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 칼라(Zantedeschia spp.)는 구근류로서 잎을 주로 관상하는 천남성과에 속하며, 원예적으로 에티오피카종, 알보마큘라타종, 엘리오티아나종, 레흐마니종이 많이 이용되고 있다(Choi et al., 1998). 1980년 초반에 칼라 교잡종의 선발과 육종에 대해서 약술되었고(Hatch, 1983), 중반에는 칼라 품종 평가 시스템이 소개 되었다(Welsh, 1986). 미국과 캐나다에서는 상업적 이용을 위해서는 다양한 화색이 필요하다고 보고 된 바있다(De Hertogh, 1986). 1990년대 초반 뉴질랜드의 절화 칼라 수출이 5년 사이에 750% 증가하는 등 칼라산업이 급속도로 성장하였고 구근의 연중생산을 위한 노력이 진행 되었다(Clemens and Eddie Welsh, 1993).

 건지형 칼라는 고온에 약하여 28℃이상 기온이 지속되면 무름병 발병이 시작하여 30℃ 이상이 되면 대부분이 무름병에 감염되는 것으로 밝혀졌다(Mori et al., 1999). 만약 종자번식으로 개화구 생산을 시도한다면 최소 2 ~ 4년이 소요되며(Funnell, 1993), 이 기간동안 무름병과 고온휴면 등의 문제로 개화구 생산에 많은 어려움을 겪을 가능성이 매우 높다. 또, 모구 이병율 및 제한적인 수량으로 인해 일시에 대량증식이 곤란하다(Ko et al., 2003). 이에 virus free 모본을 기내배양을 통한 품종별 대량증식체계를 확립함으로써 무름병과 고온휴면 등의 문제 해결과 동시, 일시에 대량 증식을 가능케 하는 연구가 필요하다. 이러한 문제를 극복하기 위한 노력으로 국내에서도 유색칼라 기내배양묘의 순화재배에 관한 연구(Ko, 2003), 환경조건과 생장조절제가 칼라(Zantedeschia ‘Black Magic’, ‘Golden Affair’)의 절화와 구근 생산에 미치는 영향(Nam, 2004), 수출 유망작목 유색칼라 조직배양 증식기술 개발(Ko et al., 2005), 유색칼라(Zantedeschia spp. Southern Light) 미숙배 배양에 의한 대량증식(Ko et al., 2003) 등 대량증식에 관한 연구가 행해졌왔다. 더불어 ‘Black Magic’, ‘Little Suzy’, ‘Mango’, ‘Dominique’ 품종의 대량생산 체계 확립 및 순화재배 체계 확립, 고품질 절화 생산을 위한 재배 조건 구명, 절화수명 연장 등에 관한 연구도 병행되어 왔다(Nam, 2004). 유색칼라(Zantedeschia spp. Southern Light) 미숙배 배양에 의한 대량증식에 관한 연구로 ‘Southern Light’ 품종의 미숙배에 2,4-D, NAA, BA의 단용, 혼용처리의 영향이 구명되기도 했다(Ko et al., 2003).

 조직배양을 통해 multiple shoots를 형성했을지라도 다량의 뿌리 발달이 없는 조직배양묘는 개화구로써의 가치가 부족하다. 이 문제를 해결하기 위해서는 기내에서 형성된 multiple shoots에 생장조절제를 처리하여 뿌리 발달을 촉진시키는 연구가 필요하다. 본 연구는 ‘Florex Gold'품종의 조직배양묘 대량증식 및 조직배양묘의 뿌리 발달을 촉진시킬 수 있는 체계확립을 위해 수행되었다. 본 결과는 단기간에 개화구로 사용가능한 칼라 조직배양묘 생산체계 확립 및 보급에 일조하여 농가 소득향상에 기여할 것으로 사료된다.

재료 및 방법

식물재료

 본 연구에서는 뉴질랜드에서 2010년 3월 도입한 ‘Florex Gold’(구경 3.5 cm, 구고 1.4 cm, 구중 16 g, 측아수 4.5개, 자구수 11.4개 화폭 5.6 cm, 절화장 51 cm)의 측아(3-5 cm)를 실험재료로 이용하였다. 절개된 측아는 tween 20을 한두 방울 첨가한 5% sodium hypochlorite 소독액에 10분간,70% EtOH에 1분간 소독되었고, 멸균수로 3 ~ 4회 수세하여 최외엽을 제거한 후 식물생장조절제가 첨가된 고체 MS 배지에 치상 되었다. 치상된 측아는 16시간의 장일 조건으로 설정된 incubator(2,000Lux의 광도, 25 ± 1℃ 온도)에서 배양 및 관찰되었다. 본 실험에 사용한 모든 배지는 MS(Murashige and Skoog, 1962) 기본 배지였고, 식물조절제와 3% sucrose가 첨가되었다. 배지의 pH는 5.6 ± 0.1로 맞추었고, 0.8% agar를 넣어 121℃ 고압살균기에서 15분간 멸균소독하였다.

