제 9 장 인 공 종 자

1. 제9 장 인 공 종 자

2. § 1. 인공종자의 제조원리 • 식물조직배양과 세포의 전체 형성능 식물조직배양이란 다세포로 된 식물의 원형질, 세포, 조직 및 기관(葯, 胚 등) 등을 식물체에서 적출, 분리하여 영양분이 들어 잇는 기내에서 적절한 환경과 무균상태에서 배양하는 것을 말한다. 전체형성능 totipotency –살아 있는 식물세포는 완전한 식물체로 재생되는 능력 전체형성능는 첫번째는 세포가 캘러스의 형성으로 배를 형성하는 분화(differentiation). 둘째는 재분화(redifferentiation)로 캘러스나 원시세포가 다시 조직이나 기관으로 분화하고 식물체로 다시 분화되는 것

3. 식물조직배양은 실험식물학분야의 중요한 실험도구이고, 무병묘생산에 이용되며, 원형질 융합 등으로 육종에도 이용된다. 무엇보다도 체세포발생을 유도, 합성종자 및 인공종자의 길을 .. 2. 체세포배의 형성과 인공종자 당근 등의 캘러스 내 세포가 마치 수정란이 배를 형성되는 것과 유사하게 배를 형성하는데, 첫분열시 2극성의 세포기 배를 만든다. 이러한 체세포배는 초기에는 수화겔 캡슐에 넣어져 수화형 인공종자가 되었고, 이 후 체세포배를 캡슐에 넣고 건조한 후 수분을 공급하여 발아시킬 수 있는 기술로 발전되었다.

4. § 2. 인공종자의 생산기술 • 체세포배의 유도 첫단계는 세포로 부터 체세포배를 형성하는 전배발생조직을 형성하는 것으로 기본배지에 1mg 2,4-D/L와 0.2g kinetin/L을 함유시킨다. GA나 다른 종류의 cytokinin은 체세포 형성을 억제한다. 2.배발생의 동조화 발육 및 성숙 체세포배의 대량생산을 위해 체세포배 발달의 동조화(synchronization)가 필수적인데, 이를 위해 500um와 200um의 체로 걸러 전배세포의 작은 덩어리를 수집하는데 200um로 거른 세포는 전배세포가 되고 이는 호르몬 없이 5%의 sucrose가 함유된 배지에서 체세포배로 발달한다. 성숙 1단계인 7~14일은 빨리 생장하며 2단계에서는 배지에 ABA를 첨가 배의 건조내성을 유도한다. 여기서 체로 거르는 동조화 방법이 번거로워 자동화에 이용하기에 부적당하다.

5. 2.11.3. 합성(인공) 종자 • 합성종자의 뜻과 발전 조직배양을 통해 체세포 부정배로 합성종자를 만들었다. 체세포 부정배(다른 배 또는 기관으로부터 직접 생긴 체세포배-당근과 미나리아재비에서 줄기배) 형성은 중요한 150종 이상의 식물에서 얻어졌고, 콩, 잔디, 곡류 등에서 일반적으로.. 영양번식성 작물인 감자 등은 합성종자의 이용 가능성.. 2. 합성종자 생물공학 2,4-D, kinetin을 포함한 기본배지에서 체세포배로 발전하는 전배구조의 형성을 위한 감응세포를 유기한다. 이후 전배세포는 캘러스로 되고 몇번의 스크린 통해 체세포배 (somatic embryo)를 모은 후 4일 후 하트모양 8일 후에 torpedo형으로 바꿘다. 이후 1차 성숙단계(7~14일 후) 2차 성숙단계(ABA나 반치사 스트레스 배양으로 건조내성 형성)

8. Transient gene expression in secondary somatic embryos from coffee tissues electroporated with the genes gus and bar

11. 3. 체세포배의 건조와 저장 체세포배의 활력을 보존하는 것이 인공종자의 개발 및 이용을 위해 해결해야 할 중요한 과제이다. 체세포배나 인공종자는 휴지 및 휴면이 없어 저장, 운반이 어렵다. 체세포배는 종자 주위조직이 없어(그림 9-1) 건조내성이나 내동결성이 약하다. (1) 건조내성 –이를 위해 체세포배 성숙 2 단계에서 ABA를 처리하여 건조내성을 유도하며, 그밖에 치사량에 가까운 스트레스(고온, 저온, 양분결핍, 건조 등)이 건조 내성을 유도한다는 보고도 있다. 건조내성은 일정수준 수분을 소실한 상태로 수주일동안 유지한 후 배가 다시 생장할 수 있는 능력을 말한다.

