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Plant regeneration through multiple-shoot induction and ex vitro rooting in Vaccinium oldhamii Miq.
J Plant Biotechnol 2022;49:82-89
Published online March 31, 2022
© 2022 The Korean Society for Plant Biotechnology.

Ayoung Yun ・Tae Dong Kim・Ji Ah Kim・Na Nyum Lee ・Eun Ju Cheong ・Yong Wook Kim

(Division of Forest Tree Improvement & Biotechnology, National Institute of Forest Science, Suwon 16631, Korea)
(Forest Medicinal Resources Research Center, National Institute of Forest Science, Yeongju 36040, Korea)
(Division of Forest Science, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea)
Correspondence to: e-mail: bravekim@korea.kr, ejcheong@kangwon.ac.kr
Received September 29, 2021; Revised March 10, 2022; Accepted March 11, 2022.
cc This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
In vitro techniques were developed for propagating Vaccinium oldhamii using shoots with apical buds. Explants having an apical bud were cultured on Murashige and Skoog (MS) medium supplemented with 1.0, 2.0, and 5.0 mg/L of each zeatin, thidiazuron, 6-benzylaminopurine (BA), and 6-(γ,γ-dimethylallylamino)purine (2-iP) in order to induce multiple shoots. Among the tested treatments, the 2.0 mg/L of 2-iP proved to be most suited for the multiplication and growth of shoots; the multiple shoot induction rate was 100.0%, the average number of shoots was 7.4 per explant, and the average shoot length was 51.7 mm. The in vitro elongated shoots were rooted on half-strength MS medium containing various concentrations of indole-3-butyric acid (IBA) and 1-naphthaleneacetic acid (NAA). However, overall callus overgrowth was observed in all treatments and resulted in necrosis and abnormal shoot growth in root formation. A low concentration (0.5 mg/L) of IBA was appropriate for normal root development and the in vitro rooting rate was 30%. Ex vitro treatments on root formation using various concentrations of IBA with Talc powder and two types of rooting substrates (Flexi-Plugs or Horticultural soil) were examined. The ex vitro rooting rate (80%) and length of roots (32.9 mm) were obtained when the cut ends of the shoots were treated with 1.0 mg/L IBA and cultivated in Horticultural soil for 2 months. These findings suggest that ex vitro rooting is the more effective method for improving root formation in Vaccinium oldhamii than in vitro rooting.
Keywords : Vaccinium oldhamii, ex vitro rooting, multiple-shoot induction, plant growth regulator, plant regeneration
서 론

정금나무는 국내자생식물로 진달래과(Ericaceae) 산앵도나무속(Vaccinium)의 낙엽활엽관목이며(Chung and Hyun 1989), 영명은 Oldham’s blueberry라 불린다. 우리나라에 자생하는 Vaccinium 속 수종으로는 정금나무, 모새나무, 들쭉나무, 월귤 등이 있으며(Kim 2012), 그중, 정금나무는 한국, 중국 및 일본에 분포하며, 우리나라 계룡산 이남 및 서해안을 따라 안면도까지 자생하는 것으로 알려져 있다(Chung and Hyun 1989). 정금나무는 생육이 왕성하고, 내건성이 강하여 척박지에서도 잘 생장하고(Kim et al. 2000), 수고는 1~4 m 정도로 자란다. 수피는 회색을 띠고, 소지에는 흰색 잔털이 있으며 개화는 5월 하순에서 6월 중순에 이루어지는데 열매는 둥글고 직경은 6~8 mm로 9월에 검은색으로 성숙한다(Lee 2003). 정금나무의 열매는 방부, 수렴, 건위 및 이뇨 등에 효능이 있어 방광염, 구토, 임질 및 발진 등의 치료에 널리 이용되며(Kim 1996), 특히 엽조직에는 88.3%의 높은 α-amylase 저해활성 기능이 있어 비만과 당뇨병 예방을 위한 생리활성물질을 함유하는 것으로 보고되고 있다(Oh and Koh 2009). 또한, 살균활성 등의 항산화 효과가 우수하고 엘라스틴 분해를 억제해 진피 내 피부 탄력 유지로 주름 억제 효과 등을 보인다고 보고되어 차후 생리활성 연구를 위한 훌륭한 생물소재로서의 개발 가능성이 있다(Chae et al. 2012).

우리나라 블루베리 생산량은 2004년 이후 꾸준히 늘고 있는데 2019년에는 약 1만 4,400톤을 생산하였으나(Rural 2020) 현재 국내에 주로 보급된 블루베리 종은 주로 외국에서 도입된 수종이다. 그중 토종 블루베리인 정금나무는 영광군에서 2015년부터 숲가꾸기 사업으로 3000 m2 (400본)를 조성했지만 연간 과실생산량은 500 kg으로 매우 적어 그 수요 또한 미미한 실정이다(Yeong 2017).

