KR101277246B1 - 넓미역 및 미역의 유리배우체에 의한 이종교배 양식방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 넓미역(Undariopsis peterseniana) 및 미역(Undaria pinnatifida)의 유리배우체를 이용한 이종교배 양식방법에 관한 것으로, 구체적으로 넓미역의 유리 배우체와 미역의 유리 배우체간의 이종교배를 위한 최적 조건을 확인하고 상기 조건을 이용하여 재배된 넓미역 및 미역 잡종이 넓미역 및 미역 순종과 비교하여 양식기간이 유의적으로 늘어나고, 생물량이 증가하며, 성장률이 빨라지므로, 전복산업을 포함한 다양한 바다양식을 위한 대형 갈조류 자원으로 유용하게 이용될 수 있다.

Description

넓미역 및 미역의 유리배우체에 의한 이종교배 양식방법{A cultivation method of a hybrid by free―living gametophytes between Undariopsis peterseniana and Undaria pinnatifida}

본 발명은 넓미역 유리배우체와 미역의 유리 배우체간의 이종교배를 통한 잡종 대형 갈조류를 양식하는 방법에 관한 것이다.

한국은 세계 생산량의 약 5.8%에 해당하는 921,024 톤을 수확하는 세계에서 4번째로 큰 해조류 생산국으로(FAO 2008), 해조류의 안정적인 생산으로 인해, 전복 산업이 성공적으로 발전하고 있다.

전복(Haliotis discus hannai Ino)은 한국에서 매우 인기있는 식품으로, 현지 양식장으로부터 생산된 상품의 90%가 한국에서 소비되며, 해양수산부(Ministry of Marine Affairs and Fisheries)(Information officer 2009)에 따르면, 2006년도 전복 양식을 위해, 7,851 ha가 이용되고 있으며, 3,166 톤이 생산되었다고 보고되고 있다. 또한, 상업적으로 사육되는 전복은 매일 전복 각각의 무게에 10 내지 30% 정도의 해조류(algae)를 소비하므로(Corazani and Illanes 1998; Serviere-Zaragoza et al. 1998), 안정적인 전복 생산을 위해서, 충분한 해조류 먹이의 제공이 요구된다(Edding and Tala 2003). 따라서, 해조류의 양식은 양질의 먹이를 지속적으로 공급할 수 있다는 측면에서 확실한 대안이 될 것이다.

대형 갈조류 넓미역[Undariopsis peterseniana (Kjellman) Miyabe et Okamura]은 우리나라의 제주도 종달리와 우도 사이의 좁은 수로와 가파도 및 청산도에 분포하고 있는 것으로 보고되었으나(Kang JW., Bull Pusan Fish Coll 7, 1-125, 1966; Lee YP., Algae 13, 419-426, 1998; Lee KW et al., Cheju MBC, 235-269, 1991; Lee IK et al., Korean J Phycol 6, 131- 143, 1991)), 우점 군락은 우도 지역에만 분포하는 것으로 알려져 있다(Hwang EK et al., J Appl Phycol DOI 10.1007/s10811-010-9598-3, 2010; Hwang EK et al., J Kor Fish Soc 43, 231-238, 2010). 넓미역의 분포 지역은 주로 쓰시마 난류의 영향을 직접적으로 받는 지역이며, 저질이 산호조류로 구성된(Lee, 1998) 수심 15 m 지역에 우점하여 서식하고 있 다(Lee KW et al., Cheju MBC, 235-269, 1991; Hwang EK et al., J Kor Fish Soc 43, 231-238, 2010).

미역(Undaria pinnatifida)은 미역과에 속하는 갈조류로서 주로 극동 아시아에 서식하는 해조류이다. 최근에는 기능성 식품으로 미역에 대한 관심이 높아지면서 비만 방지효과와 당뇨 예방, 대장염 및 항암 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 칼슘을 비롯한 인체에 필요한 40여 종의 무기질, 식이섬유, DHA, 리놀산, 비타민 등이 풍부한 알칼리성의 건강식품으로 특유의 색과 기호성이 강한 풍미, 독특한 식감을 가지고 있어 국거리로 이용하거나 다양한 조리 형태로서 즐겨 애용해 왔고 특히 출산 후 산모의 회복을 위해서는 필수 식품으로 섭취하고 있다. 미역은 겨울철 및 봄철에 성장하며, 성숙한 엽체는 1 ~ 2 m 에 이른다. 우리나라에서는 2004년의 경우 자연산 채취로서 약 7백 톤(습중량) 정도 수확하였으며, 양식산으로서는 약 26만 톤(습중량)을 수확하였다. 이는 물미역, 건조미역 또는 염장미역의 형태로 가공되어 대부분 식용으로 소비되고 있다.

