조직배양 - 배양재료 및 증식방법(과수, 임목)

  식물체의 대량증식은 캘러스, 조직, 세포 또는 원형질체의 배양을 통하여 이루어질 수 있다. 일반적으로 임목의 조직은 기내배양이나 분화유도가 어려워 대량증식에 잘 이용되지 않지만 캘러스나 기관은 임목의 대량증식에 성공적으로 이용되고 있다. 초기에는 캘러스배양이 많이 사용되었지만, 최근에는 대체로 배, 자엽, 눈의 생장점과 같은 기관의 배양에 의하여 대량증식이 이루어지고 있다. 세포나 원형질체의 배양은 임목의 대량증식에 잘 적용되지 않았다. 그 이유는 임목의 영양번식에 있어서 유전적인 안정성이 중요하기 때문이며, 장기간 세포를 배양할 때 일반적으로 유전적인 변이가 많이 발생하는 반면, 기관이나 생장점배양은 비교적 낮은 유전변이를 나타내기 때문이다. 약이나 배우체 또한 기관배양의 재료로 이용되는데, 이는 반수체를 유도할 목적으로 이루어지고 있다. 이 경우 교잡에 의해서는 얻기 어려운 동질열성 유전자형을 가진 개체를 유도함으로써 단기간에 순계를 생산하게 하여 잡종강세의 F1을 생산하여 육종연한을 크게 단축할 수 있다. 대량증식은 기관분화나 체세포배 유도에 의하여 이루어진다. 기관분화는 식물체로의 발달 과정 중 줄기와 뿌리의 분화가 서로 다른 시기에 일어나는 경우를 말한다. 대개 줄기는 사이토키닌이 함유된 배지에서 사용한 시료의 조직에서부터 유도되며, 뿌리는 옥신이 함유된 배지에서 유도된 줄기로부터 유도되어 완전한 식물체의 형태를 갖춘다. 체세포배 유도를 통한 대량증식은 체세포배를 발생하는 세포 또는 캘러스로부터 배가 유도됨으로써 이루어진다. 줄기와 뿌리가 다른 배지에서 발달하는 두 단계의 기관분화의 기작과는 달리 체세포배의 형성은 접합배에서와 같이 줄기와 뿌리의 원기를 모두 가진 배를 동시에 형성시키는 한 단계의 발달과정을 거친다. 체세포배의 형성에서도 체세포배의 발생과 발달에 필요한 두 가지 배지를 필요로 할 수 있다. 체세포배를 이용한 대량증식에는 두 가지 중요한 장점이 있다. 즉, 체세포배는 액체배지에서 배양할 수 있기 때문에 생물반응기를 이용하여 배를 대량 생산할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 침엽수의 체세포배성 배양체 1L로 5~6개월 이내에 100,000개의 체세포를 생산할 수 있다고 추정된다. 체세포배는 인공종자의 생산에 이용할 수 있으며 정상적인 종자처럼 파종하거나 저장할 수 있다. 임목의 영양번식을 목적으로 할 경우 대부분 기관분화를 통한 접근이 이루어져 왔다. 체세포배의 형성을 통한 접근은 여전히 개발단계에 있으며, 여러 가지 문제점에 부딪히고 있다. 몇몇 수종에서 나타나는 체세포배 유도의 문제 이외에도 여러 수종에서 체세포배의 발달과 발근단계에서 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제가 해결된 후에야 체세포배의 형성을 통한 대량증식의 접근이 가능하게 될 것이다. 하지만, 침엽수의 경우 체세포배의 형성을 통한 대량증식이 대규모로 이루어지고 있으며, 몇몇 수종에 있어서는 상업화단계에 있다. 조직배양이 쉽지 않은 수종에서도 체세포배를 유도하는 연구가 꾸준히 이루어지고 있다. 일단 체세포배 유도의 조직배양학적인 체계가 확립된다면 대규모 조림수의 생산 등 그 기대효과는 상당할 것으로 기대된다. 대량증식에 이용된 방법에 상관없이 기관분화나 체세포배의 형성을 통하여 식물체를 생산할 경우 최종적으로 얻은 식물체의 형태나 유전적인 안정성을 조사하는 것이 중요하다. 접목이나 삽목과 같은 영양번식을 통하여 생산된 식물체는 유전적인 변이가 없을 것으로 생각된다. 그러나, 조직배양과 관련된 유전변이, 즉 체세포변이는 장기간 기내에 유지된 배양체에서 자주 관찰되었다. 그리고, 이러한 변이는 영양번식의 차원에서는 불필요한 것이지만, 새로운 유전자원의 확보 측면에서는 매우 유용하게 이용될 수도 있다.

  실제로 임목에서의 체세포변이는 많이 보고되지 않았다. 그러나, 이것은 임목에서 체세포변이가 일어나지 않는다는 것을 의미하는 것이 아니라, 오히려 이러한 체세포변이의 유전성을 증명하는 것이다. 임목의 경우 세대교체에 오랜 기간이 소요되고, 결과적으로 유전분석이나 차대검정의 기회가 많지 않아 체세포변이에 의하여 유도된 형질이 영양번식을 통하여 그대로 유지되는지는 의문이지만 사탕수수의 경우 70%가 유지된다고 알려져 있다. 체세포변이에 의한 선발은 단일 유전자 변이체들의 선발에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 여러 개의 유전자에 의하여 조절되는 양적 형질의 유전형을 확보하는 데 이용할 수 있다. 경제적으로 유용한 형질들은 대부분이 양적 형질로서 여러 유전자에 의하여 조절되기 때문에 이 체세포변이는 경제적으로 중요한 형질의 선발에 상당한 가치가 있을 것이다.

  기내에서 재분화된 식물체는 온실이나 야외의 새로운 환경하에서 순화 과정을 거친다. 거의 100%의 상대습도를 유지하는 기내환경에서 약 50%의 상대습도를 나타내는 포장이나 온실로의 이식은 식물체의 생존 여부에 매우 중요한 요인으로 작용한다. 따라서, 점차 습도를 낮추어 주어야 할 필요가 있다. 또한, 기내에서 배양한 식물체의 생장은 배지에 공급한 당이나 다른 영양물질에 의존해 왔기 때문에 기내 식물체의 엽색이 비록 푸르다고 하더라도 광합성이 활발히 일어나고 있지는 않다. 그 밖에도 기내에서 배양한 식물체는 큐티클층을 가지고 있지 않다. 식물체가 야외로 이식된 후에는 영양분의 공급이 중단되므로 광합성에 관계되는 유전자들이 발현되어야 생존할 수 있다. 적절한 잎 수와 건전한 뿌리조직이 발달하여야만 이식 후 새로운 환경에 적응하고 생존할 수 있다. 순화 초기과정에는 높은 상대습도를 유지할 수 있는 분무 장치가 설치되어 있는 배양상이나 비닐하우스 내에서 식물체를 유지한 후 점차 습도를 낮추어 준다. 이러한 순화 과정 동안에 식물체는 잘 발달한 뿌리조직과 큐티클층 및 광합성 능력을 갖추게 된다.