서 언
장미는 전세계적으로 가장 많이 재배하고 있는 절화이며, 국화와 백합과 더불어 3대 절화로 알려져 있다(Rajeshbabu et al. 2014). 또한, 매력적인 향기와 다양한 화형과 화색을 지니고 있어 소비자들의 선호도가 매우 높으며(Yeon and Kim 2020), 우리나라에서도 2022년 기준으로 절화 장미의 재배면적이 226.2ha, 생산량은 111백만본, 생산액은 617.7 억원으로 절화류 중에서 가장 많이 재배되고 있는 품목이다 (MAFRA 2023). 장미 재배농가에서 요구하고 있는 장미묘는 연간 400~500만개이며, 대량의 장미 묘목을 공급하기 위한 대량 번식 방법이 요구되고 있다(Kim et al. 2022).
지금까지 장미의 번식방법으로는 삽목, 접삽목, 절접, 아접, 및 조직배양 등이 사용되고 있다. 삽목에 의한 번식은 쉽고 간 단하여 생산비가 절감될 뿐만 아니라 대량생산할 수 있는 장 점이 있어 토양전염성 병해의 위험이 없는 양액재배에서 삽목 묘를 많이 사용하고 있다(Chung et al. 1998;Jeong et al. 2007;Kim et al. 2021). 절접과 아접과 같은 접목은 사용하 는 대목의 특성에 따라 품질과 생산성에 차이가 있으며, 절화 장을 향상시키고 토양선충의 피해를 방지할 수 있는 장점은 있으나, 고도의 접목기술이 필요하다는 단점이 있다(Agbaria et al. 1995;Hazar and Baktir 2005). 접삽목은 뿌리가 없 는 대목에 접목을 실시한 후 삽목하여 발근시키는 방법으로 뿌리로부터의 전염성 병충해 감염의 우려가 낮고 대량생산할 수 있는 장점이 있으나, 생존율이 낮고, 발근하는데 긴 시간이 소요되며, 숙련된 기술이 필요하다(Bredmose and Hansen 1995;Park and Jeong 2010;Van der Pol and Glorie 1988). 그러나, 이와 같은 번식 방법들은 바이러스나 세균에 감염된 접수, 접아, 대목을 이용하여 삽목이나 접목을 하면 전 염되는 문제점을 지니고 있다(Goldberg 2006;Roh and Yoo 2023). 장미의 바이러스나 세균성 시들음병에 감염된 줄 기를 이용하여 삽목이나 접목에 의해 생산된 묘는 생육이 불 량할 뿐만 아니라 수확량이 크게 감소하는 원인이 되고 있다 (Kim et al. 2019;Kim et al. 2023;Lee 2020).
장미의 조직배양에 의한 번식은 계절적인 요인에 관계없이 저비용으로 단기간에 대량의 건전 무병묘를 증식할 수 있는 장점을 지니고 있으며, 무병묘를 이용하여 재배할 경우 병해 방제비용 절감, 수확량 증가, 고품질 생산이 가능하다(Ma et al. 1996;Nizamani et al. 2016;Wang et al. 2002). 조직 배양 방법 중에서 마디배양은 고효율의 신초증식과 무병묘 생 산을 위해 장미뿐만 아니라 Camellia sinensis, Epipremnun aureum, Gypsophila paniculata 등에서 사용되어 왔다(Attia et al. 2012;Cheong et al. 2004;Oh et al. 2002;Park et al. 2015). 장미의 마디배양은 신초의 증식효율이 중요한데, Lloyd et al.(1998)와 Oo et al.(2021)은 BA 단용처리가 NAA 와 BA의 혼용처리보다 신초의 증식에 더 효과적이라고 하였고, Park et al.(1995)은 cytokinin 중에서도 2ip나 kinetin보다 BA 처리에서 신초 증식이 더 양호하였다고 하였다. 그러나, Nak-Udom et al.(2009)와 Nizamani et al.(2016)은 NAA 와 BA의 혼용처리가 형성된 줄기수와 엽수가 더 많았다고 하 였으며, 장미의 품종에 따라 단용과 혼용처리에 대한 효과가 다르게 나타난다고 하였다.
최근 장미 번식에 가장 많이 이용하고 있는 접삽목은 주로 ‘Natal Briar’를 대목으로 사용하고 있어 수요가 크게 증가하 고 있다(Kwon 2023). 또한 경기도 농업기술원에서 육성한 ‘Deep Purple’는 해외로 가장 많이 보급되어 로열티를 받고 있는 품종이다. 따라서 이 두 품종들은 병에 감염되지 않은 무 병주의 대량생산이 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구는 ‘Natal Briar’와 ‘Deep Purple’의 기내 마디배양시 NAA와 BA를 처리하여 신초 증식에 대한 효과를 조사함으로써 대량 증식의 가능성을 알아보고자 실시하였다.
