조직배양 - 배양환경

배양소식물체의 과수화와 관련된 두 가지 중요한 요인으로는 배지의 물리성 및 화학성과 배양기 내 가스 조성으로, 가스 조성 중에서도 특히 수증기, CO2 및 ethylene을 들 수 있다. 배지 형태의 물리적, 화학적 특성은 식물체의 발달과정에 있어서 많은 영향을 끼친다. 일반적으로 배지는 액체나 반고체 상태로 사용하며, 고체화에는 다양한 농도의 한천이 많이 이용되고 있다. 한천은 습도와 매트릭퍼텐셜에 영향을 끼치며, 밀폐된 배양기 내에서 배양소식물체의 양,수분의 이용에 영향을 끼친다. 액체배지를 사용하는 현탁배양의 경우 신초가 공기 중에 노출되거나 침수된 상태에서는 과수화현상이 나타난다. 배지 내의 한천 농도를 증가시키면 과수화현상이 감소하지만 소식 물체의 생장이 늦어지고 증식률이 저하되는데, 한천 이외에 다른 겔화제를 이용할 경우 사용한 겔화제의 종류와 농도에 따라 소식물체의 반응이 달라진다. 사과나무의 기내배양에 있어서는 한천 대신에 고농도의 K+과 MG2+을 첨가한 gelrite를 사용하면 과수화 현상이 증가하는데, 배지 내 K+의 농도를 감소시키면 신초가 비정상적으로 발달하는 경우도 있다. 고농도의 한천 및 gelrite와 같은 겔화제는 소식물체가 사이토키닌류와 같은 그 밖의 배지 구성 물질을 흡수하는 데에 영향을 끼친다. 한천의 농도를 높이고 5~20gL-1의 pllyethylene glycol을 첨가한 배지에서 배양한 꽃양배추와 국화의 경우에는 소식물체 잎의 왁스형성이 증가하여 과수화현상을 억제할 수 있다. 한편, 밀폐한 배양기 내의 높은 상대습도는 과수화현상을 유발하는 요인으로 배양기의 종류와 배양기 내 수분 상태에 따라 온도구배가 생기며, 기내 온도의 변동에 따라 공간적, 경시적으로 상대습도도 변한다. 상대습도가 높은 조건에서 발달한 잎과 배지면에 접촉한 식물체의 잎 간에는 형태학적, 해부학적인 특성이 매우 상이하여 개체발생 초기부터 차이를 나타내며, 일단 배지면에 접촉한 잎은 건전화되지 않는다. 양배추와 카네이션의 경우 건조제를 이용하여 배양기 내 상대습도를 저하하며 소식물체의 왁스 침착이 촉진되고, 한천배지 상에 lanolin으로 얇은 막층을 만들어 주면 기내 상대습도를 35%까지 저하할 수 있는데, 국화의 경우에는 신초를 건조하게 하고 양배추의 경우에는 식물체 잎의 왁스 침착을 증가시키는 방법이 건전묘의 생산에 효과적이다. 사과나무의 경우 상대습도를 저하하면 정상적인 잎의 발달을 촉진하여 배양기 외 순화 시에 소식물체의 생존율이 증가한다. 다양한 무기물 및 유기물로 구성된 배지는 물리, 화학적 특성을 결정하는 중요한 요인으로 작용하며, 수분유효성은 배지 내 수분 퍼텐셜과 매트릭퍼텐셜에 의해 결정되며, 이 두 가지는 겔화제와 용질에 의하여 조절된다. 배지 내에 첨가하는 당은 소식물체의 중요한 탄소원으로 카네이션의 경우 3% 이상으로 당농도를 높이면 배지 내 수분퍼텐셜을 감소시켜서 소식물체의 과수화율이 감소된다. 그러나, 카네이션을 배양할 때 당 대신에 당과 동일한 농도의 mannitol을 배지에 첨가하면 오히려 과수화현상이 증가하지만, 당이나 mannitol의 농도를 증가시켜도 과수화율은 감소되지 않는다. 당의 농도를 4.5%까지 증가시키고 MgSO4의 농도를 9%로 처리한 배지에서 마르멜로를 배양하면 과수화율이 저하되는데, 이처럼 탄수화물의 농도를 증가시킴으로써 과수화현상을 감소시킬 수 있지만, 식물의 종에 따라 배지 내 탄수화물의 농도에 대한 반응이 달라진다. Philodendron의 경우 당 대신에 mannitol을 첨가하면 소식물체의 생장이 촉진되지는 않지만 엽록소의 함량이 증가하고, 올리브와 아몬드의 경우에는 fructose를 4.5% 첨가하면 과수화율이 저하된다. MS 배지와 같이 배지 내에 무기물이 풍부한 배지는 여러 종의 배양소식 물체의 과수화현상을 유발하는 원인이 된다. 무기물 성분함량이 적은 배지나 MS 배지의 농도를 1/2로 낮춘 배지를 이용하면 카네이션 및 오이 배양소식물체의 경우 생육이 촉진된다. 배지 내 NH4+의 농도를 줄이면 일부 목본식물에 있어서 목질화를 촉진하여 과수화현상이 억제된다. 또한, NH4+와 NO3-의 비율을 저하하면 카네이션 배양소식물체의 경우 정상적인 형태형성이 촉진되고, 배지 내의 Ca2+의 농도를 높이면 초본식물과 목본식물의 경우 과수화현상이 억제된다. 그러나, 배지 내 Ca2+의 농도를 증가시키면 캘러스의 형성을 유지도할 수 있고 peroxidase의 활성 증가로 식물체의 목질화를 방해할 수도 있다는 보고가 있다. 따라서, 배지 내 Ca2+의 농도를 증가시키면 반드시 과수화가 억제된다고는 할 수 없다. Na+의 농도를 높인 배지에서 꽃양배추를 배양하면 공변세포 내의 K+의 농도가 다른 성분에 비하여 현저하게 저하되는데, 액체배지에서 삼투충격에 의하여 과수화현상이 발생한다. 일반적으로 이용되고 있는 배지의 삼투퍼텐셜은 약 0.3MPa로 그 값은 대부분의 식물체 내 삼투퍼텐셜의 값보다 낮은 수치로 삼투 충격의 효과에 대해서는 아직 확실히 밝혀져 있지 않다. 액체나 반고체상태의 배지에 식물체의 조직이 접촉하면 세포막구성이나 투과성, 식물체의 양분 흡수에 영향을 끼치는데, 이에 대한 연구내용은 아직 불충분하며, 앞으로 더 많은 연구가 필요하다. 식물체의 과수화현ㄴ상에 있어서 생장조절물질의 역할은 아직 충분하게 검토되어 있지 않으며, 지금까지 검토된 소식물체의 과수화에 미치는 영향도 일정하지 않다.