담배 식물체[Nicotiana tabacum L. cv. BY-4]의 배수성에 따른 공변세포의 엽록체 수 변화

배창휴,이연희,양덕춘,민경수,김호일,이호연 한국식물생명공학회 2001 식물생명공학회지 Vol.28 No.4

담배 정상주 (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4), 약배양으로 유도시킨 반수체 (2n=2x=24), 콜히친 처리로 염색체를 배가한 식물체 (2n=4x=48)및 그 후대식물체 (F$_1$)를 각각 사용하여 배수성에 따른 공변세포 내 엽록체 수를 조사하였다. 공변세포 내 엽록체의 수는 정상주에서 반수체의 2배로 배수성과 밀접한 관계를 나타내었다. 또한, 반수체를 콜히친으로 배가시킨 식물체에서 공변세포 내 엽록체의 수는 반수체의 2배로 배수성이 회복됨에 따라 증가하였다. 이배체의 후대식물에서도 공변세포 내 엽록체의 수는 반수체의 2배로 나타났다. 엽령에 따른 공변세포 내 엽록체 수의 변동도 관찰되지 않았다. 이러한 결과는 기공의 공변세포 내에 분포하는 엽록체 수와 배수성 (2x와 4x)과는 밀접한 관계가 있음을 시사하는 것이다. 기내에서 생장한 식물체에서 공변세포 내 엽록체의 수는 pot 재배식물체와 비슷한 결과를 나타내었다. 따라서 잎의 공변세포 내 기공수는 배수성을 간단하게 판정하는데 이용할 수 있을 것으로 보인다. We evaluated a possibility of the use of chloroplast number per guard cell pairs as a measure for ploidy level in the different ploidy levels of tobacco plant (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4) . The guard-cell chloroplast numbers of leaves of haploid plant were a half of wild-type plant. Furthermore, the number of chloroplast per guard cell pairs of the leaves of doubled-haploid plant increased in two times compared with that of haploid plant. In addition, the chloroplast number was not changed in the F$_1$ progenies. The change of the chloroplast number by leaf stage was not observed. The results indicate that there is a strong relationship between ploidy level (2x and 4x) and chloroplast number per guard cell pairs. This relationship was also, observed in both in vitro and pot cultured plants. It was determined that the measurement of chloroplast number in guard cells of leaf epidermis is simple to use and less labour intensive, and hence can be considered a practical alternative to the chromosome counting methods or flow cytometry in the tobacco plant.

Agrobacterium tumefaciens를 매개로 한 옥수수 유동유전자 Ac 및 Ds에 의한 서양고추냉이 (Armoracia rusticana)의 형질전환

배창휴,노일섭,임용표,민경수,김동철,김학진,이효연 한국식물생명공학회 1994 식물생명공학회지 Vol.21 No.6

십자화과 식물의 유용유전자를 cloning하기 위한 기초연구로서 십자화과 식물인 Armoracia rusicna의 재분화계와 형질전환계를 확립하고, gene tagging을 하기 위하여 binary vector에 삽입된 옥수수의 transposon 유전자 Ac/Ds를 도입한 결과, NAA 0.1 mg/L와 BA 1.0 mg/L를 함유한 MS 배지에서 최적의 shoot를 유기할 수 있었으며, MS 기본배지에 옮기면 쉽게 발근을 유도할 수 있었다. 옥수수의 Ac/Ds의 유전자를 잎에 형질전환시킨 결과 8-10%의 형질전환율을 보였으며, 엽병의 경우에도 4%의 형질전환 식물체가 얻어졌다. Kanamycin 100 mg/L 농도에서 선발한 개체를 PCR 분석 및 Southern blot분석을 행하였던 결과 PCR분석으로부터 Ds유전자가 식물에 도입된 것이 확인되었고, Southern blot 분석으로부터 Ac/Ds 모두가 도입된 것이 확인되었다. For the gene tagging of Armoracia rusticana, maize controlling element Ac and Ds were introduced into A.rusticana via Agrobacterium-mediated transformation method. We established an efficient in via regeneration and transformation system for gene transfer in A. rusticana. The optimum in via regeneration condition has been obtained from leaf, petiole and root organs on modified MS medium supplemented with NAA 0.1 mg/L plus BA 1.0 mg/L for direct shooting and with free growth regulators for root induction for transformation, the leaf, petiole and root explants of A. rusticana were concultivated with Agrobacterium tumefaciens, LBA4404 which carries a binary vector pEND4K containing maize controlling element Ac or Ds, respectively: Selections were performed in the shoot induction medium supplemented with 100 mg/L kanamycin, and 500 mg/L carbenicillin transformation frequency showed about 8 to 10% in case of leaf disks. PCR md Southern blot analyses showed that the Ac and the Ds elements were integrated into the chromosome of donor plants.