일반적으로 상업적으로 양식되는 미역 및 다시마는 각각 4월 및 7월에 끝나기 때문에, 전복생산이 증가함에 따라, 전복 사육자들은 여름기간 동안 전복 사육에 필요한 해조류 생물량 확보에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 4월 이후, 미역 양식기간의 연장을 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

잡종강세(heterosis, 또는 hybrid vigor)는 "잡종이 그들의 부모보다 특정한 특성에 있어서 우월한 유전적 상태"(Belea 1992)로 정의될 수 있다. 잡종강세는 19세기 말 이래로 연구되었고, 옥수수(maize)는 처음으로 잡종강세가 상업적으로 적용된 중요한 작물 중 하나이다. 다양한 메커니즘(우성, 과우성, 우세)은 잡종강세의 유전적 기초와 연결되어 있다(Banga 1998; Welsh 1981). 다시마목(laminariales)에서 잡종강세는 일본에서 상업적으로 흥미로운 대형 갈조류인 미역을 위해 처음으로 기술되었다(Hara and Akiyama 1985). 더 최근에는, 중국에서 우월한 유전자형을 생성하기 위해 서로 근연 관계에 있는 다시마류(Laminaria species)가 이종 교배되었다(Zhang et al. 2007; Li et al. 2007). Li et al. (2008)는 다시마 모친주(Laminaria parent lines) 및 그들의 잡종강세 후손간의 경제적으로 흥미로운 특성 사이에서 유전적 거리의 연관성을 보여주기 위해 분자 기술(molecular technique)을 사용하였다. 그러나, 넓미역과 미역간의 이종교배를 통한 잡종의 양식에 대한 보고는 없었다.

이에 본 발명자들은 상업적으로 중요한 해조류인 미역의 양식 기간을 연장하기 위하여 노력한 결과, 넓미역의 유리배우체 및 미역의 유리 배우체간의 이종교배를 시켰고, 이때 이종교배를 위한 최적 조건을 확립한 결과, 재배된 넓미역과 미역간의 잡종이 각각 기존의 넓미역 또는 미역 순종과 비교하여 양식기간이 유의적으로 늘어나고, 생물량이 증가하며, 성장률이 빨라지는 것을 확인하여 잡종 대형 갈조류를 대량으로 생산할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 넓미역의 유리배우체와 미역의 유리배우체간의 이종교배에 의한 양식방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

1) 넓미역(Undariopsis peterseniana) 및 미역(Undaria pinnatifida) 각각의 포자체(sporophyte)로부터 유주자(zoospores)를 방출시키는 단계;

2) 단계 1)의 방출된 유주자를 배양하여 배우체를 형성시키는 단계;

3) 단계 2)의 형성된 넓미역 및 미역의 배우체를 각각 암·수 배우체로 분리하는 단계;

4) 단계 3)의 분리된 암·수 배우체를 각각 직경 1 mm ~ 5 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 단계;

5) 단계 4)의 배양된 암·수 배우체를 각각 균질화하여 100 ㎛ ~ 300 ㎛의 크기로 절단하는 단계;

6) 단계 5)의 절단된 암·수 배우체를 각각 온도 5 ~ 20℃, 조도 5 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(Light(L):Dark(D)) ~ 14:10(L:D)의 조건으로 배양하는 단계; 및

7) 단계 6)의 배양된 미역의 배우체와 넓미역의 배우체간에 교배시키는 단계를 포함하는, 넓미역 및 미역의 이종교배 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은

1) 넓미역 및 미역 각각의 포자체로부터 유주자를 방출시키는 단계;

2) 단계 1)의 방출된 유주자를 배양하여 배우체를 형성시키는 단계;

3) 단계 2)의 형성된 넓미역 및 미역의 배우체를 각각 암·수 배우체로 분리하는 단계;

4) 단계 3)의 분리된 암·수 배우체를 각각 직경 1 mm ~ 5 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 단계;

5) 단계 4)의 배양된 암·수 배우체를 각각 균질화하여 100 ㎛ ~ 300 ㎛의 크기로 절단하는 단계;

6) 단계 5)의 절단된 암·수 배우체를 각각 온도 5 ~ 20℃, 조도 5 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(L:D) ~ 14:10(L:D)의 조건으로 배양하는 단계;

7) 단계 6)의 배양된 미역의 배우체와 넓미역의 배우체간에 교배시키는 단계; 및

8) 단계 7)의 교배된 잡종을 10 내지 30 cm간격으로 수심 1 내지 3 m에서 양식하는 단계를 포함하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 넓미역 및 미역 각각의 유리배우체간의 이종교배에 의한 잡종 갈조류를 제공한다.

본 발명의 넓미역 및 미역 유리배우체의 이종교배 양식방법을 통해 생산된 잡종은 각각 넓미역 및 미역 순종과 비교하여 양식기간이 유의적으로 늘어나고, 생물량이 증가하며, 성장률이 빨라지므로, 전복산업을 포함한 다양한 바다양식을 위한 대형 갈조류 자원으로 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 넓미역, 미역 및 넓미역 수 배우체 × 미역 암 배우체 잡종의 형태학적 특징을 나타낸 도이다;
a: 넓미역;
b: 넓미역 수 배우체 × 미역 암 배우체 잡종;
c: 미역;
스케일바(Scale bar): 1 m; 및
점으로된 원: 포자낭군(a), 포자엽(c).
도 2는 넓미역 및 미역 배우체의 이종교배 경작방법의 절차를 나타낸 도이다.
도 3은 광주기, 온도 및 조도에 따른 넓미역 및 미역 유리 배우체의 이종교배에 의한 포자체 형성량을 나타낸 도이다.
도 4는 넓미역 및 미역잡종의 성장률을 나타낸 도이다.
도 5는 넓미역, 미역 및 넓미역 및 미역잡종의 생물량(biomass)을 비교한 도이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은,

