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문제 정의
- 본 연구는 고구마 바이러스 무병묘의 기내급속증식을 위한 적정 생장조절물질 및 sucrose 농도와 최소생장 기내보존에 미치는 광의 영향을 구명하기 위하여, 고체 및 액체배지에서 생장조절물질 및 sucrose 농도에 따른 기내생장 특성과 15°C 저온에서 기내배양 유식물체의 최소생장 기내보존 기간 등을 조사하였다.
제안 방법
- 치상이 끝난 샬레는 수분 증발을 억제하기 위하여 파라필름(Parafilm M, American Can Co., USA) 1겹과 랩 3겹으로 싸서, 25°C, 27μmol･m-2･s-1 형광등 하에서 1주 동안 발근시켰다.
- 기내보존 배지는 0.2mg·L-1 BA를 첨가한 MS배지에 투명도를 높이기 위하여 0.4% Gelrite (Sigma Chemical Co., USA)를 첨가하여, ‘맛나미’와 ‘황미’의 정단(10mm)을 샬레 당 10개체씩 밀식하여 치상하였다.
- 광량은 20cm 거리에서 150±5μmol·m-2·s-1 photosynthetic photon flux density (PPFD)를 유지하였으며, 명기: 암기는 16:8 시간, 배양온도는 25±1°C로 조절하였다.
- 또한 배지물리성에 따른 적정 sucrose 농도를 구명하기 위하여, 0.2mg·L-1 BA를 첨가한 한천배지(0.8%)와 액체배지에 각각 0, 3, 5, 7, 9% sucrose 를 첨가하여 사용하였다.
- 무병묘 마디배양을 위한 적정 생장조절제 농도를 구명하기 위하여, MS기본배지에 0, 0.05, 1.0mg·L-1 NAA (1-naphthaleneacetic acid)와 0.2, 0.5, 1.0mg·L-1 BA (6-benzyladenine)를 조합한 8종의 0.8% 한천배지를 1회용 샬레(90×20mm) 에 25mL 씩 분주하여 사용하였다.
- 육질이 분질인 ‘맛나미’와 주황색 점질로 생식용인 ‘신황미’의 정단 분열조직 유래의 무병 식물체를 MS기본배지 (Murashige와 Skoog, 1962)에서 5cm 크기로 증식하여 재료로 사용하였다. 정단배양은 원줄기 상부 약 10mm를 잘라 치상하였고, 마디배양은 정단을 제거한 상위 마디를 10mm 크기로 잘라 샬레당 6개체씩 치상하였다.
- 광량은 20cm 거리에서 150±5μmol·m-2·s-1 photosynthetic photon flux density (PPFD)를 유지하였으며, 명기: 암기는 16:8 시간, 배양온도는 25±1°C로 조절하였다. 배양 4주 후에 줄기길이, 줄기두께, 잎수, 뿌리수, 생체중 및 건물중 등을 측정하였다. 건물중은 65°C의 열풍순환건조기(VS4300D, Vision Scientific Ceo.
- 기내보존 온도는 배양실 온도보다 낮은 15°C로 조절하였다(Lee와 Kwon, 2013). 기내보존 후 1개월 간격으로 6개월까지 생존율을 조사하였고, 최소생장 기내보존 전과 5개월 후의 줄기길이, 줄기두께, 잎수, 뿌리수, 뿌리길이 등을 측정하였다.
- 시험구 배치는 완전임의배치 5반복으로 하여, 반복당 10 개체의 생육특성을 조사하였고, 최소생장 기내보존의 생존율은 반복당 30개체를 조사하였다. 데이터 분석은 SAS 통계 프로그램(statistical analysis system, V 9.
- 고구마 바이러스 무병묘의 기내급속증식을 위한 적정 생장 조절물질 및 sucrose 농도, 최소생장 기내보존(15°C)에 미치는 광의 영향과 생존율 및 기내생장 특성 등을 조사하였다.
대상 데이터
- 육질이 분질인 ‘맛나미’와 주황색 점질로 생식용인 ‘신황미’의 정단 분열조직 유래의 무병 식물체를 MS기본배지 (Murashige와 Skoog, 1962)에서 5cm 크기로 증식하여 재료로 사용하였다.
데이터처리
- 데이터 분석은 SAS 통계 프로그램(statistical analysis system, V 9.1, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여, ANOVA (analysis of variance) 및 던컨의 다중검정분석(Duncan’s multiple range test) 과 T-test로 p≤0.05수준에서 각 처리 평균 간의 유의차를 비교하였다.
성능/효과
- 고구마 바이러스 무병묘 증식을 위한 마디배양에 미치는 생장조절제의 영향을 배양 4주 후에 조사한 결과, 0.2-0.5mg·L-1BA 첨가배지에서 ‘맛나미’와 ‘신황미’ 모두 줄기길이, 줄기 직경, 잎수, 생체중 및 건물중이 가장 양호하였다(Table 1).