중이온 Beam 조사가 담배 (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4)의 약과 캘러스 및 종자에 미치는 영향

배창휴,김동철,이영일,정재성,민경수,이효연 한국식물생명공학회 2000 식물생명공학회지 Vol.27 No.2

Effects of the heavy-ion ($^{14}$ N or $^{20}$ Ne) beam irradiation on the response of anthers, growth of calli, germination of seeds, and the early growth after the germination of tobacco (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4) were investigated. Anthers precultured for 10 days before the irradiation became brown without callus or shoot induction over 20 Gy of $^{14}$ N and $^{20}$ Ne ion beam irradiation. Relative growth rate of the cultured calli was reduced by the irradiation and became brown significantly 2 weeks after the $^{14}$ N and $^{20}$ Ne ion beam irradiation over 50 Gy. The increased intensity of the heavy-ion ($^{14}$ N, $^{20}$ Ne) beam irradiation resulted in the delay of seed germination and the inhibition of the early growth both in water-treated and non-treated seeds before the irradiation. In addition, the heavy-ion beam irradiation to the imbibed seeds inhibited seed germination more than that to the non-imbibed seeds. The screening approach of non-imbibed seeds with heavy-ion beam irradiation using in vitro culture system was more useful than the filter-paper germination method in investigating the characteristics of heavy-ion beam-irradiated seed population and the screening of morphological variants at the early stage of the plant growth. 배양 중인 담배의 약과 캘러스, 그리고 종자에 중이온 ($^{14}$ N 또는 $^{20}$ Ne) beam을 조사하여 중이온 beam 조사가 약의 반응, 캘러스의 생장, 종자의 발아와 초기 생장에 미치는 영향을 조사하였다. 중이온 beam을 조사하기 전 10일간 preculture한 다음 beam을 조사한 약은 $^{14}$ N, $^{20}$ Ne 모두 20Gy 이상의 선량에서 캘러스 또는 신초유도가 없이 고사하였다. 배양 중인 캘러스는 $^{14}$ N 와 $^{20}$ Ne 이온 beam의 조사로 상대생장율이 감소하였고, 중이온 beam 조사 2주 후부터는 50 Gy 이상 선량 처리구에서 심하게 갈변하였다. 종자에 미치는 중이온 beam 조사의 영향으로 수분을 처리한 후 또는 수분 처리 없이 beam을 조사한 종자 모두에서 선종에 관계없이 선량이 증가함에 따라 발아를 지연시키며 유묘의 초기 생장을 억제하였다. 또한 수분을 흡수시킨 후 중이온 beam을 조사한 경우가 수분을 흡수시키지 않고 beam을 조사한 경우 보다 종자의 발아를 심하게 억제시켰다. 건조 상태의 종자에 중이온 beam을 조사한 경우 피조사체들의 특성과 생장의 초기단계에서 형태적 변이체를 검토하는데는 여과지를 이용한 방법보다 기내에서 배양하는 방법이 보다 효과적이었다.

