식물조직배양학 - his.pusan.ac.kr

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생명자원과학대학

최 영 환

식물조직배양학

College of Natural Resources and Life Science

Pusan National University Plant Drug Research Lab

1. 조직배양의 원예적 이용 (한국원예학회지 26(4), 원예학개론(방통 교재))

(식물조직배양의 농업적 이용 및 산업화 경북대 개교 40주년 기년 symposium)

식물 조직배양의 정의



식물체의 일부분을 적출 분리하여 기내에서 영양분이 함유되어 있는 배지에 무균적으로 배양함으로써 캘러스나 단세포의 집단을 유기하거나 완전한 기능을 가진 식물체로 재생시키는 기술

* 식물체의 일부분 : 원형질, 세포, 조직, 기관

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재분화 탈분화 절편체

조직, 세포, 원형질

완전한 식물체

• 캘러스(callus) : 무정형의 세포덩어리

• 탈분화(dedifferentiation) : 분화한 세포가 그 특징을 잃고 미분화된 상태로 되돌아가는 것

• 재분화(redifferentiation) : 탈분화한 세포가 다시 분화하는 것

• 체세포배(somatic embryo) : 종자의 배와 같이 기관을 분화하는 체세포



1. 조직배양의 원예적 이용 (한국원예학회지 26(4), 원예학개론(방통 교재))

(식물조직배양의 농업적 이용 및 산업화 경북대 개교 40주년 기년 symposium)

1. 1. 무병주 생산에 의한 생산성과 품질 향상

1. 2. 급속대량증식

1. 3. 육종에의 응용

1. 4. 이차산물의 생산

1. 5. 학문연구의 수단

1. 6. 조직배양의 문제점



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1. 1 무병주 생산에 의한 생산성과 품질 향상

원예작물중 영양번식으로 증식하는 작물의 경우

① 바이러스 때문에 재배상 문제

② 바이러스는 아직 직접 방제할 수 있는 방법이 없으며

③ 다만 매개체인 진딧물의 방제 등 간접적인 방법



1) 영양번식을 하는 식물의 바이러스에 대한 피해

① 수량감소

② 품질 저하

③ 고사하는 경우도 있음

바이러스에 감염된 식물 건전한 식물체로 대체

생산성이 30 - 300%증가

예) 원예작물중 영양번식으로 증식하는 작물의 경우



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2) 바이러스병을 극복할 수 있는 효과적인 방법

방법 : 무병주 생산 (pathogen-free plants

① 생장점 배양

ⓐ 1952년 Morel이 다알리아에서 성공 이래 타 작물 성공

ⓑ virus, viroid, mycoplasma, nematoda (선충), 및 bacteria나 fungus (균류) 제거 가능

ⓒ 감자, 딸기, 카네이션, 안개초, 난 등에서는 상업화. 마늘



② 생장점으로 부터 바이러스 무병개체를 얻을 수 있는 이유

ⓐ 생장점에 아직 바이러스가 아직 침입하지 않았기 때문

ⓑ 주의점 :

㉠ 절취하는 생장점의 크기 0.1 - 0.3 mm (높이)

㉡ 엽원기 1 - 2개 부착되어 있는 상태

㉢ 작으면 생존율이 낮고

㉣ 이보다 크면 바이러스에 감염되어 있을 가능성이 높다



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생장점 배양 과정

딸기의 Virus free 배양묘



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1. 2. 급속대량증식

① 조직배양이 농업적으로 기여한 분야

② 난 (1962년 Morel이 생장점 배양 성공)

일반 증식법 : 1-2개의 신초증식 / 년

ⓐ 난과 식물의 영리적인 배양이 성공하게된 가장 큰 이유

㉠ 원괴체 (protocorm)가 형성

㉡ 원괴체의 증식율이 높으며

㉢ 생장조절제 무첨가

영양번식 작물의 대량급속 증식 가능

→ 증식과 생장이 양호한 특성

조직 배양 : 생장점 배양 (일명 mericlone)을 이용하면 Cymbidium의 경우 → 400만개의 식물 / 년



Morel(1960):

