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국내 화훼산업은 고소득 작목으로의 농가 인식 확대에 따 라 1990년대부터 2000년대 중반까지 재배면적과 생산액이 급 속하게 증가하였으며, 국민소득 증가 및 생활수준 향상과 더불 어 화훼소비도 증가하면서 지속적이고 안정적으로 성장하여 왔다. 그러나 2000년대 후반부터 시작된 글로벌 경기침체와 최근의 코로나19 등 사회적 여파로 인해 생필품이 아닌 기호 품으로 인식되는 화훼 소비는 크게 위축되었고, 2016년 9월 청탁금지법 시행 이후에는 화훼상품의 선물용 소비시장까지도 크게 위축되면서 연간 화훼 매출액 중 1,067억원의 감소가 추 정된다고 보고되기도 하였다(2016, KREI).

국화는 장미와 더불어 국내 절화 시장의 약 26%를 차지하 는 주요 화훼 작목으로, 국화 역시 1990년 재배면적과 생산액 이 287ha, 124.8억원이었던 것이 2005년 797ha, 1,030억원까 지 증가하였다가 2019년에는 309ha, 468억원으로 2005년 대 비 재배면적은 62%, 생산액은 45%정도 감소하였다. 또한 수 출에서도 주 수출시장인 일본의 엔화환율 약세와 케냐, 말레 이시아, 에콰도르 등 신흥 화훼수출국들의 등장으로 일본 내 경쟁이 심화되면서 국산 절화 국화의 일본수출 여건이 악화되 어 2010년 13,802천불 수출을 기점으로 지속 하락하여 2019 년에는 1,000천불로 92% 이상 감소하면서 국내 화훼산업은 침체를 넘어 위기에 직면하고 있다(MAFRA, 2020;Lee, 1996).

최근의 위기 상황을 전환하고 안정적·지속적인 성장산업으 로 재도약하기 위해서는 고품질 절화 생산 및 수출 증대 등을 위한 다각적인 노력이 필요하다. 그러나 최근 들어 토마토반 점위조바이러스(tomato spotted wilt virus, TSWV), 국화아스 퍼미바이러스(chrysanthemum aspermy virus, TAV) 등의 바이 러스병과 국화왜화바이로이드(chrysanthemum stunt viroid, CSVd), 국화황화모틀바이로이드(chrysanthemum chlorotic mottle viroid, CChMVd) 등의 바이로이드병의 발생이 증가되 면서 절화 국화의 생산성이 감소되고 품질이 저하되는 등 국 화 생산이 위협받고 있다. CSVd의 경우에는 1997년 국내에서 처음 보고된 이후, 전국적으로 빠르게 확산되어 2005년에는 품종에 따라 9.7%에서 66.8%까지 감염되었다고 보고되었으며 (Chung et al., 2005), 1999년에 국화바이러스 B (CVB)와 TAV, 2006년에 TSWV의 발생이 보고(Chung et al., 2001;Chung et al., 2006)되는 등 최근에는 그 피해가 점차 증가되 고 있다. 이와 같은 바이러스성 병원체에 감염 시 절화장은 물론 잎과 꽃의 크기가 30~50%정도까지 감소되고, 단일개화 성 식물인 국화의 개화반응을 교란함은 물론, 품종에 따라서 는 잎이 황화되거나 줄기가 고사되는 등 국화의 정상적인 생 육을 억제하고 절화의 품질을 저하시켜 수확량을 감소시키는 등 상당한 경제적 손실을 유발한다(Diener & Lawson, 1973;Bouwem & Zaayen, 1995).

바이러스성 병은 식물체 전신을 감염시키는 병으로 전염성 이 강해 주로 삽목 방법을 통해 번식하는 국화의 번식과정에 서 작업자나 작업 도구에 의해 쉽게 감염될 수 있다(Chung et al., 2009). 또한 약제를 이용한 화학적 방제가 불가능하여 한번 감염되면 주 전체를 제거해야 하기 때문에, 병 발생을 예방하는 것 이외에는 현재까지 뚜렷한 방제 방법이 없는 실 정이다(Chung et al., 2001). 바이러스성 병 발생을 예방하기 위해서는 번식 과정 중에 일어날 수 있는 감염을 최소화하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 삽수채취를 위해 사용하는 작 업도구를 화염소독 하거나 sodium hypochloride 또는 sodium hydroxide와 formaldehyde의 혼합 약제로 살균하면 오염된 바이 러스나 바이로이드를 불활성화 시킬 수 있다고 보고되고 있다 (Garnesy & Whidden, 1972;Singh et al., 1985). 그러나 실제 작업도구를 주기적으로 소독하는 것은 삽수 채취의 농작업 효 율성을 떨어뜨려 실제적으로 활용기는 쉽지 않은 실정이다.

