 s-1로 설정하였다. 조도의 측정 및 조도구간의 조정은 Hwang et al. (2011)의 방법을 적용하였다. 길이생장은 호모게나이저로 분쇄 후 절단된 배우체는 분지가 없는 상태의 것을 선별해 측정하였으며, PESI 배지는 7일마다 교환해 주었다.
성능/효과
3과 같이 암수배우체에서 차이를 나타내었다. 다시마 암수배우체 단편의 생장율은 곰피 또는 감태의 경우(Wi et al. 2008; Hwang et al. 2010)와 달리 모두 절단크기가 작을수록 생장율이 크게 나타나 다시마가 곰피나 감태보다 유리배우체의 대량 배양에 더욱 적합한 특성을 가지고 있는것으로 판단되었다.
본 연구 결과 다시마 배우체의 성숙에 대한 온도, 조도와 광주기의 영향은 암수배우체에서 각각 차이를 나타내었다. 즉 암배우체의 생장은 15˚C, 20 μmol m-2s-1, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었으며 (Table 1), 수배우체의 생장은 15˚C, 5μmol m-2-1, 14 : 10 h (L : D)에서 촉진되었다 (Table 1).
본 연구에서 나타난 다시마 유리배우체의 절단크기별 생장율은 Fig. 3과 같이 암수배우체에서 차이를 나타내었다. 다시마 암수배우체 단편의 생장율은 곰피 또는 감태의 경우(Wi et al.
암배우체의 단편 크기별 길이생장은 Fig. 3과 같이 배양 개시시 세단 크기가 가장 작았던 83.3±14.0 μm 구간에서 배양 7일 후 생장율이 4.3±0.5% day-1로 가장 높았으며,배양 개시시 세단 크기가 커질수록 생장율이 감소하여 세단 크기가 가장 컸던 실험구간에서는 배양 7일 후 생장율이 0.08±0.16% day-1로 가장 작았다.
암배우체의 온도 조건별 생장율은 Table 1과 같이 15˚C 조건에서 3.8±0.3% day-1로 가장 높았으며, 5˚C 조건에서 0.9±0.1% day-1로 가장 낮았다.
즉 배양 개시시 세단 크기가 가장 작았던 49.1±9.6 μm 구간에서 배양 7일 후 생장율이 3.9±0.4%day-1로 가장 높았으며, 배양 개시시 세단 크기가 가장 컸던 190.2±8.2 μm 구간에서는 배양 7일 후 생장율이 1.4±0.5%day-1로 가장 작았다.
후속연구
암배우체의 성 성숙은 5˚C, 20~40 μmol m-2s-1, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었으며, 수배우체의 성 성숙은 15˚C, 40 μmol m-2s-1, 10 : 14 h (L : D)에서 촉진되었다. 이러한 다시마 암수유리배우체의 재생 및 성숙 유도 조건은 다시마의 품종개발과 교잡육종을 위한 유리배우체 배양에 가장 기본적인 자료로 활용될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
다시마의 육종 방법은 무엇이 있는가?
현재까지 다시마의 육종에 대한 연구는 선발육종 (Fang etal. 1962), 돌연변이 육종 (Algal Breeding Team of Qingdao Maricultural Institute 1976), 유리배우체 교잡 (Fang et al.1962, 1985; Zhang et al. 2007), 잡종강세 (Li et al. 2007, 2008), 순계 및 자가교배법 (Liu et al. 2014)에 의한 육종기법을 발전시켜, 고생산성, 고품질 및 고수온내성 다시마 품종을 개발해 왔다.
현재 우리나라에서 다시마 품종 개발에 노력을 기울여야하는 까닭은 무엇인가?
다시마는 갈조류 다시마과 (Lee and Kang 1986)에 속하며 알긴산, 만니톨과 요오드 등 유용성분을 함유하고 있어, 식용 및 사료용으로 폭넓게 이용될 뿐만 아니라 연안 환경 개선에도 기여하고 있다 (Liu et al. 2014). 이러한 다시마의 유용성은 현재 우리나라 남해안에서 크게 발전되고 있는 전복산업의 먹이원 확보와 소비자의 웰빙 소비 추세에 따른 수요 증가에 의해 시장의 수요가 급격히 증가할 것임을 예측할 수 있게 해준다. 따라서 우리나라에서도 미래의 다시마 수요 증가에 대비한 생산량 증대를 위해 고수온 내성 및 고품질 다시마 품종 개발에 노력을 기울여야 할 때이다.
다시마는 어떤 해조류인가?
다시마는 갈조류강, 다시마과에 속하는 갈조류로, 2012년전 세계 해조류 생산량 23,776,449톤의 24%인 5,682,078톤이 생산되어, 세계에서 Eucheuma spp.에 이어 두 번째로 많은 양이 양식되고 있는 유용 해조류이다 (FAO 2012). 다시마양식은 중국, 우리나라, 북한 및 일본 등에서 주로 이루어지고 있으며(Brinkhuis et al.
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