정금나무에 대한 연구는 Kim (2012)이 10개 선발집단의 잎과 열매의 형태적 특성 변이에 따른 집단 간 차이를 보고한 바 있으며, 정금나무 열매의 기능성 성분 함량 및 항산화활성 분석에 대한 연구가 이루어져 있다(Kim et al. 2016).

정금나무 실생번식은 가을에 채취한 종자를 이끼에 파종 후 관수하는 방법과 하계에 녹지삽목을 하는 방법이 있다. 하지만 정금나무 종자발아율은 10.0% 이하로 낮고 녹지삽목 또한 삽수 채취시기가 하계에 한정되어 있어 그 효율이 매우 낮다(Kim 2012).

이러한 정금나무의 낮은 번식 효율로 인해 묘목 생산량은 저조한데 그 대안으로 생물공학기법 중 하나인 조직배양기술을 이용한 번식 방법을 개발할 필요가 있다.

Vaccinium 속의 최초 기내배양은 Barker and Collins (1963)에 의해 V. angustifolium에서 이루어졌는데 그 후 V. corymbosumV. vitis-idaea (월귤)의 절간으로부터 신초를 유도하여 생장시킨 엽절편체로부터 부정신초까지 유도하였으며(Meiners et al. 2007), V. macrocarpon에서는 절간조직으로부터 신초를 유도하였고(Debnath and McRae 2001), V. corymbosum에서는 유도된 신초지를 기외발근법으로 완전한 식물체까지 생산하였음을 보고(Fan et al. 2017)하여 다양한 Vaccinium 속 수종을 대상으로 조직배양연구가 이루어졌다. 국내의 경우 Vaccium 속 수종의 조직배양에 관한 연구는 거의 이루어지지 않았는데 V. corymbosum의 절간 부위로부터 신초를 유도하였고(Kim et al. 2015), 본 연구수종인 V. oldhamii의 경우 액아배양을 통해 55.0%의 신초 유도율을 보고할 뿐 이외의 Vaccinium 속 수종의 조직배양에 관한 연구보고는 없다(Kim 2012).

따라서 본 연구에서는 기내에서 정금나무의 다신초 유도를 위한 식물생장조절물질의 적정 종류 및 농도, 기내·외 발근을 위한 적정 조건을 구명함으로써 효율적인 식물체 재분화 시스템을 확립하고자 하였다.

재료 및 방법

식물재료

본 연구에 사용된 식물재료는 기내에서 종자 발아된 정금나무 소식물체의 정아를 포함한 줄기를 사용하였다. 기내식물체 증식은 염류를 반으로 줄인 1/2MS (Murashige and Skoog 1962)에 0.5 mg/L zeatin, 2% sucrose 및 0.35% gelrite를 첨가한 배지를 사용하였으며, 4주마다 동일 조성의 배지로 계대배양하였고, 계대배양 시에는 잎이 3~4개 포함된 신초를 조제하여 치상하였다. 모든 배양은 광량자속밀도 40 μm m-2 s-1, 광주기 16/8시간, 온도 25 ± 1°C로 유지되는 배양실에서 배양하였다.

Cytokinin 종류와 농도에 따른 다신초(multiple shoot) 유도 효과

기내 배양 중인 정금나무의 줄기에서 정아를 포함하는 줄기를 1 cm 정도 길이로 절단하여 1.0, 2.0 및 5.0 mg/L의 Zeatin, 6-Benzylaminopurine (BA), 6-(γ,γ-Dimethylallylamino)purine (2-iP) 또는 Thidiazuron (TDZ)를 농도별로 각각 첨가한 MS 고체배지(3% sucrose, 0.35% gelrite, pH 5.7)에 치상하였다. 절편은 각 처리구당 10개씩 3반복하여 치상하였고, 배양 8주 후에 다신초 유도율, 신초 유도 수 및 길이를 각각 조사하였다.

Auxin 종류 및 농도에 따른 기내발근 효과

기내발근 유도를 위해 정아가 포함된 줄기를 2 cm 길이로 절단하여 1/2MS 배지에 1% sucrose를 첨가하고 0, 0.5, 1.0, 2.0 및 5.0 mg/L의 Indole-3-butyric acid (IBA) 또는 1-Naphthaleneacetic acid (NAA)를 단용처리한 배지에 치상하였다. 절편은 각 처리구당 10개씩 3반복하여 치상하였고, 배양 8주 후에 발근율, 뿌리의 수와 길이를 각각 조사하였다.

