방사선을 활용한 육종은 대게 경제적으로 중요한 작물에 집중되어 있다. 현재까지는 감마선을 활용한 전통적인 방사선 돌연변이 육종이 강세를 보이고 있다. 최근 20년 동안 큰 규모의 이온 가속 장치가 건립되면서 여러가지 형태의 이온빔을 사용한 식물품종 개량 성과가 보고되고 있다. 이온빔 조사장치를 준비하여 융복합 연구를 진행하고 있는 일본의 경우 질병 저항성 쌀과 UV-B 내성 애기장대, 화훼 작물의 개량 등을 대표적인 연구 성과의 예로 들 수 있다. 또한 중국도 21종 이상의 새로운 품종을 확보 하였으며, 아미노산, 유기산, 항생제, 효소 및 비타민 생산 능력이 향상 된 다양한 수십 종의 개량 미생물 균주를 개발했다.
<p>미생물 시료의 전처리 과정도 매우 중요하다. 보통 대수기의 건강한 세포를 수확하여 PBS나 증류수로 배지 성분을 씻어 낸 다음 현탁액 상태로 시험관에 담아서 빔을 조사하게 되는데, 빔 조사 전후의 시간을 최소화하여 생존력을 최대화하는 것이 필요하다. 빔 에너지가 낮은 경우에는 투과할 수 있는 생물학적 시료의 깊이에 한계가 있으므로, 시험관에 세포 현탁액을 담는 대신 대수기의 세포를 세척하여 \( 10 ^ { 6 } \sim 10 ^ { 8 } \) cells \( / \mathrm { mL } \) 정도로 조정한 뒤 \( 100 \mu \mathrm { L } \) 정도를 petri dish에 점적하여 말린 뒤 빔을 조사하기도 한다. 뒤에 소개할 이온 주입장치에서는 진공 분위기가 필요하므로, 이런 방법으로 건조시킨 세포를 써야만 한다.</p> <p>미생물 시료를 현탁액 상태로 동결하여 가속기 설비까지 이송한 다음 녹여서 빔을 조사하는 것도 가능한데, 이때 첨가하는 글리세롤이나 DMSO 등의 동결보존제가 이온빔의 작용에 영향을 미치는지의 여부를 고려해야 하며, 동결 및 융해 과정에 의한 생존율 저해 작용도 감안해야 한다. \( \mathrm { DMSO } \) 는 방사선 조사에서 유발되는 자유 라디칼을 quenching하는 효과가 있어서 세포 또는 식물 종자에 처리하거나 동물에 투여했을 때 생존율을 높인다는 것이 오래 전부터 알려져 있지만, 이 물질이 세포 내에서 일어나는 DNA 절단 및 돌연변이 유발 미치는 영향에 대해서는 산소의 존재 여부에 따라 영향이 다르게 나타난다. 스트레스에 대한 보호제로 쓰이는 glycine betaine 역시 방사선에 대한 보호 작용이 있는 것으로 보고되고 있다. 저에너지 이온 주입장치를 사용할 때에는 진공을 유지해야 하므로, 생체 시료가 진공 조건에서 얼마나 생존을 유지할 수 있는지의 여부와 시료가 수분을 많이 함유한 경우 진공을 걸어줄 때 냉각이 일어나면서 손상을 입지 않는지를 미리 확인해야 할 것이다.</p> <h1>이온빔을 이용한 생명자원 개량 현황</h1> <p>방사선을 이용한 육종은 대부분 경제적으로 중요한 작물에 치중하고 있으며, 아직까지는 감마선을 이용한 전통적인 방사선 돌연변이 육종이 강세를 보이고 있는 실정이다. 그러나 최근 20년 동안 대규모의 이온 가속 장치가 건립되면서 다양한 형태의 이온빔을 이용한 식물 품종 개량 성과가 보고되고 있다. 일본에서는 1991년 Takasaki Ion Accelera-tors for Advanced Radiation Application(TIARA)가 설립되면서 이온빔에 의한 작물의 품종개량 및 생물학적 영향에 관한 연구를 시작한 것을 필두로 하여 현재는 이화학연구소 (RIKEN) 등 여러 곳에 이온빔 조사장치를 마련하여 융복합 연구를 진행하고 있다[39]. 대표적인 연구 성과로는 질병 저항성 쌀과 UV-B 내성 애기장대[40], 화훼 작물의 개량 등을 예로 들 수 있다. 중국의 경우에는 중국 과학원 플라스마 연구소의 \( \mathrm { Yu } \) 를 중심으로 20 여년 전부터 이온 주입기에서 발생되는 저에너지 이온빔을 사용한 유전자원 개량 연구를 독자적으로 진행해 오다 최근 들어 그 성과가 널리 알려지기 시작하였다. 1994년 이래 이온빔을 이용하여 21종 이상의 신품종을 확보하였으며, 아미노산과 유기산, 항생제, 효소 및 비타민 생산 능력이 증대된 수십 종의 개량 미생물 균주를 개발하였으며[10], 이외에도 이온빔을 이용한 식물 세포로의 성공적인 유전자 전달을 보고하였다.</p>