12. (2) 건조방법 –높은 습도에서부터 낮은 습도로 차례로 점진적으로 옮기는데, 각 습도수준에서 1일간 평형상태를 유지한다. 또는 30~40%의 상대습도에서 1일간 급속히 건조시킨다. 당근의 경우 알긴산으로 캡슐화하여 수분손실 88%까지 건조시킨 후 다시 수화시킨 결과 97%의 발아율을 보였다. (3) 휴면유도 –건조를 통한 탈수로 당근, 포도 등의 체세포배는 휴면이 유도된다. 탈수되는 동안 배는 생장을 멈추고, 크기가 작아지며, 노랗게 되어 부서지기 쉬위져 외곽세포가 찌부러지나 다시 수분을 흡수하면 이전 상태로 돌아간다. 그러나 탈수된 배(오처드그래스의 경우)를 7일간 저장한 후 흡수시키면 18%만이 발아하고 6%만이 식물체로 생장하였다.

13. 4. 체세포배의 캡슐화 체세포배를 성공적으로 휴면시켜도 건조한 배는 유약하여 파종 등 다루기가 어렵다. 따라서 코팅처리 등을 통해 물리적인 보호를 함과 동시에 입묘확보를 위한 필수양분, 항생제, 항생제, 살균제 등을 첨가한다. 수화형 캡슐은 알긴산을 이용하는데 보습성이 약하고 오염이 쉽고 견고하지 못하며 서로 달라붙어 중합체 등을 위에 입히기도 한다. 장점은 기내에서 식물체로의 전환율이 높고, 인공종자 단위당 하나의 배를 가지고 있어 정확한 파종이 가능하다. 단점은 오염이 쉽고, 저장성이 약하며, 경도가 약해 취급이 어렵다.

14. 건조형은 체세포와 polyethylene oxide를 혼합하여 점적으로 만들어 건조한 것으로 1cm지름의 wafer(얇고 납작한 모양)형인데, 수개 또는 수십개의 배가 들어 있다. 재침윤시에 10%의 발아율을 보였는데, 한 개에 여러 개의 배가 포함된 점과 발아율이 낮은 문제점이 있다. 수화형과 건조형의 혼합형은 당근 체세포를 무기염, 비타민, 설탕이 첨가된 알긴산캡슐(수화형)에 넣은 후 90%의 수분을 제거하여 저장한후에도 68%의 발아율을 보여 가장 진정종자에 가까웠다고 한다.

15. 5. 인공종자의 대량 생산 생물반응기를 이용한 체세포의 대량 생산에 관한 연구가 진행되고 있다. 기거식(air lift type)은 세포가 거품부분에 머물러서 배의 발달이 고르지 않았고, 여러 발달단계의 체세포배가 혼재되었다고 한다. 터빈식(blade turbine type)은 체세포배 유도율이 낮고 비정상적인 형태로 유기된다. 자석교반식(magnetic bar type)이 50~200 ppm에서 정상적인 체세포배가 많이 유기된다고 한다. 여기서 액체배지에 용존산소량이 많을수록 체세포 유기가 양호하였다고 한다. 캡슐화의 기계화 등 체세포배의 활력유지를 위한 보조장치도 계속 개발되어야 한다.

16. § 3. 인공종자의 유용성 • 잡종의 유지와 생산 새로운 특정 유전자를 도입하여 우수한 형질의 잡종을 만든 다음 이를 체세포배에 의한 무성생식으로 생산할 수 있다. F1잡종종자를 생산하는 많은 노동력과 시간의 소요없이 우수한 잡종식물로부터 유전적으로 동일한 인공종자를 대량 생산.. 자가불화합성이거나 육종기간이 긴 식물의 육종의 어려움을 극복할 수 있다.