Albino 담배 변이체의 기내 생장과 기내 분화의 특성

배창휴,이영일,김동철,민경수,김종홍,정재성,이효연,Yoshida Shigeo 한국식물생명공학회 1999 식물생명공학회지 Vol.26 No.3

수분후 담배의 배에 중이온 beam ($^{14}$ N)을 조사하여 얻은 종자로부터 albino식물체를 분리하여 기내 생장과 분화의 특성을 검토하였다. 기내에서 생장시킨 albino식물체는 엽록소함량이 급격한 감소를 나타내었고 기공수는 잎의 이면 및 표면 표피에서 녹색 식물체 보다 많았다 연속광 조건하의 탄소원을 첨가한 MS배지에서 albino개체는 절간이 신장하지 않았으나 10.0mg/L 의 GA$_3$처리로 절간신장이 회복되었다. 잎절편 배양시 albino식물체는 1.0 mg/L 의 BAP와 kinetin의 단용처리로 다수의 신초를 형성하였고, 1.0mg/L의 2,4-D와 NAA의 단용처리로 다량의 캘러스를 형성하였다. 잎절편에서 유도된 albino 캘러스에 1.0mg/L BAP+0.1mg/L NAA를 혼용처리하면 다수의 식물체가 재분화 되었다. 이와같이 albino 식물체는 다경줄기 형성, 캘러스 형성, 캘러스로부터 재분화율 등이 녹색 식물체와 차이가 없었다. 또한 NAA와 BAP를 혼용처리 하였을 때 잎절편으로부터 기관분화의 유형도 정상주와 비슷하였다. 이러한 결과는 본 albino담배 변이체가 색소체 함량의 급감과 같은 광합성과 관련된 기능에서는 결손을 보이고 있음에도 불구하고 조직수준의 기관분화계에는 이상이 없다는 것을 시사한다. The albino plants of tobacco (Nicotiana tobacum L. cv. BY-4) were isolated from seed populations that were induced by heavy-ion ($^{14}N$) beam irradiation to proembryo and the in vitro growth and differentiation have been characterized. The in vitro cultured albino plants showed significant reduction of chlorophyll content and possessed larger number of stomata on both upper and lower epidermis than that of wild-type plants. Stem growth of the mutants remained dwarfed, however, the internode recovered its normal length after GA$_3$ treatment (10.0mg/L) on the MS medium containing sucrose under continuous light. When explants of leaf blades of albino plants were cultured, multiple shoots formed directly on MS medium containing 1.0mg/L of BAP or kinetin and a large number of calli were induced on the MS medium containing 1.0mg/L NAA or 1.0 mg/L 2,4-D. The albino calli regenerated multiple albino plantlets in the MS medium containing 0.1mg/L NAA + 1.0 mg/L BAP. No significant differences between the wild-type and albino plants were detected in the multiple shoot induction, callus formation from the explants and the plantlets regeneration from calli. In addition, albino plants have a similar organogenesis Pattern to that of the wild-type in the media with different combinations of NAA (0 to 5.0mg/L) and BAP (0 to 5.0mg/L) treatment. These results indicate that the albino mutant has the same normal regeneration ability as that of wild-type, although the mutant has lost functions in photosynthesis, such as pigmentation.

