KR101933768B1

KR101933768B1 - 모링가의 뿌리배양을 통한 기내 유식물체 형성방법

Info

Publication number: KR101933768B1
Application number: KR1020160114291A
Authority: KR
Inventors: 김종석; 정영평; 박기철; 박춘일; 박성숙
Original assignee: 철원군
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-12-28
Also published as: KR20180027119A

Abstract

본 발명은, 모링가의 기내 유식물체 형성 방법에 있어서,
(a) 모링가 뿌리 부위(생장점 포함) 조직을 소정 크기로 절취하는 단계를 포함하고, (b) 상기 절취된 뿌리 부위 부위 조직을 유식물체로 성장시키기 위하여 수크로우스(Sucrose) 30g~40g/L, 소르비톨(D-sorbitol) 30g/L, 이노시톨(inositol) 0.1g/L 및 아가(Agar) 8~10g/L을 기본 배지에 더 첨가한 성장배지에서 성장시키는 것을 포함하여 구성됨으로써, 농가에 조기에 대량 공급할 수 있어 국내에서 제한된 기후조건 하에서도 잎, 줄기 및 뿌리를 수확할 수 있어 모링가를 주원료로 한 기능성 식품 재료를 공급할 수 있는 효과가 있으며, 또한 개선된 배양조건에서 기내 배양중인 모링가의 조직을 직접 이용하기 때문에 간단하고 효율적으로 배양할 수 있어 모링가 유식물체 형성기간을 8주로 단축시키고 대량 증식 배양이 가능한 효과와, 종래 농가에서 수입 종자를 통한 육모에서 종자 발아율의 저조함에 따른 손실 발생을 방지하여 농가 수입 증대 효과, 모링가 수입 대체 효과 및 재배 농가의 확산 효과를 얻을 수 있다.

Description

모링가의 뿌리배양을 통한 기내 유식물체 형성방법{Methods of cultivating plantlets in vitro derived from moringa roots}

본 발명은 모링가의 기내 식물체 형성 방법에 관한 것으로, 특히 모링가 식물체의 생장점을 포함한 뿌리 부위로 부터 식물 조직을 절취하여 개선된 배양 조건하에서 배양 성장시켜 유식물체를 형성하여 건전한 조직 배양 묘목을 대량 공급할 수 있도록 개선된 모링가의 기내 유식물체 형성방법에 관한 것이다.

모링가는(Moringa Oleifera)는 십자화목 모링가과(Moringaceae)에 속하며 열대 및 아열대 기후 지역에 분포하는 다년생의 콩과 식물로서 5~12m에 이르는 관목으로, 나뭇잎과 열매 뿐만 아니라 나무 전체를 식용으로 하는 열대성 나무로 인도 서북부가 원산지이다.

모링가는 비타민 16종, 미네랄 17종, 필수 아미노산 9종을 포함한 아미노산 20종, 지방산 15종, 오메가 3,6,9 등 90여가지 이상의 영양소를 포함하고 있어 2000년 11월 21일자 디스커버리 채널에서는 세상에서 영양소가 가장 풍부한 식물로, 인체에 필요한 90여가지 이상의 영양소가 함유되어 있어 "기적의 나무(Miracle Tree)"라고 보도하기도 하였다.

이러한 모링가는 콜레스테롤 예방, 항염증, 시력 개선, 고혈압, 면역 강화, 항산화로 노화방지, 종양 예방, 당뇨 등 많은 효능을 가지고 있는 것으로 알려져 있고, 특히 모링가 잎은 단백질, 칼슘, 철, 베타카로틴(비타민 A의 전구체), 비타민 C와 비타민 E가 매우 풍부하며, 여러 유효성분에 의해 신체의 자연 방어 증가, 눈과 뇌에 영양 제공, 신진대사 증진, 세포구조 증진, 주름개선, 간 및 신장의 정상기능 부여, 소화작용, 항산화작용, 면역시스템 증진, 항염증작용, 혈당조적 작용 등 그 효용 가치를 인정받고 있다.

이러한 모링가는 원산지인 인도를 비롯하여 베트남, 미국, 필리핀 등에서 재배되어 오일, 건조 잎 및 분말등으로 가공 및 판매되어 왔으나, 최근에는 일본과 중국에서도 모링가를 재배하기 시작하였고, 세계적으로 인구의 고령화에 따라 기능성 건강보조식품과 기능성 화장품 등으로 그 활용성이 확대되고, 수요 또한 크게 증가하고 있다.