재료 및 방법
식물재료 및 절편체 준비
본 연구는 목포대학교 부속농장의 비닐하우스에서 재배 하고 있는 장미 ‘Natal Briar’와 ‘Deep Purple’의 두 품종을 이용하였고, ImmunoStrip® Tests(Agdia, Inc., Indiana, USA)를 이용하여 arabis mosaic virus, impatiens necrotic spot virus, tobacco mosaic virus, tobacco ringspot virus, tobacco streak virus, tomato ringspot virus, tomato spotted wilt virus 등 7가지의 바이러스를 진단한 후 감염되지 않은 개체를 배양 재료로 사용하였다. 각 품종별로 줄기를 채취하여 마디가 한 개 부착된 약 1.5cm 크기로 절단한 후 세제로 세척하였고, Tween 20(CAS No.: 9005-64-5, Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA) 을 첨가한 2% NaOCl 용액에서 15분간 표면살균하였다. 이 후 clean bench 내에서 멸균수로 3회 세척하였고, 마디가 한 개 포함된 약 0.7cm 크기로 재절단하여 배지에 치상하였다.
배지 및 생장조절제 처리
배지는 MS 기본배지에 3% sucrose, 0.8% agar를 첨가하 였고, pH 5.8로 조정한 후 전자렌지에서 녹여 유리시험관(직 경 2.3cm, 길이 15cm)에 20mL씩 분주하였고, 121℃에서 15분간 고압멸균하였다. 배지에는 cytokinin의 종류에 따른 신초형성을 알아보기 위해 무처리인 대조구와 BA(CAS No.: 1214-39-7, Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)와 kinetin(CAS No.: 525-79-1, Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)는 각각 0.5, 2.0, 5.0mg·L-1, TDZ(CAS No.: 51707-55-2, Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)는 0.1, 0.5, 2.0mg·L-1을 처리하였다. 또한, NAA(CAS No.: 86-87-3, Sigma-Aldrich, Inc., St. Louis, MO, USA)와 BA의 혼용 효과를 알아보기 위해 NAA 0.0, 0.5, 2.0, 5.0mg·L-1와 BA 0.0과 0.5mg·L-1을 혼용처리하였다. 그리고, 신초에서 발근을 유도하기 위해 3% sucrose, 0.8% agar를 첨가하고, pH 5.8로 조정한 1/2 MS 배지에 0.5mg·L-1 BA에서 형성된 신초를 치상하였다.
배양환경, 생육조사 및 통계처리
절편체를 배지에 치상한 후 온도 25±1℃, 상대습도 50±5%, 형광등으로 35μmol·m-2·s-1의 광량으로 14시간 조명한 배양 실에서 배양하였다. 생육은 배양 30일 후에 신초수, 신초길 이, 복엽수, 엽수, 엽장 및 엽폭, callus 형성률과 크기 등을 조사하였다. 신초길이는 가장 긴 길이를, 엽장과 엽폭은 가장 큰 잎을 대상으로 측정하였다.
모든 처리구는 유리시험관에 1개의 절편체를 배양하여 처 리당 10반복으로 처리하였다. 조사한 생육 자료들은 SPSS Statistics(Version 23.0 software, IBM Corp., USA)를 이 용하여 분산분석을 실시했으며, 각 처리별 통계적인 차이는 Duncan의 다중검정을 이용하여 5% 유의수준에서 사후검정 하였다.
결 과
‘Natal Briar’의 신초형성과 생육
장미 ‘Natal Briar’를 마디배양시 cytokinin 종류별로 처 리하여 생육을 조사한 결과, 전반적으로 TDZ보다 kinetin과 BA처리가 신초수, 복엽수, 엽수 등 신초의 생육이 양호하였다 (Table 1). BA 2.0과 5.0mg·L-1 처리는 저농도인 0.5mg·L-1 BA 처리보다 신초수, 복엽수, 엽수 등에서 더 적어 신초의 형 성과 발달에 부정적인 영향을 미쳤다(Fig. 1). Kinetin은 저 농도의 0.5mg·L-1 처리보다 고농도인 2.0과 5.0mg·L-1 처리 구에서 신초수, 신초길이, 복엽수, 엽수 등에서 더 양호하였으 며, 잎의 크기는 BA와 TDZ 처리들보다 더 큰 것으로 나타났 다. TDZ는 처리농도가 높아질수록 신초 형성과 발달이 억제 되었으며, 2.0mg·L-1 처리에서는 기형적인 잎들이 형성되었 고, 잎의 크기가 가장 작았다(Fig. 1E). 장미 ‘Natal Briar’를 마디배양시에는 cytokinin 중에서 BA를 0.5mg·L-1 처리하 는 것이 신초수가 3.7개로 가장 많았으며, 복엽수와 엽수도 각각 7.1개와 24.6개로 가장 많았다.
