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• 서 언
• 재료 및 방법
• 배양재료 및 증식배양
• 광환경
• 광합성측정
• 광독립배양
• 결과 및 고찰

서 언

 거베라는 재배환경이 적당하면 연중 채화가 가능한 시설화훼재배 작목으로 우리나라 주요 절화류 중의 하나이다. 국내 거베라 재배면적은 2011년 71ha로 우리나라 전체 절화류 화훼재배면적의 5위를 차지하고 있으며 생산량 52백만본, 생산액이 145억원에 달한다(MIFAFF, 2012). 거베라는 분주로도 번식이 가능하지만 증식율이 낮아 상업적으로 이용하기에는 어려움이 있다. 상업적으로 유통되고 있는 대부분의 묘는 경정배양방법으로 생산되는 조직배양묘로 대량생산이 가능하고 묘의 품질도 비교적 균일하고 우수하다(Kanwar et al., 2008). 지금까지 거베라의 기내배양묘 생산과 관련된 연구는 주로 대량증식을 위한 적정배지선발 위주로 이루어졌으나 최근에는 생육단계별로 다양한 기내 배양환경조절을 통해 우량종묘를 생산하고자 하는 광독립영양배양시스템 연구가 진행되기도 하였다(Oh et al., 2009; Son et al., 2009). 거베라의 경우 기내배지 조성, 공기순환 횟수 등 배양환경을 달리하여 생산된 혼합영양묘와 자가영양묘는 타가영양묘와 달리 잎 하표피층에 왁스의 결정형이 관찰되었고 온실에서 자란 유묘와 유사한 기공형태와 크기를 가지며(Lee et al., 2001a) 이를 기외이식하면 생존율이 높아진다(Lee et al., 2001b).

 최근에 개발된 light-emitting diodes(LEDs)가 지닌 다양한 장점들로 인하여 다양한 분야의 농업에서 그 이용가능성을 검토 중에 있으며 조직배양실의 인공광원으로 주로 사용되고 있는 형광등을 대체하려는 연구도 진행되고 있다. LEDs는 반도체 장치로서 크기가 작으면서 긴 수명, 전기소모량과 열방출량이 작아 기존의 인공광원을 대체할 수 있는 새로운 광원으로 각광받고 있다(Bula et al., 1991; Morrow, 2008). 또한, LEDs는 특정 파장대 영역만을 선택적으로 방출시킬 수 있기 때문에 특정 광원에서만 반응하는 식물의 생리·생태적 반응에 유용하게 활용할 수 있다. 일반적으로 식물의 생장과 발달에는 광도, 광질, 광주기등의 영향을 받으며(Taiz et al., 1991), 기내 식물체의 생장, 형태형성, 분화 등에는 광질의 영향을 받는다(Econmou et al., 1987). 따라서 본 연구는 거베라의 조직배양과정 중 증식배양단계에서 LEDs 파장이 기내배양묘의 생육에 미치는 영향을 조사하고자 수행되었다.

재료 및 방법

배양재료 및 증식배양

 실험재료로는 절화용 거베라 ‘바네사(Vanessa)’를 사용하였다. 거베라의 증식을 위해 MS배지를 기본배지로 하여 NaH₂PO₄ 85mg ·L^-1, adenine sulfate 80mg ·L^-1, kinetine 10mg ·L^-1, IAA 0.1mg ·L^-1, sucrose 30g ·L^-1, agar 8g ·L^-1를 첨가하였다. 배양용기는 crystal-clear polypropylene재질로 그 부피는 500mL(W125mm/D65mm/H80mm)이며 공기순환이 용이하도록 뚜껑에 pore size 0.2μm의 microfilter가 부착된 것을 사용하였다. 배양용기 내부로의 광투과율은 93 ~ 94%정도이다. 용기에 100mL의 배지를 분주하여 2회 계대배양후 2개월간 자란 배양묘를 용기당 2개씩 치상하여 배양온도는 25 ± 2^˚C, 일장은 16시간으로 하여 LEDs 파장대별로 50일간 증식배양 후 생육조사를 하였다.

광환경

 LEDs(서울반도체, 한국)는 기존 설치된 형광등(40W)과 같은 크기로 배양대(W120cm/D60cm/H45cm)에 각 5개씩 같은 전압으로 파장대별로 설치하였다. LEDs 파장은 red(660nm), blue(450nm), far-red(730nm)을 각각 단용하거나 red(660nm) 4개에 blue(450nm) 1개를 혼합하여 사용하였다.

광합성측정

 CO₂ mixer(LI-6400-01)와 2L 용량의 custom chamber가 부착된 휴대용광합성측정기(LI-6400/LI-COR/USA)를 이용하여 광합성률을 조사하였다. 측정조건은 CO₂ 400μmol ·mol^-1, flow rate 700μmol · s^-1이었다. 광합성측정 부위는 증식중인 거베라 조직배양묘를 발근배양으로 이식하기직 전인 50일묘의 가장 큰 성숙엽으로 하여 LEDs 파장대별로 측정하였다.

광독립배양

 LEDs 파장에서 광독립배양 가능여부를 알고자 실험 품종, 배양용기, 배지조성과 배양환경은 위와 동일하게 하고 Sucrose 함량만을 0, 10, 20, 30g ·L^-1으로 각각 다르게 첨가하여 LEDs 파장별로 50일간 배양하여 생육 조사하였다.

