좀개구리밥 엽상체는 MS 배지의 무기염류 농도를 1/2로 낮춘 조건에서 엽상체 증식이 배양 3주 동안 5배 이상 증식이 이루어짐을 확인하였다. 농도가 증가할수록 증식은 감소하며, 4배 농축된 배지에서는 엽상체가 백화되어 사멸하였다. 1~3mg/L 범위의 BA 처리가 증식에 효과적임을 확인하였으나, 캘러스 형성은 관찰되지 않았다. 이 결과는 개구리밥 식물의 바이오매스를 다른 바이오산업 분야에 활용이 가능하다는 예상을 가능하게 한다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>좀개구리밥 엽상체 증식에 미치는 MS salts의 영향</h2> <p>좀개구리밥의 엽상체 증식에 요구되는 MS 배지의 무기염류 농도를 조사한 결과 좀개구리밥 엽상체는 MS 배지의 무기염류 농도를 \( 1 / 2 \) 로 낮춘 배양 조건에서 엽상체 증식이 배양 3주 동안 5배 이상 증식이 이루어짐을 알 수 있었다. MS 무기 염류농도가 증가할수록 엽상체 증식은 오히려 감소하였으며 MS 무기염류 농도가 4배로 농축된 배지에서는 엽상체 증식 효율이 감소하면서 엽상체가 백화되면서 사멸하였다. MS 무기염류가 전혀 첨가되지 않은 증류수에서도 3주 동안 증식은 이루어지지 않지만 엽상체가 녹색을 띠며 식물체 생존이 가능하였다. \( 1 / 2 \mathrm{MS} \) 배지에서 엽상체의 증식속도는 배양개시 1주일간은 증식 속도가 낮지만 이후 배양 기간이 증가될수록 엽상체 증식속도가 빠르게 증가됨을 알 수 있었다. 또한 하나의 엽상체에서 엽상체 수가 약 4~6개로 증식됨을 알 수 있었다. 이상의 결과로 미루어볼 때 좀개구리밥 엽상체 증식에 요구되는 MS 배지의 무기염류 농도는 MS 무기염류 농도를 \( 1 / 2 \) 로 낮춘 배양조건일 것으로 판단된다. 따라서 이후 모든 실험은 \( 1 / 2 \mathrm{MS} \) 배지 조건에서 수행하였다.</p> <h2>좀개구리밥 엽상체 증식 및 캘러스 형성에 미치는 생장조절제의 영향</h2> <p>좀개구리밥의 엽상체는 캘러스 형성을 거치지 않고 기존의 엽상체 (mother fronds) 기저부에서 새로운 엽상체 (daughter fronds)가 양쪽에서 동시에 또는 한쪽에서 신장이 이루어지면서 증식이 이루어졌다. 좀개구리밥 엽상체는 생장조절제가 첨가되지 않은 \( 1 / 2 \mathrm{MS} \) 기본배지에서도 증식이 가능하였으며 배양기간이 4주 이상 유지되면 \( 1 / 2 \mathrm{MS} \) 기본배지에 치상된 엽상체에서는 뿌리의 신장 및 발달이 관찰되었다. 그러나 \( 1 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \mathrm{~BA} \) 처리구에서는 엽상체의 직접적인 증식이 더욱 활발하게 이루어졌다. 좀개구리밥 엽상체 증식에 미치는 BA의 농도별 효과를 조사한 결과 \( 1 \sim 3 \) \( \mathrm{mg} / \mathrm{L} \mathrm{~BA} \) 처리구에서 엽상체의 증식이 \( 93 \% \) 이상으로 매우 왕성하게 이루어졌다. 그러나 \( 10 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \mathrm{~BA} \) 처리구에서는 엽상체 증식률이 \( 81.5 \% \) 로, \( 30 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \mathrm{~BA} \) 처리구에서는 \( 3.3 \% \) 로 감소하였다. 생장조절제로 2,4-D의 영향은 BA와 달리 배양 초기 엽상체의 팽창이 이루어지지만 증식은 전혀 일어나지 않았으며 배양 1~2주 까지는 녹색 유지하다가 약 4주 배양한 결과, 2,4-D 처리구에서는 농도가 증가할수록 엽상체가 백색으로 괴사되었다. 이상의 결과로 좀개구리밥의 엽상체 증식에는 \( 1 \sim 3 \mathrm{mg} / \mathrm{L} \) 범위내에 BA 처리가 엽상체 증식에 효과적임을 알 수 있었다.</p> <p>개구리밥 엽상체로부터 캘러스 형성을 유도하기 위하여 엽상체 및 뿌리를 좀개구리밥과 동일한 방법으로 조사하였으나 모든 처리구에서 캘러스 형성을 관찰 할 수 없었다 (자료 미제시). 개구리밥 엽상체로부터 캘러스 형성빈도가 낮은 원인 역시 실험에 사용된 개구리밥의 특성 차이에서 기인할 것으로 추측된다. 아직 국내에 자생중인 개구리밥의 자생지별 생태학적, 유전학적 연구가 거의 이루어지지 않은 상태이다. 이와 같은 특성 규명이 이루어져야 보다 재분화능이 우수한 개구리밥 라인 선발이 가능할 것으로 기대된다.</p> <h2>개구리밥 및 좀개구리밥 대량 배양 및 건중량 생산성</h2> <p>개구리밥 및 좀개구리밥의 엽상체로부터 대량증식 체계를 이용하여 자연 상태에서 바이오매스 생산량을 조사하였다. 기내에서 재생된 좀개구리밥 (Fig. 5A) 및 개구리밥 (Fig. 5B) 식물체를 수조에서 대량 증식 시킨 후 1 주일 간격으로 수집하여 건중량/생중량 비율을 조사한 결과 좀개구리밥의 건중량/생중량 비율은 \(6.5-11.5\%\)로 식물체 전체 수분 함량이 \(88.5\sim 93.5\%\) 임을 알 수 있었다. 반면에 개구리밥의 경우 건중량/생중량 비율이 \(8.5 \sim 21.4 \% \) 로 식물체 전체 수분 함량이 \(79.6\sim 91.5\% \)임을 알 수 있었다. 건중량/생중량 비율은 두 식물 모두 채집기간별로 차이를 보였으며 개구리밥의 수분 함량 변화가 좀개구리밥에 비해 상대적으로 더 큼을 알 수 있었다. 또한 1주일 간격으로 수집된 좀개구리밥의 총건중량을 기준으로 연간 바이오매스 생산성을 추정 계산한 결과 좀개구리밥 및 개구리밥의 연간 건조 바이오매스 생산량은 각각 8.9톤 및 9.8톤이었다. 이와 같은 바이오매스 생산성은 타작물에 비해 낮지 않은 것으로 개구리밥 식물의 바이오매스를 다른 바이오산업 분야에 활용이 가능할 것으로 기대된다.</p> <p>본 연구에서는 개구리밥 및 좀개구리밥의 엽상체의 직접적인 증식방법을 통해 기내 대량증식 체계를 확립하였다. 따라서 본 연구에서 확립된 개구리밥 및 좀개구리밥의 기내 배양체계는 유용 유전자 도입을 통한 형질전환 개구리밥 식물의 개발의 직접적인 연구소재로 활용이 가능할 것으로 기대되며 아울러 이를 통한 개구리밥 식물의 산업적 활용가치 증대에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.</p>