1) 넓미역(Undariopsis peterseniana) 및 미역(Undaria pinnatifida) 각각의 포자체(sporophyte)로부터 유주자(zoospores)를 방출시키는 단계;

2) 단계 1)의 방출된 유주자를 배양하여 배우체를 형성시키는 단계;

3) 단계 2)의 형성된 넓미역 및 미역의 배우체를 각각 암·수 배우체로 분리하는 단계;

4) 단계 3)의 분리된 암·수 배우체를 각각 직경 1 mm ~ 5 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 단계;

5) 단계 4)의 배양된 암·수 배우체를 각각 균질화하여 100 ㎛ ~ 300 ㎛의 크기로 절단하는 단계;

6) 단계 5)의 절단된 암·수 배우체를 각각 온도 5 ~ 20℃, 조도 5 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(Light(L):Dark(D)) ~ 14:10(L:D)의 조건으로 배양하는 단계; 및

7) 단계 6)의 배양된 미역의 배우체와 넓미역의 배우체간에 교배시키는 단계를 포함하는, 넓미역 및 미역의 이종교배 방법을 제공한다.

상기 방법에 있어서, 단계 2) 또는 단계 4)의 배양에 사용되는 배지는 액체배지 또는 고체배지인 것이 바람직하며, 액체배지인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 액체배지는 해조류 배양에 사용되는 배지라면 어느 것을 사용하여도 무방하나, 무기질 배지인 것이 바람직하며, PESI(Tatewaki, 1966)인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 방법에 있어서, 단계 3)의 배우체의 분리는 현미경하에서, 유리관 끝을 녹여 제조한 구멍 직경 50 ~ 150 ㎛의 미세관을 이용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 방법에 있어서, 단계 4)의 암·수 배우체의 크기가 1 mm ~ 5 mm 크기로 배양하는 것이 바람직하며, 1 mm ~ 3 mm 크기로 배양하는 것이 더욱 바람직하며, 2 mm 크기로 배양하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 5)의 배우체는 호모게나이저 균질기를 이용하여, 8,000 rpm으로 1분간 분쇄하는 것이 바람직하며, 암·수 배우체를 150 ㎛ ~ 250 ㎛ 크기로 절단하는 것이 바람직하며, 200 ㎛ 크기로 절단하는 것이 보다 바람직한 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 6)의 배양에 사용되는 배지는 액체배지 또는 고체배지인 것이 바람직하며, 액체배지인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 액체배지는 해조류 배양에 사용되는 배지라면 어느 것을 사용하여도 무방하나, 무기질 배지인 것이 바람직하며, PESI(Tatewaki, 1966)인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 방법에 있어서, 단계 6)의 암·수 배우체는 10 ~ 15℃, 조도 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기는 10:14(L:D)의 조건하에서 배양하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 7)의 교배는 미역 암 배우체와 넓미역 수 배우체간에 교배시키는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 7)의 교배는 5 ~ 10℃, 조도 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기는 10:14 ~ 12:12(L:D)의 조건하에서 교배하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

본 발명에서, 넓미역 및 미역 간의 잡종을 배양하기 위한 최적 조건 확인한 결과, 미역 암 유리배우체 × 넓미역 수 유리배우체 잡종의 포자체 발생은 미역 수 유리배우체 × 넓미역 암 유리배우체 잡종의 포자체 발생보다 유의적으로 높았으며, 배양 30일 후, 12:12h(L:D) 광주기 조건(도 3a), 10℃ 이하 온도조건(도 3b) 및 10 μ㏖ m^-2s^-1 이하 조도조건에서는 미역 수 유리배우체 × 넓미역 암 유리배우체 잡종의 포자체 발생은 전혀 관찰되지 않았다. 다른 실험군에서도 미역 수 유리배우체 × 넓미역 암 유리배우체 잡종의 포자체 발생은 미역 암 유리배우체 × 넓미역 수 유리배우체 잡종의 포자체 발생보다 낮은 포자체 발생을 나타내었다(도 3 참조).

또한, 넓미역 및 미역 간의 잡종의 성장 및 형태학적 특성을 확인한 결과, 미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종은 2011년 1월(도 4a 참조)부터 급속하게 자라서, 5월 중반에는 513.1 ± 85.5 cm의 평균 최고 길이에 도달했지만, 상기 동일한 기간에 재배된 미역은 3월에 길이가 감소하기 시작했고, 넓미역의 길이는 5월에 124.4 ± 24.6 cm의 최고 길이에 도달하였다(도 4b 참조). 또한, 잡종 식물의 무게는 넓미역의 무게에 1.8배 또는 미역의 무게보다 3배로, 3월 이후에 급속하게 증가하는 것을 확인하였다(도 4c 참조).

또한, 본 발명의 한가치 측면에서, 넓미역, 미역, 및 넓미역 및 미역 잡종의 생물량(biomass)을 비교한 결과, 본 발명의 잡종은 미역보다 1.5배 이상 더 많은 생물량을 생산하였고, 수확 기간도 미역은 4월부터 생물량의 감소를 통해 수확이 끝나는 반면, 본 발명의 잡종은 6월까지 지속적으로 수확인 가능한 것을 확인하였다(도 5 참조).