17. 2. 영양분체의 저장과 유전자보존 많은 작물에서 선발된 수많은 모본의 후대는 영양번식방법(삽목 등)으로 번식하나 독특한 유전자조합을 가진 작물을 유지하는데 적당치 않다. 종자번식방법은 유전자 재조합과 분리로 원래의 유전자형을 잃어버린다. 인공종자는 생산과정에서 감수분열이 없으므로 유전자 변이가 없다. 3. 대량 번식 인공종자는 고품질의 체세포배를 생산하기 위한 고단위 기술을 요구하는 작물(당근, 앨팰퍼, 등)과 불임, 배우체의 불안정 및 잡종종자 생산비가 비싼 종자(베고니아, 브로콜리, 상추, 등), 그리고 이 두가지 요구도가 충족되면서 인공종자의 기술이 필요한 작물(셀러리, 커피, 옥수수, 목화 등)은 대량 번식 기술이 필요하다.

18. § 4. 인공종자의 과제 및 전망 체세포배의 품질 향상 방법, 체세포배의 성숙이나 발달의 불균일성, 조기발아 및 휴면유도의 문제, 체세포배의 저장 및 취급 편이성을 위한 캘슙화, 상업화를 위한 대규모 생산체제가 해결해야 할 주요 과제이다. 상업화의 장애는 취급 및 저장을 위한 휴면과 캘슐화기술, 무엇보다도 체세포배의 불균일화이다. 자동화는 ① 세포배양 ② 체세포배 선별 ③ 캡슐화와 건조가 가장 필요하다. 앞으로는 F1 잡종종자의 보존, 고가작물, 종속 간 잡종 등에서 인공종자가 매우 유용한 도구가 될 것이다.

19. 연습문제 1. 인공종자의 제조원리는? 2. 체세포배의 휴면의 중요성과 휴면유도방법? 3. 인공종자의 유용성은? 4. 인공종자의 이용을 위한 앞으로의 과제는? 5. 식물과 동물의 totipotency의 차이점은?

20. 4. 인공종자의 작물적용 • 육종과 잡종 1대 잡종이 불확실한 잡종강세에서는 높은 수량을 얻을 수 없다. 또한 영양번식성 과수나 견과류 등에서, 침엽수처럼 종자를 얻기까지 긴 시간을 요하는 경우에 인공종자의 이용성이 높다. (2) 영양번식체의 저장 많은 식물의 영양번식체를 유전자원으로 잘 유지할 수 있다. 특히 형질전환된 식물의 경우 (3) 인공종자의 가능성 상업적으로 높은 부가가치가 있는 화훼류나 과수류 견과류 들이며, 낮은 비용, 고도의 번식 시스템은 현재는 이용이 곤란하다.

21. 5. 문제점과 전망 ① 건조에 약하다 ② 전환율이 낮다(정상적인 소식물체로 발달률) ③ 장기저장이 곤란하다. ① 세포배양시 생장 ② 체세포 배의 분리 ③ 캡슐화와 탈수 등을 완전히 자동생산 체계화하고, 생력적으로 기계를 이용한 파종 기술 등이 보완되어야 한다. 현재 인공종자 생산은 감자에서..

22. 제10 장 종자의 병해충과 그 방제

23. § 1. 종자전염성병의 종류와 발생 종자의 병해충은 휴면상태인 종자와 함께 널리 수송되기 때문에 아주 먼 지역까지 전파될 수 있다. 또한 이들은 종실 자체를 파손시키는 피해도 크지만, 새로 심는 작물의 재배기간 내내 병해충을 방제해야 하는 손실이 휠씬 크다. • 종자병의 종류 –진균(곰팡이)에 의한 것이 세균이나 바이러스에 의한 것보다 휠씬 크다. 세균이나 바이러스는 마땅한 휴면구조가 없기 때문에 오랫동안 휴면상태인 종자에서 살아 남기 어렵다. (1) 진균 –주로 균사상태로, Alternaria, Bipolaris등은 포자나 분생자경으로 존재한다. 노균병이나 역병균은 난포자형태로, 깜부기는 동포자로, 균핵병은 균핵으로 종자에서 생존한다. 모잘록병은 종자의 발아를 저해하거나 유묘의 생장을 방해한다.

