온전한 접합자배 또는 자엽절편을 오옥신(2,4-D, IAA)과 사이토카이닌(BA, kinetin)이 첨가된 배지에 배양하였다. 접합자배를 온전한 상태로 배양했을 경우, 오옥신은 발아를 억제하였으나 사이토카이닌은 억제하지 않았고, 체세포배의 발생은 발아되지 못하는 배에서만 유도되었다. 자엽절편을 배양한 경우, 기본배지에서 체세포배발생률이 가장 높았다. 오옥신을 첨가한 배지에서는 체세포배가 자엽의 표면에서 산재하여 발생되었는데 비해서 기본배지에서는 자엽의 기부에서만 발생되었다. 2,4-D를 첨가한 배지에서는 체세포배가 자엽의 표피 및 하표피를 포함한 다수의 세포로부터 기원되어 다배로 발생되었다. 이 체세포배를 같은 배지에 배양했을 때 일차배의 표면으로부터 이차배가 발생되었는데 이들의 경우는 주로 표피 또는 하표피의 단세포로부터 유래되었음을 조직학적으로 밝혔다.
인삼 접합자배의 자엽을 식물호르몬이 전혀 첨가되지 않은 MS기본배지에 배양한 결과 자엽의 기부에서 높은 빈도의 체세포배가 유기되었다. 체세포배의 형성 빈도는 접합자배 자엽의 성숙도에 따라서 차이가 있었는데 미숙배에서 성숙배로 진행됨에 따라 감소되는 경향을 보였다. 미숙자엽의 경우에는 표피세포의 윗 아래층들이 모두 성숙자엽의 세포보다 더 적거나 더 촘촘하였으며, 많은 세포들이 체세포배의 형성에 관여하였으나 뿌리의 형성이 어려운 다배상태로 유기되었다. 그러나 발아직적의 성숙자엽은 표피세포의 윗층만이 촘촘한 세포로 이루워 졌으며 뿌리의 형성이 가능한 체세포 단일배로 유기되었다. 이런 결과는 체세포배의 기원과 발육이 배발생시 사용한 자엽의 성숙도에 따라서 배발생에 관여한 세포들이 단일 혹은 다량상태인지에 따라서 결정된다는 것을 의미한다.
노각나무의 기내번식법을 개발하기 위하여 성숙 배조직을 절편으로 MS 배지에 BA 및 NAA의 단독 또는 혼용처리로 부정아 유도에 미치는 효과를 조사하였다. 대체적으로 BA의 단독 처리가 부정아 유도에 효과적이었으며 1.0mg/L 처리 시 절편 당 약 11개의 부정아가 유도되었다 NAA와의 혼용 처리 시는 대체로 부정아 유도 율이 저조하였으나 0.5mg/L이상의 BA를 처리하였을 때 일부 혼용 효과를 확인할 수 있었다 생장조절제의 처리에 따라 부정아의 형태에 많은 차이를 나타내어 BA와 NAA의 혼용처리 시는 BA 단독처리 시보다 짧고 진녹색의 부정아로 유도되었고, 뿌리 발달은 0.5mg/L의 NAA 처리구에서 가장 높아 정상적인 식물체로 재분화 되었다. 본 연구는 노각나무의 성숙 배조직을 절편으로 기내 식물체 유도가 가능함을 보여 주었다.