- 이상과 같이 고구마무병묘 증 식을 위한 마디배양 배지는 캘러스 형성이 없으면서 줄기신장, 줄기직경, 잎수, 뿌리수, 생체중 및 건물중 등이 양호한 0.2mg·L-1 BA 첨가배지가 적합하였다
- 품종간에는 ‘맛나미’보다 ‘신황미’의 소식물체 생육이 양호한 특성 을 보였으며, ‘맛나미’와 ‘신황미’ 모두BA 0.2-0.5mg·L-1 첨 가배지에서 줄기길이, 줄기직경, 잎수, 생체중 및 건물중 등이 양호하였다.
- 0.2-0.5 mg· L-1 BA 첨가배지에서 가장 좋은 생육을 보였는데, 0.5-1 mg· L-1 의 BA 첨가배지에서는 절단면에 캘러스가 발생하는 문제가 있었다.
- 5mg·L-1BA 첨가배지에서 ‘맛나미’와 ‘신황미’ 모두 줄기길이, 줄기 직경, 잎수, 생체중 및 건물중이 가장 양호하였다(Table 1). 마디배양에 미치는 NAA와 BA 혼합배지의 영향은 절단면에 캘러스를 형성하여 줄기생장에 효과적이지 않았으며, BA함량이 높을수록 캘러스 및 shoot 발달은 빠른 경향을 보였다. 소식물체의 생육은 BA 단독첨가 배지에서 양호하였다.
- 5-1 mg· L-1 의 BA 첨가배지에서는 절단면에 캘러스가 발생하는 문제가 있었다. 또한 생장조절제를 첨가하지 않은 MS배지에 서는 줄기길이, 생체중, 건물중 등이 유의하게 낮았다. 품종간에는 ‘맛나미’보다 ‘신황미’의 소식물체 생육이 양호한 특성 을 보였으며, ‘맛나미’와 ‘신황미’ 모두BA 0.
- 또한 마디배양보다 정단배양에서 왕성한 생육을 보였고, 품종 간에는 ‘신황미’의 생육이 ‘맛나미’보다 고체 및 액체배지에서 모두 유의한 증가를 보였다.
- 무병묘 기내증식을 위한 배지 물리성 및 sucrose 농도의 영향을 비교하기 위하여, sucrose 농도를 달리하여 정단 및 마디 배양을 한 결과, 신초생육은 고체배지보다 액체배지에서 양호하였다(Fig. 1). 배지 물리성에 따른 sucrose 농도는 액체배지는 3%, 고체배지는 5% 에서 줄기신장이 가장 양호하였다.
- 1). 배지 물리성에 따른 sucrose 농도는 액체배지는 3%, 고체배지는 5% 에서 줄기신장이 가장 양호하였다. Nam 등(2016)은 생장조절제를 첨가하지 않은 MS배지의 고구마 마디배양에서 초장, 잎수 및 생체중 등이 고체배지보다 액체배지에서 양호하였다고 하였으며, Ndagijimana 등(2014)은 고구마 마디배양에서 신초신장이 150mM sucrose 첨가배지에서 가장 양호하다고 하여, 본 연구결과와 같았다.
- 다만 본 연구에서는 고체배지보다 액체배지에서 개체간 생장이 불균일하였으며, 특히 마디배양에서 심한 경향이었다. 또한 sucrose 무첨가배지에서는 배양부위에 관계없이 생육이 극히 불량하였으며, 배양부위에 따라 액체 및 고체배지에서 적정 sucrose 농도는 다른 것으로 나타났다. 고체배지에서 줄기직경, 잎수, 생체중 및 건물중은 배양부위, 품종 및 sucrose 농도에 따른 유의한 차이를 보였으며, 뿌리수 및 뿌리길이는 sucrose 농도에 따라 유의한 차이를 보였다(Table 2).
- 또한 sucrose 무첨가배지에서는 배양부위에 관계없이 생육이 극히 불량하였으며, 배양부위에 따라 액체 및 고체배지에서 적정 sucrose 농도는 다른 것으로 나타났다. 고체배지에서 줄기직경, 잎수, 생체중 및 건물중은 배양부위, 품종 및 sucrose 농도에 따른 유의한 차이를 보였으며, 뿌리수 및 뿌리길이는 sucrose 농도에 따라 유의한 차이를 보였다(Table 2). 액체배지에서 잎수는 품종 간에 유의한 차이가 없었으며, 뿌리수, 생체중 및 건물중 등이 배양부위, 품종 및 sucrose 농도에 따른 유의한 차이를 보였고, 줄기직경 및 뿌리길이는 품종과 sucrose 농도에 따라 유의한 차이를 나타냈다(Table 3).
- 고체배지에서 줄기직경, 잎수, 생체중 및 건물중은 배양부위, 품종 및 sucrose 농도에 따른 유의한 차이를 보였으며, 뿌리수 및 뿌리길이는 sucrose 농도에 따라 유의한 차이를 보였다(Table 2). 액체배지에서 잎수는 품종 간에 유의한 차이가 없었으며, 뿌리수, 생체중 및 건물중 등이 배양부위, 품종 및 sucrose 농도에 따른 유의한 차이를 보였고, 줄기직경 및 뿌리길이는 품종과 sucrose 농도에 따라 유의한 차이를 나타냈다(Table 3). 또한 마디배양보다 정단배양에서 왕성한 생육을 보였고, 품종 간에는 ‘신황미’의 생육이 ‘맛나미’보다 고체 및 액체배지에서 모두 유의한 증가를 보였다.