식물생장조절제의 단용처리

 식물생장조절제의 단용처리가 칼라의 측아로부터 callus 분화 및 multiple shoot 발생에 미치는 영향을 조사하기 위해, 칼라에서 절개된 측아는 NAA, 2,4-D, BA, 또는 zeatin이 각각 0, 1.0, 3.0, 5.0 mg/L 첨가된 MS배지에 치상 후 배양되었다. 배양 40일 후 개체당 callus 및 mutiple shoot의 평균 발생 개수 및 발생률이 조사되었다. 처리구당 10개씩 3회 반복실험이 수행되어, 각 처리구별 총30개의 측아를 이용되었다.

식물생장조절제의 혼용처리

 식물생장조절제의 혼용처리가 측아의 분화에 미치는 효과를 알아보기 위해 카라 측아를 절취하였고, 절취된 측아는 NAA(0.5, 1.0, 3.0 mg/L)와 BA(0.5, 1.0, 3.0 mg/L)가 혼용처리된 MS 배지에 치상 후 40일간 배양하여, 측아에서 발생한 callus 개수 및 발생률, 그리고 shoot의 발생률, 발생수, 길이을 조사하였다.

Auxin처리를 통한 발근유도

 측아 배양에서 유도된 재분화 개체 중 신초길이가 3 ~ 5 cm, 엽수 3 ~ 5매, 지름이 0.7 ~ 1.0 cm인 multiple shoots를 선발하였고, 선발된 개체들은 NAA, IAA, 2,4-D가 각각 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 mg/L 첨가된 MS배지에 치상되었다. 1처리구당 10개 씩 3회 반복하여 실험을 실시하였으며, 치상 20일 후 개체별 발생한 근수와 근장을 조사하였다.

결과 및 고찰

생장조절제 단용처리가 callus와 multiple shoot 형성에 미치는 영향

 본 연구에서는 생장조절제 NAA, 2,4-D, BA, zeatin의 단용처리가 칼라 측아의 callus 분화 및 multiple shoot 발생에 미치는 영향을 조사하였다 (Table 1, Fig. 1). Callus와 multiple shoot 발생률은 측아를 각 단용처리구에서 40일간 배양 한 후 기록되었다.

Table 1. Effects of different plant growth regulators on callus and multiple shoot formation of lateral buds derived from ‘Florex Gold’ after 40-day culture.

Fig. 1. Callus and multiple shoot formation in 'Florex Gold' after 40-day culture in MS media supplemented with different plant growth regulators. Multiple shoots in MS media containing (a) 1.0 mg/L or (b) 3.0 mg/L of each plant growth regulator.

 Cytokinin 처리구에서 배양 20일 후 측아의 절단면에서 유백색의 부드러운 callus가 형성되기 시작하였고, 배양 30일 후 단단해진 callus에서 작은 돌기의 shoot primordia가 발생하였다. 배양 40일 후 shoot 발생률은 1.0 mg/L BA 처리구에서 60%, zeatin 1.0 mg/L 처리구에서 66.7%로 나타났다(Table 1). ‘Southern Light’ 품종처럼 ‘Florex Gold'품종에서도 2,4-D 단용처리는 callus 발생을 유도하였지만 신초 발생에는 부적합한것으로 확인 되었다. NAA와 2,4-D가 첨가된 MS배지에 치상된 ‘Florex Gold’의 측아와 측아에서 분화된 callus는 40여일 경과 후 고사하였는데, 이는 ‘Southern Light’품종의 측아에서 분화된 callus가 장기적인 증식에 유효했던 것과는 다소 차이를 보이는 결과였다.

 ‘Florex Gold’ 품종의 callus 발생률은 1.0 mg/L의 NAA에서 50%, 2,4-D 1.0mg/L에서 63.3%, BA 1.0mg/L에서 33.3%, zeatin 1.0mg/L에서 36.7%로 나타났고(Table 1), 이는 제라늄에 2,4-D, NAA 단용처리시 callus가 유도되지 않은 결과와 상이한 결과이다(Lee and Lee, 2000). 생장조절제의 단용처리 실험결과 2,4-D 1.0 mg/L의 처리가 63.3%의 callus 발생을 유도해 처리구중에서 ‘Florex Gold’의 callus 발생에 최적조건으로 확인되었고, 생장조절제의 농도가 증가할수록 ‘Florex Gold’의 callus 발생률은 낮아지는 경향을 보였다.

식물생장조절제의 혼용처리가 ‘Florex Gold'의 callus와 multiple shoot 형성에 미치는 영향

 식물생장조절제 BA와 NAA의 혼용처리는 아마릴리스(Hippeastrum hybridum Hort. ‘Dazzler’)의 소화경 배양을 통한 기내번식에 매우 효과적이었다(Ko et. al., 2005). 또한 BA와 NAA 혼용처리는 국화 엽절편체의 재분화 및 증식(Lee et al., 1999), 딸기의 잎과 탁엽 절편체로부터 식물체 재분화에 높은 효과를 보였다(Choi et al., 1998). 본 연구는 BA와 NAA의 혼용처리가 타 작물에서와 같이 ‘Florex Gold’의 callus 및 multiple shoot 증식에서도 효과적인 결과를 보이는지 알아보기 위해 수행되었다. 실험을 위해 ‘Florex Gold'에서 절개된 측아는 NAA에 BA가 혼용처리된 MS배지에서 40일간 배양되었고, 측아의 callus 형성 및 shoot 발생율을 조사하였다(Table 2).