24. (2) 세균 –세균병은 주로 종피 안에서 기생하는데 콩과작물에서 주로 볼 수 있다. (3) 바이러스 –구근, 괴경, 삽목 등과 같이 영양번식을 하는 작물은 모주가 바이러스에 감염되면 100% 종자에 전염된다. 그러나 대부분 전신 감염이지만 종자는 바이러스를 차단하는 기구를 가지고 있어 종자 전염률은 낮은 편이다. 종자에 바이러스가 감염되는 경우는 가지과나 박과는 종자의 표면에 부착하여 전염되고, 콩과작물은 종자가 형성될때 바이러스가 침입하면 종자 내부나 배에 감염된다. (4) 해충과 선충 –해충은 배유부분을 먹어치움으로써 피해를 준다. 해충은 전염원으로서보다 종실을 직접 가해함으로써 큰 피해를 준다. 쌀바구미, 팥바구미, 나방류, 등. 선충은 주로 뿌리나 지하경에 기생하나 벼잎선충, 밀알선충은 종자에서 월동하여 전염원이 되기도 한다.

25. 2. 병해충의 감염과 생존기간 • 감염시기와 경로 –진균과 세균은 주로 개화기에 많이 감염되고, 바이러스는 접촉전염 이나 진딧물에 의해 전파되지만, 생육기 전반에 감염된 경우에 종자 감염률이 높다. 진균의 경우 콩과작물에는 꼬투리로 감염되고, 박과채소의 덩굴쪼김병은 주로 종피를 통해 침입하고 화기를 통하여 전염되면 종피 관다발 등으로 전파된다. 세균은 과육과 과피에 전염된 후 종자에 부착하여 외피의 상처나 주공으로 침입하고, 바이러스는 배주에서 주병을 통하여 물관을 따라 감염된다.

26. (2) 병원체의 생존기간 ① 진균 – Botrytis나 Fusarium속은 1년이면 종자내에서 사멸한다. 그러나 대부분 2년정도로 사멸되지 않는다. 고온 다습에서 빨리 사멸되고, 저온 건조에서는 오래 생존한다. ② 세균 – 대개 2~3년간 생존하며 역시 고온 다습에서 생존기간이 짧다. ③ 바이러스 – TMV는 토마토 종피내에서 5년이내 불활성화되나. 배유에서는 9년, BCMV는 30~38년후에도 활성을.. ④ 선충 – 대부분 종자 생존연한 이상 생존한다.

27. § 2. 종자전염성병의 검정 • 배양법 • 한천배지검정 –종피만 소독한 후 배지내에서 20~25도의 발아상에서 5~8일간 배양 균사가 자라는 모습과 포자 형성상태를 조사 • 여과지배양검정 –한천배지검정에서 한천배지 대신 여과지를 사용하여 역시 종자를 치상하여 조사한다. 2. 생물검정법 (1) 유묘병징조사 –자연조겅에 상당히 가까운 방법으로 종자를 멸균한 토양, 모래 등에 치상 표준환경조건에서 생육시켜 발병정도를 조사

28. (2) 병원성검사 –여과지배양검정이나 한천배지검정에서 순수 분리한 병원체를 직접 건전한 유묘에 접종시킨 후 병징을 조사한다. (3) 생물학적 검정 –비용이 적게 들며, 종자 하나 하나에 대하여 검정할 수 있는 방법으로, 실험실 밖에서 키워 검정하거나, 실험실 내에서 직접 종자를 검정하는 두 가지 방법이다.