결과 및 고찰

 절화용 거베라 ‘바네사’의 기내증식배양시 LEDs 광원별 생육 특성을 보면 주당 신초수가 red와 red(4) + blue(1) LEDs에서 3.0개로 대조구인 형광등의 1.7개에 비해 많았고 far-red에서는 다소 증가 또는 blue LEDs에서는 줄어드는 경향이었으나 그 차이는 통계적 유의성이 없었다(Table. 1). 거베라 국내육성품종인 ‘Saebom’의 대량증식을 위한 목적으로 red + blue LEDs 혼합 조건하에서 배양하였을 때 신초수가 가장 많았다는 결과(Cho, 2012)와 유사하였다. 거베라 기내배양에서 red와 red(4) + blue(1) LEDs은 신초형성을 촉진시키고 blue LEDs에서 억제시키는 것을 볼 수 있었다.

Table 1. Growth characteristics of propagules of Gerbera ‘Vanessa’ cultured under different light sources for 50 days of the proliferation culture stage.

 초장은 red LEDs에서 가장 길었으며 다른 LEDs 광원에서는 대조구에 비해 처리간 유의성은 없었다. 이는 포도 대목 품종 ‘Teleki 5BB’의 기내배양시 red광이 신초의 신장을(Jeong et al., 2006), Doritaenopsis 의 기내 배양시 red광이 잎의 생장을 각각 촉진시켰다는(Kong et al., 2008) 연구결과와 동일하였다. 또한 red LEDs에 비해 blue광과 far-red광에서 거베라 배양묘의 초장이 짧은 것(Fig. 1.)은 Pelargonium 조직배양시 적색광질에 의해 절간길이 신장에 의한 줄기신장이 촉진되고 청색광질에서 억제되었다는 보고 (Appelgren, 1991)와 일치하였다. 그러나 일반적으로 blue광이 식물의 신장을 억제한다는 보고와는 달리antirrhinum에서 초장이 blue광에서 증가하였다는 보고는 phytochrome의 효과가 아닌 청색광수용체(blue acting photoreceptor)의 작용에 기인한 것(Khattak et al., 2004)으로 식물마다 광질에 대한 반응 기작이 달라지는 것을 알 수 있다.

Fig. 1. Growth of Gerbera ‘Vanessa’ propagules cultured under different light sources for 50 days of proliferation culture stage. Red, Blue, Red + Blue, FR represent red, blue, red + blue, and far-red LEDs and FL means fluorescent lamp.

 주당 엽수는 red(4) + Blue(1)광에서 가장 많았고 blue, far-red광에서 가장 적은 것은 딸기 ‘ahkihime’를 기내배양시 70% red + 30% blue 혼합 광질에서 단일광질 red, blue 보다 소식물체의 엽수가 많았다는 보고(Duong et al., 2003)와 같은 결과였다. 그러나 엽 면적은 far-red광을 제외하고는 같은 경향인 것으로 보아 red(4) + blue(1) LEDs에서는 다른 광원에 비해 크기가 작은 잎이 많이 발생했다고 볼 수 있었다.

 주당 생체중과 건물중은 red LEDs에서 가장 무거웠으나 red(4) + blue(1)광이나 형광등과도 큰 차이가 없는 것을 볼 수 있었다(Table 1). 증식배양단계에서 가장 중요한 것은 대량증식을 위한 신초를 많이 확보하는 것이므로 다른 생육특성들이 형광등과 비교하여 큰 차이가 없는 것으로 볼 때(Fig. 1) red 또는 red(4) + blue(1) LEDs 혼합광이 적당한 것으로 판단된다.

 거베라 ‘바네사’의 증식배양 시 sucrose 30g ·L-1를 첨가한 배지에 LEDs 파장에 따른 광합성률 측정한 결과, red(4) + blue(1) LEDs에서 가장 높았고 red와 blue LEDs 각각 단용처리에서는 같았으며 far-red광에서는 가장 낮은 것을 볼 수 있었다(Fig. 2). 이 결과는 위의 거베라 ‘바네사’의 기내 생육특성들과 같은 경향이었다. 아게라텀의 실외재배시 실생묘의 엽면적 및 순광합성 속도는 발광다이오드 청색 이나 적색의 단일광에 비해 청색과 적색의 혼합광 조사에 의해 증가된다는 보고와 비슷한 결과를 볼 수 있었다(Heo et al, 2009).

Fig. 2. Photosynthetic rates of Gerbera ‘Vanessa’ propagules when cultured under LEDs with different wave lengths on proliferation culture. Red, Blue, Red + Blue, FR represent red, blue, red + blue, and far-red LEDs and FL means fluorescent lamp.

 한편 공기순환이 가능한 필터 용기에서 기내배양을 할 경우 광독립영양 배양(photoautotrophic culture)이 가능한지를 알아보고자 LEDs 파장별로 배양용기, 배지, 환경조성은 동일하게 하여 sucrose농도만을 0, 10, 20, 30g ·L^-1로 각각 달리하여 50일간 배양 후 ‘바네사’의 생육특성을 조사하였다. 그 결과 관행인 sucrose 30g ·L^-1보다 0 ~ 20g ·L^-1에서는 전반적으로 생육이 저하되는 것(Table 2)을 볼 수 있었고 sucrose 무첨가 및 10g ·L^-1 첨가배지에서는 정상적인 생육이 어려웠다(Fig. 3). 이는 LEDs 광환경에서도 광독립영양배양(photoautotrophic culture)이 어려운 것으로 판단되며 완전한 광독립배양을 위해서는 광환경 뿐만 아니라 CO₂농도 등 기내에서도 광합성을 가능하게 할 수 있는 다른 환경조건이 함께 검토되어야 하겠다.

Table 2. Growth characteristics of plantlets of Gerbera ‘Vanessa’ cultured at different sucrose concentrations using LEDs light quality for 50 days.

Fig. 3. Growth of Gerbera ‘Vanessa’ propagules when cultured at different sucrose concentrations under red (4) + blue (1) LEDs for 50days. S0, S10, S20, S30 represent sucrose concentrations were 0, 10, 20 and 30g · L^-1.