우리나라의 경제성장 이면으로 선진국에서 흔히 나타나는 비만, 성인병, 통풍, 대사증후군 등 영양의 과잉으로 나타나는 여러 질병이 만연해짐에 따라 건강에 관한 관심이 높아져 건강 기능성 식품에 대한 수요가 크게 증가하고 있고, 자연계에서 존재하는 식물에서 얻어지는 기능성 성분을 식품소재로 활용하려는 노력이 고조되고 있으며, 언론 등을 통해 소개되는 모링가에 대해 일반인들의 관심이 높아지고 있다.

이에 따라 모링가가 국내에 약 4~5년전에 소개되었으며, 국내에는 주로 외국산 제품의 직판이나 원료를 수입해 가공, 판매하고 있으며, 모링가의 수입 금액은 현재 급속히 증가하고 있지만, 국내 재배는 전국적으로 50~60 곳으로 추정될 정도로 미미하고, 본 출원인의 관할인 철원 지역에서 재배를 주도하고 있다.

모링가는 20~30년 생장하는 다년생 작물로 열대지방에서는 잘 자라지만, 국내의 추운 겨울을 지내지 못하여 국내에서는 5월 초 ~ 10월 말까지만 재배할 수 있다는 점이 모링가의 국내 재배에 있어 가장 큰 문제점이다.

국내에서는 모링가를 약 5개월간 재배하여 목적하는 잎, 줄기, 뿌리 등을 수확해야 하므로, 재배기간이 짧아 종자 채취는 불가능하지만, 농가들의 관심이 증가되어 일부 농가에서 해외에서 종자를 수입해서 육묘를 통해 재배하고 있으나, 현재 국내에서 유통되는 대부분의 종자는 태국, 베트남, 인도, 필리핀 등에서 공급되고 있고, 이러한 수입 종자들이 종자용이 아닌 식용이나 가공용이라 미숙종자, 해묵은 종자, 협잡물 등이 섞여있어 발아율이 10~15%로 극히 저조한 문제점이 있다.

따라서, 바이러스에 감염되지 않은 무병주로써 뿌리 생육 등이 강건하고 초기 생장속도가 빠르며 대량공급을 재배가능한 시기에 맞춰 모링가 종묘를 공급할 수 있도록 하는 조직 배양묘의 국내 생산 기술 확보가 매우 필요하다.

이와 같이 분화되지 않은 부정형의 세포덩어리를 지칭하는 캘러스(Callus, 혹은 유합조직, 창상조직, 유상조직)를 통한 신초 형성 및 식물체 재분화를 유도하는 배양 방법은 식물이 가지고 있는 전형성능(totipotency)을 이용하는 것으로, 단세포 혹은 식물 조직 일부분으로부터 완전한 식물체가 재생되는 능력을 말한다. 모든 세포는 이러한 전형성능을 가지고 있지만 세포조직의 분화 정도, 채취 부위, 배지의 조성, 배양 환경 등에 따라 발현되는 결과는 현저히 차이가 나는 문제가 있으므로, 재배기간이 5월에서 10월까지로 매우 짧은 국내 실정에 맞게 대량의 모링가 종묘를 공급할 수 있도록 모링가의 기내 유식물체 형성 기술이 요구되고 있다.

따라서, 바이러스에 감염되지 않은 무병주로써 뿌리 생육 등이 강건하고 초기 생장속도가 빠르며 대량공급을 재배가능한 시기에 맞춰 모링가 종묘를 공급할 수 있도록 분화가 잘되는 뿌리의 생장점 조직을 이용한 배양묘의 국내 생산 기술 확보가 매우 필요하다.

본 발명의 목적은 국내 기후 환경에 의해 부득이 조직 배양을 통해 모링가 종묘를 대량 생산을 해야 하는 국내 실정에 따라 모링가 식물체를 신속하고 대량으로 증식하여 농가에 공급하도록 모링가 식물체의 뿌리 부위(생장점 포함)를 소정 길이로 절취하여 개선된 배양 조건에서 건강한 모링가 종묘를 배양하는 모링가의 기내 식물체를 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모링가의 기내 유식물체 형성 방법에 있어서,

(a) 모링가 뿌리 부위(생장점 포함) 조직을 소정 크기로 절취하는 단계를 포함하고,

(b) 상기 절취된 뿌리 부위 부위 조직을 유식물체로 성장시키기 위하여 수크로우스(Sucrose) 30g~40g/L, 소르비톨(D-sorbitol) 30g/L, 이노시톨(inositol) 0.1g/L 및 아가(Agar) 8~10g/L을 기본 배지에 더 첨가한 성장배지에서 성장시키 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모링가의 기내 유식물체 형성방법을 특징으로 하여 구성된다.