IBA 농도 및 삽목기질 종류(FLEXI-PLUG 및 Horticultural substrate)에 따른 기외발근 효과

기외발근 유도를 위해 먼저 정아를 제거하고 대신 액아 4~6개가 포함된 줄기를 2.5~3 cm 길이로 절단하여 사용하였다. IBA농도는 0, 0.05, 0.1, 0.5, 1 g/L 및 Talc (삼전화학, 일본)를 섞어 사용하였는데 각각 IBA 농도 별 용액 2.0 mL에 Talc 2.0 g을 혼합 후 절단된 줄기 절단 말단부위에 묻혀 피트플러그 혹은 Horticultural substrate (원예범용상토, 팜한농)에 치상하였다. 절편은 각 처리구당 10개씩 3반복하여 치상하였고, 배양 8주 후에 발근율, 뿌리길이 및 줄기길이를 각각 조사하였다. 기외 발근용 삽목 컨테이너 내 공중습도는 90% 이상 유지하였고 광량자속밀도 40 μm m-2 s-1, 광주기 16시간 및 25 ± 1°C 조건에서 배양하였다.

조직학적 관찰

기외발근으로 유도된 뿌리 절편체를 발근 초기부터 약 1주 간격으로 3주 동안 줄기 하단부를 채취하여 2.5% glutaraldehyde와 1.6% paraformaldehyde가 포함된 고정액(pH 6.8)에 넣어 4°C에서 24~48시간 동안 고정시켰다. 그후 ethanol 농도별(30, 50, 70, 80, 90, 95, 100%)로 차례로 탈수처리 후 glycol methaacrylate (Technovit 7100, Kluzer, Germany)에 포매하였으며(Yeung 1999), Autocut microtome (Leica RM 2165, Germany)을 이용하여 3 μm 두께로 박편을 만들어서 슬라이드 글라스에 고정시켰다. 그후 0.1% periodic acid-Schiffs (PAS)를 사용하여 carbohydrates 및 0.05% toluidine blue O (TBO)로 2차 염색 후 광학현미경(Leica, DMR, Germany)으로 관찰하였다.

통계분석

본 실험 모두 총 3반복으로 수행하였고, 데이터분석은 SPSS를 이용하였으며 각 처리간 유의성 검정은 one-way 및 two-way ANOVA를 실시하였다. 유의성이 있는 경우 Duncan’s multiple range test로 사후분석을 하였고, 통계적 유의성은 P < 0.05로 설정하여 분석하였다.

결과 및 고찰

Cytokinin 종류와 농도에 따른 다신초 유도 효과

Table 1은 zeatin, BA, 2-iP 및 TDZ 등 4종류 cytokinin의 농도가 다신초 유도에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 1.0, 2.0, 5.0 mg/L zeatin, 5.0 mg/L TDZ, 그리고 2.0 mg/L 2-iP 첨가구의 모든 절편체에서 신초가 발생한 것으로 나타났으며, 1.0, 2.0 및 5.0 mg/L BA 첨가구에서는 전혀 신초 유도가 이루어지지 않아 zeatin 등 다른 첨가구와는 대조적이었다. 본 실험의 경우 이전의 예비실험의 다신초 유도 시 control에서 전혀 신초 유도가 이루어지지 않았기에 제외시켰다(데이터 없음). Vaccinium 속 수종의 경우 2-iP보다 zeatin 첨가로 보다 높은 다신초 유도율을 보고(Meiners et al, 2007)하고 있는데 본 실험도 zeatin 전체 첨가구에서 다신초 유도율이 100.0%로 나타나 그 효과가 유사하게 나타났다(Table 1). 그러나 BA는 대부분의 다신초 유도에 첨가되는 대표적인 사이토키닌류 중 하나이지만 정금나무의 경우 오히려 다신초 유도는 전혀 이루어지지 않은 대조적인 결과를 보였는데 이는 V. corumbosum 다신초 유도에 BA 첨가 시 신초가 유도되지 않았고(Kim et al. 2015), Rhodiola rosea의 고농도 BA 첨가 시 오히려 절편체가 고사하였다는 보고(Bae et al. 2012)와 유사한 경향을 나타냈다.

Effect of different types and concentrations of cytokinins on multiple shoot induction from explants having an apical bud in Vaccinium oldhamii

Cytokinin Treatment (mg/L) Shoot induction (%) No. of shoots/explant (mean ± S.D.) Shoot length (mm) (mean ± S.D.)
Zeatin 1.0 100.0 5.8 ± 2.4de* 34.1 ± 2.4c
2.0 100.0 7.5 ± 2.8cde 31.5 ± 2.9d
5.0 100.0 23.5 ± 10.4a 4.4 ± 0.4f

TDZ 1.0 84.0 12.2 ± 6.3b 5.3 ± 1.4f
2.0 88.0 10.2 ± 5.4bc 5.3 ± 1.1f
5.0 100.0 8.0 ± 5.3cd 5.0 ± 1.3f

BA 1.0 0 0 0
2.0 0 0 0
5.0 0 0 0

2-iP 1.0 88.0 5.2 ± 2.9de 38.9 ± 2.7b
2.0 100.0 7.4 ± 3.0cde 51.7 ± 5.5a
5.0 92.0 4.3 ± 1.6e 25.5 ± 3.2e

*Means within the column followed by the same letter are not significantly different, Duncan’s multiple range test, p < 0.05.

