[논문]층층둥굴레(Polygonatum stenophyllum Maxim.)의 캘러스 유도 및 기내 식물체 분화

박민완; 류시현; 이윤영; 송재모; 김진호; 안영희; 배기화

doi:10.5010/jpb.2018.45.3.266

층층둥굴레(Polygonatum stenophyllum Maxim.)의 캘러스 유도 및 기내 식물체 분화
Callus induction and in vitro plant regeneration of Polygonatum stenophyllum Maxim. 원문보기

Journal of plant biotechnology = 식물생명공학회지, v.45 no.3, 2018년, pp.266 - 272

박민완 (국립낙동강생물자원관) , 류시현 (국립낙동강생물자원관) , 이윤영 (황학산수목원) , 송재모 (강원도산림개발연구원) , 김진호 (경북대학교) , 안영희 (중앙대학교) , 배기화 (국립낙동강생물자원관)

초록
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본 연구는 백합과에 속하며 환경부에서는 멸종위기종 리스트 중 관심종으로 분류된 층층둥굴레의 기내 증식에 미치는 연근별, 호르몬 종류와 농도별 배양환경을 조사하기 위해 수행되었다. 효과적인 캘러스 유도조건을 알아보고자 0.1, 0.5, 1.0, $1.5mg{\cdot}L^{-1}$의 2,4-D가 첨가된 MS배지에 1, 3, 5년생 층층 둥굴레 근경을 치상한 후에 캘러스 유도율을 조사한 결과, $0.5mg{\cdot}L^{-1}$ 2,4-D 배지에 2년생 근경 배양한 배지에서 87%의 캘러스 유도율을 보였다. 1년생 근경은 67%, 5년생 근경은 50%로 조사되었다. 층층둥굴레 캘러스 유래의 부정아 유도는 0.5 mg/L NAA 처리구에서 57%로 조사되었다. 호르몬이 첨가되지 않은 대조구에서는 부정아가 유도되지 않았다. 층층둥굴레 부정아의 신장과 발근에 적합한 호르몬의 종류와 농도를 조사하였다. 층층둥굴레 부정아 신장의 최적 조건은 $0.1mg{\cdot}L^{-1}$ BA 호르몬이 첨가된 배지이고 BA의 농도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였다. 그리고 기내에서 무균적으로 온전한 개체를 생산하기 위해 shoot 부위가 신장된 부정아에서 발근에 적합한 배지를 조사하였다. 발근에 적합한 조건은 호르몬이 첨가되지 않은 대조구이며 뿌리의 길이는 11 cm로 조사되었다. 본 연구결과에서 층층둥굴레 연생별 근경, 옥신종류 및 농도에 따른 최적의 캘러스 유도조건을 조사하였고, 유도된 캘러스를 이용하여 분화에 최적조건을 조사하였다. 또한 발근에 필요한 최적의 조건을 조사하여 성공적인 기내배양을 통한 재분화 시스템을 확립하였다. 이러한 결과는 향후 층층둥굴레의 개체보전과 생물소재 활용을 위한 소재확보에 중요한 기초자료를 제공할 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A Polygonatum stenophyllum Maxim. is an important endangered plant belonging to the family Liliaceae. A method was developed for the rapid micropropagation of P. stenophyllum through plant regeneration from rhizome (1-year, 3-years, and 5-years) explant-derived calli. The rhizome segments were cultured in Murashige and Skoog (MS) medium supplemented with varying concentrations of 2,4-D (0, 0.5, 1.0, $1.5mg{\cdot}L^{-1}$) for callus induction. In media supplemented with $0.5mg{\cdot}L^{-1}$ of 2,4-D, 87% of 3-years rhizome produced callus. Subsequently, the callus was transferred to 1/2MS medium supplemented with various concentrations of IAA, IBA, NAA, and 2,4-D (0, 0.1, 0.5 and $1.0mg{\cdot}L^{-1}$) for adventitious shoot formation. The highest percentage of adventitious shoot induction (57%) was observed in 1/2MS medium containing $0.5mg{\cdot}L^{-1}$ of NAA. Elongation of the adventitious shoot was achieved in 1/2MS medium supplemented with $0.1mg{\cdot}L^{-1}$ of BA. Rooting was achieved in 1/2MS medium without any hormones. It is hypothesized that the stated in vitro propagation protocol will be useful for conservation and mass propagation of the endangered Polygonatum stenophyllum Maxim. for bioresources.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 증식과 보전연구의 일환으로 종자 번식, 기내증식 등의 지속적인 연구도 수행하고 있다. 따라서 본 연구는 층층둥굴레의 세포에서 유래된 재분화 개체의 증식법을 연구하여 또 다시 멸종위기에 처하지 않도록 복원에 대한 안전한 가이드라인을 제시하고, 생물소재 활용을 위한 대량증식 매뉴얼 개발의 기초자료를 확보하고자 본 연구를 수행하였다.

제안 방법

이는 위의 결과들과 비교하여 수종은 다르지만 층층둥굴레도 내생옥신이 많아 외부호르몬 처리 없이도 발근이 이루어졌음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구결과에서 층층둥굴레 연생별 근경, 옥신종류 및 농도에 따른 최적의 캘러스 유도조건을 조사하였고, 유도된 캘러스를 이용하여 분화에 최적조건을 조사하였다. 또한 발근에 필요한 최적의 조건을 조사하여 성공적인 기내배양을 통한 재분화 시스템을 확립하였다.
층층둥굴레는 야생에서 채취가 어렵고 2년 발아를 한다고 알려져 있어 조직배양을 통한 야생복원과 생물소재로 활용하기가 매우 까다롭다. 따라서 조직배양을 통한 원활한 식물체 생산을 위해 본 연구에서는 우선 근경의 노화 정도에 따라 캘러스 유도율을 조사하였다. 층층둥굴레의 연근경별 캘러스 유도에 미치는 각각의 호르몬종류와 농도를 알아보기 위해 1년(Fig.