따라서, 본 발명의 넓미역 및 미역 유리배우체의 이종교배 재배방법을 통해 생산된 잡종은 각각 넓미역 및 미역과 비교하여 재배기간이 유의적으로 늘어나고, 생물량이 증가하며, 성장률이 빨라지므로, 전복산업을 포함한 다양한 바다양식을 위한 대형 갈조류 자원으로 유용하게 이용될 수 있다.

또한, 본 발명은

1) 넓미역 및 미역 각각의 포자체로부터 유주자를 방출시키는 단계;

2) 단계 1)의 방출된 유주자를 배양하여 배우체를 형성시키는 단계;

3) 단계 2)의 형성된 넓미역 및 미역의 배우체를 각각 암·수 배우체로 분리하는 단계;

4) 단계 3)의 분리된 암·수 배우체를 각각 직경 1 mm ~ 5 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 단계;

5) 단계 4)의 배양된 암·수 배우체를 각각 균질화하여 100 ㎛ ~ 300 ㎛의 크기로 절단하는 단계;

6) 단계 5)의 절단된 암·수 배우체를 각각 온도 5 ~ 20℃, 조도 5 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(L:D) ~ 14:10(L:D)의 조건으로 배양하는 단계;

7) 단계 6)의 배양된 미역의 배우체와 넓미역의 배우체간에 교배시키는 단계; 및

8) 단계 7)의 교배된 잡종을 10 내지 30 cm간격으로 수심 1 내지 3 m에서 양식하는 단계를 포함하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 넓미역 및 미역 각각의 유리배우체간의 이종교배에 의한 잡종 갈조류를 제공한다.

상기 방법에 있어서, 단계 2) 또는 단계 4)의 배양에 사용되는 배지는 액체배지 또는 고체배지인 것이 바람직하며, 액체배지인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 액체배지는 해조류 배양에 사용되는 배지라면 어느 것을 사용하여도 무방하나, 무기질 배지인 것이 바람직하며, PESI(Tatewaki, 1966)인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 방법에 있어서, 단계 3)의 배우체의 분리는 현미경하에서, 유리관 끝을 녹여 제조한 구멍 직경 50 ~ 150 ㎛의 미세관을 이용하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 방법에 있어서, 단계 4)의 암·수 배우체의 크기가 1 mm ~ 5 mm 크기로 배양하는 것이 바람직하며, 1 mm ~ 3 mm 크기로 배양하는 것이 더욱 바람직하며, 2 mm 크기로 배양하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 5)의 배우체는 호모게나이저 균질기를 이용하여, 8,000 rpm으로 1분간 분쇄하는 것이 바람직하며, 암·수 배우체를 150 ㎛ ~ 250 ㎛ 크기로 절단하는 것이 바람직하며, 200 ㎛ 크기로 절단하는 것이 보다 바람직한 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 6)의 배양에 사용되는 배지는 액체배지 또는 고체배지인 것이 바람직하며, 액체배지인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 액체배지는 해조류 배양에 사용되는 배지라면 어느 것을 사용하여도 무방하나, 무기질 배지인 것이 바람직하며, PESI(Tatewaki, 1966)인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 방법에 있어서, 단계 6)의 암·수 배우체는 10 ~ 15℃, 조도 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기는 10:14(L:D)의 조건하에서 배양하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 7)의 교배는 세그먼트(segment)를 미역 암배우체의 플라스크에서 25일 내지 35일 바람직하게는 30일 동시 배양한 후, 넓미역 수배우체의 플라스크로 옮겨 동시 배양하면서 성숙을 유도시켜 포자체를 얻는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

상기 방법에 있어서, 단계 7)의 교배는 5 ~ 10℃ 조건하에서 배양하는 것이 바람직하고, 10℃인 것이 보다 바람직하며, 조도는 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1 조건하에서 배양하는 것이 바람직하고, 40 μ㏖m^-2s^-1인 것이 보다 바람직하며, 광주기는 10:14 ~ 12:12(L:D) 조건하에서 배양하는 것이 바람직하고, 12:12(L:D)인 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 한가지 측면에서, 넓미역 및 미역 간의 잡종의 성장 및 형태학적 특성을 확인한 결과, 미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종은 2011년 1월(도 4a 참조)부터 급속하게 자라서, 5월 중반에는 513.1 ± 85.5 cm의 평균 최고 길이에 도달했지만, 상기 동일한 기간에 재배된 미역은 3월에 길이가 감소하기 시작했고, 넓미역의 길이는 5월에 124.4 ± 24.6 cm의 최고 길이에 도달하였다(도 4b 참조). 또한, 잡종 식물의 무게는 넓미역의 무게에 1.8배 또는 미역의 무게보다 3배로, 3월 이후에 급속하게 증가하는 것을 확인하였다(도 4c 참조).

또한, 본 발명의 한가지 측면에서, 넓미역, 미역, 및 넓미역 및 미역 잡종의 생물량(biomass)을 비교한 결과, 본 발명의 잡종은 미역보다 1.5배 이상 더 많은 생물량을 생산하였고, 수확 기간도 미역은 4월부터 생물량의 감소를 통해 수확이 끝나는 반면, 본 발명의 잡종은 6월까지 지속적으로 수확인 가능한 것을 확인하였다(도 5 참조).