바이러스병 감염 예방 및 고품질 절화생산을 위해서는 무병 건전묘의 생산 및 보급이 필요하다. 바아리스병 확산방지를 위 해 각각의 병원균을 분리·동정하고 피해증상과 전염경로를 구 명하였으며, PCR을 이용한 핵산검정법을 개발하는 등의 상당 한 연구가 진행되었고(Chung et al., 2009;Kim et al., 2012), 고온이나 저온, 항바이러스제를 처리한 후 생장점 배양 을 통해 바이로이드에 감염된 국화로부터 무병묘를 생산할 수 있는 기술도 연구되고 있다(Hosokawa, 2004). 그러나 아직까 지 이를 활용한 국화의 무병 건전묘 대량생산체계 구축을 위 한 현장적용 시험은 거의 이루어지지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 국화의 기내 대량증식 및 우량묘 생산을 위한 생 장조절제의 최적 농도를 구명하고 기내발근 시 절편체의 부위 와 순화시기가 묘의 소질에 미치는 영향을 분석하였다.

재료 및 방법

1. 식물재료

생장점 배양을 통해 CSNV, TSWV, CSVd, CChMVd에 감염되지 않은 것으로 검정된 국내 육성 스프레이 국화 ‘Field Green’, ‘Green Diamond’, ‘Snow Pangpang’, 등 세 품종의 조직배양 기본묘를 농촌진흥청 국립원예특작과학원 화훼과로 부터 분양 받아 실험에 활용하였다.

2. 스프레이 국화 기내 대량증식을 위한 배지 조건

MS (Murashige & Skoog, 1962) 기본 배지에 옥신과 시토 키닌 등 생장조정제의 처리 농도를 달리하여 첨가하였으며, 3% sucrose와 0.8% agar를 첨가한 후, 배지는 pH 5.8로 조 정하여 121°C, 1.2기압에서 20분간 고압멸균하였다. 생장조정 제는 1-naphthylacetic acid (NAA) 0, 0.1 mg·L^-1와 benzyl adenine (BA) 0, 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 mg·L^-1의 농도로 처리하였 으며, 치상체는 온도 24±2°C, 광량 40 μmol·m^-2·s^-1, 광주기 16h/8h로 조절된 배양실에서 6주간 배양하였다. 배양체의 생 육조사는 신초와 뿌리의 출현일수 및 배양 6주 후의 초장, 엽 수, 신초수, 뿌리수, 뿌리길이, 캘러스 형성 등을 조사하였다.

3. 스프레이 국화 기내 발근시 절편체 부위와 순화시기가

묘 소질에 미치는 영향

MS 기본 배지에 NAA 0, 0.1 mg·L^-1와 3% sucrose, 0.8% agar를 첨가한 배지를 pH 5.8로 조정하여 121°C, 1.2기압에서 20분간 고압멸균하였다. 그리고 계대배양 4주차의 ‘Field Green’ 품종의 조직배양묘에서 정아를 포함하고 있는 줄기의 끝부분(선단부, tip of the stem with apical meristem)과 액 아를 가지고 있는 줄기의 마디부분(중단부, node of the stem with lateral meristem)을 조제된 배지에 각각 치상한 후, 온도 24±2°C, 광량 40μmol·m^-2·s^-1, 광주기 16h/8h로 조절된 배양실 에서 배양하였다. 배양된 조직배양묘는 배양 2주 후부터 4주 후까지 일주일 간격으로 배양병에서 꺼내 흐르는 물로 agar를 제거한 뒤, 원예용상토가 충진된 플러그트레이에 심어 48시간 동안 상대습도 100%로 유지하였으며, 순화 시에는 50% 차광 조건에서 온도는 24±2°C로 유지하였다. 생육조사는 배양체의 뿌리출현일수와 순화묘의 초장, 초폭, 엽수, 엽장, 엽폭, 줄기 직경, 생체중, 순화율 등을 조사하였다(Fig. 1).

