오작교마늘 조직 배양

마늘 조직 배양은 무엇이고, 왜 필요할까...?

 

 

마늘을 재배하면 해마다 해충 등에 의한 바이러스 감염율이 높아지고, 이는 수
량 감소로 이어진다. 따라서 이러한 바이러스 감염이 없는 무병 씨마늘을 재배할
필요가 있고, 이를 위한 방법이 바로 조직배양이다. 마늘의 조직배양법은 크게 3
가지로 나눌 수 있는데, 기내에서 인공적으로 식물체로 분화시켜 온실 순화를 거
쳐 건전 씨마늘을 얻는 것은 동일하나, 조직배양의 기본 재로를 무엇으로 하는
210 농촌진흥청 사이버 농업기술 교육 마늘
가에 따라 인편의 생장점을 이용하는 생장점 배양, 어린 줄기나 잎의 생장점을
이용하는 캘러스(callus) 배양, 어린 총포의 주아를 이용하는 총포 배양 등으로
나뉜다. 이번 차시에서는 이러한 마늘의 조직배양법에 대해 학습한다.

1. 마늘 조직배양
가. 조직배양의 필요성 및 의의
마늘은 백합과 파속에 속하는 채소로서, 염색체수가 2n=16이다. 마늘은 뿌리
의 바로 윗부분에 있는 생장점이 꽃눈으로 분화하면 추대하여 꽃을 피우지만 염
색체의 구조적 이상으로 감수분열이 정상적으로 이루어지지 않아 종자가 맺히지
않기 때문에 주아 또는 인편을 이용한 영양번식을 한다. 종자 번식성 작물에서는
기존의 육종방법으로 품종을 개량한 결과 괄목할 만한 성과를 거두어 생산성증대
와 품질의 향상이 이루어졌지만, 영양 번식성 작물에서는 기존 육종방법의 적용이
거의 불가능하므로 새로운 품종개량 방법이 요구되어 왔다. 식물의 잎이나 줄기,
뿌리 등의 일부분을 잘라서 그 표면을 살균한 후, 영양분이 들어 있는 시험관 내
에서 무균적인 상태로 배양하면 새로운 식물체를 재생시킬 수 있다. 이처럼 식물
에서는 세포가 어떤 조건하에서 정상적인 식물체를 형성할 수 있는 능력을 가지
고 있으며, 식물세포의 이러한 재분화능력을 전체형성능(全體形成能)이라고 한
다. 이와 같이 세포의 전체형성능을 이용하여 식물체 조직의 세포로부터 완전한
식물체를 분화시키는 기술을 조직배양(tissue culture)이라고 한다. 마늘과 같이
영양번식을 하는 작물의 병 중에서 가장 문제가 되는 것은 바이러스병인데, 이
병의 일반적 방제법은 지금까지 매개체인 진딧물의 방제등 간접적인 방법이 재배
적 측면에서 강구될 뿐 실제적 방제법은 확립이 되어 있지 않다. 바이러스에 한
번 감염된 것은 식물전체에 번져 모자이크 무늬, 줄무늬, 위축 등 특유한 증상을
나타내고 대대로 전염되기 때문에 큰 문제가 되는데, 우리나라에서 재배되고 있
는 마늘은 거의 모두가 바이러스에 감염되어 수량이 감소하게 된다. 그런데, 마
늘은 식물체 전체에 바이러스가 퍼져있다 하더라도 뿌리의 바로 윗부분에 있는
생장점조직 부위만은 바이러스가 거의 없다.
마늘에서는 바이러스가 없는 생장점조직을 인공배지에서 배양한 후 식물체를
양성하면, 이 식물체는 바이러스가 없는 부위에서 유래되었기 때문에 바이러스가
걸리지 않은(virus-free)개체가 되고, 이것을 바이러스에 걸리지 않도록 수년간
격리 재배하여 증식시켜 농가에 보급하게 된다. 마늘의 바이러스 무병화에 실용
화되고 있는 방법으로는 생장점배양과 캘러스 배양방법 등이 있다.

 

나. 배지 및 식물생장조절제
마늘이 밭에서 자라기 위해서는 토양속의 물과 각종 영양분, 퇴비나 비료들의
영양분을 흡수 이용해야 하는 것처럼, 식물조직배양에서 시험관내의 식물체 역시
생장하기 위해서는 각종 영양분을 요구하게 되는데 이러한 영양분을 합하여 배지
(培地)라 한다. 식물조직배양에서 가장 중요한 것 중의 하나가 배지이며, 배지의
성분은 식물체의 성분 분석 결과를 기초로 해서 만들게 된다. 배지의 성분으로는
배지의 대부분을 차지하는 물, 무기염류(다량원소, 미량원소), 설탕(sucrose), 식
물생장조절제(오옥신, 사이토카이닌 등), 비타민류, 배양체의 지지재료인 한천
(Agar)등이 필요하며, 주로 사용되는 기본배지에는 MS배지(Murashige ＆ Skoog
배지), B5배지(Gamborg배지) 등이 있다.
식물생장조절제중 옥신류로는 IAA (Indole-3-acetic acid), IBA (Indole-3-
butyric Acid) 등이 많이 사용되며, 사이토카이닌류로는 BA (Benzyl adenine),
Kinetin, 2iP ([2-Isopentyl]-adenine)가 많이 사용된다.

 

다. 생장점 배양
생장점 배양이란 바이러스에 감염되지 않은 마늘의 생장점 조직(경정조직)을
해부현미경하에서 떼어내어 배양함으로써 경엽(shoot)과 뿌리(root)를 갖춘 완전
한 식물체를 육성하는 기술이다. 바이러스가 없는 마늘의 생장점조직(0.5mm이
하)을 인공배지에서 배양한 후 식물체를 육성하면 바이러스 무병개체가 되며, 바
이러스가 제거된 무병종구는 지금보다는 우량 양질, 다수성 마늘을 생산할 수 있
게 된다.