TDZ, thidiazuron; BA, 6-benzylaminopurine; 2-iP, 6-(γ,γ-dimethylallylamino)purine.



절편체 당 다신초 유도 수 비교에서 가장 많은 신초가 유도된 첨가구는 5.0 mg/L zeatin으로 평균 23.5개였으며, 호르몬 종류 및 농도간의 유의확률은 0.05 이하이므로, 호르몬 종류 및 농도간에 유의한 상호작용이 있는 것으로 나타났다. 1.0 mg/L zeatin에서 5.8개 및 5.0 mg/L 2-iP에서 4.3개로 두 첨가구에서 가장 적은 신초가 발생하였는데(Table 1) 특히 1.0~5.0 mg/L 2-iP 첨가구의 경우 농도에 관계없이 4.3~7.4개로 나타나 타 사이토키닌 처리구보다 다신초 유도 효율이 낮은 것으로 알 수 있다. Zeatin 첨가구의 경우 1.0에서 5.0 mg/L로 농도가 높아짐에 따라 다신초 유도 수는 5.8에서 23.5개로 증가하는 현상을 보였으나, 반면 TDZ 첨가 시 저농도 1.0에서 5.0 mg/L로 높아짐에 따라 다신초 유도 수는 12.2에서 8.0개로 감소하는 현상을 보였다. 따라서 zeatin은 고농도 첨가가 적합하고 TDZ 경우 저농도가 효과적임을 알 수 있다(Table 1). V. macrocarpon (Debnath and McRae 2001)의 경우 2.5 mg/L 2-iP에서 가장 높은 다신초 유도 수를 보여 본 실험의 1.0 및 2.0 mg/L 2-iP 에서도 본 실험의 결과와 유사하게 나타났다. 신초길이 비교에서는 51.7 mm를 보인 2.0 mg/L 2-iP 첨가구가 가장 높았으며, 반면 TDZ 첨가구의 경우 5.0~5.3 mm를 보여 대체로 저조했다. TDZ은 강력한 사이토키닌 중 하나로 본 실험의 경우 1.0~5.0 mg/L의 고농도 첨가 시 높은 다신초 유도율을 보였으나 유도된 신초 길이는 매우 짧은 특징을 보여 정금나무 다신초 유도에는 적합하지 않은 것으로 나타났다(Table 1).

줄기배양 9일 후부터 정아에서 엽전개가 시작되었고, 3주 후부터는 zeatin, TDZ 및 2-iP 첨가구에서 대부분 다신초가 유도되었다. Zeatin, 2-iP 및 TDZ 첨가구 경우에는 줄기 하단부에 녹색의 캘러스가 형성되었으나 BA 첨가구에서는 관찰되지 않았다(Fig. 1). 활엽수종 기내배양에서 줄기 하단부에 형성되는 캘러스는 양분 및 식물생장호르몬의 저장 기능의 역할을 하는 것으로 보고되고 있는데(Vieitez et al. 1989), 본 실험의 경우에서도 BA 첨가구를 제외한 다른 모든 첨가구의 줄기 하단부에서 캘러스가 형성되어 다신초 유도 시 캘러스가 함께 형성되는 특징을 가지고 있는 것으로 판단된다.

Fig. 1. Effect of cytokinins on multiple shoot formation in apical bud cultures of Vaccinium oldhamii. a: 1.0 mg/L zeatin; b: 2.0 mg/L zeatin; c: 5.0 mg/L zeatin; d: 1.0 mg/L thidiazuron (TDZ); e: 2.0 mg/L TDZ; f: 5.0 mg/L TDZ; g: 1.0 mg/L 6-benzyla-minopurine (BA); h: 2.0 mg/L BA; i: 5.0 mg/L BA; j: 1.0 mg/L 6-(γ,γ-dimethylallylamino)purine (2-iP); k: 2.0 mg/L 2-iP; l: 5.0 mg/L 2-iP

