배양배지

미생물 또는 동, 식물 조직 및 세포의 성장을 지원하기 위해 배양체가 필요로 하는 영양물질을 주성분으로 하여 고안된 다양한 형태의 물질을 배지라 하며, 이중 식물이나 식물조직의 배양을 위한 배지를 식물 배지(식물 조직배양 배지)라 한다. 특히 식물 배지는 배양체 식물(세포) 종류와 부위에 따라 알맞은 배지를 선택하여야 한다. 배지의 사용은 식물병과 같은 유해한 요소로 인한 피해의 가능성을 최소화시킨 조건에서 사용하여야 한다. 식물세포가 완전체 식물로 재생할 수 있는 능력을 이용하여, 씨앗이 없는 상황에서도 배양체와 똑 같은 식물을 생산하기 위해 배양배지가 주로 사용된다.

목차

1902, Haberlandt, 시험관 조건에서 세포 배양 개념 제안¹⁾

1904, Hannig, 여러 가지 십자화과 종의 배아 배양²⁾

1922, 콜트(Kolte)와 로빈스(Robbins), 뿌리 줄기와 줄기 생장점 배양성공³⁾⁴⁾

1926, 벤트(Went), 식물 성장 호르몬(인돌 아세트산, indole acetic acid) 발견⁵⁾

1934, 화이트(White), 토마토 뿌리 생장점 배양 배지에 비타민 B를 성장 보충제로 사용⁶⁾

1939, 가우세레트(Gautheret), 화이트(White), 노베콜트(Nobecourt), 캘러스 지속적인 번식 확립⁷⁾⁸⁾

1941, Overbeek, 식물세포 분열을 위해 코코넛 밀크 사용⁹⁾

1946, Ball, 루피너스(Lupinus) 줄기 생장점 배양을 통해 완전체 식물 생산¹⁰⁾

1954, 뮤어(Muir), 캘러스 조직으로부터 단일세포 분리¹¹⁾

1955, 스쿠그(Skoog), 밀러(Miller), 세포 분할 호르몬 kinetin 발견¹²⁾

1957, 스쿠그(Skoog), 밀러(Miller), 기관형성을 위한 옥신(auxin)과 사이토키닌 (cytokinin) 조절 개념 발표¹³⁾

1959, 레이널트(Reinert) and 스테월드(Steward), 당근(Daucus carota) 캘러스와 세포 혼탁액에서 배아 재생¹⁴⁾

1960, 콕킹(Cocking), 효소 분해를 통해 세포벽이 제거된 프로토프라스트(protoplast) 분리,¹⁵⁾ 버그만(Bergmann), 세포 현탁액을 걸러 내고 도금(plating)으로 단세포를 분리.¹⁶⁾

1962, 뮤라쉬그(Murashige)와 스쿠그(Skoog), 높은 염도를 가진 MS 배지를 개발,¹⁷⁾ 켄타(Kanta), 마헤쉬와리(Maheshwari), 시험관 수정 기술을 개발¹⁸⁾

1966, Israel & Steward, 당근 단세포에서 당근 식물을 재생능력을 증명,¹⁹⁾ Guha와 Maheshwari, 독물풀(Datura) 꽃가루에서 첫 번째 반수체 식물 생산²⁰⁾

1972, Carlson, 원형질체 융합에 의한 Nicotiana의 최초의 종간 잡종을 생산²¹⁾

1974, Zaenen et al., 아그로박테륨 Ti 플라스미드의 종양 유도 원리 발견²²⁾

1977, Chilton et al., 식물에서 Agrobacterium tumefaciens의 Ti plasmid DNA를 성공적으로 집적²³⁾

1977, Sanger, Maxam-Gilbert, DNA 염기서열 해독 기술개발

1983, Kary Mullis, DNA 증폭을 위한 중합효소 복합반응(PCR) 개발²⁴⁾

1984, Horsh et al., 아그로박테리윰 형질전환을 통해 형질전환 담배제작²⁵⁾

1987, Klien et al., 식물 형질 전환을 위한 유전자 전달 방법 개발²⁶⁾

2001, 인간 게놈 프로젝트 공동체와 Venter et al., 인간게놈 염기서열 해독 완성²⁷⁾

2005, 벼 게놈 염기서열 해독 완성²⁸⁾

무기 영양소

식물의 성장에는 생체 내 성장 조건과 유사한 무기 물질들이 필요하다. 이들 중 질소와 칼륨은 적어도 25 mM가 필요하며, 인, 칼슘, 마그네슘 및 황 요소는 1-3 mM의 농도 범위가 적절하다. 반면 철, 망간, 아연, 붕소, 구리 및 몰리브덴과 같은 미량 영양소는 0.05 mM 미만의 농도가 요구된다. 이들 무기 원소는 상대적으로 소량으로 필요하지만 식물 생장에 필수적이다.

유기 영양소 비타민

효소 활성의 보조요소로 비타민은 대사 과정에 필요한 유기 물질이다. 식물은 스스로 생장과 발육에 필요한 비타민을 합성하지만, 배양된 식물조직(세포)은 합성능력이 충분하지 못해 첨가해야 한다. 줄기형성에 작용하는 티아민(thiamine), 캘러스의 갈변화를 방지하는 니코틴산(nicotinic acid), 세포 생장 촉진 및 노화 방지를 위한 피리독신(pyridoxine), 발아시기에 식물분화를 촉진하는 리보플라빈(riboflavin) 등이 사용된다. 

아미노산

아미노산의 첨가는 원형질체 배양에서 세포 성장을 촉진하며, 체세포 배 발생을 유도/유지하는 데에도 유용하다. 흔히 사용되는 아미노산류로는 myo-inositol 또는 meso-inostol, glycine, L-glutamine, L-asparagine, L-arginine, L-serine, L-tyrosin 등이 있다.

식물호르몬 옥신(auxin)

일반적으로 세포분열, 세포신장, 정단우성(apical dominance), 우발적인 뿌리 형성, 체세포 발생을 유도한다. 저농도에서는 뿌리를 유도하고, 고농도에서는 캘러스를 유도한다. 일반적으로 식물 배양에 사용되는 옥신으로는 2,4-D(2,4 dichlorophenoxyacetic acid), IAA(indole-3-acetic acid), IBA(indole-3-butyric Acid), NAA(1-naphthaleneacetic acid), picloram, 2,4,5-T 등이 있다. 

사이토키닌(cytokinin)

세포분열을 촉진하고 배양체의 싹 성장을 자극한다. 고농도 사용시 줄기 형성을 유도한다. 옥신과 함께 작용하여 식물의 형태형성을 결정하는데, 옥신이 많을 시에는 뿌리 발생을, 사이토키닌이 많을 시에는 줄기의 발달을 유도한다.  BA(BAP, 6-benzylaminopurine), kinetin, 2iP, zeatin 등이 주로 사용되는 사이토키닌이다.

에틸렌(ethylene)

고동도의 경우 세포분열을 저해하고 노화를 촉진한다. 개화와 과육의 성숙에 관여하며, 배지 내에 에틸렌이 함유될 시 뿌리의 생성을 저해한다. 저농도의 에틸린이 세포 분화를 촉진하는 경우도 있다.

지베렐린(gibberellins)

주로 마디의 길이 성장과 분열 조직의 성장에 작용하나 조직배양에 사용되는 경우는 흔하지 않다.

앱시스산(abscisic acid)

체세포 배 발생과 목본류 배양을 위해 사용된다.

형태별 종류 자주 사용되는 식물배지 종류

원형질체, 호르몬, 옥신, 사이토키닌, 에틸렌, 지베렐린, 앱시스산, 비타민, 아미노산

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