Plant micropropagation techniques include bud cultures using apical or axillary buds, organogenesis through callus culture or adventitious bud induction, and somatic embryogenesis. In Korea Forest Research Institute (KFRI), the first tissue culture trial in woody plant was initiated from the bud culture of hybrid poplars (Populus alba x P. glandulosa) in 1978. Since then several mass propagation techniques have developed from conifer and hardwood species, resulting in allowing practical application to Poplars, Birches and some oak species. In addition, useful micropropagation and genetic resources conservation techniques were established in some rare and endangered tree species including Abeliophyllum distichum. Among various in vitro propagation techniques, somatic embryogenesis is known to be the most efficient plant regeneration system. Since the first somatic embryo induction was reported in Tilia amurensis by KFRI in 1986, various protocols for direct or indirect somatic embryogenesis systems have developed in conifer and hardwood species including Larix leptolepis, Pinus rigida x P. taeda F1, Kalopanax septemlobus and Liliodendron tulipifera, etc. However, most of these technologies have been developed using juvenile tissues, i.e. immature zygotic embryos or mature embryos. Therefore it has been difficult to directly application to tree breeding program due to their unproven genetic background. Recently remarkable progresses and new approaches have been achieved in mature tree somatic embryogenesis. In this article we reviewed several micropropagation techniques, which have been mainly developed by KFRI and recent international progresses.
지황과 현삼을 대상으로 저장 온도와 기간이 직접 체세포배 발생에 미치는 영향을 조사하였다. 지황은 $4^{\circ}C$에서 저장한 후 배양한 경우보다 $8^{\circ}C$에서 저장하여 배양한 경우 직접 체세포배 생성율이 높았으며, 저장 조직 간에 차이가 있어, 잎이 12주간 저장 후에도 거의 일정한 체세포배 발생율을 보여 줄기나 엽병보다 장기 저장에 적합한 것으로 나타났다. 현삼의 각 조직을 전배양 없이 바로 $4^{\circ}C$와 $8^{\circ}C$에서 저장하였을 때, 줄기와 엽병 조직이 저장기간의 경과와 무관하게 신초의 발생율이 유지되었는데 경제적인 면으로 볼 때 $4^{\circ}C$ 조건보다는 $8^{\circ}C$ 조건이 적절할 것으로 판단되었다. 한편 현삼의 각 조직을 $25^{\circ}C$에서 10일 동안 전배양한 후에 저장하기 위해서는 줄기와 잎 조직은 $8^{\circ}C$에서, 엽병 조직은 $4^{\circ}C$ 조건에서 저장하는 것이 유리한 것으로 나타났다.
지황(Rehmannja glutjnosa)에서 종근 저장시 나타나는 병원균의 오염을 배제하면서 종묘를 대량 증식시키는 방법을 개발하기 위하여 액체 배양을 통해 직접 체세포배를 형성하고자 할 때 요구되는 배지, 질소원, 탄소원 및 pH와 배양 기간 중 배지의 성분 변화를 조사하였다. 줄기나 엽병을 접종조직으로 할 경우, 배지내 질소원인 $NH_4NO_3$ 와 $KNO_3$의 적정비율은 825 mg/1 : 1900 mg/l 이었고, 탄소원으로는 자당이 적합하였으며, 적정 농도는 3% 이었다. 배지로는 1X MS 배지가 적합하였고, 적정 BA 농도는 2.0 mg/l 였는데, NAA와 조합하였을 경우에는 BA 1 mg/l에 NAA를 0.5 mg/l 를 조합한 배지 와 BA 2.0 mg/l 에 NAA를 0.1 mg/l로 첨가한 배지가 체세포배 발생에 효과적이었다. 멸균 전에 pH를 5.7로 조정한 경우에 직접 체세포배의 형성에 효과적이었다. 배양기간 중 배지 내 $Ca^{++}$와 $Mg^{++}$이온은 거의 변화가 없었으나, $K^{+}$이온은 많이 흡수되었다. 배양 3주 째에 자당은 거의 고갈되었고, 과당과 포도당은 3주 째부터 흡수되기 시작하였다.
한라산에 자생하는 왕벚나무(Prunus yedonesis)의 미성숙 접합자배로부터 체세포배를 직접 유도할 수 있었으며, 이들 직접 체세포배로부터 식물체를 재분화 시킬 수 있었다. 0.1mg/L $GA_3$ 와 0.1mg/L BAP 또는 0.5mg/L $GA_3$와 0.1mg/L BAP 가 첨가된 배지에서는 캘러스가 형성되지 않고 80~93%로 체세포배가 직접 발생하였으며, 그 중 정상적인 구형 또는 심장형의 체세포배 비율은 43~58%, 자엽상의 비정상적인 체세포배 비율은 42~57%로 나타났다. 자엽상의 비정상적인 체세포배는 생장조절물질이 첨가되지 않은 MS 배지에 계대배양하면 16주 이후부터 신초가 다수 발생되었고, 이들 신초들은 0.5mg/L IBA가 첨가된 MS 배지에서 80% 이상의 발근을 보여 정상적인 식물체로 발달하였다. 또한 종자 성숙 시기에 따라서 정상적인 체세포배는 만개 후 30일된 종자의 접합자배에서 전체 62.5%가 직접 발생되었으나 45일된 종자의 배에서는 37.5%가 발생되어 종자가 성숙할수록 체세포배의 직접적인 유도율은 점차 낮아졌다.