대상 데이터

본 실험에 사용된 층층둥굴레(Polygonatum stenophyllum Maxim)는 여주에 위치한 황학산수목원에서 종자와 3년생, 5년생 개체를 분양받았고, 3년생, 5년생 개체는 근경을 분리하여 살균 후 기내 도입하였다. 층층둥굴레 근경의 살균 방법은 분리한 3년생, 5년생 근경에 뭍은 이물질을 흐르는 물에서 수세하고 멸균된 증류수로 1차 세척한 다음 70% ethanol에 1분간 표면 살균한 후, 1% NaOCl 용액에 침지하여 20분간 흔들어 주었다.

데이터처리

모든 데이터는 평균 ± 표준편차로 표시하였고, 집단 간 변이 차이를 알아보기 위해서 one-way ANOVA를 실시하여, 유의성이 있는 경우 Duncan’s multiple range test로 사후검증을 실시하였다. 통계적 유의성은 P<0.

성능/효과

그리고 기내에서 무균적으로 온전한 개체를 생산하기 위해 shoot 부위가 신장된 부정아에서 발근에 적합한 배지를 조사하였다. 발근에 적합한 호르몬 처리농도를 알아보기 위해 신장된 부정아를 옥신류 호르몬이 농도별로 첨가된 배지에 치상하여 4주간 배양한 결과, 호르몬을 처리하지 않은 대조구에서 뿌리의 길이가 11 cm로 조사되었다 (Table 4). 층층둥굴레 부정아 유래의 뿌리는 배양 2주가 경과하면 4 ~ 5개가 배지의 아래 부분으로 길게 1차 신장을 한다.
한편, NAA를 제외한 다른 옥신류 처리 구에서는 부정아 유도율이 5%미만으로 조사되었고(Table 2), 사이토키닌류인 BA와 Kinetin을 처리구는 전혀 부정아 유도가 이루어지지 않았다(데이터 미제시). 본 실험 결과 층층둥 굴레 캘러스로부터 부정아를 유도하기 위해서는 NAA의 처리가 가장 효과적인 것을 확인할 수 있었다. Matsuoka와 Hinata (1979)에 의해 8.
0 mg·L^-1 BA와 Kintin을 단용 처리하여 4주간 배양한 결과는 Table 3과 같다. 층층둥굴레 부정아를 0.1 mg·L^-1 BA가 첨가된 배지에 치상하여 배양할 경우, 4주 후에 신초길이는 3 cm로 신장하였고(Fig. 2B), BA의 농도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였다. 신초가 신장된 후 호르몬이 첨가되지 않는 1/2MS배지로 옮겨 4주간 배양하면 본엽이 신장되었다(Fig.
1G) 근경 모두에서 노란색의 캘러스가 유도되었다. 캘러스 유도율은 0.5 mg·L^-1 2,4-D가 첨가된 배지에 3년생 근경을 배양할 경우 87%로 가장 높게 조사되었다(Table 1). 한편, 2,4-D의 농도가 높아지면 캘러스 유도율이 감소하는 경향을 보였다(Table 1).

후속연구

또한 발근에 필요한 최적의 조건을 조사하여 성공적인 기내배양을 통한 재분화 시스템을 확립하였다. 이러한 결과는 향후 층층둥굴레의 개체보전과 생물소재 활용을 위한 소재확보에 중요한 기초자료로 사용될 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내의 둥굴레속 자생지역은?	본 연구의 대상종인 층층둥굴레가 속한 둥굴레속은 북반구 온대지방에 30 ~ 40여종이 자라며, 우리나라에는 10종, 4변종이 분포하고 있는 것으로 알려져 있다. 우리나라에서는 경기도, 강원도, 충청도 일대의 강이나 모래가 퇴적된 하천주변에 자생하며, 야생 생육형태 중 지하부의 특징으로는 수평방향으로 지하경이 신장한다. 줄기는 30 ~ 90 cm로 털이 없어 표면이 매끈하며 잎의 앞면은 녹색이고 뒷면은 연한 녹색을 띠며 대생한다.
	층층둥굴레란 무엇인가?	층층둥굴레(Polygonatum stenophyllum Maxim.)는 백합과(Liliaceae) 둥굴레속(Polygonatum)에 속하는 다년생식물이다. 본 연구의 대상종인 층층둥굴레가 속한 둥굴레속은 북반구 온대지방에 30 ~ 40여종이 자라며, 우리나라에는 10종, 4변종이 분포하고 있는 것으로 알려져 있다.
	다른 둥글레와 차별되는 층층둥굴레의 특징은?	줄기는 30 ~ 90 cm로 털이 없어 표면이 매끈하며 잎의 앞면은 녹색이고 뒷면은 연한 녹색을 띠며 대생한다. 층층둥굴레는 마디사이가 위로 올라갈수록 넓어지는 것이 다른 둥굴레와 다른 특징이다. 꽃은 6월에 피고 황색이며 잎겨드랑이에 달린다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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