칼슘 알지네이트에 고정화한 마늘 인공종자의 개발

김민아, 박중곤

경북대학교 화학공학과

The preparation of garlic artificial seed by encapsulating garlic callus with calcium-alginate gel.

M. A. Kim, J. K. Park

Department of Chemical engineering, Kyungpook National University

서론

자연계에 있어서 종자는 수분, 수정이라는 유성 생식 과정을 거쳐 형성된 배와 발아에 필요한 양분 또는 이들을 물리적으로 보호하기 위한 종피로 구성된다. 이들 중에서 배 부분을 조직배양을 이용한 클론 증식에 의해 얻어진 부정배(체세포 배)로 바꾸어 양분과 함께 캡슐화한 것이 인공종자(Artificial seed)이며, 종자형태는 자연계에서 배유(胚乳)를 가지고 있는 타입의 종자에 해당한다. 체세포 배형성 과정을 통한 기술이 향상되면서 인공종자에 관한 연구가 활발해졌는데, Kitto and Janick (1985)이 배 현탁액과 polyethylene oxide homopolymer 용액을 동량으로 섞어 당근 체세포 배를 캡슐화한 이후에 Redenbaugh et al. (1986)가 alfalfa의 체세포 배를 하나씩 bead에 넣음으로써 본격적인 발달이 이루어졌다.

인공종자는 첫째 영양번식을 하는 작물(고구마, 감자, 마늘 등)을 종자번식화 할 수 있으며 둘째, 우수한 F1 잡종식물로부터 유전적으로 동일한 인공종자를 대량으로 생산해 낼 수 있고 셋째, 종자의 수확이 연중 계속적으로 가능하며 넷째, 유전자 재조합 기술에 의해 새로이 형질전환된 식물을 유전적으로 안전하게 종자 형태로 대량 생산하여 보급하는 데 이용될 수 있다. 이러한 측면에서 당근, 셀러리, 알팔파, 포도 등의 쌍자엽 식물을 통해 모델화되고 있는 인공종자 생산체계를 주요 작물인 벼, 보리, 마늘 등에도 적용하여 단자엽 식물의 인공종자 생산체계를 확립하고 실용화시키는 것은 식량자원 개발을 위한 필연적 과제라 하겠다.  특히, 마늘과 같은 단자엽 식물은 체세포 배의 대량생산이 힘들뿐만 아니라 오랫동안의 영양번식에 의하여 바이러스에 감염될 확률이 높고, 바이러스에 감염될 경우 퇴화가 심하여 종구의 수량이 30% 이상 감소되고, 종자비용이 차지하는 비율이 커서 마늘 생산에 문제점이 되어 왔다.

따라서 본 연구는 바이러스가 없는(virus-free) 마늘의 생장점으로부터 캘러스를 유도하여 캡슐화함으로써 무병종구의 대량생산과 종자번식이 주는 번식의 용이성을 살리고자 하였으며, 체세포 배 대신 캘러스를 캡슐화함으로써 체세포 배의 유도가 힘든 단자엽 식물에 있어서 체세포 배의 유도를 위한 별도의 호르몬 처리 과정을 생략하여 시간과 노력을 절감하고자 하였다. 또한 마늘은 수확 후 저장기간 중에도 여러 가지 병원균에 의해 부패증상이 발생하여 저장에 어려움을 겪었는데, 이를 인공종자화하여 저온 저장한다면 보존성을 지닌 종자번식화가 가능해 질 것이다.

실험 및 방법

마늘의 생장점 부위를 절취하여 캘러스 유도 배지에 치상한 다음, 캘러스가 생성되면 4-5주 간격으로 계대배양하여 캘러스를 유도하였다. 이렇게 유도된 캘러스에서 100%에 가까운 식물체로의 분화를 위한 호르몬 조성을 규명하여 이 호르몬이 함유된 용액과 캘러스를 섞어서 인공종자화하는 실험을 행하였다.

1/2 MS기본 배양액(식물 성장 호르몬 함유)에 알진산을 1.5%로 용해하여 멸균한 후에, 알진산 용액에 캘루스를 잘게 잘라 넣어 CaCl2용액에 떨어뜨려 수십분간 교반한다. 제조된 인공종자는 호르몬이 함유된 1/2 MS배지와 호르몬이 함유되지 않은 1/2 MS 배지에 접종하여 16시간 일장의 명조건으로 22℃에서 배양하여 배양액에 따른 발아율을 조사하였다.

제조된 수화형 캡슐은 멸균된 fiter paper로 여분의 물기를 제거하여 페트리디쉬에 넣어 parafilm으로 밀봉하여 4℃에서 40-60일간 저장하였다. 저장 후 식물 성장 호르몬이 첨가된 1/2 MS agar 배지에 접종하여 22℃에서 16시간의 일장으로 배양한 후 저온 저장에 따른 발아율을 조사하였다.

알진산으로 제조된 수화형 캡슐을 페트리디쉬에 넣어, 클린벤치내에서 건조하였다. 이때 수분 손실율은 건조전의 캡슐의 무게에 대한 건조에 의한 무게 감소를 백분율로 나타냈으며, 건조속도는 단위 시간당 증발된 수분의 무게(g)로 나타내었다. 이런 방법으로 90%의 수분손실율을 가진 건조형이 제조될 때까지 실험을 행하였다. 건조한 캡슐은 식물체 성장배지에 바로 접종하여 16시간 명조건에서 배양한 후 발아율을 조사하였다.

결과 및 고찰

제조된 캡슐은 직경이 약 4-5mm이며(Fig 1), 1/2 MS 배지에 바로 치상한 결과 배양 1주일 째 증식과 함께 shooting되어(Fig 2), 10일 경과후에는 1cm의 부정아와 부정근이 형성되었고, 3주후에는 95%가 발아하였다

naked callus와 encapsulated callus의 발아율을 조사하면 재분화율에 있어서 큰 차이를 보이지 않았다. 인공종자의 저장에 따른 실험결과로는 40일(중간시일) 저장 후에도 90%에 가까운 발아율을 보였다. 또한 저장 기간 중에 발아된 인공종자는 없었으며, 비교적 양호한 식물체 재생능력을 지니고 있어 종자로의 기능을 다할 수 있을 것으로 생각된다. 건조형 인공종자의 수분 손실율에 따른 발아율을 조사하여 보면 건조율이 50% 될 때까지 90% 이상의 발아율을 보인다. 50%까지만 건조시키면 오랫동안 보관 후에도 90% 이상의 발아율을 보이므로 인공종자의 실용화에 커다란 전기가 되리라 생각된다.

Fig 1. germination of encapsulated garlic callus

참고문헌

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