Clonal propagation of high-value forest trees through somatic embryogenesis (SE) has the potential to rapidly capture the benefits of breeding or genetic engineering programs and to improve raw material uniformity and quality. A major barrier to the commercialization of this technology is the low quality of the resulting embryos. Several factors limit commercialization of SE for Corsican pine, including low initiation rates, low culture survival, culture decline causing low or no embryo production, and inability of somatic embryos to fully mature, resulting in low germination and reduced vigour of somatic seedlings. The objective was to develop a Corsican pine maturation medium that would produce cotyledonary embryos capable of germination. Treatments were arranged in a completely randomized design. Data were analyzed by analysis of variance, and significant differences between treatments determined by multiple range test at P=0.05. Corsican pine (Pinus nigra var. maritima) cultures were initiated on modified !P6 medium. Modifications of the same media were used for culture multiplication and maintenance. Embryogenic cultures were maintained on the same medium semi solidified with 2.5 g/l Gelrite. A maturation medium, capable of promoting the development of Corsican pine somatic embryos that can germinate, is a combination of iP6 modified salts, 2% maltose, 13% polyethylene glycol (PEG), 5 mg!l abscisic acid (ABA), and 2.5 g/l Gelrite. After initiation and once enough tissue developed they were grown in liquid medium. Embryogenic cell suspensions were established by adding 0.951.05 g of 10- to 14-day-old semisolid-grown embryogenic tissue to 9 ml of liquid maintenance media in a 250ml Erlenmeyer flask. Cultures were then incubated in the dark at 2022$^{\circ}$C and rotated at 120 rpm. After 2.53 months on maturation medium, somatic embryos were selected that exhibited normal embryo shape. Ten embryos were placed horizontally on 20 ml of either germination medium ($\frac{2}{1}$strength Murashige and Skoog (1962) salts with 2.5 g/l activated charcoal) or same medium with copper sulphate adjusted to 0.25 mg/1 to compensate for copper adsorption by activated carbon. 2% and 4% maltose was substituted by 7.5% and 13% PEG respectively to improve the yield of the embryos. Substitution of' maltose with PEG was clearly beneficial to embryo development. When 2% of the maltose was replaced with 7.5% PEG, many embryos developed to large bullet-shaped embryos. At latter stages of development most embryos callused and stopped development. A few short, barrel-shaped cotyledonary embryos formed that were covered by callus on the sides and base. When 4% of the maltose was removed and substituted with 13% PEG, the embryos developed further, emerging from the callus and increasing yield slightly. Microscopic examination of the cultures showed differing morphologies, varying from mostly single cells or clumps to well-formed somatic embryos that resembled early zygotic embryos only liquid cultures with organized early-stag. A procedure for converting and acclimating germinants to growth in soil and greenhouse conditions is also tested. Seedling conversion and growth were highly related to the quality of the germinant at the time of planting. Germinants with larger shoots, longer, straighter hypocotyls and longer roots performed best. When mature zygotic embryos germinate the root emerges, before or coincident with the shoot. In contrast, somatic embryos germinate in reverse sequence, with the cotyledons greening first, then shoot emergence and then, much later, if at all, the appearance of the root. Somatic seedlings, produced from the maturation medium, showed 100% survival when planted in a field setting. Somatic seedlings showed normal yearly growth relative to standard seedlings from natural seed.
낙엽송의 성숙배로부터 최대 부정아 유도는 LP배지에 1.0 mg/L zeatin이 첨가된 처리구(76.1%)였으며, 2 mm 이상의 신초생장을 위한 효과적인 처리구는 Litvay(LM)배지에 0.5 mg/L zeatin(75.2%)을 첨가하거나, 혹은 Quoirin & Lepoivre(LP)배지에 2.0 mg/L zeatin(70.2%)에서 각각 나타났다. 배지의 염류함량을 반으로 줄인 부정아 유도 시험에서는 1/2LP배지에 1.0(83.3%) 혹은 2.0 mg/L(81.7%) zeatin을 첨가한 처리구에서 높은 유도율을 보였으나, 2 mm 이상의 신초생장을 위한 효과적인 처리구는 1/2LM배지에 1.0 mg/L zeatin(66.7%)에서였다. 배지의 염류함량을 반으로 줄인 부정아 유도 시험에서는 1/2LP배지에 1.0(83.3%) 혹은 2.0 mg/L(81.7%) zeatin을 첨가한 처리구에서 높은 유도율을 보였으나, 2 mm 이상의 신초생장을 위한 효과적인 처리구는 1/2LM배지에 1.0 mg/L zeatin(66.7%)에서였다. 그리고 1.0 mg/L zeatin처리구에서 2주배양 후 1.0 mg/L thidiazuron(TDZ) 처리구로 2주간 배양할 때 가장 높은 52.9%의 부정아 유도율을 보였으나 평균 부정아 유도수는 낮게 나타났다. 부정아유도를 위한 에틸렌활성제 혹은 억제제 첨가시험에서는 최대 부정아 유도율은 1.0 mg/L zeatin+2.0 mg/L MGBG(methylglyoxal bis-[guanylhydrazone])가 첨가된 처리구(34.6%) 였으며, 평균 최대 부정아 유도수는 1.5개를 보인 1.0 mg/L zeatin+2.0 mg/L $CoCl_2$ 처리구에서 나타났다.