따라서, 본 발명의 넓미역 및 미역 유리배우체의 이종교배 재배방법을 통해 생산된 잡종은 각각 넓미역 및 미역과 비교하여 재배기간이 유의적으로 늘어나고, 생물량이 증가하며, 성장률이 빨라지므로, 전복산업을 포함한 다양한 바다양식을 위한 대형 갈조류 자원으로 유용하게 이용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 넓미역 ( Undariopsis peterseniana ) 및 미역( Undaria pinnatifida )의 배우체( gametophyte ) 배양

본 발명의 넓미역 및 미역의 배우체를 배양하기 위하여 하기의 방법을 수행하였다.

구체적으로, 본 발명의 넓미역 및 미역 각각의 배우체 클론은 하기 [표 1]에서 나타낸 지역의 성숙한 넓미역 및 미역의 포자체로부터 방출된 유주자(zoospores)로 부터 수득한 후, 국립수산과학원 해조류바이오센터(대한민국 목포;(http://www.nfrdi.re.kr))에 보관하였다. 또한, 상기 넓미역 및 미역의 형태학적 특징은 도 1a 및 도 1c에 나타내었다.

암(female) 및 수(male) 배우체 클론은 낮은 조도의 흰색 형광(low-irradiation white fluorescence light) 하에서 식물 생장 상태(vegetative state)에서 유지하였고, Westermeier et al.(2006)(Westermeier R, PatiD, Piel MI, Maier I and MDG. 2006. A new approach to kelp mariculture in Chile: production of free-floating sporophyte seedlings from gametophyte cultures of Lessonia trabeculata and Macrocystis pyrifera. Aqua Res37:164-171)에서 나타낸 바와 같이 주기적인 분절증식(periodic fragmentation)을 통해 번식시켰다. 또한, 암 및 수 배우체의 재생과 성숙을 조절하기 위한 최적 배양 조건은 Hwang et al. (2011)(Hwang EK, Shim CH, Ha DS, Gong YG, Park CS (2011) Regeneration and maturation induction of free-living gametophytes of Undariopsispeterseniana for their mass production. Korean J Fish Aquat Sci44:155-161)에 의해 보고된 방법을 통해 수행하였으며, 배우체 클론은 10 내지 15℃ 및 20-40 ㎛ol m^-2s^-1하에서 PESI 배지가 첨가된 바닷물이 담긴 통기성 플라스크(aerated flasks)에서 배양하였다(Hwang et al. 2011). 실모양(filamentous) 배우체는 점진적으로 공과 같은 형태로 자랐으며, 2 mm의 지름에 이른 후, 상기 공 형태는 60초 동안 8,000 rpm으로 맞추어진 조직 균질기(tissue homogenizer)를 사용하여 약 200 ㎛ 길이의 단편으로 나뉘었다. 또한, 상기 실모양 배우체 단편은 충분한 생물량이 얻어질 때까지 배양하였고, 배양 배지는 매주 갈아주었다.

	수집일	수집자	수집지역
넓미역 암 배우체	2008.05.02	황은경	대한민국, 완도
넓미역 수 배우체	2008.05.02	황은경	대한민국, 완도
미역 암 배우체	2004.05.27	황은경	대한민국, 완도
미역 수 배우체	2004.05.27	황은경	대한민국, 완도

< 실시예 2> 넓미역과 미역의 유리 배우체(free-living gametophyte)간의 잡종의 양식

배우체 클론은 시브넷(sieve net, 그물 크기 50 ㎛)을 통해 여과하여 수득하였다. 그런 다음, 상기 암 및 수 배우체 클론은 균질화한 후, 10:14h(L:D)하에서 약 10일 동안 배양하였으며, 유리배우체는 배양 플라스크에서 3 L가 될 때까지 배수화(multiplize)하였다(도 2a). 암 배우체 클론은 다시 균질화되었고, 시브넷을 사용하여 여과한 후, 단편화된 종자섬유(seed fibers)(4 cm 길이, 도 2b)와 함께 동일한 배양 플라스크에서 1달 동안 배양하였다. 암 배우체 클론이 부착된 종자섬유는 14:10h(L:D) 하에 수 배우체를 포함하는 배양 플라스크로 이동한 후, 아포체(micro sporophytes)를 생산할 때까지 1달 동안 유지하였다(도 2c 및 도 2d). 또한, 생산되는 유리 배우체의 작은 양의 이용성을 극대화하기 위해, 일반적으로 한국에서 대형 갈조류 재배를 위해 사용되는 종자섬유의 프레임(frame) 대신 종자섬유의 세그먼트(segments)를 사용하였다(Hwang et al. 2009). 상기 섬유종자는 완도에 재배 경지(34°26´18.68″N, 127°05´43.88″E)로 옮겨 심었고, 20 cm의 간격으로써 하나를 재배 로프(폴리프로필렌(polypropyrene), 지름 12mm)로 삽입하였으며(도 2e 및 도 2f), 어린 엽상체를 성인 성엽으로 재배하였다(도 2g).

< 실시예 3> 넓미역과 미역의 잡종양식을 위한 최적 조건 확인

넓미역 및 미역 간의 잡종을 배양하기 위한 최적 조건(optimal condition)을 확인하기 위하여 2010년 10월 및 11월에 하기의 실험을 수행하였다.