결과 및 고찰

1. 스프레이 국화 기내 대량증식을 위한 배지 조건 구명

기내에서 스프레이 국화의 조직배양묘를 대량으로 증식하기 위한 적정 배지를 선발하기 위하여 ‘Field Green’, ‘Green Diamond’, ‘Snow Pangpang’ 세 품종에 대하여 MS 기본배지 에 옥신과 시토키닌 등 생장조정제의 처리 농도를 달리하여 배양한 후 조직배양묘의 생육특성을 비교하였다. 그 결과, ‘Field Green’과 ‘Snow Pangpang’의 경우 NAA 무처리에 비 해 NAA를 0.1 mg·L^-1 첨가했을 때의 평균 초장이 8.5 cm에 서 13.7 cm, 5.2 cm에서 10.3 cm로 각각 61%와 99%정도 증 가하였다(Table 1과 Fig. 2). 계대배양시 절편체로 사용하는 마 디의 수도 NAA를 0.1 mg·L^-1 처리구에서 9.6개와 8.2개로 각 각 0.7개, 1.8개 많았으며, 평균 마디의 길이도 1.4 cm와 1.3 cm로 무처리에 비해 각각 0.4 cm와 0.3 cm정도 더 길어 절편체 채취 작업이 더 용이했다. NAA 0.1 mg·L^-1 처리에 따 른 뿌리의 개수와 길이는 대체로 처리구에서 약간 감소하였 으나 육안관찰시 뿌리의 두께가 무처리에 비해 약간 굵게 발 육되는 등 전반적인 생육반응은 더 좋게 나타났다. 그러나 이상의 두 품종과 달리 ‘Green Diamond’ 품종은 NAA 0.1 mg·L^-1 처리에 따른 초장과 마디수, 마디 길이에 대해서 는 각각 6.0 cm와 6.1 cm, 7.8개와 7.3개, 0.8 cm와 0.8 cm로 큰 차이를 보이지는 않았으나, 뿌리의 수와 길이는 무처리 5.4 개, 4.7 cm에서 NAA 0.1 mg·L^-1 처리시 1.8개, 뿌리길이 3.8 cm로 크게 감소하여, 품종별로 NAA에 대한 반응에 차이 를 보였다(Table 1).

Skoog & Miller (1957)는 담배의 수 조직 배양시 시토키닌 에 비해 옥신의 농도가 높으면 부정근의 형성이 촉진되며, 그 반대의 경우에는 신초의 형성이 촉진된다고 하였다. 그러 나 본 실험의 결과에서 스프레이 국화의 조직배양시 NAA 0.1 mg·L^-1을 첨가한 배지에서 세 품종 모두 뿌리의 수와 길 이는 무처리에 비해 오히려 감소하였다. 이는 Lee et al.(2008)이 스탠다드 국화 ‘Jinba’ 품종의 잎에서 재분화체를 유기할 때, 옥신과 시토키닌의 농도가 같거나 시토키닌의 농 도가 낮은 경우에는 신초와 뿌리가 형성되지 않거나 상대적으 로 낮았다는 결과와 일치한다. 또한 옥신은 특정한 세포분열 주기에 영향을 주어 캘러스의 형성을 유도하는 것으로 보고되 고 있다. 스프레이 국화 ‘Perfect’와 ‘Glory Pink’, ‘Cherry Pink’ 세 품종에서 NAA의 처리 농도를 달리한 추가 실험에서 NAA 0.3 mg·L^-1 이상을 첨가한 배지에서 배양된 절편체의 기 부에 캘러스가 유기되는 것을 확인할 있었다(성적 미제시).

조직배양묘를 일시에 대량증식하기 위해 다신초를 유도할 수 있는 조건을 구명하고 단위기간 동안의 증식율을 증대하고 자 BA 0, 0.1, 0.3, 0.5, 1.0 mg·L^-1 처리하여 배양체의 생육 을 조사하였다. 그 결과, ‘Field Green’ 품종의 신초수는 NAA 0 + BA 0.5 mg·L^-1에서 7.0개로 가장 많았고, ‘Snow Pangpang’과 ‘Green Diamond’는 NAA 0 + BA 1.0mg·L^-1에 서 각각 6.5개와 3.6개로 가장 많이 발생하였다. 그러나 BA 0.1 mg·L^-1 이상의 모든 처리구에서 기부에 뿌리 대신 캘러스 가 형성되었으며, 처리 농도가 증가할수록 캘러스의 크기가 커 지고 초장 신장이 이루어지지 않음으로써 줄기의 마디가 짧아 져 증식을 위한 절편체로 사용할 수 없었다(Table 1과 Fig. 2).