난과식물의 생장점배양 ;

신비디움의 생장점 원괴체(protocorm like

body : PLB)

1개 생장점 → 약 400만개/year



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③ 1년초, 관엽, 관상식물, 바나나, 딸기 등의 상업화 가능

④ 감자 : 기내소괴경 (인공종자)형성에 의한 방법

⑤ 새로운 증식방법 : 체세포성배형성 (somatic embryogenesis) 의한 인공종자

ⓐ 조직배양

ⓑ 체세포배 (somatic embryo)형성 ->

ⓒ 인공적인 종피를 씌움

예) 당근, 파슬리, 샐러리, 등

종자와 같게 함



1. 3. 육종에의 응용

1) 난종자 발아

새로운 품종 육성 불가

2) 세대단축

난종자 배의 미숙 또한 배유무

난품종간 교배 종자 조직배양 X

복숭아 조생종 배의 미숙

조직배양 발아가능 육종세대 단축

종자발아 불능



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3) 배수체 유기

① 약이나 소포자 배양을 통하여 반수체 식물 획득

② 이 식물체에 colchicine처리를 하여서 염색체수를 배가

③ 유전자가 homo한 형태인 순수한 계통 획득(단 시일내)

예) 1978년 까지 40속 92종에 성공하였으나 최근 23과 52속에 속하는 160여종에 성공

④ 종자내배유 염색체수 = 삼배체 배유배양

삼배체 식물 획득



4) 이 종·속간의 교배불화합성 극복

① 배추와 무, 감자와 토마토, 밀과 보리

② 조직배양에 의한 불화합성의 극복 방법 ⓐ 시험관 수정 ⓑ 배 또는 배주배양 :

ⓒ 원형질체 융합 : 토마토 + 감자

교배 잡종종자가 생기지 않는 현상

배추 무의 인공교배

어린배, 배주 분리 배양

수정 0 잡종배 사멸

배양 잡종 식물체 획득



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5) 돌연변이 유기

체세포성 영양계변이 (somaclonal variation)

조직배양 중에 새로운 변이가 생기는 경우

예) 사탕수수, 바나나의 경우 내병성 유전자 등의 유기



6) 기내선발

시험관내 세포 배양

병원균의 독소나 염 등을 처리

생존세포 배양

병이나 염에 강한 식물 선발

기내선발



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Antibiotic screening




7) 유전자원의 영구보존 (생식질 (germplas)의 보존 및 교환)

감자, 고구마, 마늘 등 영양번식 작물 품종 보존 난이

① 조직의 일부를 시험관에 치상

② 생장이 일어나지 않는 조건에 보존

③ 초저온 (-196 )에 장기 저장법

④ 멸종위기에 있는 희귀식물의 보존 유지

육종사업에 이용

생식질 은행 (germplasm bank, gene bank)



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8) 인공F1종자 합성

① F1종자 상품이 우수, 균일하여 상품가치 증대 및 수량이 증대

ⓐ F1종자의 획득 방법 십자화과의 자가불화합성, 파, 양파의 웅성불임 현상

ⓑ F1 종자 생산의 문제점 유전적인 기구 복잡, 환경에 민감한 경우 있어 어렵다

ⓒ 대책 좋은 F1종자 육성

인공종자화 조직배양 통한 인공배의 형성





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감사합니다.



1. 4. 이차대사산물의 생산

1) 조직배양 전

식물체 유용성분 재배식물로부터 채취

세포배양 세포배양을 통한 대량생산

2) 조직배양 후



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Bioreactor-STR type hybrid bioreactor with ginseng

root cult

Ballon type bubble bioreactor

Air-lift bioreactor



1. 5. 학문의 연구 수단

1) 식물생리

2) 형태발생학

3) 유전학



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