성숙종자 유래 캘러스를 이용한 들잔디 (Zoysia japonica Steud.)의 효과적인 식물체 재분화

배창휴,이성춘,임용표,김호일,송필순,이효연 한국식물생명공학회 2001 식물생명공학회지 Vol.28 No.2

들잔디 (Zoysia japonica Steud.)의 성숙종자 유래의 캘러스를 사용하여 캘러스 생장 및 재분화에 적합한 몇 가지 조건과 캘러스 유형에 따른 재분화 효율을 검토하였다. 종자로부터 캘러스 유도는 2 mg/L 2,4-D, 0.2 mg/L BAP, 4 mg/L thiamine-HCl, 100 mg/L $\alpha$-ketoglutaric acid를 포함한 MS 배지에서 가장 좋았다. 캘러스 증식은 0.5 mg/L 2,4-D, 0.05mg/L BAP, 4 mg/L thiamine-HCl, 100 mg/L $\alpha$-ketoglutaric acid를 포함한 MS 배지가 가장 좋았다. 식물체의 재분화는 3% maltose, 1 mg/L BAP 또는 1 mg/L TDZ를 포함한 MS배지에서 좋았다. 캘러스의 Type과 빈도는 2,4-D와 BAP 조합과 농도에 따라 크게 영향을 받았고, 형태적으로 4가지 Type이 뚜렷하게 나타났다. Type I, II, III 캘러스는 계대배양으로 신초가 형성된 반면, 물기가 많은 캘러스인 Type IV에서는 뿌리만이 분화되었다. 이 중 Type I 캘러스는 신초의 재분화율이 82%로 가장 높고 albino체의 출현빈도가 4%로 가장 낮았다. 이와같이 캘러스를 유형별로 구분하여 배양함으로써 잔디 캘러스로부터 식물체의 재분화를 높일 수 있었다. Using mature seed-derived callus, optimal conditions for efficient callus growth and plant regeneration, and regeneration efficiency by callus type were investigated in zoysiagrass (Zoysia japonica steud.). Callus induction was highest when the seeds were cultured on MS medium containing 2 mg/L 2,4-D, 0.2 mg/L BAP, 4 mg/L thiamine-HCl and 100 mg/L $\alpha$-ketoglutaric acid. Callus growth was highest when callus were cultured on MS medium containing 0.5 mg/L 2,4-D, 0.05 mg/L BAP, 4 mg/L thiamine-HCl and 100 mg/L $\alpha$-ketoglutaric acid. Plant regeneration was highest when callus was transferred on MS medium containing 3% maltose and 1 mg/L BAP, or 1 mg/L thidiazuron (TDZ). The combinations and concentrations of 2,4-D and BAP were shown to be critical factors for both the frequency and the type of callus. And four morphologically distinct types of callus were induced from the 2,4-D and BAP treatment. Type I,II and III calli produced shoots upon subculture, while the watery callus, type IV produced roots without shoots. Of four types of callus, type I exhibited the maximum frequency (82%) of shoot regeneration and the minimum frequency (4%) of albinism.

미국자리공 및 겨자무 잎 추출물의 Allelopathy 효과 기내 검정

裵昌烋,盧一燮,姜權圭,高榮珍 韓國作物學會 1997 Korean journal of crop science Vol.42 No.6

미국자리공 및 겨자무의 잎추출물을 이용하여 기내배지상에서 몇가지 작물들과의 allelopathy를 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 미국자리공 잎의 methanol 추출물의 농도가 증가함에 따라 공시한 모든 작물의 발아율, 근장, 배축장, 초장, 생체중, 건물중, 유묘의 활력이 급격하게 감소하였다. 2. 미국자리공의 autoallelopathy는 고농도(50u l 및 100u l) 첨가시에 나타나기 시작하였으며, 생체중과 건물중은 농도가 증가함에 따라 현저히 감소하였다. 3. 겨자무 잎의 methanol 추출물은 공시한 모든 작물의 초기생장량을 유제시키는 효과는 보였으나, 미국자리공의 잎추출물의 효과보다는 높았다. 4. 겨자무 뿌리의 methanol 추출물 처리는 밀, 미국자리공의 배축장을 농도 증가에 따라 감소시켰으나, 나머지 작물은 증가시켰다. 또한 초장도 밀, 고추, 미국자리공에서는 추출물의 농도가 증가할수록 감소하였으나 그 외의 작물에서는 약간 증가하였다. 5. 미국자리공의 methanol 추출물로부터 재출물한 4종의 분획물 중 ethyl acetate 분획물이 발아율 및 초기생육을 가장 크게 감소시켰다. 6. Ethyl acetate 분획물은 다른 분획물보다 벼, 보리, 배추의 엽록소 함량을 감소시켰다. 7. Ethyl acetate 분획물 100u l l 첨가시에 배추의 유리 proline의 함량은 31.2배 증가하였으며, 추출물농도가 증가할수록 proline 함량이 증가하였다. Allelopathic effects on some crops(rice, barley, wheat, Chinese cabbage, leaf mustard, onion, welsh onion, tobacco, red pepper) for extracts of Phytolacca americana and Armoracia rusticana were investigated in MS solid medium. Germination percentage, radicle length, hypocotyl length, plant height, fresh weight, dry weight, and seedling vigor were rapidly inhibited by methanol extract from Phytolacca americana according to increase of the concentration in test plants. Autotoxicity of Phytolacca americana began to appear at concentrations greater than 50~mu l methanol extracts per 20ml medium. The fresh weight and dry weight of Phytolacca americana were also decreased by its own methanol extract according to increase of the concentration. Initial amounts of growth of all crops were also inhibited by methanol extracts from Armoracia rusticana, but the inhibitory effects were lowered than those of methanol extracts of Phytolacca americana. Of four fractions, ethyl acetate, petroleum ether, 1stH2O, 2ndH2O , reextracted from methanol extracts of Phytolacca americana, the ethyl acetate fraction showed the highest allelopathic effects on germination percentage and initial amounts of growth. Chlorophyll contents of rice, barley and Chinese cabbage were more inhibited in the ethyl acetate fraction than in the other fractions. Free proline content of Chinese cabbage was increased 31.2 times in the 100~mu l ethyl acetate fraction, and the contents of rice and barley were also increased according to concentration levels in the ethyl acetate fraction.