구체적으로, 배우체 클론을 6 내지 10개의 세포를 포함하는 작은 단편으로 자른 후, SPL 식물 배양 용기(plant culture dishes, 100 × 20 mm, 격자무늬 타입)에서 배양하였고, 상기 모든 용기는 암 배우체 단편 50 ± 25 individual(ind.) cm^-2 및 수 배우체의 200±50 ind cm^-2를 포함하며, 상기 성 비율(sex ratio)은 1:4(암:수)이다.

또한, 상기 실험은 각각 하기 조건에서 수행하였다:

광주기(photoperiod, 10:14, 12:12 및 14:10h Light:Dark)

온도(temperature, 5, 10, 15 및 20^oC); 및

조도(irradiances, 5, 10, 20 및 40 μ㏖ m^-2s^-1).

넓미역 수 배우체 및 미역 암 배우체 간의 잡종을 통한 어린 포자체 발생, 및 넓미역 암 배우체 및 미역 수 배우체의 잡종을 통한 어린 포자체 발생을 배양 용기의 3 부분(section) 이상에서의 발생한 각각의 포자체의 수(number)를 카운팅함으로써 비교하였다. 또한, 상기 배양 용기에는 매주 재배 용기에는 매주 PESI 배지를 첨가하면서 실험을 진행하였으며, 각 배양 단계에서 평균 성장률 및 생물량의 유의적인 차이는 One-way ANOVAs 검사를 사용하였으며, 유의한 차이가 발견될 때(p<0.01), Fisher’s LSD 다중 비교 방법을 이용하였다.

그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 미역 암 유리배우체 × 넓미역 수 유리배우체 잡종의 포자체 발생은 미역 수 유리배우체 × 넓미역 암 유리배우체 잡종의 포자체 발생보다 유의적으로 높았으며, 배양 30일 후, 12:12h(L:D) 광주기 조건(도 3a), 10℃ 이하 온도조건(도 3b) 및 10 μ㏖ m^-2s^-1 이하 조도조건에서는 미역 수 유리배우체 × 넓미역 암 유리배우체 잡종의 포자체 발생은 전혀 관찰되지 않았으며, 다른 실험군에서도 미역 암 유리배우체 × 넓미역 수 유리배우체 잡종의 포자체 발생보다 낮은 포자체 발생을 나타내었다(도 3).

< 실시예 4> 넓미역과 미역의 유리 배우체간의 잡종의 실외 양식을 통한 성장 및 형태학적 특성 확인

<4-1> 넓미역과 미역의 유리 배우체간의 잡종의 실외 양식

상기 <실시예 3>을 통해 확인한 미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종의 실외 재배를 위하여 하기 방법을 수행하였다.

구체적으로, 단편화된 종자섬유를 미역 암 배우체가 담겨있는 플라스크에서 1달 동안 동시 배양한 후, 상기 종자섬유를 넓미역 수 배우체 플라스크로 이동시킨 다음, 포자체의 발달을 촉진하기 위하여 15℃, 20 μ㏖ m^-2s^-1 및 14:10h(L:D)에서 유지하였다. 또한, 상기 방법을 통해 형성된 미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종의 어린 포자체가 부착된 종자섬유를 20 cm 간격으로 경작 로프(PP, 지름 12mm)에 삽입하고 완도의 경작 위치에서 2m 수심에서 유지하였다.

<4-2> 넓미역과 미역의 유리 배우체간의 잡종의 성장 확인

미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종의 성장을 확인하기 위하여, 2010년 12월부터 2011년 6월까지 상기 잡종 식물을 매달 관찰하여 확인하고, 엽상체의 형태적 특징 및 경작 로프 1m 당 새롭게 늘어난 무게를 측정하였다. 또한, 성장 비교(comparative growth trial)는 동일한 재배 기간 동안 동일한 완도의 재배 경지에서 상기 잡종 식물 및 넓미역 및 미역 간에서 함께 수행하였고, 경작 방법은 Hwang et al. 2010에 따라 수행하였다.

그 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종은 2011년 1월(도 4a)부터 급속하게 자라서, 5월 중반에는 513.1 ± 85.5cm의 평균 최고 길이에 도달했지만, 상기 동일한 기간에 재배된 미역은 3월에 길이가 감소하기 시작했고, 넓미역의 길이는 5월에 124.4 ± 24.6cm의 최고 길이에 도달하였다(도 4b). 또한, 잡종 식물의 무게는 넓미역의 무게에 1.8배 또는 미역의 무게보다 3배로, 3월 이후에 급속하게 증가하는 것을 확인하였다(도 4c).

<4-3> 넓미역과 미역의 유리 배우체간의 잡종의 형태학적 특성 확인

2010년 12월에서 2011년 6월까지 재배 기간 동안 본 발명의 미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종, 넓미역 및 미역 간의 형태학적 특성을 하기 [표 2]에 나타내었다.