- 또한 마디배양보다 정단배양에서 왕성한 생육을 보였고, 품종 간에는 ‘신황미’의 생육이 ‘맛나미’보다 고체 및 액체배지에서 모두 유의한 증가를 보였다. 생육특성별로 보면 줄기직경은 고체배지에서는 마디배양은 7%까지, 정단배양은 9%까지 sucrose 농도가 높아질수록 굵어졌으며, 액체배지에서는 마디배양 및 정단배양 모두 sucrose 농도가 높아질수록 줄기직경이 굵어지는 경향이었다. 잎수는 마디 및 정단배양 모두 고체배지에서는 5-7% sucrose농도에서, 액체배지에서는 3-5% sucrose 농도에서 가장 많았다.
- 고구마 무병묘의 줄기정단(1cm)을 치상하여 1주일간 발근 시킨 다음, 15°C 저온항온기에서 암조건(대조구)과 LED 사구에서 기내보존한 결과, 암조건에서는 1개월 후부터 잎이 급격히 황화되면서 2개월 후에는 대부분의 잎이 고사되었고, 3개월 후에는 줄기까지 모두 고사하였다.
- 본 연구에서 고구마 무병묘의 최소생장 기내보존은 광이 필수적이며, 15°C 저온과 샬레를 이용한 밀식으로 좁은 공간에 대량보존이 가능하여 경제적이었다.
- 다만 15°C에서는 줄기 및 뿌리 생장량이 너무 억제되는 경향으로, 보존온도를 18-20°C 정도 로 높이거나, 초기배양 기간을 2주정도로 늘리는 것이 바람직할 것으로 보였다.
- LED 광하에서 5개월 후의 무병묘 생육은 ‘맛나미’의 뿌리수를 제외하고는 최소생장 기내보존 후의 줄기길이, 잎수, 줄기두께, 뿌 리길이 등에서 유의한 증가를 보였다(Table 4).
- 기내배양에서 탄소원으로 이용되는 sucrose는 부정아 유도와 초장, 생체중 및 엽록소 함량 등을 증가시키는 필수요 소로, 식물의 종이나 genotype 및 배양부위에 따라 적정량이 다른데, sucrose 무첨가 배지에서는 부정아 형성이 안 되거나 늦으며, 과다한 sucrose 첨가는 삼투압 증가로 오히려 부정아발달 및 생장을 억제한다는 기존의 연구결과와 같은 경향이었다(Nowak 등, 2004; Karim 등, 2007). 또한 고구마 대량증식 시스템에서 액체배지를 이용한 현탁배양은 생장이 빠르고 다수의 곁눈발생을 촉진하여 증식효율이 높지만, 시스템이 확충되지 않은 소규모 배양실에서 액체배지를 이용한 마디배양은 묘생장이 균일하지 못하고, 배지를 자주 교체하는 노력을 감안할 때, 고체배지가 효과적일 것으로 보였다. 다만 기내묘의 토양이식을 위한 순화과정에서는 액체배지가 한천 제거작업이 필요치 않으므로(Nam 등, 2016), 최종단계에서는 액체 배지를 이용하는 것이 바람직할 것이다.
- 다만 기내묘의 토양이식을 위한 순화과정에서는 액체배지가 한천 제거작업이 필요치 않으므로(Nam 등, 2016), 최종단계에서는 액체 배지를 이용하는 것이 바람직할 것이다. 본 연구에서 기내 무병묘의 생육특성은 배지 물리성, 배양부위 및 sucrose 농도에 따라 상이한 반응을 보였으나, 마디배양은 5% sucrose를 첨가한 고체배지에서, 정단배양은 3% sucrose를 첨가한 액체배지에서 가장 효과적이었다.
- 2mg·L-1 BA 첨가배지에서 줄기신장, 줄기직경, 잎수, 뿌리수, 생체중 및 건물중 등이 가장 양호하였다. 배양부위 및 배지물리성에 따른 적정 sucrose 농도는 마디배양은 5% sucrose를 첨가한 고체배지에서, 정단배양 은 3% sucrose를 첨가한 액체배지에서 줄기두께, 잎수, 뿌리 수, 뿌리길이, 생체중 및 건물중 등의 생육에 가장 효과적이었 다. 15°C 저온항온기에서 고구마 무병묘의 최소생장 기내보존은 암상태에서는 3개월 내에 모두 고사하였으나, 적색:청색 (7:3) 혼합 LED (150±5μmol·m-2·s-1 PPFD)에서는 5개월까 지 100% 생존하였다.
후속연구
- 본 연구에서 고구마 무병묘의 최소생장 기내보존은 광이 필수적이며, 15°C 저온과 샬레를 이용한 밀식으로 좁은 공간에 대량보존이 가능하여 경제적이었다. 따라서 고구마 무병묘의 기내보존 기술은 봄철 정식기의 대규모 수요에 맞춰, 무병묘의 농가보급에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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