Auxin 종류 및 농도에 따른 기내발근 효과

IBA 및 NAA의 농도에 따른 줄기의 기내발근에 미치는 영향은 Table 2와 같다. 최대 발근율은 2.0 mg/L NAA 첨가구에서 86.7%로 가장 높게 나타났으나, 무첨가구에서는 3.3%로 가장 저조한 발근율을 보였으며, 호르몬종류 및 농도의 유의확률은 0.05 이하이므로 유의한 상호작용이 있는 것으로 나타났다. IBA 첨가구 경우, 0.5에서 5.0 mg/L로 농도가 높아짐에 따라 그 발근율은 30.0에서 60.0%로 증가함을 보였고 NAA 첨가구 경우, 0.5에서 2.0 mg/L까지 86.7%로 점차 증가하였지만, 5.0 mg/L 첨가 시 10.0%로 발근율이 현저히 낮아짐을 보였다(Table 2). V. corymbosum 기내 발근 시 2.0 mg/L IBA에서는 90.0% 이상의 높은 발근율을 보인 반면, 2.0 mg/L NAA 첨가 시에는 25.0% 낮은 발근율을 보고한 바 있으며(Zhao et al. 2011). 본 실험의 정금나무 경우 5.0 mg/L IBA 첨가 시 발근율 60.0%를 보인 반면, 5.0 mg/L NAA에서는 10.0%로 낮은 발근율을 나타내 유사한 경향을 보였다.

Effect of auxins on in vitro rooting of shoots having an apical bud in Vaccinium oldhamii

Treatment (mg/L) Root formation (% ± S.D.) No. of roots/shoot (mean ± S.D.) Root length (mm) (mean ± S.D.)
Control 0 3.3 ± 1.3e* 1.0 ± 0.3d 23.2 ± 4.3a

IBA 0.5 30.0 ± 10.0cd 2.4 ± 2.2cd 17.6 ± 7.5bc
1.0 30.0 ± 10.0cd 3.7 ± 3.5bcd 20.0 ± 6.3b
2.0 43.3 ± 30.6cd 8.4 ± 7.7ab 19.3 ± 5.0b
5.0 60.0 ± 10.0abc 10.1 ± 7.1a 14.3 ± 2.8c

NAA 0.5 60.0 ± 26.5abc 5.2 ± 3.6bc 12.8 ± 2.6cd
1.0 66.7 ± 20.8ab 8.2 ± 4.2ab 10.7 ± 1.8d
2.0 86.7 ± 15.3a 7.1 ± 4.0abc 3.7 ± 1.2e
5.0 10.0 ± 10.0d 3.3 ± 2.1cd 1.7 ± 0.5e

*Means within the column followed by the same letter are not significantly different, Duncan’s multiple range test, p < 0.05.

TDZ, thidiazuron; BA, 6-benzylaminopurine; 2-iP, 6-(γ,γ-dimethylallylamino)purine.



최대 뿌리수는 5.0 mg/L IBA에서 10.1개로 가장 높았으나 무첨가구에서는 1.0개로 가장 저조한 뿌리수를 보였으며(Table 2), 호르몬종류 및 농도의 유의확률은 0.05 이하이므로 유의한 상호작용이 있는 것으로 나타났다. IBA 첨가구의 경우 농도가 높아짐에 따라 뿌리수가 2.4개(0.5 mg/L)에서 10.1개(5.0 mg/L)로 현저히 증가한 반면 NAA 경우, 1.0 mg/L에서 최대 8.2를 보였으며, 5.0 mg/L 고농도에는 3.3개로 현저히 감소되어 저농도가 발근에 유리함을 알 수 있다. V. corymbosumV. vitis-idade 발근 유도 시 IBA 0.5에 비해 2.0 mg/L에서 뿌리 개수는 늘어난 반면, NAA 경우, 그 농도가 증가할수록 그 개수는 점차 감소하는 현상을 보고(Meiners et al. 2007)하고 있으나 본 실험의 경우에는 5.0 mg/L IBA 첨가(10.1개)가 가장 효과적으로 보여 수종 별 옥신류의 종류 및 농도에 따라 발근 효과는 다양하게 나타남을 알 수 있다.

뿌리길이 비교에서는 무첨가구에서 특이하게도 1개의 뿌리가 발생되었는데 그 길이는 23.2 mm로 가장 길었으나 3.3%의 아주 낮은 발근율을 보였다. 5.0 mg/L NAA에서는 1.7 mm로 뿌리 길이가 짧았으며(Table 2), 대체적으로 IBA 첨가구가 NAA 처리구에 비해 긴 뿌리발생 경향을 보였고, 오옥신 종류 및 농도에 따른 발근은 p < 0.05 수준에서 유의성 있는 차이를 보이는 것으로 나타났다.