시토키닌은 세포분열을 촉진하여 조직배양시 캘러스를 유기 및 생장시키고, 부정아의 발생을 촉진시키며, 고농도 처리시에 는 생장이 억제된 다수의 신초를 발생시킨다. 때문에 BA와 같 은 시토키닌 생장조정제는 돌연변이가 유기된 잎, 줄기, 소화 경 등의 체세포 조직에서 부정아를 유기하여 재분화체를 형성 하게 하거나 형질전환을 위한 캘러스 유기 및 재조합 식물체 를 양성하는 등의 생명공학 육종을 위한 조직배양 배지 조제 시 많이 이용된다(Park et al., 2007;Mandal & Datta, 2005;Han et al., 2007). 국화의 경우에도 ‘Shuhonochikara’ 품종의 줄기 배양 시 재분화율이 BA 2 mg·L^-1 + NAA 0.01 mg·L^-1를 조합한 배지에서 가장 좋다고 하였고(Lim et al., 2005), ‘Garland’ 품종의 잎 배양시에도 BA 2.5 μM + NAA 2.5 μM를 조합한 배지에서 가장 좋았다고 하였다(Lee 등, 1997). 이는 BA의 처리 농도가 증가할수록 캘러스의 크기 와 발생하는 신초의 수가 증가하는 대신 초장의 신장이 억제 되는 등의 결과와 일치한다. 이와 같은 결과를 바탕으로 국화 조직배양묘를 대량 증식하기 위한 적정 배지로 캘러스가 형성 되지 않으면서 초장과 마디의 수 등이 우수하여 증식 효율성 이 높고 평균 마디의 길이가 길어 작업의 편의성이 높은 MS + NAA 0.1 mg·L^-1의 배지를 선발할 수 있었다.

2. 스프레이 국화 기내 발근시 절편체의 부위와 순화시기 가 묘 소질에 미치는 영향

스프레이 국화의 우량묘를 대량 생산하기 위하여 기내 증식 이 완료된 스프레이 국화의 발근시 절편체의 채취 부위와 순 화 시기가 순화율 및 묘 소질에 미치는 영향을 조사하기 위하 여, MS + NAA 0.1 mg·L^-1 발근배지에 ‘Field Green’ 품종의 조직배양묘 선단부와 중단부를 각각 치상한 후, 치상체 기부 에서의 뿌리 출현일수를 비교해 본 결과, 선단부는 11.2일이 소요되어 중단부의 12.9일보다 뿌리가 출현하는데 소요되는 일 수가 1.7일 정도 더 적었다(Table 2).

선단부와 중단부의 뿌리가 모두 출현한 배양 2주차부터 4주 차까지 일주일 간격으로 순화하고, 최초 배양일로부터 5주 후 에 단위기간동안 순화된 묘의 초장, 초폭, 엽수, 엽장, 엽폭, 줄기직경, 생체중, 순화율 등을 비교해본 결과, 순화 주차별 순 화묘의 초장은 선단부가 3.8 cm, 5.3 cm, 6.5 cm, 중단부 2.9 cm, 3.1 cm, 3.6 cm로 기내배양 일수가 증가할수록 초장은 길어진 반면, 엽장과 엽폭 줄기경경, 생체중 등은 감소하였다. 선단부 발근 순화묘의 경우 2주차와 4주차의 엽장과 엽폭이 각각 4.4 cm, 3.0 cm에서 3.0 cm, 2.6 cm로 감소하였으며, 줄 기의 굵기와 생체중도 각각 1.5 mm, 1.3 g에서 1.1 mm, 0.7 g 으로 더 적었다. 중단부 발근 순화묘도 유사한 경향을 보였다 (Table 2와 Fig. 3).

스프레이 국화 조직배양묘의 순화율과 묘 소질은 발근시 절 편체 채취부위에 따라 차이를 보였다. 먼저 순화율은 선단부 발근 배양체의 경우 순화 주차에 관계없이 100% 순화율을 보 인 반면 중단부 발근 배양체의 순화율은 2, 3, 4주차 순화율 이 각각 64.3%, 85.7%, 92.8%로 선단부보다 낮았다. 또한 묘 소질을 구분할 수 있는 줄기의 굵기와 생체중이 선단부가 중 단부보다 각각 0.1~0.2 mm, 0.2~0.5 g 더 굵고 무거울 뿐만 아니라 초장과 초폭, 엽장과 엽폭, 엽수 등의 생육특성도 순화 주차에 관계없이 선단부가 중단부보다 더 양호한 생육양상을 보였다.