In vitro high-frequency plant regeneration of Muscari comosum var. plumosum through somatic embryogenesis was obtained via two developmental pathways: direct embryos and multiple shoots regenerated from embryogenic callus. Flower bud with pedicel, receptacle, petal and ovary wall, floral stalk and leaf as explants were cultured in MS medium supplemented with various plant growth regulators. Embryos formed directly from pedicel, receptacle and floral stalk. Depending on explant sources, the optimal medium was MS medium supplemented with 0.2 mg/L IBA and 0.3 mg/L BA, 3.0 mg/L IBA and 3.0 mg/L BA, and MS-free medium for pedicel, receptacle, and floral stalk, respectively. Multiple shoots regenerated from embryogenic cal]i which was initiated from petal, ovary and leaf were observed in MS medium with different concentrations and combinations of hormone. The most suitable medium for each type of explant was 3.0 mg/L IBA and 3.0 mg/L BA(petal and ovary) and 5.0 mg/L IBA and 5.0 mg/L BA (leaf) Furthermore, the combination of 0.1 mg/L 2,4-D and 1.0 mg/L BA was also good for all sources of explants not only for direct embryo formation, but also, for embryogenic callus induction.
작약의 체세포 조직배양에 의한 기내증식방법을 확립하기 위하여 완숙종자의 접합자배를 배양하여 얻어진 유묘의 자엽으로부터 체세포 배발생에 영향을 미치는 몇 가지 요인에 대해 실험한 결과는 다음과 같다. 배양부위에 관계없이 2,4-D가 첨가된 배지에서는 높은 캘러스 형성률을 나타내었지만 체세포배는 발생되지 않았다. 그러나 2,4-D를 첨가하지 않은 배지에 자엽을 배양했을 때는 경우는 27.2%의 체세포배발생률을 나타내었다. NH$_4$NO$_3$가 3.3g/L첨가된 배지에서 접합자배배양으로 얻은 자엽을 NH$_4$NO$_3$1.65 g/L 첨가된 배지에서 배양한 경우 체세포배발생률이 80.0%로 가장 높았다. 탄소원의 경우, 30~40 g/L의 sucrose나 40 g/L의 fructose가 참가된 배지에서 체세포배발생률이 높았다. 자엽은 15~30일 간격으로 3~9회 새배지로 이식한 것이 39.6~41.4%의 높은 체세포배발생률을 나타내었으며, 자엽에서 얻어진 체세포배는 0.3 mg/L의 GA$_3$가 첨가된 배지에서 배양할 경우 39%의 상배축신장율을 나타내었다. 체세포배에서 발아한 유묘의 상배축휴면 타파를 위해서는 4$^{\circ}C$에서 3주 이상 처리하는 것이 효과적이었다.
This study was carried out to select the appropriate medium (especially, carbon and nitrogen source, potassium phosphate and pH) for somatic embryogenesis in order to develop the rapid mass production system in suspension culture of Oplopanax elatus Nakai. Direct somatic embryos were obtained from root explants in the hormone free suspension culture (MS). Combination of $NH_4NO_3$ and $KNO_3$ at the ratio of 1650 (mg/${\ell}$) : 1900 (mg/${\ell}$) obtained the better result to produce somatic embryo in suspension culture. MS medium supplemented with $170mg/{\ell}$$KH_2PO_4$. The addition of 1 and 3% sucrose was effective for formation of embryogenic callus. Therefore, this report will be helped to improve the establishment for suspension culture in Oplopanax elatus Nakai.
Hormonal requirements inducing different regeneration pathways with particular emphasis on somatic embryo-genesis in Alhagi graecorum were studied. While combination of 0.5 $\mu{M}$ 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), 2.5 $\mu{M}$ 6-benzylaminopurine (BAP) and 5 $\mu{M}$ 1-naphthaleneacetic acid (NAA) in MS medium induced callus formation and callus maintenance from internodal explants, each alone or in combination with other induced distinct regeneration pathway. Adventitious bud formation was induced on MS medium supplemented with 2.5 $\mu{M}$ BAP. It was improved when 2.5 $\mu{M}$ BAP was used in combination with 5 $\mu{M}$ NAA. MS medium containing 0.5 $\mu{M}$ 2,4-D or 5 $\mu{M}$ NAA induced the formation of abnormal direct somatic embryos. While increase of 2,4-D concentration (1.125-9) resulted in the formation of viable embryogenic mass, increase of NAA did not change its effect. NAA should be used in combination with 2,4-D even at low concentration (0.5 $\mu{M}$) to form embryogenic mass. In A. gaecorum, the role of 2,4-D as trigger of somatic embryogenesis and BAP as trigger of adventitious bud formation was deduced, but for maximum yield certain auxin-cytokinin ratio should be applied. Embryogenic masses characterized by high water content, low peroxidase activity, and low number of peroxidase and glutamate oxaloacetate transaminase bands in comparison with calli obtained under conditions stimulating adventitious bud formation. The resulted differential gene expression, which could be detected by native-PAGE patterns, could be used as marker for organogenic pathway in A. graecorum.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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