제 5장. 인공종자의 생산 기술

Characteristics of Clonal Propagation Systems Micropropagation Low volume, small scale propagation method Maintains genetic uniformity of plants Acclimatisation of plantlets required prior to field planting High cost per plantlet Relatively low multiplication rate Greenhouse cuttings Low volume, small scale propagation method Maintains genetic uniformity of plants Rooting of plantlets required prior to field planting High cost per plantlet Multiplication rate limited by mother plant size Artificial seeds High volume, large scale propagation method Maintains genetic uniformity of plants Direct delivery of propagules to the field, thus eliminating transplants Lower cost per plantlet Rapid multiplication of plants.

Artificial seed concept

Advantages of Artificial or Synthetic Seeds over Somatic Embryos for Propagation Ease of handling while in storage Easy to transport Has potential for long term storage without losing viability Maintains the clonal nature of the resulting plants Serves as a channel for new plant lines produced through biotechnological advances to be delivered directly to the greenhouse or field Allows economical mass propagation of elite plant varieties.

Types of gelling agent used for encapsulation

수화겔 알진산 캡슐에 의한 인공종자 기내에서 식물체 전환율이 높으며 멸균된 인공토 (vermiculite)에서도 높은 발아율을 보임 단위당 배를 한 개 가지고 있어 정확한 파종 가능 영양분과 수분이 있어 무균상태가 아니면 쉽게 오염 상온 및 저온 저장 중에도 상당한 비율의 종자가 발아 약한 종피 경도를 가지고 있어 취급주의

건조겔 알진산 캡슐에 의한 인공종자 단위당 수십개의 배가 있어 일반종자 개념이 아님 발아율이 너무 저조

인공종자 생산을 위한 제반 조건 대상식물의 체세포배 시스템 확립 일반종자 만큼 높은 발아도 체세포배에 피해를 주지 않는 인공 종피 계발 인공 배유 장치 필요 온실 및 포장에서 발아하여 생장 가능 인공종자 유래 식물은 안정되고 균일해야 함 최소 1개월 이상은 저장 가능해야 함

인공종자의 이용 1. 영양번식 작물(고구마, 감자, 마늘)의 종자번식을 하는 작물과 같이 파종, 운송, 저장 등이 가능하여 노동의 절감, 원활한 유통, 저장시설의 절감 등의 효과 기대 2. 교배단계를 생략하여 노동력 및 시간 절약-유전적으로 동일한 개체 생산 3. 형질전환체의 감수분열로 인한 외래유전자 소실 기회 봉쇄 4. 유용형질이 차대에 희석되는 가능성 방지

인공종자 생산의 문제점 1. 체세포배 유도 시스템 적용이 가능한 작물 수의 한계 2. 포장에서 높은 배강세를 나타낼 만한 체세포배를 양산 못함 3. 인공종피 및 배유의 개발이 불충분 4. 건조형으로 제작하기 위한 체세포배의 건조 스트레스의 생리학적 연구 불충분

제6장. 배양묘의 투명화 현상 투명화 식물체의 형태적 특징 투명화 식물체의 조직학적 특징 투명묘의 생리, 생화학적 특징 배양환경과 투명화 현상 가. 배지 내 무기물 나. 당 다. 한 천 라. 생장 조절제 마. 배양병 내 상대습도 바. 광도와 온도 사. 배양 절편체와 계대 배양 아. 증산 억제제

생리적 장애(Physiological disorder) - 비정상적인 묘의 발생 - translucency, hyperhydration, hyperhydratic transformation succulency, glauciness, waterlogging, glassiness - 총칭하여 vitrification 이라고 함

투명화 식물체의 형태적 특징 거의 절간이 없이 다수의 신초 덩어리로 자라거나 로젯트화 한 것 - 줄기가 굵거나 매우 연약하게 생장하는 것 - 잎이 두껍게 신장되거나 말려 있는 것 좁은 엽맥을 가지고 있고 부러지기 쉽거나 유리처럼 투명화 - 엽록소 함량이 적으며 잎의 색깔이 비정상인 것

투명화 식물체의 조직학적 특징 - 책상세포층(palisade tissue) 감소 혹은 소멸 - 다소의 해면세포(sponge tissue) 가 형성 - 엽육조직 내의 세포간격(intercellular space) 면적이 넓음 - 세포벽이 얇으며 세포질이 충만하지 않고 액포가 심하게 형성 엽록체의 그라나 나 스트로마 발달 불량, 전분립 충만 엽록소 함량이 낮고 생체 중 비율이 높음 표피의 왁스 층 형성이 매우 불량 (표 1)

기공의 공변세포의 큐틴, 펙틴, 셀루로오즈 함량이 낮고 칼로즈(callose)성분이 축적 줄기의 유관속(vascular bundle)연결이 부족 - 줄기구성 세포벽은 얇고 목질화 정도가 낮음 줄기직경이 가늘고 연약하여 후벽조직(sclerenchymatous tissue)발달 불량 피층 및 수피세포는 과수화 상태

투명묘의 생리, 생화학적 특징 - 리그닌, 셀루로즈 함량이 낮음 - 엽록소, 단백질 함량이 낮음 (표3) - 생체중대 건물중의 비율이 높음 - 수분 포텐셜은 높음 - 에틸렌 발생량 증가(그림5) - 페놀함량과 PAL활성이 낮고 ACC, Peroxidase활성이 높음(그림6,7)

4. 배양환경과 투명화 현상 요인 가. 배지내 무기물 나. 당 다. 한 천 라. 생장조절제 마. 배양병내 상대습도 바. 광도와 온도 사. 배양절편체와 계대배양 아. 증산억제제

가. 배지내 무기물 고농도의 무기물 함량 배지 사용(MS)→농도를 낮춤 고농도의 암모늄이온(NH4+) 저농도의 Ca++

나. 당 당의 농도는 배지의 수분포텐셜에 영향 예: 카네이션, 안개초배양 →3%이상이면 수분포텐셜 감소 경화단계시 당농도 감소 → 광자가영양체 유도

다. 한 천 배지의 수분포텐셜에 큰 영향 액체배양: 투명화 발생율이 높음 젤라이트: K+, Mg++이온함량이 높음 → 투명화 비율 증가

라. 생장조절제 가문비나무: BA첨가는 투명화 비율 증가 멜론: 사이토키닌 농도 감소 → 투명화 비율 감소 침엽수, 카네이션, 안개초: kinetin>BA → 투명화 비율 감소 과수류: IAA>kinetin → 투명화 비율 증가

마. 배양병내 상대습도 배양용기내 건조제 첨가 → 표면의 왁스층 증가 꽃양배추, 국화: 한천의 농도 높이고 5-20g/L PEG첨가 배양병 닿는 부분의 온도를 낮춤

바. 광도 와 온도 광질, 광도, 일장 → 신초 생장, 형태형성, 광합성에 영향 광영양체(autotroph)>타가영양체(hetrotroph), 혼합영양체(mixotroph) 장미, 제라늄: 저광도에서 비정상 발생 → 광도 및 탄소량 증가(정상개체) 안개초: 광도 증가(1,000→4,500lux) → 투명화 완전히 억제 안개초: 온도 증가(22 → 28℃) → 투명화 증가(13.3 → 55.6%)

사. 배양절편체와 계대 배양 식물체 종류, 품종, 조직 또는 기관, 계대배양 횟수에 따라 다름 고농도의 살균용액, 어리고 연한 조직 → 투명화의 발생 증가 안개초: 계대배양 횟수 증가 → 투명화 발생 증가