Plant micropropagation techniques include bud cultures using apical or axillary buds, organogenesis through callus culture or adventitious bud induction, and somatic embryogenesis. In Korea Forest Research Institute (KFRI), the first tissue culture trial in woody plant was initiated from the bud culture of hybrid poplars (Populus alba x P. glandulosa) in 1978. Since then several mass propagation techniques have developed from conifer and hardwood species, resulting in allowing practical application to Poplars, Birches and some oak species. In addition, useful micropropagation and genetic resources conservation techniques were established in some rare and endangered tree species including Abeliophyllum distichum. Among various in vitro propagation techniques, somatic embryogenesis is known to be the most efficient plant regeneration system. Since the first somatic embryo induction was reported in Tilia amurensis by KFRI in 1986, various protocols for direct or indirect somatic embryogenesis systems have developed in conifer and hardwood species including Larix leptolepis, Pinus rigida x P. taeda F1, Kalopanax septemlobus and Liliodendron tulipifera, etc. However, most of these technologies have been developed using juvenile tissues, i.e. immature zygotic embryos or mature embryos. Therefore it has been difficult to directly application to tree breeding program due to their unproven genetic background. Recently remarkable progresses and new approaches have been achieved in mature tree somatic embryogenesis. In this article we reviewed several micropropagation techniques, which have been mainly developed by KFRI and recent international progresses.
본 연구는 미나리의 배발생 캘러스를 배양하여 정상적이고 균일한 형태의 체세포 배를 대량 생산할 수 있는 조건을 구명하고, 생산된 체세포배를 종묘로 이용하기 위한 기초연구로 실시하였다. 배발생 캘러스를 생장조절제, 당, 질소원등을 농도별로 첨가한 MS배지에 현탁배양한 결과는 아래와 같다. 배발생 캘러스를 생장조절제가 첨가되지 않은 액체배지에 현탁배양하면 배발생 세포괴 및 체세포 배가 왕성하게 증식되었다. 구형단계의 배를 IBA와 NAA를 첨가한 배지에 현탁배양하면 배발생 세포괴의 증식과 함께 배의 발달도 진행됐으나, 2,4-D가 첨가된 배지에서 배양하면 배발생 세포괴 및 세포만 증식하고 배의 발달은 진행되지 많았다. 질소원의 종류에 따른 배발생 세포괴의 생장 발육상태에서 $\textrm{KNO}_3$와 $\textrm{NH}_4\textrm{NO}_3$가 각각 20mM 첨가되었을 때 가장 좋았다. 유아 발달에는 $\textrm{NH}_4\textrm{NO}_3$가, 유근발달에는 $\textrm{KNO}_3$가 효과적이었다. 구형단계의 배를 sucrose가 3-6 % 첨가된 배지에 배양하면 발육이 좋았다. 구형단계의 배를 ABA가 첨가되지 않은 배지에 배양하면 하배축의 이상신장 및 다배현상이 일어나지만 ABA가 $10\mu\textrm{M}$ 첨가된 배지에 배양하면 하배축의 길이가 단축되고 이차배 발생도 현저히 감소하였다. 고체배지에 배발생캘러스를 계속 배양하여 다양의 구형배를 얻을 수 있고 이들을 생장조절제가 첨가되지 않은 배지에서 배양하면 종자 유내 식물체와 유사한 유식물을 얻을 수 있었다.
발아 직전에 있는 한국인삼의 접합자 배에서 유래된 자엽절편을 이용하여 체세포배를 유도하고 기내 휴면여부를 조사하고자 하였다. 식물호르몬으로써 2,4-D, BAP, kinetin을 첨가하거나 혹은 전혀 식물호르몬이 첨가하지 않은 MS배지에 절편을 배양할 경우 많은 체세포배 혹은 단일배를 획득할 수 있었다. 그러나 이런 배들은 대부분 자엽형 배(cotyledonary stage)까지 발육이 가능하지만 발아가 되지 못하여 더 이상 shoot로 생육되지 못하였고 하얀상태의 자엽형 배로 계속 유지되었다. 그러나 gibberellic acid(1.0 mg/l, $GA_3$)을 처리할 경우 3주 이내에 자엽형 배가 녹색으로 변하면서 발아되었으며, 저온처리($-2^{\circ}C$에서 8주간)를 할 경우에도 체세포배가 정상적으로 발아가 되었다. 체세포배를 $GA_3$및 저온 처리한 후 세포의 구조적변화를 전자현미경으로 관찰한 결과 무처리 체세포배의 자엽내 세포는 발아되지 않은 인삼접합자배의 세포와 같이 지질과립 및 세포질이 농후하며 분화되지 않은 미토콘드리아 및 엽록체를 지녀서 세포의 활성이 약한 휴면 상태의 구조를 가지고 있었다. 그러나 저온처리 및 $GA_3$를 처리한 자엽세포는 지질 및 세포질의 분포가 감소된 반면, 잘 발달된 엽록체와 활성이 강한 미토콘드리아의 구조를 보였다. 따라서 저온 및 $GA_3$처리 후 세포의 대사활동이 활발한 것으로 보아 휴면이 타파된 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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