장미 ‘Natal Briar’를 마디배양 시 NAA 단용과 NAA와 0.5mg·L-1 BA를 혼용처리하여 생육을 조사하였는데, 0.5, 2.0, 5.0mg·L-1 NAA의 단용처리는 신초형성이 전혀 안 되었 고(Table 2), NAA 2.0과 5.0mg·L-1 처리에서 0.5~0.6cm 크기의 callus가 형성되었다(Fig. 1F). 또한 0.5mg·L-1 BA와 혼용한 처리에서도 NAA의 농도가 높아짐에 따라 신초수, 신 초길이, 복엽수 및 엽수가 감소하였다(Fig. 2).
따라서 장미 ‘Natal Briar’를 마디배양시 NAA 처리는 신 초의 생육에 효과가 없었으며, cytokinin 종류 중에서 BA를 0.5mg·L-1 처리하는 것이 신초형성 및 생육에 가장 효과적일 것으로 판단되었다. BA 0.5mg·L-1 처리에서 형성된 신초를 1/2 MS 배지에 배양한 결과, 40일 후에 발근이 유도되었다 (Fig. 2A).
‘Deep Purple’의 신초형성과 생육
장미 ‘Deep Purple’을 마디배양시 cytokinin 종류별로 처 리하여 생육을 조사한 결과, 신초수, 신초길이, 복엽수 및 엽 수 등에서 TDZ보다 BA와 kinetin이 더 양호한 생육을 보여 주었다(Table 3). BA는 처리농도가 높아질수록 신초수, 신초 길이, 복엽수, 엽수, 잎의 크기 등에서 감소하였고, 0.5mg·L-1 BA 처리에서 가장 신초의 형성이 양호하였다. Kinetin은 0.5~5.0mg·L-1 처리 간에 신초수와 길이, 복엽수, 엽수 등에서 는 통계적인 차이가 없었으나, 잎의 크기는 2.0과 5.0mg·L-1 처리에서 감소하였다. 엽장과 엽폭은 BA나 TDZ 처리들보다 대조구와 0.5mg·L-1 kinetin 처리에서 가장 길었다. TDZ의 경우에도 고농도로 처리할수록 신초의 형성과 발달이 억제되었 고, 2.0mg·L-1의 고농도 처리에서 작으면서 기형적인 잎들이 형성되었다(Fig. 3E). 전반적으로 cytokinin 중에서 kinetin 이나 TDZ의 처리들보다 0.5mg·L-1 BA 처리에서 신초 4.1 개, 복엽 10.2개, 엽 41.3개가 형성되어 신초 생육에 가장 효 과적이었다
장미 ‘Deep Purple’을 마디배양시 NAA 단용과 NAA와 BA 0.5mg·L-1를 혼용처리하여 생육을 조사하였는데, NAA 를 2.0과 5.0mg·L-1으로 단용처리한 것에서 신초의 형성이 전혀 안 되었다(Table 4). 또한, 0.5mg·L-1 BA와 혼용한 처 리에서도 처리농도가 높아질수록 신초수, 신초길이, 복엽수, 잎의 크기 등 신초 형성과 생육이 전반적으로 억제되었다. 반 면에 5.0mg·L-1 NAA 단용처리와 2.0과 5.0mg·L-1 NAA+ 0.5mg·L-1 BA의 혼용처리에서는 0.3~0.6cm 크기의 callus 가 형성되었다(Fig. 3F).
따라서 장미 ‘Deep Purple’을 마디배양시 NAA 처리는 callus를 유도하였지만, 신초의 형성에는 효과가 없으며, cytokinin 종류 중에서 BA를 0.5mg·L-1 처리하는 것이 신초 형성 및 생육에 가장 효과적이었다. BA를 0.5mg·L-1 처리한 배지에서 형성된 신초의 발근을 위해 1/2 MS 배지에 배양한 결과, 배양 40일 후에 발근이 유도되었다(Fig. 2B).