형태학적 특징	달(month)	넓미역	본 발명의 잡종	미역
전체 길이/넓이	2010년 12월 2011년 01월 2011년 02월 2011년 03월 2011년 04월 2011년 05월 2011년 06월	4.7±1.1 7.4±1.2 17.2±1.5 13.4± 1.4 13.1± 1.5 12.8± 1.8 12.7± 1.9	2.6± 1.5 4.4± 1.5 5.3± 1.4 5.8± 1.7 5.7± 1.6 5.4± 1.4 5.4± 1.3	3.3± 1.2 4.7± 1.3 12.4± 1.3 15.6± 2.8 12.3± 2.4 8.6± 2.2 -
전체 길이/줄기 길이	2010년 12월 2011년 01월 2011년 02월 2011년 03월 2011년 04월 2011년 05월 2011년 06월	7.1± 1.2 6.5± 1.1 6.3± 1.0 3.8± 0.9 3.7± 1.1 3.3± 1.2 3.3± 1.5	8.5± 0.9 7.7± 1.0 5.8± 1.1 5.1± 1.1 4.5± 1.2 4.3± 1.2 4.3± 1.5	7.3± 0.9 5.3± 1.1 5.1± 1.1 4.7± 1.0 3.6± 1.2 1.4± 1.2 -
날개모양(pinnate) 길이(cm)	2010년 12월 2011년 01월 2011년 02월 2011년 03월 2011년 04월 2011년 05월 2011년 06월	-* - - - - - -	0.3± 0.1 1.3± 0.8 14.3± 2.8 16.1± 3.4 18.0± 5.6 11.2± 2.1 10.5± 3.1	2.1± 0.6 4.2± 1.4 18.1± 3.0 27.7± 4.8 32.9± 7.5 34.2± 6.7 -
중륵 길이(cm)	2010년 12월 2011년 01월 2011년 02월 2011년 03월 2011년 04월 2011년 05월 2011년 06월	- - - - - - -	- 0.9± 0.4 1.5± 0.5 2.0± 0.8 3.1± 0.4 3.0± 1.4 3.0± 1.5	0.2± 0.1 2.5± 1.4 2.7± 0.8 2.8± 0.8 3.2± 1.2 3.3± 1.2 -
엽체 두께(mm)	2010년 12월 2011년 01월 2011년 02월 2011년 03월 2011년 04월 2011년 05월 2011년 06월	0.11± 0.02 0.13± 0.05 0.45± 0.03 0.57± 0.06 1.01± 0.08 1.01± 0.07 1.00± 0.09	0.10± 0.02 0.25± 0.04 0.64± 0.05 0.95± 0.08 1.05± 0.06 0.95± 0.05 0.94± 0.06	0.03± 0.01 0.12± 0.01 0.25± 0.01 0.34± 0.02 0.52± 0.02 0.52± 0.02 -
자낭반 또는 포자엽(sp) 형성	2010년 12월 2011년 01월 2011년 02월 2011년 03월 2011년 04월 2011년 05월 2011년 06월	- - - so so so so	- - - - - sp** so & sp**	sp sp sp sp sp sp -

* 발견되지 않음; **엽상체의 30% 이하 포자엽 형성 및 자방난 형성.

그 결과, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 잡종의 총 길이(length) 및 넓이(width) 간의 비율은 3월에 5.8 ± 1.7로 최대 평균을 나타내었고, 총 길이 및 줄기(stipe) 길이의 비율은 12월에 8.5 ± 0.9의 최대 평균을 나타내었으며, 날개모양은 12월부터 발생하였다. 또한, 중륵(midrib)은 넓미역에서 관찰되지 않았지만, 잡종 식물은 1월부터 중륵을 형성하였으며, 잡종 식물의 중륵 넓이는 미역의 것과 유의하게 다르지 않았다. 잡종 식물 엽체(blade)의 두께는 넓미역 및 미역의 중간 정도를 형성하였으며, 잡종에서 자낭반(sorus) 또는 포자엽 생산은 5월까지 관찰되지 않았지만, 미역은 12월에 포자엽을 형성하였으며, 넓미역은 3월에 자낭반을 형성하였다. 또한, 잡종 엽상체의 30%는 5월에 포자엽을 형성하였으며, 6월에는 자낭반과 포자엽을 동시에 가지는 생식 구조를 형성하였다(표 2).

<4-4> 넓미역과 미역의 유리 배우체간의 잡종의 생물량 및 재배 기간 확인

2010년 12월에서 2011년 6월까지 재배 기간 동안 본 발명의 미역 암 배우체 × 넓미역 수 배우체 잡종, 넓미역 및 미역 간의 생물량 및 재배 기간을 확인하였다.

그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이 수확 가능한 잡종의 평균 생물량은 2011년 6월에 경작 로프에 최대 37.5 ± 3.1 kg m^-1까지 증가한 반면(도 5), 넓미역은 4월부터 생물량 감소를 보였고, 미역은 5월 이후로 감소하였다. 또한, 본 발명의 잡종은 미역보다 1.5배 이상 더 많은 생물량을 생산하였고, 수확 기간도 미역은 4월부터 생물량의 감소를 통해 수확이 끝나는 반면, 본 발명의 잡종은 6월까지 지속적으로 수확인 가능한 것을 확인하였다(도 5).

