조직배양 - 수분장해

  수분장해는 지상부위, 특히 잎에서 과도한 수분의 증발이나 뿌리로부터 부적합한 수분의 흡수로 유발한다. 큐티클층과 기공은 잎에서 수분상실의 첫 번째 경로이다. 큐티클층은 잎 표면의 왁스와 함께 지상부의 식물체 조직을 덮고 있는 큐티클로 구성된 하나의 막이다. 이 큐티클층의 주요 기능은 증산에 의한 수분사실을 막는 것이다. 큐티클층을 통한 수분의 통과는 큐티쿨라와 에피큐티쿨라 왁스의 구조와 양에 의하여 영향을 받으며, 큐티클층의 두께와 큐틴질의 화학적 성질은 수분의 상실과 직접적으로 관련이 없는 것 같이 보인다. 초기 연구에서 조직배양한 식물체의 잎에 있는 에피큐티쿨라 왁스의 결정구조는 온실에서 생장한 식물체에서는 온실에서 생장한 식물체가 가지고 있는 표면의 특정한 구조가 없다. 또한, 고체배지에서는 카네이션의 신초가 정상적으로 생장하지만 액체배지에서는 신초가 정상적으로 생장하지 앖는다. 오히려 어떤 신초는 액체배양에서 투명화현상을 나타내는데, 기내에서 생장한 정상적인 카네이션 식물체는 투명화되거나 비정상적인 식물체보다도 생존율이 높다. 온실이나 기내에서 생장한 몇몇 종의 식물체는 부드러운 조직화되지 않은 표면을 가지고 있지만, 전자현미경 하에서는 에피큐티쿨라층의 왁스 결정체의 구조는 유사하다. 이러한 사실은 특수한 에피큐티쿨라 왁스 결정체의 구조를 가지고 있지 않은 한 전자현미경 하에서 온실이나 기내에서 생장한 식물체의 표피가 비결정의 구별되지 않는 왁스층으로 덮여 있기 때문에 커다란 의미를 갖지는 못한다. 마란타나 딸기와 같은 식물체는 정상적인 것은 아니지만 온실이나 기내에서 생장한 식물체 간에 명확한 결정체의 왁스위치를 가지고 있다. 배양한 식물체의 잎에서 에피큐티쿨라 왁스 위치를 가지고 있다. 배양한 식물체의 잎에서 에피큐티쿨라 왁스량을 측정하면 결정체의 구조를 가지고 있지는 앖지만 온실에서 생장한 식물체와 비교해 보면 상당히 적은 에피큐티쿨라 왁스를 가지고 있다. 기내에서 생산된 양배추와 배추의 잎에서 에피큐티쿨라 왁스는 온실에서 생육한 식물체의 약 25%이다. 기내에서 생장한 식물체와 온실에서 생장한 식물체에서 형성된 왁스의 양은 서로 일정하지 않다. 특히, 본래 많은 왁스를 가지고 있는 관엽식물에서는 배양조건에 따라 차이가 크기 때문에 왁스의 양을 예측할 수 없다. 기내에서 배양한 배추의 잎에 형성된 에피큐티쿨라 왁스는 온실에서 생장한 식물체의 에피큐티쿨라 왁스와는 화학적으로 다르다. 기내에서 생장한 식물체의 왁스는 온실에서 생장한 잎의 왁스보다도 더 높은 비율의 에스테르와 polycompound, 그리고 매우 짧은 탄화수소를 가지고 있다. polycompound는 보다 긴 탄화수소와 다량의 수분이 통과하기 때문에 왁스의 화학조성의 차이가 수분의 상실에 관여하는 것 같다. 기내에서 생장한 배추의 잎은 포장에 옮긴 후 형성된 새로운 잎과 같이 정상적으로 발달하지 않는다. 새롭게 형성된 잎들은 시간이 지남에 따라 훨씬 더 많은 양의 왁스와 좀 더 복잡한 결정체의 구조로 발달한다. 이와 같은 결과는 양배추, 배추 및 카에니션에서도 관찰된다. 기내에서 생장한 식물체의 에피큐티쿨라 왁스의 결핍은 배양 용기 내의 높은 습도에서 기인한다. 배추에서 기내의 상대습도를 35%까지 감소시키면 구조화된 왁스가 형성될 뿐만 아니라 에피큐티쿨라 왁스의 양이 현저하게 증가한다. 또한, 기내에서 생장한 카네이션을 정상적인 상태로 만드는 요소는 상대습도를 낮추는 방법과 병행하여 한천이나 당의 농도를 높이는 것이다. 광과 온도를 포함하여 다른 환경조건 또한 상대습도와 관련되어 에피큐티쿨라 왁스의 형성에 영향을 끼친다. 에피큐티쿨라 왁스의 양이 감소하면 배양한 신초에서 실제로 수분상실이 증가한다. 증산율은 온실에서 생육한 식물체와 비교하면 에피큐티쿨라 왁스가 없는 배양식물체의 잎에서 실제로 높다. 상당한 수분의 상실은 에피큐티쿨라 왁스와 관련이 있으며, 온실에서 생장한 배추 잎의 에피큐티쿨라 왁스를 클로로포름의로 제거하면 수분상실이 증가한다. 배양 후 기외에서 식물체의 생존율과 왁스의 양 사이에는 비례하는 관계가 있지만, 이러한 상호관계는 관엽식물에서는 존재하지 않는다. 기내에서 배양한 식물체의 기공구조를 전자현미경으로 관찰해 보면 온실이나 포장에서 생장한 식물체와 크게 차이가 난다. 예를 들어 적색 나무딸기, sweet gum, 사과나무 및 장미를 포함하여 많은 종에서 기공은 정상적인 타원형이며 함몰된 공변세포를 가지고 있지만, 기내에서 생장한 식물체는 기공이 돌출하고 공변세포가 동글다. 그리고, 카네이션의 경우 기내에서 생장한 식물체는 기공이 온실에서 생장한 식물체의 기공과 닮았지만, 배양 기간 동안 기공이 모두 열려 있다. 사과나무와 장미의 경우 기내에서 생장한 식물체의 기공밀도는 온실에서 생장한 식물체에 비하여 높다. 그러나, 자두나무에서는 오히려 밀도가 낮다. 표피의 세포 수와 비교해 보면 기내식물, 순화된 식물 및 온실에서 생장한 식물체 사이에 기공의 밀도는 큰 차이가 없다. 기공의 형태와 밀도는 기내의 환경조건을 변화시킴으로써 변한다. 기내에서 생장한 장미의 경우 25℃에서 광합성유효광양자속을 80µmol*m-2*s-1로 증가시키고 상대습도를 100%에서 75%로 낮추면 온실에서 생장한 식물체의 기공과 닮은 기공이 형성되는데, 기공이 함몰되고 타원형이며 밀도가 낮다. sweet gum의 경우에는 기내에서 광도만 변화시키면 기공의 형태에 변화가 없다. 또한, 나무딸기를 광합성유효광양자속 215*m-2*s-1에서 배양하면 잎에 있는 기공은 상대습도가 낮고 광도가 낮을 경우에는 돌출하지만, 높은 광도에서 함몰된다. 이러한 결과는 상대습도와 광도가 기공의 형태와 구조에 영향을 끼친다는 것을 의미한다.