정금나무 기내발근의 경우 배양 3주 후 정상적인 뿌리 형성을 보인 0.5 mg/L IBA 첨가구가 가장 적합한 것으로 나타났는데 2.0 및 5.0 mg/L IBA 처리구에서의 발근율 및 뿌리수에서는 저농도의 0.5 mg/L IBA보다 높았으나 뿌리가 정상적으로 줄기 하단부에서 직접 형성되지 않고 캘러스 및 신초 기저부의 배지와 접촉된 면으로부터 형성되어 향후 정상적인 식물체 육성에는 적합하지 않은 것으로 판단되었다(Fig. 2). 발근율은 수종에 따라 다소 차이를 보였는데 V. corymbosum 경우 0.1 mg/L IBA에서 75.0%의 발근율을 보고(Fan et al. 2017)하고 있고 V. vitis-idaea에서는 0.5 mg/L IBA에서 80.0% 이상의 발근율을 보고(Meiners et al. 2007)하고 있어 수종 및 IBA 농도에 따라 발근율은 각각 상이하였다. NAA 첨가구의 경우 신초의 기저부에서 정상적인 뿌리 형성이 직접 되지 않고 기저부에서 형성된 캘러스로부터 뿌리가 발생되어 부적합하다고 보고(Zhao et al. 2011)하고 있고, 또한 IBA와 NAA 첨가구의 경우에서와 같이 캘러스 발생 후 그로부터 뿌리가 형성되는 유형의 발근은 적합하지 않다고 보고하고 있다(Kim 2012). 본 실험의 경우에서도 위 보고와 동일하게 고농도의 IBA와 NAA 첨가구에서 캘러스 혹은 신초 기저부 잎에서 뿌리가 형성되었으며, 이렇게 유도된 뿌리는 시간이 경과함에 따라 대부분 기내에서 고사했기 때문에 정상적인 유형의 발근에는 적합하지 않았다.

Fig. 2. Effect of various kinds and concentrations of auxins on in vitro rooting of shoots having an apical bud in Vaccinium oldhamii. a: Control; b: 0.5 mg/L 1-naphthaleneacetic acid (NAA); c: 1.0 mg/L NAA; d: 2.0 mg/L NAA; e: 5.0 mg/L NAA; f: 0.5 mg/L indole-3-butyric acid (IBA); g: 1.0 mg/L IBA; h: 2.0 mg/L IBA; i: 5.0 mg/L IBA

IBA 농도 및 삽목기질 종류(FLEXI-PLUG 및 Horticultural substrate)에 따른 기외발근 효과

정아가 제거된 줄기의 기외발근에 미치는 적정 IBA 농도 및 삽목기질(FLEXI-PLUG 및 Horticultural substrate)에 따른 효과는 Table 3과 같다. 최대 발근율은 1.0 g/L IBA 용액처리 후 Horticultural substrate 발근 시 80.0%가 나타났으며, 최저는 IBA 무처리 후 Horticultural substrate 기외발근 시 0%로 뿌리가 전혀 형성되지 않았다(Table 3, Fig. 3). V. corymbosum 경우 기내 발근(27.6%) 보다는 기외발근(100.0%)이 훨씬 효과적임을 보고했으며(Wang et al. 2019), V. ashei에서는 88.9%의 기외발근율을 보여 더 효율적이라고 밝혔다(Fan et al. 2017). 또한 V.vitis-idaea 경우 기내에서 발근되지 않았던 식물체가 기외발근 시 98.0% 높은 습도를 유지했을 때 발근이 형성되었다고 보고했다(Meiners et al. 2007). 본 연구에서도 기내발근의 IBA 첨가구에서는 30.0~60.0%의 발근율을 보인 반면 기외발근 처리로 20.0~80.0%까지의 높은 발근율을 나타냈다. 또한 기외발근의 경우 기내발근과 달리 과도한 캘러스 형성 없이 뿌리 형성이 잘 이루어졌기에, 본 실험의 정금나무 발근에 있어서는 기내 보다 기외발근 처리가 더욱 효과적임을 확인할 수 있었다(Table 3, Fig. 3). 신초 길이는 0.5, 1.0 g/L IBA 용액처리 후 Horticultural substrate 발근 시 각각 42.1 및 41.7 mm로 길게 형성되었으며(Table 3), 0.05 g/L IBA 용액처리 후 FLEXI-PLUG 발근 시 31.7 mm로 짧은 줄기길이를 나타냈다(Table 3). 뿌리 길이는 0.5 g/L IBA 용액처리 후 Horticultural substrate 발근 시 33.8 mm로 길게 형성되었으며, 0.05 g/L IBA 용액처리 후 Horticultural substrate 발근 시에는 18.1 mm로 짧은 뿌리길이를 나타냈다(Table 3). 기외발근 시 3주 이내에 삽목기질(FLEXI-PLUG 및 Horticultural substrate)의 줄기의 하단부에서 뿌리 원기가 형성된 것을 확인할 수 있었으며(Fig. 4), 재분화된 정금나무 식물체는 포트로 이식하여 4개월 후 완전한 묘목을 얻을 수 있었다(Fig. 5).