29. 3. 혈청학적 검정 –세균이나 바이러스 확인을 위한 항원 항체 반응법 (1)면역이중확산법 –가장 널리 이용되는데 확산매체(한천)위에서 종자 분쇄물과 그에 따라 알려진 바이러스 항혈청을 잘 퍼지도록 놓으면 감염된 경우 항원과 항체는 복합 침전되며 결국 응고되어 백색의 띠를 나타낸다(그림 10-3B) (2) 형광항체법 –형광항체를 병든 조직에 처리하여 형광현미경으로 관찰, 기주체 내의 병원체의 검출 또는 그 위치의 조사도 가능하다. (3) 효소결합항체법 – ELISA, 효소를 항체와 결합시켜 효소-항체복합체(효소표지항체)를 만든다. 항원항체반응이 일어난 부위에서는(감염된) 기질이 효소에 분해되어 발색하게 된다. 미량의 항원을 검출할 수 있고 동시에 다수의 시료를 검사할 수 있어 바이러스 진단에 주로

31. 4. 직접검사 • 지표식물에 의한 진단 –특정 병원체의 침입에 민감한 반응을 보이는 지표식물를 이용 주로 바이러스병을 진단한다. 담배는 TMV, CMV에 이용된다. 세균병 중 감자둘레썩음병에는 가지의 유묘를 이용한다. • 괴경지표법에 의한 씨감자의 바이러스병 진단 –감자 괴경의 바이러스는 괴경의 외관만으로 판단이 어려워 괴경중 일부만 떼어 온실에서 생육시키고 나머지는 보관하는데, 생육시킨 감자유묘의 잎에 나타난 병징으로 조사하여 병징이 없는 것이 보관감자만 이용

32. § 3. 종자전염성병의 방제 • 방제시기 • 수확 전 병 방제 –병원균의 전염원이 없는 곳에 건전한 종자를 심음으로써 병 발생의 근원을 없애야 • 수확 후 병 방제 –수확은 맑고 건조한 날에 하여야 병원균의 오염률을 낮출 수 있다. 수확후 저장은 저온과 건조 조건으로 하여야 병의 확산을 막을 수 있으며, 수확 후 농약의 분의, 침지 소독, 저장중 훈증소독 등.. 수확 후 처리되지 않은 종자는 파종전 소독한다.

33. 2. 종자소독 • 기계적 방법 –기계적 정선 등으로 종자와 혼입될 수 있는 병원체를 제거한다. 그러나 부가적인 처리가 요구된다. • 물리적 방법 –온탕침법과 수침법은 곡류에 채소종자는 건열처리를 한다(표 10-2). 수침법은 주로 혐기상태에서 하루 또는 수일간 처리하며, 건열처리는 대개 60~80도에서 1~7일간 처리한다. • 화학적 방법 –액체처리법은 종자를 농약에 담갔다가 건조 저장하며, 도말법은유제농약이 종자를 완전히 에워싸게 한다. 과립(pelleting)은 토양미생물, 새, 쥐에 피해를 경감시킬 목적으로 사용 종자를 약제로 소독하면 1, 2, 3의 이점이 있다.

34. (4) 생물학적 종자처리 –오래 전부터 콩과작물에 질소를 고정하는 균을 처리해 왔으며, 토양전염성 병균을 억제하거나 작물의 생장을 촉진시키는 세균(Plant Growth Promoting Rhizobacteria)을 종자에 처리하는 기술이 개발되고 있다. 종자처리는 토양으로부터 받는 스트레스를 완화시켜 주고 식물의 생장을 직접적으로 촉진시키기 때문에 종자생산기술분야에서 계속적으로 중요한 역할을 하게 될 것이다.

35. 3. 소독한 종자의 저장 종자를 저장할 때에는 병충해의 피해를 줄이기 위해 종자를 정선하고, 종자 내 수분함량을 적게 하기 위하여 잘 건조시켜야 하며, 저장고 온도를 저온으로 한다. 저장 중 병충해 방제를 위해 훈증제를 사용하는데, 훈증제는(표 10-4) 고,액,가스 상태이며, 값이 싸고, 증발하기 쉬우며, 확산이 잘 되고, 종자의 활력에 영향을 끼치지 않으면서 불연성인 것이 좋다. 4. 소독한 종자의 구별 착색은 특별한 처리를 한 종자라는 의미이며 새깔은 화학제가 일정하게 처리되었다는 것을 나타내기도 한다. 처리한 종자는 1) 약제에 색소를 넣어 처리한다. 2) 종자 포장지에 유독성이라는 그림과 표시를 하고 약품명을 기재, 해독방법도 기록한다.