담배 (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4) 잎절편의 기관분화에 대한 항생제 carbenicillin의 auxin 유사효과

배창휴,양덕춘,이효연 한국식물생명공학회 2000 식물생명공학회지 Vol.27 No.6

Agrobacterium tumefaciens를 매개로 한 형질전환 과정에서 제균제로 사용되고 있는 항생제인 carbenicillin이 담배(Nicotiana tabacum L. cv. BY-4) 잎절편 배양시 기관분화에 미치는 영향을 검토하였다. BAP와 kinetin을 각각 0.5 mg/L 첨가한 MS 배지에 250 mg/L∼2000 mg/L의 carbenicillin을 처리한 배지에서 신초 수는 크게 감소하였다. 또한 carbenicillin을 단독첨가하거나 0.5 mg/L의 2,4-D 또는 NAA와 혼합첨가한 MS 배지에서 250 mg/L∼500mg/L농도의 carbenlcillin은 캘러스 형성을 증가시켰다. 반면 carbenicillin을 0.5 mg/L의 2,4-B, NAA와 각각 혼합첨가한 배지에서 배양 4주째 치상조직의 생중량은 carbenicillin의 농도가 250mg/L에서 2000mg/L로 높아질수록 감소하였다. 이러한 결과는 carbenicillin이 캘러스 형성을 촉진하고 신초형성을 억제하는 auxin과 유사한 효과를 가지고 있다는 것을 시사해 준다. 따라서 담배 잎절편에 Agrobacterium tumefaciens를 매개로 형질전환하고자 할 때 최적 재분화용 식물생장조절제의 농도는 carbenicillin이 제균제뿐만 아니라 auxin 유사효과를 가지는 물질임을 고려하여 결정하여야 한다. Effect of the antibiotic carbenicillin on callus and shoot formation from the leaf disc culture of tobacco (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4) was examined. The number of shoot induced from the leaf explants was decreased as the amount of carbenicillin increased from 250 mg/L to 2,000 mg/L on MS medium containing 0.5 mg/L of BAP or kinetin. In addition, calli formation from the leaf explants was increased by the treatment of 250 mg/L ∼ 500 mg/L carbenicillin with or without 0.5 mg/L of 2,4-D or NAA. However, the fresh weight of 4-week-cultured explants was decreased with increasing carbenicillin from 250 mg/L to 2,000 mg/L on MS medium containing 0.5 mg/L of 2,4-D or NAA. These results indicate that carbenicillin has an auxin-like effect, such as promoting callus formation and inhibiting shoot induction. It leads to the conclusion that the auxin-like property should be taken into account for the production of transgenic plants via Agrobacterium-mediated transformation.

Variegated 담배 (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4)의 잎 절편 배양에 따른 재생 식물체의 특성