Effect of ex vitro treatment on root formation in Vaccinium oldhamii

Treatment IBA (g/L) Root formation (% ± S.D.) Root length (mm) (mean ± S.D.) Shoot length (mm) (mean ± S.D.)
IBA + Flexi-Plugs 0 20.0 ± 10.0ef* 23.5 ± 2.1cd 34.6 ± 3.0cd
0.05 40.0 ± 10.0cde 24.3 ± 3.7c 31.7 ± 4.7d
0.1 26.7 ± 15.3de 24.8 ± 3.5c 34.7 ± 3.9cd
0.5 50.0 ± 10.0ab 27.9 ± 4.3b 34.1 ± 7.4cd
1.0 36.7 ± 11.6cde 32.7 ± 5.2ab 35.3 ± 6.4cd

IBA + Horticultural soil 0 0 0 0
0.05 33.3 ± 5.8cde 18.1 ± 4.3d 40.3 ± 8.2ab
0.1 46.7 ± 15.3bcd 27.0 ± 4.7bc 37.3 ± 8.5bc
0.5 63.3 ± 15.3ab 33.8 ± 5.4a 42.1 ± 10.2a
1.0 80.0 ± 17.3a 32.9 ± 5.1ab 41.7 ± 5.6a

*Means within the column followed by the same letter are not significantly different, Duncan’s multiple range test, p < 0.05.

IBA, indole-3-butyric acid.



Fig. 3. Effect of ex vitro treatment on root formation in Vaccinium oldhamii. a: Control; b: 0.05 mg/L indole-3-butyric acid (IBA); c: 0.1 mg/L IBA; d: 0.5 mg/L IBA; e: 1.0 mg/L IBA (with horticultural soil); f: control; g: 0.05 g/L IBA; h: 0.1 g/L IBA; i: 0.5 g/L IBA; j: 1.0 g/L IBA (with Flexi-Plugs)

Fig. 4. Histological observation of root primordium induction in Vaccinium oldhamii. a: Cross section of root primordium after 1 week; b: cross section of root primordium after 3 weeks

Fig. 5. Potted plant production in Vaccinium oldhamii through in vitro culture after 4 months
적 요

정금나무(Vaccinium oldhamii)의 정아를 포함한 줄기를 재료로 다신초 유도 및 기외발근을 통해 완전한 식물체를 효과적으로 재분화시킬 수 있었다. 정아를 포함한 줄기로부터 다신초 유도는 2.0 mg/L 2-iP에서 유도율 100.0%, 절편체 당 다신초 유도수 7.4개로 나타났으며, 특히 신초 길이는 평균 51.7 mm로 다른 사이토키닌(zeatin, BA 또는 TDZ) 처리구에 비해 가장 높게 나타났다. 증식된 줄기로부터 기내발근은 0.5 mg/L IBA 첨가에서 절편체 당 2.4개의 뿌리를 생산하였고, 뿌리 길이는 평균 17.6 mm로 가장 우수한 결과를 보였다. 상토를 이용한 기외발근의 경우 1.0 mg/L IBA와 탈크(talc) 혼합용액 처리 시 평균 발근율은 80.0%로 기내발근에 비해 더 양호한 것으로 나타났다.

Figures
Fig. 1. Effect of cytokinins on multiple shoot formation in apical bud cultures of Vaccinium oldhamii. a: 1.0 mg/L zeatin; b: 2.0 mg/L zeatin; c: 5.0 mg/L zeatin; d: 1.0 mg/L thidiazuron (TDZ); e: 2.0 mg/L TDZ; f: 5.0 mg/L TDZ; g: 1.0 mg/L 6-benzyla-minopurine (BA); h: 2.0 mg/L BA; i: 5.0 mg/L BA; j: 1.0 mg/L 6-(γ,γ-dimethylallylamino)purine (2-iP); k: 2.0 mg/L 2-iP; l: 5.0 mg/L 2-iP
Fig. 2. Effect of various kinds and concentrations of auxins on in vitro rooting of shoots having an apical bud in Vaccinium oldhamii. a: Control; b: 0.5 mg/L 1-naphthaleneacetic acid (NAA); c: 1.0 mg/L NAA; d: 2.0 mg/L NAA; e: 5.0 mg/L NAA; f: 0.5 mg/L indole-3-butyric acid (IBA); g: 1.0 mg/L IBA; h: 2.0 mg/L IBA; i: 5.0 mg/L IBA
Fig. 3. Effect of ex vitro treatment on root formation in Vaccinium oldhamii. a: Control; b: 0.05 mg/L indole-3-butyric acid (IBA); c: 0.1 mg/L IBA; d: 0.5 mg/L IBA; e: 1.0 mg/L IBA (with horticultural soil); f: control; g: 0.05 g/L IBA; h: 0.1 g/L IBA; i: 0.5 g/L IBA; j: 1.0 g/L IBA (with Flexi-Plugs)
Fig. 4. Histological observation of root primordium induction in Vaccinium oldhamii. a: Cross section of root primordium after 1 week; b: cross section of root primordium after 3 weeks
Fig. 5. Potted plant production in Vaccinium oldhamii through in vitro culture after 4 months
Tables
Table. 1.