36. 5. 종자소독시 유의하여야 할 점 약제를 처리한 종자를 먹거나 먹이로 사용하는 것을 막는데 많은 주의가 필요하다. 모든 종자처리재료들은 환경에 안정적이어야 한다. 6. 종자소독기구 • 도말처리기 –가용성 가루를 물에 녹여 현탁액을 만들어서 종자에 처리한다. • 직접처리기 –화학제를 고운 분말로 종자에 직접 적용한다.

37. 10 장 연 습 문 제 1. 종자소독의 중요성 2. 혈청학적 방법의 종류와 각각의 특징은? 3. 종자를 소독할 때 유의하여야 할 점은? 시험범위 - 병해충의 종류와 감염경로 생존기간 • 종자전염성병의 검사방법 305-312. 레포트(자필로)는 시험당일 제출까지만 인정

38. 5장 연습문제 • 경실종자(hard seed)와 견과종자(firm seed)의 차이는? (제외) • 후숙에 대해 설명하여라 • 휴면의 종류를 들어라 • 종피파상과 층적법을 구별하여라 • 제1차휴면과 제2차휴면을 비교하여라 • 종피로 종자의 휴면을 조절할 수 있는 방법을 3가지 이상 들고, 이러한 휴면을 극복할 수 있는 방법 2가지만 열거하여라 199-205 • 종자의 휴면조절을 위한 억제-증진의 개념을 설명하고, 이 두가지 상호관계에서 내포하고 있는 가능한 호르몬에 대해 설명하여라 그림5-1, 220-222 • 내생적 휴면(배휴면)을 설명하고, 이 조건에 관여하는 4가지 요인을 간단히 설명하여라 196-199

39. 6장 연습 문제 1. 종자의 수명에 관여하는 내적 및 외적 요인을 열거하여라 (P 231~238) 2. 어떤 종자는 다른 종자에 비해 높은 수분평형곡선을 가지는데 그 이유는? (P 235, 116) 3. 종자 퇴화의 주요 증상은? (P 238~241) 4. 종자 퇴화의 원인에는 어떤 것들이 있는가? (P 241~246)

40. 7장 연습 문제 1. 종자의 수확적기의 판정기준은? 249 2. 선별과 정선작업을 구별하여라 250-251 3. 종자를 건조하는데 가장 중요한 환경요인은 무엇인가? 이를 어떻게 조절할수 있는가? 254-257 4. 종자의 수명에 관여하는 내외적 요인은? 258-260 5. 종자의 저장온도, 수분함량, 저장수명의 상호관계는? 257, 231-232 6. 평형상태의 수분함량이란 무엇이며, 종자의 건조에 어떻게 영향을 끼치는가? 7. 만일 저장고 내의 온도와 상대습도를 임의로 조정할 수 있다면, 어느 것이 종자의 활력을 유지시키는데 더 중요하며, 그 이유는 무엇인가? (제외)

41. 8장 연습 문제 • 종자의 품질에서 유전적, 물리적, 생리적 품질을 비교 설명하여라 • 종자프라이밍의 원리와 효과 • 종자의 코팅처리를 하는 이유와 코팅의 종류 • 퇴화종자선별기술에 대해 설명하고, 앞으로의 전망에 대해 논하라 • 액상파종을 설명하고 그 효과에 대해 논하라

42. 9 장 연습문제 1. 인공종자의 제조원리는? 2. 체세포배의 휴면의 중요성과 휴면유도방법? 3. 인공종자의 유용성은? 4. 인공종자의 이용을 위한 앞으로의 과제는? 5. 식물과 동물의 totipotency의 차이점은? (제외)