상기 절취된 뿌리부위 조직을 성장시키는 성장 배지는, KNO3 2,850mg/L, NH4NO3 2,470mg/L, CaCl22H2O 660mg/L, MgSO47H2O 550mg/L, KH2PO4 255mg/L, MnSO44H2O 33.1mg/L, ZnSO47H2O 12.3mg/L, H3BO3 9.1mg/L, KI 1.2mg/L, CuSO45H2O 0.037mg/L, Na2MoO42H2O 0.37mg/L, CoCL26H2O 0.037mg/L, FeSO47H2O 41.7mg/L, Na2EDTA2H2O 55.9mg/L의 무기 염류와, glycine 3mg/L, myo-inositol 250mg/L, nicotinic acid 0.75mg/L, pyridoxineHCl 0.75mg/L, thiamineHCl 0.15mg/L, sucrose 3%, sorbitol 3%의 유기물을 포함하여 조성될 수 있다.

상기 기본 배지는 MS(Murashige & Skoog)와 WPM(Lloyd & McCown Woody Plant Basal Salt Medium) 배지 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명은 모링가의 식물체의 생장점을 포함한 뿌리 부위를 절취하여 개선된 배양 조건에서 신속하고 대량으로 배양, 증식함으로써 기내 배양중인 모링가의 조직을 직접 이용하여 간단하게 배양할 수 있는 효과와, 배양 규모를 간편하게 확대하여 증식 배양 과정에서 유식물체 수를 증가하기 유리한 효과가 있고, 전체 유식물체의 형성 기간이 5~8주로 단축되어 농가에 묘종을 대량 공급할 수 있어 국내에서 5월 초 ~ 10월 말로 제한된 기후조건 하에서도 잎, 줄기 및 뿌리를 수확할 수 있어 모링가를 주원료로 한 기능성 식품 재료를 공급할 수 있게 하여 농가 수입 증대 효과, 모링가 수입 대체 효과 및 재배 농가의 확산 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모링가 뿌리의 생장점을 포함한 뿌리 부위를 절취하여 배양하는 기내 모링가 식물체 형성과정들을 나타낸 사진이다.

이하에서는 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.

본 발명에 의한 모링가의 기내 유식물체의 형성방법은 모링가의 건강한 조직을 얻는 것과, 모링가 유식물체를 건강하고 신속하게 성장시킬 수 있도록 배양 조건의 최적화에 있다.

이를 위하여, 본 발명에서는 모링가의 건강한 조직을 얻기 위하여 기내 배양된 모링가 유식물체에서 뿌리에서 생장점을 포함한 뿌리 부위를 절취하여 이용하고, 모링가의 식물체 형성율을 높이고 아울러 성공적인 조직배양묘의 대량생산을 위해서 생장조절제를 포함한 배지 첨가물의 종류 및 농도 등 배지의 조성을 조직 배양묘 성장을 위해 최적화하였다.

본 발명에 따른 모링가의 기내 유식물체의 형성방법에 필요한 건강한 조직을 얻기 위한 선행 과정으로서, 크고 건실한 종자를 선택해서 전처리로서 70%의 에탄올에 10초간 침지하고, 멸균 증류수로 3~4회 세정한 다음, 1%의 차아염소산나트륨용액에 15~20분간 침지하고, 다시 멸균수로 3~4회 세정하고, 멸균한 거름종이를 이용해 종자의 수분을 뺀 다음, 한천 배지(Agar)나 피타겔(phytagel) 배지위에 치상하여 배양하며, 배지에서 자란 모종중에서 활력이 좋은 것을 선택하여 모링가 조직배양 재료로 사용한다.

본 발명에 의한 모링가의 기내 유식물체 형성방법은 모링가의 기내 유식물체의 형성에 필요한 모링가 조직 배양을 위하여, 상기한 선행 과정에서 배양된 모링가 초기 캘러스 형성 및 다신초(multi-shoot)를 유도하고, 형성된 유식물체를 재분화하여 성장시키고, 기내(배양실)에서 기외(온실)로 식물체를 순화하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 모링가의 기내 유식물체 형성방법은,

(a) 유식물체의 재분화 과정에서 기내 배양중인 모링가에서 생성되는 뿌리(생장점 포함)를 소정 길이 크기로 절취하는 단계와,

(b) 수크로우스(Sucrose) 30g~40g/L, 소르비톨(D-sorbitol) 30g/L, 이노시톨(inositol) 0.1g/L 및 아가(Agar) 8~10g/L의 4종을 기본 배지에 더 첨가한 배지에 위에서 절취한 식물 조직을 치상하여 유식물체로 성장시키는 유식물체의 성장 단계를 포함한다.