일반적으로 국화 기내 증식용 절편체는 액아를 포함하고 있 는 줄기의 마디를 이용한다. Nencheva (2006)는 일반적인 국 화의 마디 배양시 약 4주 후에 초장 10~12 cm, 엽수 8~12개 정도로 생장하며, 7~10개의 증식 가능 절편체를 채취할 수 있 다고 하였다. 그러나 실제 재배 현장에서는 균일하고 충실한 묘를 얻기 위해 국화의 삽목은 정아삽을 원칙으로 하고 있으 며, 삽목시 삽수는 전개엽이 3개 정도 붙어 있는 5~6 cm 정 도로 조제한다. 스프레이 국화의 선단부와 중단부를 배양한 본 실험에서도 중단부의 절편체를 이용하여 마디 배양된 상태의 묘는 절편체의 줄기와 잎 사이의 연결부위에서 액아가 생장하 고 마디의 기부에서 뿌리가 발생하므로 순화 작업 과정에서 액아와 뿌리가 분리되는 경우가 발생하여 순화율에 영향을 주 는 반면, 정아를 가지고 있는 줄기 선단부의 경우에는 정아가 빠르게 생장하고 기부에서 바로 뿌리가 발생하므로 순화율이 높고, 생육 및 활착이 빠른 것으로 추정된다.

기내배양 일수가 증가하면 조직배양묘의 초장과 뿌리의 길 이는 증가하나 줄기의 굵기나 생체중, 잎의 크기 등 전반적인 생육은 위축되는 것으로 조사되었다. 이는 기내의 환경이 외 부의 온실 환경조건보다 광량이 부족하여 도장하기 때문에 나 타나는 현상으로, 본 실험에서도 배양 4주차에 순화한 경우에 는 뿌리가 길어 배지의 잔재물을 제거하는데 더 많은 노력이 필요했으며, 순화 이후에도 도장하여 쉽게 쓰러지는 현상들이 나타났다. 그러나 발근이 완료된 직후인 배양 2주차에 순화한 조직배양 순화묘는 줄기의 굵기가 굵고 잎이 크며 생체중이 무거운 순화묘를 얻을 수 있었다. 이를 바탕으로 스프레이 국 화의 우량 조직배양묘를 양성하기 위해서는 발근시 줄기의 선 단부를 절편체로 이용하여 발근배지에 치상하고, 발근이 완료 된 2~3일 후(뿌리의 길이 약 5 mm 정도)에 순화하는 것이 필요하다.

적 요

본 연구는 스프레이 국화의 기내 대량 증식을 위한 적정 배 지를 선발하고, 발근시 절편체의 부위와 순화시기가 조직배양 묘의 품질에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행하였다. 먼저 대량증식을 위한 적정 배지를 선발하기 위해 서로 다른 조성 의 식물생장조절물질을 첨가한 MS배지에 ‘Field Green’, ‘Green Diamond’, ‘Snow Pangpang’ 등 스프레이 국화 3품 종을 기내배양 하였다. 배양 6주 후의 배양체의 생육을 조사 한 결과, MS+NAA 0.1 mg·L^-1의 배양체의 초장이 무처리에 비해 1.5~2.0배 더 길었고, 줄기의 두께도 더 두꺼웠다. 그러 나 BA 0.1 mg·L^-1 이상이 첨가된 모든 배지에서는 캘러스와 다신초가 유도되었고 뿌리가 발생하지 않았으며, 신초와 마디 의 길이가 짧아졌다. 따라서, MS+NAA 0.1 mg·L^-1 배지가 스 프레이 국화의 기내 대량증식 단계에 가장 효율적인 것으로 선발되었다. 두번째로 스프레이 국화 우량묘를 양성하기 위하 여 ‘Field Green’ 품종에서 생장점을 포함하고 있는 줄기의 선단부와 액아를 포함하는 줄기의 중단부를 각각 기내배양 한 후, 배양 2주 후부터 일주일 간격으로 순화하여 순화된 묘의 생육특성을 조사하였다. 그 결과, 선단부 배양체의 뿌리출현일 수가 11.2일로 중단부 배양체보다 1.7일 더 빨랐으며, 순화율 과 생장의 균일성도 순화시기에 관계없이 중단부 배양체보다 더 좋았다. 또한 초장, 엽수, 줄기의 굵기, 생체중과 같은 조직 배양묘의 소질과 관련된 특성도 선단부 배양체에서 더 좋게 나타났다. 순화시기에 따른 묘 소질 조사에서는 기내배양 2주 후에 순화한 선단부 배양체의 경우 최종 조사일에 초장이 3.8±0.5 cm로 가장 짧았지만, 줄기의 굵기와 생체중은 1.5±0.2 mm와 1.3±0.3 g으로 기내배양 3주와 4주 후에 순화한 묘에 비해 1.5~2.0배 더 두껍고 무거워 품질이 우수하였다. 이 러한 결과를 바탕으로 스프레이 국화의 조직배양 우량묘를 양 성하기 위해서는 기내 발근시 줄기의 선단부를 절편체로 사용 하고, 기내배양 2주 후에 짧고 굵은 뿌리가 발생하기 시작했 을 때 순화하는 것이 적절하다.