본 발명은 넓미역 유리배우체를 이용한 이종간 교배양식방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 넓미역의 유리배우체 이종간 교배방법을 이용하여 미역류의 육종 및 품종개량에 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 미역류의 양식기간 연장을 통하여 어업인의 소득증대에 크게 기여할 수 있다. 더 나아가 본 발명은 갈조류의 대량 생산을 통해 고부가 가치성을 창출하는 화장품, 의약품 및 건강식품 원료 공급을 위한 바이오매스 생산에 적극적으로 활용될 수 있다.

Claims (15)

1) 넓미역(Undariopsis peterseniana) 및 미역(Undaria pinnatifida) 각각의 포자체(sporophyte)로부터 유주자(zoospores)를 방출시키는 단계;
2) 단계 1)의 방출된 유주자를 배양하여 배우체를 형성시키는 단계;
3) 단계 2)의 형성된 넓미역 및 미역의 배우체를 각각 암·수 배우체로 분리하는 단계;
4) 단계 3)의 분리된 암·수 배우체를 각각 직경 1 mm ~ 5 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 단계;
5) 단계 4)의 배양된 암·수 배우체를 각각 균질화하여 100 ㎛ ~ 300 ㎛의 크기로 절단하는 단계;
6) 단계 5)의 절단된 암·수 배우체를 각각 온도 5 ~ 20℃, 조도 5 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(Light(L):Dark(D)) ~ 14:10(L:D)의 조건으로 배양하는 단계; 및
7) 단계 6)의 배양된 미역의 배우체와 넓미역의 배우체간에 교배시키는 단계를 포함하는, 넓미역 및 미역의 이종교배 방법.

제 1항에 있어서, 단계 2) 또는 단계 4)의 배양은 PESI(Provasoli's enriched seawater media) 배지에서 배양하는 것을 특징으로 하는 넓미역 및 미역의 이종교배 방법.

제 1항에 있어서, 단계 4)의 암·수 배우체는 직경 2 ~ 3 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 것을 특징으로 하는 넓미역 및 미역의 이종교배 방법.

제 1항에 있어서, 단계 5)의 암·수 배우체는 150 ~ 250 ㎛의 크기로 절단하는 것을 특징으로 하는 넓미역 및 미역의 이종교배 방법.

제 1항에 있어서, 단계 6)의 암·수 배우체는 10 ~ 15℃, 조도 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(L:D)의 조건하에서 배양하는 것은 특징으로 하는 넓미역 및 미역의 이종교배 방법.

제 1항에 있어서, 단계 7)의 교배는 미역의 암 배우체와 넓미역의 수 배우체간에 교배시키는 것을 특징으로 하는 넓미역 및 미역의 이종교배 방법.

제 1항에 있어서, 단계 7)의 교배는 5 ~ 10℃, 조도 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14 ~ 12:12(L:D)의 조건하에서 교배하는 것을 특징으로 하는 넓미역 및 미역의 이종교배 방법.

1) 넓미역 및 미역 각각의 포자체로부터 유주자를 방출시키는 단계;
2) 단계 1)의 방출된 유주자를 배양하여 배우체를 형성시키는 단계;
3) 단계 2)의 형성된 넓미역 및 미역의 배우체를 각각 암·수 배우체로 분리하는 단계;
4) 단계 3)의 분리된 암·수 배우체를 각각 직경 1 mm ~ 5 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 단계;
5) 단계 4)의 배양된 암·수 배우체를 각각 균질화하여 100 ㎛ ~ 300 ㎛의 크기로 절단하는 단계;
6) 단계 5)의 절단된 암·수 배우체를 각각 온도 5 ~ 20℃, 조도 5 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(L:D) ~ 14:10(L:D)의 조건으로 배양하는 단계;
7) 단계 6)의 배양된 미역의 배우체와 넓미역의 배우체간에 교배시키는 단계; 및
8) 단계 7)의 교배된 잡종을 10 내지 30 cm간격으로 수심 1 내지 3 m에서 양식하는 단계를 포함하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법.

제 8항에 있어서, 상기 단계 2) 또는 단계 4)의 배양은 PESI 배지에서 배양하는 것을 특징으로 하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법.

제 8항에 있어서, 단계 4)의 암·수 배우체는 직경 2 ~ 3 mm 크기에 도달할 때까지 배양하는 것을 특징으로 하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법.

제 8항에 있어서, 단계 5)의 암·수 배우체는 150 ~ 250 ㎛의 크기로 절단하는 것을 특징으로 하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법.

제 8항에 있어서, 단계 6)의 암·수 배우체는 10 ~ 15℃, 조도 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기 10:14(L:D)의 조건하에서 배양하는 것은 특징으로 하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법.

제 8항에 있어서, 단계 7)의 교배는 세그먼트(segment)를 미역 암배우체의 플라스크에서 25일 내지 35일 동시 배양한 후, 넓미역 수배우체의 플라스크로 옮겨 동시 배양하면서 성숙을 유도시켜 포자체를 얻는 것을 특징으로 하는 이종교배에 의한 생산 방법.

제 8항에 있어서, 단계 7)의 교배는 5 ~ 10℃, 조도 20 ~ 40 μ㏖m^-2s^-1, 및 광주기는 10:14 ~ 12:12(L:D)의 조건하에서 교배시키는 것을 특징으로 하는 이종교배에 의한 잡종 생산방법.

제 8항에 방법에 의해 제조된, 넓미역 및 미역 각각의 유리배우체간의 이종교배에 의한 잡종 갈조류.

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