현탁배양

액체배지에서 작은 세포덩어리나 분리된 단세포를 배양하는 방법. 첨가된 배지의 양에 따라 세포생장에 차이가 생기며, 캘러스 배양보다 세포의 기관화가 적게 일어난다.¹⁾

배양기에서 박테리아 현탁배양 모습 (출처:한국식물학회, 김철민)

목차

배지의 기본형태로, 일반적인 배지라고 하면 고체배지(solid media)를 의미한다. 영양분과 생장조절제 이외에 응고제를 첨가하여 고체화한다. 응고제로는 한천(agar)을 많이 사용하지만 phytagel을 사용하기도 한다. 고체배지의 장점은 배양 중 작은 절편을 쉽게 관찰할 수 있고, 줄기와 뿌리의 시원체가 줄기 또는 뿌리로 각각 발달할 수 있게 해 주며, 캘러스가 액체배지에서처럼 흩어지지 않고 뭉쳐있는 형태로 배양할 수 있다.

배지 제조 시 고체배지에서 한천만을 제외한 배지를 액체배지(liquid media)라 한다. 배양 시 진탕기 위에서 계속 교반을 해 주어야 산소가 공급되며 유해가스가 배출된다. 미생물의 생리, 화학적 연구나 미생물의 대량 배양에 사용된다.

기내 배양에서 절편체의 분화, 생장과 발달을 결정하는 요인은 식물체의 유전적인 구성, 영양소(물, 무기염류, 유기물질, 천연산물)와 물리적 생장요인(빛, 온도, O₂, CO₂, pH)이 있다.

배지의 95%를 차지하며, 정제하여 순도를 높인 물을 사용한다. 일반적으로 기내에서는 증류수를 사용한다.

식물체가 생장하는 데에는 15개의 필수원소가 필요하다. 다량요소로서 C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg의 9종류가 있고, 미량요소로서 Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo의 6종류가 있다. 이들은 조직배양에서도 똑같이 적용되므로 어떤 형태로든지 배지에 이들 원소를 첨가해야 한다.

탄소는 당분에 의해서 공급되고, 나머지는 무기염류로 배지에 첨가된다. 미량요소 중에는 Fe가 중요시되고 있다. Fe의 흡수는 pH의 영향을 많이 받아 배지의 pH가 5.2 이상 되면 흡수가 떨어진다. 과거에는 Fe(SO₄)³형태로 Fe를 공급하였으나, 이후 개발된 배지에서는 FeSO₄ • 2H₂O를 첨가하여 FeNa-EDTA의 착염(chelate)을 형성시켜 Fe를 공급한다. 착염상태의 철분은 배지의 pH가 8까지 올라가도 철분의 흡수가 가능하다. 각 배지는 특정 식물 혹은 특정 목표를 위해 설계되므로 무기염류의 함유량이 다를 수 있다.

탄소원은 배양된 조직에 탄수화물을 공급하기 위해 필요한 것이다. 자연계에서는 녹색조직에서 탄수화물이 만들어지지만, 조직배양에서는 녹색조직을 배양하여도 점차 녹색을 잃고 배지 속의 탄소원에 의존하는 타급영양체로 된다. 배양 중에 분화된 어린싹(shoot)도 적당한 탄소원이 있는 곳에서 생육이 잘 된다. 조직배양에서 가장 흔히 사용되는 탄소원은 2∼5%의 설탕(자당, sucrose)이지만, 식물에 따라 소르비톨(sorbitol; 장미 과, 사과나무), 과당(fructose; 사과대목), 포도당(glucose; 밀 약배양) 등이 사용된다. 이외에도 녹말, 갈락토오스(galactose), 젖당(lactose), 맥아당(maltose) 등이 있다. 설탕은 열에 약하기 때문에 배지의 살균 시간이 길어지거나 압력이 높아지면 2당류인 설탕이 단당류인 D-포도당이나 D-과당으로 변하기 때문에 세 가지의 당이 혼재할 가능성이 높고, 생장을 억제시키는 요인이 될 수도 있다. 설탕은 실험용으로 생산된 것이 바람직하나 경제성을 고려하면 식용 설탕도 사용이 가능하다. 일반적으로 99.94%의 설탕과 0.02%의 물 및 0.045%의 기타물질(무기원소, 라피노오스, 포도당 등)로 이루어져 있어 정밀을 요하지 않은 일반적인 실험에는 별 문제가 없는 것으로 본다.

일반적으로 식물체는 생장과 발육에 필요한 비타민을 스스로 합성하지만, 배양된 대부분의 식물세포는 그 합성능력이 충분하지 못하므로 조직의 생장을 촉진하기 위해서는 비타민을 첨가하여 주는 것이 좋다.

비타민과 유사한 작용을 하는 것으로서 조직의 생장을 최대로 하기 위해 배지에 첨가하는 것이 좋다. 흔히 사용되는 아미노산류로는 myo-inositol 또는 meso-inostol(100∼200 mg/L), glycine, L-glutamine, L-asparagine, L-arginine, L-serine, L-tyrosin 등이 있다.

식물호르몬은 일반적으로 식물생장물질이라고 하는데, 특정 조직에서 생성되어 확산에 의해 다른 표적기관으로 이동한다. 식물호르몬은 매우 낮은 농도로 사용되는데, 항상성 유지보다는 주로 표적기관의 생장, 분화 및 생리적 현상에 영향을 끼치는 물질이다. 합성 식물호르몬과 식물체 내에서 생성된 호르몬을 총칭하여 식물생장조절물질(plant growth regulator: PGR) 또는 식물생장조절제라고 한다.

1. 최상진 (1997) 식물조직배양학. 선진문화사. 147-148