고 찰
장미의 무병주 생산과 대량증식을 위해 생장점배양과 마디배 양이 주로 사용되고 있는데, 장미의 마디배양에서 대량의 신초 유도와 생육을 위해서는 배지에 생장조절제의 첨가가 필수적이 다. 장미 ‘Perfume Delight’는 3.0mg·L-1 BA+0.003mg·L-1 NAA가 첨가된 MS 배지에서 3.2개의 신초가 형성되어 가장 많았다고 하였다(Nak-Udom et al. 2009). 또한, 정원용 장미 의 경우에는 2.0mg·L-1 BA+0.1mg·L-1 NAA가 첨가된 배지에 서 신초수, 신초길이, 엽수 등의 생육이 가장 양호하였다고 보고 하여(Nizamani et al. 2016) BA와 NAA의 혼용 처리가 신초의 형성과 생육에 효과적이었다. 그러나, 본 연구에서는 장미 ‘Natal Briar’과 ‘Deep Purple’의 경우 NAA를 단용 또는 BA 와 혼용하여 처리했을 때 처리농도가 높을수록 신초의 형성이 억제되었고, 오히려 callus가 형성되는 모습을 보여 주어 신초 의 대량증식에 효과적이지 않았다.
장미 ‘Al-Taif Rose’에 있어서 무병주에서 줄기의 마디를 채취하여 2.0mg·L-1 BA+1.0mg·L-1 kinetin이 혼합된 배지 에 배양했을 때 신초의 형성이 가장 양호하였고(Attia et al. 2012), cytokinin 중에서도 BA가 신초 증식에는 가장 효과 적이라고 하였다. 또한 장미 ‘Pareo’는 1.5mg·L-1 BAP가 첨 가된 MS 배지에서 multiple shoots가 가장 많이 형성되었다고 하였고(Mukhambetzhanov et al. 2011), Oo et al.(2021)은 3.0mg·L-1 BA 처리하는 것이 장미의 신초 유도와 증식에 가장 적절한 농도라고 하였다. Park et al.(1995)은 장미 ‘Carl Red’, ‘Golden Emblem’, ‘Tineke’의 마디배양에서 1.0mg·L-1 BA 처리 시 신초 형성이 우수하였고, 이보다 고농도의 BA 처리 시에는 신초의 생육이 억제된다고 하였으며, cytokinin 중에 서 2ip와 kinetin보다 BA가 신초 형성에 더 효과적이라고 하 였다. 본 연구에서도 장미 ‘Natal Briar’과 ‘Deep Purple’의 마디배양에서 BA가 kinetin이나 TDZ보다 신초형성과 생육 에 있어서 더 양호하였고, 특히, 0.5mg·L-1 BA의 처리에서 가장 효과적이었다. 그러나, 2.0과 5.0mg·L-1 BA의 고농도 처리에서는 신초의 형성에 부정적인 효과를 보여 주었다. 따 라서 장미의 마디배양에서 신초의 형성과 생육에 요구되는 BA의 적정 농도는 장미의 품종에 따라 다르다는 것을 알 수 있었다.
조직배양을 통해 형성된 신초는 발근을 유도하여 완전한 식 물체를 만들어야 하는데, 장미 ‘Al-Taif Rose’ 마디배양에서 형성된 신초의 발근율은 2.0mg·L-1 IBA가 첨가된 MS 배지에 서 가장 높았고, 4~5개의 뿌리가 발달하였다고 하였다(Attia et al. 2012). 또한, 장미 ‘Pareo’는 1.0mg·L-1 IBA가 첨가 된 1/2 MS 배지에서 뿌리수가 많고, 뿌리길이가 길어 발근에 효과적이라고 하였다. 그러나, 장미 ’Perfume Delight’의 경 우 NAA가 첨가되지 않은 1/4 MS 배지에서 발근이 가장 양 호하였다고 하였다(NakUdom et al. 2009). 이와 같이 장미 의 발근 조건은 품종에 따라 다른 것으로 알려져 있다(Horn et al. 1988). 본 연구에서 장미 ‘Natal Briar’과 ‘Deep Purple’의 마디배양에서 형성된 신초는 오옥신이 첨가되지 않은 3% sucrose를 첨가한 1/2MS 배지에서 발근이 유도되 었는데, 추후 발근에 미치는 NAA와 IBA의 영향에 대한 연구 가 필요하다 판단되었다.
마디배양을 통해 장미의 무병묘 대량생산을 위해서는 1) 무 병주 모본을 확보하고, 2) 마디를 무균상태에서 배양하며, 3) 신초를 대량증식해야 하며, 4) 생산된 묘의 발근과 순화 단계 를 거쳐야 한다(Pati et al. 2006;Roy et al. 2004). 본 연구 에서는 ‘Natal Briar’와 ‘Deep Purple’의 무병주에서 줄기의 마디 부분을 채취하여 0.5mg·L-1 BA가 첨가된 MS 배지에서 배양한 결과 신초 대량 증식의 가능성을 알게 되었으며, 또한 1/2MS 배지에서 발근이 유도되었다. 따라서 이후 기내에서 발근된 묘의 순화 조건을 규명하는 연구가 필요하다고 판단되 었다.