Table 2. Effects of NAA and BA on callus and multiple shoot formation of lateral buds derived from ‘Florex Gold’ after 40-day culture.

 ‘Florex Gold’ 품종의 callus 발생은 BA와 NAA가 각각 1.0 mg/L씩 혼용처리된 MS배지에서 86.7%로 가장 높았고, 전반적으로 auxin과 cytokinin을 1 : 1로 처리하였을 때 높은 callus 발생을 보였다(Table 2, Fig. 2). Callus 형성결과와 같이 BA와 NAA가 각각 1.0mg/L 첨가된 배지는 shoot 발생에도 가장 효과적이었고, 개체평균 16.9개, 4.6 cm의 shoot 발생을 보였다. 본 실험결과 1.0 mg/L BA와 1.0 mg/L NAA 혼용처리 조건이 ‘Florex Gold’의 callus 및 multiple shoot 형성에 효과적인 것으로 확인되었다. 또한 이 결과는 callus 형성 및 multiple shoot발생이 서로 밀접한 상관관계가 가지고 있음을 알려주었다. 본 실험 결과와 이전에 발표된 결과를 종합해 볼 때, cytokinin과 auxin 혼용처리는 대체적으로 식물재분화에 양호한 결과를 가져오는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 백합(Lee et al., 1995), 아마릴리스(Ko et al., 2005), 딸기(Choi et al., 1998) 등에서의 결과와 유사하게 BA와 NAA의 혼용처리가 multiple shoot 형성에 매우 효과적인 조건임을 확인 시켜주었다.

Fig. 2. Effect of various NAA and BA combinations on multiple shoot formation of ‘Florex Gold’ after 40-day culture.

Auxin처리가 발근유도에 미치는 영향

 유색칼라 정단분열조직에서 유기된 신초는 약 40일 경과 후 1 ~ 2개의 뿌리가 발생하였고(Lee, 1996), 식물생장조절제를 단용 또는 혼용처리 하였을 경우에도 유사한 결과를 도출했다. 이렇듯 측아배양에서 획득한 multiple shoot은 뿌리발달이 부실해 순화 및 개화구로서의 가치가 매우 낮아, 농업적인 가치를 위해서는 발근 유도가 필수적이다. 본 연구에서는 ‘Florex Gold’에서 유기된 재분화 개체의 뿌리발달 문제를 해결하기 위해 발근유도에 자주 사용되는 auxin처리가 신초의 뿌리발달에 미치는 영향을 관찰하였다. 발근 유도실험을 위해 위에서 획득한 multiple shoot은 auxin이 첨가된 MS 배지에 치상되었고, 배양 20일 후 발근 발생률을 조사하였다(Table 3, Fig. 3).

Table 3. Effect of auxin on root formation of shoots derived from lateral buds of 'Florex Gold’ after 20-days culture.

Fig. 3. Root induction of shoots derived from lateral buds of ‘Florex Gold’ after 20-day culture in MS media supplemented with 2.0 mg/L of each plant growth regulator.

 ‘Florex Gold’에서 유기된 신초를 IAA 또는 2,4-D가 각기 0.1, 0.5, 1.0, 2.0 mg/L 첨가된 MS배지에 20일간 배양하였을 때 긴 직근성 뿌리가 발달하였다. 이후 다수의 측근이 직근성 뿌리에서 발생하였고, IAA처리구 보다 2,4-D처리구에서 측근 발생이 많았다. NAA 처리가 ‘Florex Gold’ 신초에서 뿌리발달을 유도하지 않았다고 보고가 되었고(Lee, 1996), 본 실험에서도 동일한 결과를 얻었다(Table 3). NAA 처리는 ’Florex Gold' 신초의 기부 팽대를 유도하였고, 이러한 양상은 다른 칼라 품종인 ‘SunLight’, ‘Chiante’, ‘Pink Persuation’등에서도 관찰되었다(Lee and Ko, 2005). ‘Florex Gold’ 신초의 발근은 2,4-D가 1.0mg/L첨가된 처리구에서 평균 6.7개(길이 3.2 cm)로 가장 높게 나타났다(Table 3). 이와 달리 ‘Sunlight’ 와 ‘Chiante’품종의 경우는 IAA 1.0mg/L이, ‘Pink Persuation’ 품종의 경우는 IBA 2.0 mg/L이 발근에 효과적인 것으로 보고되어(Lee, 1996), 칼라품종별 신초의 발근 유도에 있어서 적합한 auxin의 사용이 요망된다.

사 사

 본 연구는 2010~2011년 지역농업특성화연구과제 평창군농업기술센터 협력과제 연구비에 의해 수행 되었음.