배창휴,이효연 한국식물생명공학회 1999 식물생명공학회지 Vol.26 No.4

Plantlets derived from leaf blade-segment culture of a variegated tobacco (Nicotiana tabacum L. cv. BY-4) that was induced by a heavy-ion ($^{14}N$) beam irradiation to proembryos, were characterized. When explants from both white and green sections of leaves of the variegated plant were cultured on MS medium containing 0.1 mg/L NAA and 1.0 mg/L BAP, the white sections yielded only white shoots, whereas the green sections generated approximately 47.2% green, 37.4% white and 15.4% variegated shoots. In the F1 generation of a green tobacco derived from the leaf blade-segment culture, the segregation ratio of green to white was 1,651:54. Furthermore, reciprocal crosses showed that all of the progenies was green, indicating that the variegation is not maternally inherited. When the signal intensity of photosynthesis genes was determined by DNA gel blot analysis using the variegated leaves derived from green sections of variegated leaves, there were more of the rbcL, psbA, 16S rDNA and 23S rDNA chloroplast genes in the white sections than the chloroplast genes in wild type and green sections of the variegated plants. 수분 후 담배의 배에 중이온 ($^{14}$ N) beam을 조사하여 유도한 variegated담배의 잎 조직을 기내배양하여 재생된 식물체의 특성을 조사하였다. NAA 0.1mg/L 와 BAP 1/0mg/L를 첨가한 MS배지에서 variegated담배의 잎을 배양하면 백색부위에서는 백색 식물체만이 유도되었으나 녹색부위에서는 녹색 식물체가 47.2%, 백색 식물체가 37.4%, variegated식물체가 15.4% 유도되었다. 재생된 녹색 식물체는 자가수분한 후대 (F$_1$)에서 녹색 식물체 1,651 개:백색 식물체 54개로 분리되었다. 또한 variegated 잎에서 재생된 녹색 식물체와 정상주를 정역교배 한 결과, 전부 녹색체가 분리되었다. 이 결과는 variegated잎의 표현형 유전은 최소한 모성 유전이 아님을 보여준다. Variegated잎의 녹색부위를 배양하여 재생된 variegated식물체의 잎을 이용하여 DNA gel blot한 결과, 엽록체 유전자인 psbA, rbcL, 165 rDNA, 23S rDNA의 양은 흰색부위 잎에서 정상주인 녹색 잎과 variegated식물체 잎의 녹색부위 보다 많았다.

중이온 빔조사 담배(Nicotiana plumbaginifolia) 식물체의 생장과 DNA 변이

배창휴,양덕춘,이효연,류재일,김민수,Abe Tomoko 한국자원식물학회 2005 한국자원식물학회지 Vol.18 No.1

Effects of heavy-ion beam(20Ne) irradiation on growth and DNA alteration of tobaccoplants were investigated. Seed germination and plant height were decresed as the ion-beamintensity was increased. However, the bolting and flowering were promoted by the lowintensities of 5 Gy to 10 Gy treatment. Out of the 100 primers screened, 59 primersgenerated 336 DNA fragments by RAPD analysis, and one specific DNA fragment thatamplified in control but not in the ion-beam irradiated plants was observed. By AFLPanalysis, DNA fragment difference related to the ion-beam treatment was not detected butobserved among the plant bodys. . 중이온빔(20Ne)을 담배 식물체에 조사(irradiation) 하여 식물체의 생장과 DNA의 변이에 미치는 영향을 검토하였다. 발아율과 초장은 조사선량이 증가함에 따라 감소하였다. 반면 5Gy~10Gy의 저선량에서 추대와 개화가 촉진되어 발육은 오히려 촉진되었다. 총 100개의 primer를 이용하여 RAPD 분석한 결과, 59개의 primer에서 총 336개의 DNA 단편이 증폭되었고, 1개의 primer에서 중이온빔 조사처리구에서만 출현하는 DNA 단편이 나타났다. AFLP분석 결과, 개체 특이적인 DNA 단편은 나타난 반면 중이온빔 처리구 특이적인 DNA 단편은 관찰되지 않았다.

寶城江댐 水域의 水生管束植物

金琮鴻,鄭泳喆,裵昌烋 順天大學校 1992 論文集 Vol.11 No.1

A study on the flora and distribution of aquatic vascular plants in Posoun River was conducted for the investigation on ecosystem of river, on ten station from November 1991 to July 1992. As the results, 30 species of hydrophytes were identified, and 51 species of hygrophytes and 111 kinds of water side plants were collected. Among hydrophytes emerged plant (E, 56.7%), submerged plant (S, 20.0%), floating-leaved plant (FL, 13.3%) and free-floating plant (FP, 10.0%) were occupied, respectively. The flora of aquatic plants in the upper Posong River was 48 families, 131 genera, 168 species, 1 subspecies, 22 varieties, 1 forma in total 192 taxa. Most of the hydrophytic species distributed in a few sites, but ruderal plants that appeared on water side had wide distributional range.