조직 배양 배지는 크게 무기염류, 비타민류, 생장조절제, 탄소 및 에너지원, 기타 유기물, 기타 첨가물(아가, 파이타겔)을 포함하며, 산소, 탄소, 수소를 제외한 조직 배양 배지의 무기염류로서, 식물세포 및 조직배양에 필요한 원소로 질소, 인, 칼리, 칼슘, 마그네슘, 황 등의 다량요소와 칼슘, 나트륨, 망간, 몰리브덴, 구리, 아연, 붕소, 코발트, 철 등 비교적 소량으로 필요한 미량요소를 포함한다.

상기의 원소들은 식물체뿐만 아니라, 세포나 조직의 발달에 중요한 역할을 한다. 특히 다량요소 중 인(P)은 핵산의 구성성분으로 세포분열과 생장에 필수적인 성분이며, 칼슘(Ca)은 세포벽의 구성성분으로 중층(middle lamella)에 있는 펙틴(pectin)과 결합하여 세포를 서로 결합하는 역할을 하므로 세포분열과 생장에 중요하다. 미량요소 중 철(Fe)은 식물체 내에 일어나는 여러 대사과정을 조절하는 효소(enzyme)의 기능을 보완하고 보조하는 보조인자(cofactor)의 역할을 한다. 또한, 산화환원 작용을 통한 전자의 전달 기능 등 광합성 작용을 촉매하는 중요한 역할을 하며 호흡효소의 구성성분이기도 하다.

본 발명에서는, MS(Murashige & Skoog Medium, Basal Salt Mixture, NH4NO3 Free)를 기본 배지로 사용하고, 식물의 배양에 필요한 가장 기본적인 물질들만 포함시켰다. 아울러, 상기 기본 배지의 pH는 5.8~6.0으로 사용하였다.

또한 본 발명에서는 기내 배양중인 모링가의 뿌리부위(생장점 포함)에서 뿐만 아니라 외부에서 성장중인 모링가 식물체의 뿌리 부위(생장점 포함)를 절취하여 모링가 조직배양 재료로 사용할 수 있는데, 통상적인 멸균처리과정을 거친 조직을 사용한다. 이 경우 잘라 낸 뿌리부위를 흐르는 물에 잘 씻은 후, 세척한 조직을 클린벤치로 가져가 70% 에탄올에 수초간(10~20초) 침지한 다음, 멸균 증류수(121℃에서 15분 멸균)로 3~4회 헹굼하고, 이어서 1%의 차아염소산나트륨 용액에 15~20분간 침지하고 멸균수로 3~4회 헹굼한 다음, Clean bench에서 멸균한 메스로 생장점 중심으로 소정크기로 잘라내 배지에 치상한다.

본 발명의 방법을 아래와 같이 실시하였다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

모링가 뿌리 부위 배양방법

<1> 모링가 뿌리의 생장점을 포함한 뿌리 부위 배치 치상

모링가의 뿌리에서 생장점을 포함한 뿌리 마디 부위를 소정 길이, 예를들어 5~10mm 정도 크기로 절취하여 생장 배지 위에 치상하였다.

<2> 모링가의 성장 유도를 위한 배양

전단계에서 절취된 모링가 뿌리의 생장점을 포함한 뿌리 부위 조직의 생장을 위해 MS(Murashige & Skoog) 6g/L의 기본 배지에 소르비톨(D-sorbitol) 30g/L, 이노시톨(inositol) 0.1g/L 등을 추가로 첨가하여 성장 배지로 이용하였으며, 각각의 배지 성분을 혼합 조제한 후 배양병(예를들어, 외경 : 가로 81mm, 높이 132mm)에 100~150mL씩 분주하여 121℃에서 15분간 멸균하여 사용하였다. 배지가 든 배양병에 식물 조직을 10여 개씩 치상하였으며, 26±1℃로 유지되는 배양실에서 8주정도 배양하였다.

상기한 성장 배지의 배양액 성분은 아래 표 1과 같다. 상기한 성장배지에서 2주 정도 배양된 결과는 도 1의 좌측에서 첫째 사진에서 볼 수 있듯이 모링가 뿌리에서 절취된 뿌리 부위(생장점 포함) 조직에서 유식물체가 건강하게 생장함을 확인할 수 있었으며, 4주와 8주차 배양된 결과는 두번째와 세번째 사진에서 볼 수 있고, 아래 표 2와 같이 모링가 생장점을 포함한 뿌리 부위 조직의 생장 특성을 확인할 수 있듯이 엽수가 크게 증가되고 초장 길이 또한 크게 신장한 결과를 얻었다.