Effect of different types and concentrations of cytokinins on multiple shoot induction from explants having an apical bud in Vaccinium oldhamii

Cytokinin Treatment (mg/L) Shoot induction (%) No. of shoots/explant (mean ± S.D.) Shoot length (mm) (mean ± S.D.)
Zeatin 1.0 100.0 5.8 ± 2.4de* 34.1 ± 2.4c
2.0 100.0 7.5 ± 2.8cde 31.5 ± 2.9d
5.0 100.0 23.5 ± 10.4a 4.4 ± 0.4f

TDZ 1.0 84.0 12.2 ± 6.3b 5.3 ± 1.4f
2.0 88.0 10.2 ± 5.4bc 5.3 ± 1.1f
5.0 100.0 8.0 ± 5.3cd 5.0 ± 1.3f

BA 1.0 0 0 0
2.0 0 0 0
5.0 0 0 0

2-iP 1.0 88.0 5.2 ± 2.9de 38.9 ± 2.7b
2.0 100.0 7.4 ± 3.0cde 51.7 ± 5.5a
5.0 92.0 4.3 ± 1.6e 25.5 ± 3.2e

*Means within the column followed by the same letter are not significantly different, Duncan’s multiple range test, p < 0.05.

TDZ, thidiazuron; BA, 6-benzylaminopurine; 2-iP, 6-(γ,γ-dimethylallylamino)purine.


Table. 2.

Effect of auxins on in vitro rooting of shoots having an apical bud in Vaccinium oldhamii

Treatment (mg/L) Root formation (% ± S.D.) No. of roots/shoot (mean ± S.D.) Root length (mm) (mean ± S.D.)
Control 0 3.3 ± 1.3e* 1.0 ± 0.3d 23.2 ± 4.3a

IBA 0.5 30.0 ± 10.0cd 2.4 ± 2.2cd 17.6 ± 7.5bc
1.0 30.0 ± 10.0cd 3.7 ± 3.5bcd 20.0 ± 6.3b
2.0 43.3 ± 30.6cd 8.4 ± 7.7ab 19.3 ± 5.0b
5.0 60.0 ± 10.0abc 10.1 ± 7.1a 14.3 ± 2.8c

NAA 0.5 60.0 ± 26.5abc 5.2 ± 3.6bc 12.8 ± 2.6cd
1.0 66.7 ± 20.8ab 8.2 ± 4.2ab 10.7 ± 1.8d
2.0 86.7 ± 15.3a 7.1 ± 4.0abc 3.7 ± 1.2e
5.0 10.0 ± 10.0d 3.3 ± 2.1cd 1.7 ± 0.5e

*Means within the column followed by the same letter are not significantly different, Duncan’s multiple range test, p < 0.05.

TDZ, thidiazuron; BA, 6-benzylaminopurine; 2-iP, 6-(γ,γ-dimethylallylamino)purine.


Table. 3.

Effect of ex vitro treatment on root formation in Vaccinium oldhamii

Treatment IBA (g/L) Root formation (% ± S.D.) Root length (mm) (mean ± S.D.) Shoot length (mm) (mean ± S.D.)
IBA + Flexi-Plugs 0 20.0 ± 10.0ef* 23.5 ± 2.1cd 34.6 ± 3.0cd
0.05 40.0 ± 10.0cde 24.3 ± 3.7c 31.7 ± 4.7d
0.1 26.7 ± 15.3de 24.8 ± 3.5c 34.7 ± 3.9cd
0.5 50.0 ± 10.0ab 27.9 ± 4.3b 34.1 ± 7.4cd
1.0 36.7 ± 11.6cde 32.7 ± 5.2ab 35.3 ± 6.4cd

IBA + Horticultural soil 0 0 0 0
0.05 33.3 ± 5.8cde 18.1 ± 4.3d 40.3 ± 8.2ab
0.1 46.7 ± 15.3bcd 27.0 ± 4.7bc 37.3 ± 8.5bc
0.5 63.3 ± 15.3ab 33.8 ± 5.4a 42.1 ± 10.2a
1.0 80.0 ± 17.3a 32.9 ± 5.1ab 41.7 ± 5.6a

*Means within the column followed by the same letter are not significantly different, Duncan’s multiple range test, p < 0.05.

IBA, indole-3-butyric acid.


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March 2022, 49 (1)
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