 

                                           <그림 1> 마늘 인편의 단면도와 생장점 위치

인편에서 보호엽, 저장엽을 제거하고 무균작업대에서 살균한 후, 생장점 조직
을 0.5mm크기로 분리하여 배지에서 치상한다. 마늘 인편의 단면도와 생장점 위
치는 그림 1과 같으며, 생장점 배양에 의한 마늘의 무병주 생산과정을 모식화하
면 그림 2와 같다.

 

                                  <그림 2> 생장점 배양에 의한 마늘 무병주 생산과정

라. 캘러스 배양
식물체에 상처를 낸다든지 접목을 하면 절단면의 형성층 부분에서 활발한 세
포분열이 일어나 부정형의 세포덩어리가 형성되는데, 이 부정형의 세포덩어리를
캘러스(callus, 유상조직)라고 부른다.
마늘의 캘러스 배양은 Abo El-Nil이 캘러스배양을 통하여 배형성을 유도시켰
다는 보고가 있은 후 국내에서도 마늘의 캘러스로부터 다수의 배형성 가능성을
보고한 바 있다.
캘러스에서는 세포가 활발히 분열, 증식하고 있어 생장점과 마찬가지로 바이
러스가 적고, 이 캘러스를 배지에서 배양하여 식물체를 육성하면 바이러스 무병
개체가 되는 예가 많다. 캘러스 배양은 생장점 배양에 비해 식물체를 빨리 그리
고 많이 생산한다는 장점이 있으나, 유전적인 변이를 초래하여 모식물체와 다른
증식체가 나올 가능성이 있다는 것과 배발생(embryogenic) 가능한 캘러스 생산
이 어렵다는 단점이 있다. 노박(Novak,1974) 또한 생장점 배양이 캘러스배양에
비하여 안정적인 핵형의 마늘 우량종구를 생산할수 있다고 하였다. 캘러스 배양
과 생장점 배양의 차이점은 생장점 배양의 경우 생장점 조직에서 경엽을 직접 분
화시키지만, 캘러스 배양은 생장점 조직에서 캘러스를 유기⋅증식 시킨 후 이 캘
러스에서 다시 경엽을 분화시킨다는 것이다. 캘러스 배양에 의한 마늘 무병주의
생산과정은 <그림 4>과 같다.

                                                              <그림 3> 캘러스배양

 

 

                                    <그림 4> 캘러스배양에 의한 마늘 무병주의 생산과정

마. 총포배양(Involucre culture)
총포배양법은 미숙주아배양법이라고도 하며 데버(Debere, 1976) 등이 리이크
(Leek)의 주아를 이용하여 구형성을 유도한 이후 국내에서도 이 등(1992)이 마늘
총포를 이용하여 무병종구를 생산한 바 있다. 또한 서 등(1993)은 마늘의 미성숙
주아배양을 통한 급속증식이 가능함을 보고한 바 있으며, 양 등(1993)은 생장이
왕성한 시기의 화경이 길이 5cm미만으로 생육한 화경정단의 경우 인경의 생장점
보다 바이러스에 감염된 경우가 더 적었으며(감염율 50%), 화경의 길이가 5cm이
상이고 총포가 지엽을 뚫고 나오기 직전의 화경의 정단에서는 그 수가 더욱 감소
하였지만(감염율 30%) 성숙한 주아는 모두 감염되었으며, 이는 생체내 바이러스
의 증식과 이동속도가 추대의 생장속도에 미치지 못하는 기간인 지엽을 뚫고 나
오기 직전까지는 바이러스감염정도가 감소하지만 시간이 경과할수록 추대의 생
장속도가 늦어져서 바이러스 감염율이 높아지는 것으로 보고하였다.
현재 일선 시군농업기술센터의 조직배양실은 대부분 생장점 배양을 통하여 우
량종구를 사용하고 있으나, 생장점 채취는 현미경하에서 작업이 이루어지므로 숙
련자에 따라 50∼80개 정도의 생장점 치상이 가능하다. 그러나 생장점 치상후 기
내소구 수확까지는 약 7∼8개월이 소요되며 생산량이 극히 적어 기내소구 1구당
생산비는 약 800∼1,000원정도가 소요된다. 그러나 최근 체계화된 총포배양법은
5월 말경 치상하여 8월 중순경이면 기내소구의 수확이 가능하여 기내소구생산기간
이 약 3개월 정도로 단축될 수 있으며, 기내소구 1구당 150∼200원정도로 생산단
가를 낮출 수 있다. 그러나 총포배양은 바이러스에 감염되어 있지 않은 모본이 다
량으로 필요하므로 필수적으로 생장점배양을 통한 무병주 생산이 선결요건이다.
또한 총포배양은 난지형마늘 중 대서마늘은 총포내 미숙주아가 남도마늘에 비
하여 기내에서의 생육이 왕성하지 못하여 충실한 구를 생산하지 못하는 결점이
있으며, 남도마늘은 대서마늘에 비하여 우량한 기내소구를 생산할 수 있다.

 

 

※ 시험계통 : 단양종
선택배지 : 1차배양 MS배지+2iP 2㎎/ℓ+IAA 0.3㎎/ℓ+Agar 8.3g+Sucrose 30g
2차배양 MS배지+2iP 0.1㎎/ℓ+IAA 0.5㎎/ℓ+Agar 8.3g+Sucrose 70g
<그림 5> 총포를 이용한 마늘 우량종구 대량생산 방법(충북, 단양)

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