모링가의 성장 배지조성

구 분	성분명	함량(mg/L)
무기염류 (다량원소)	KNO3	2,850
	NH4NO3	2,470
	CaCl22H2O	660
	MgSO47H2O	550
	KH2PO4	255
무기염류 (미량원소)	MnSO44H2O	33.1
	ZnSO47H2O	12.3
	H3BO3	9.1
	KI	1.2
	CuSO45H2O	0.037
	Na2MoO42H2O	0.37
	CoCL26H2O	0.037
	FeSO47H2O	41.7
	Na2EDTA2H2O	55.9
유기물질	glycine	3
	myo-inositol	250
	nicotinic acid	0.75
	pyridoxineHCl	0.75
	thiamineHCl	0.15
	sucrose	3%
	sorbitol	3%

8주차 식물생장 특성

식물체 형성율(%)	신초개수(plantlet)	엽수(leaf)	초장(mm)
50.5±5.0	3.2±3	72.5±7.2	71.4±7.1

<3> 모링가의 조직배양 묘목 형성을 위한 순화 과정

성장배지에서 배양된 조직배양묘는 외부의 순화 과정을 통해야만 독립적인 완전한 식물체로 된다. 순화되는 동안 신초, 측근 및 부정근을 형성하며 영양생장을 계속한다. 일반 원예용 피트모스가 담긴 트레이(27x53x12.5cm, 50구)에 심어, 햇빛의 30~40%를 차광하고 최고 25℃, 최저 18℃로 유지되는 온실에서 투명 비닐을 덮어주어 습도가 높게 유지되는 상태로 경화처리를 하였다. 새로운 잎이 형성되었을 때 점차적으로 광도를 증가시키고 습도를 낮게 조절하다가 식물체의 상태를 확인하면서 비닐을 서서히 걷어내어 외기의 환경에 완전히 노출시켜 경화시켰다.

상기한 실시예의 설명에서 기본 배지를 MS(Murashige & Skoog)를 사용하였으나, 여기에 한정되지 않고 예를들어 WPM(Lloyd & McCown Woody Plant Basal Salt Medium) 배지와 같은 다른 배지를 기본 배지로 사용할 수도 있다.

본 발명은 유식물체의 조직 배양을 통해 국내 기후가 재배에 적합하지 않아 시도되지 않았던 열대성 식물로 아열대 기후 지역에 분포하는 다년생의 콩과 식물로서 각종 아미노산과 영양소를 포함하는 모링가의 종묘를 일반 농가에 공급할 수 있도록 대량 생산하는데 이용할 수 있다.

Claims

모링가의 기내 유식물체 형성 방법에 있어서,
(a) 기내 배양중인 모링가 생장점을 포함한 뿌리 부위 조직을 소정 크기로 절취하는 단계를 포함하고,
(b) 상기 절취된 줄기 마디 부위 조직을 유식물체로 성장시키기 위하여 수크로우스(Sucrose) 30g~40g/L, 소르비톨(D-sorbitol) 30g/L, 이노시톨(inositol) 0.1g/L 및 아가(Agar) 8~10g/L을 기본 배지인 MS(Murashige & Skoog)와 WPM(Lloyd & McCown Woody Plant Basal Salt Medium) 배지 중에서 선택된 어느 하나인에 더 첨가한 성장배지에서 성장시키 단계를 포함하되, 상기 성장 배지는, KNO3 2,850mg/L, NH4NO3 2,470mg/L, CaCl22H2O 660mg/L, MgSO47H2O 550mg/L, KH2PO4 255mg/L, MnSO44H2O 33.1mg/L, ZnSO47H2O 12.3mg/L, H3BO3 9.1mg/L, KI 1.2mg/L, CuSO45H2O 0.037mg/L, Na2MoO42H2O 0.37mg/L, CoCL26H2O 0.037mg/L, FeSO47H2O 41.7mg/L, Na2EDTA2H2O 55.9mg/L의 무기 염류와, glycine 3mg/L, myo-inositol 250mg/L, nicotinic acid 0.75mg/L, pyridoxineHCl 0.75mg/L, thiamineHCl 0.15mg/L, sucrose 3%, sorbitol 3%의 유기물을 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 모링가의 기내 유식물체 형성방법.
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