반하(Pinellia ternata(Thunb.) Breit)는 천남성과에 속하는 다년생 초본식물로서 조직배양을 이용하 여 대량번식 방법 연구가 활발히 진행되어 왔다. 하지만 대량생산된 괴경들의 토양 순화 및 적응을 위 한 환경 조건의 확립의 연구는 미비하다. 따라서 본 연구에서는 기내에서 증식된 반하의 괴경을 이용하 여 우수한 품질의 약재와 건전묘의 대량생산을 위해 생육에 적합한 토양조건을 탐색하였다. 본 연구에 서는 액체배지에서 현탁배양 한 괴경(Type 1)과 고체배지에 치상하여 배양된 괴경(Type 2)두 종류를 비 교하였다. 토양은 3개의 조성으로 조합하여 생육을 비교하였으며, 코코피트, 피트모스, 버미큘라이트, 펄라이트 및 제오라이트를 배합하여 사용하였다. 기내 배양 조건이 다른 처리구들의 토양 조성별 순화 율 측정하였으며, 생육의 차이를 확인하기 위해 8주동안 생육 후 초장, 잎 수, 마른잎 수, 괴경 수, 괴 경 크기, 생체중 및 건물중을 측정하였다. 또한 주아의 생성율을 확인하기 위하여 4주와 8주에 측정을 진행하였다. 그 결과 Type 2가 펄라이트를 20%증량한 상토 B에서 가장 우수한 생육을 보였다. 괴경의 비대에 영향을 주고 묘로서 이용을 위하여 필요한 잎의 수는 상토 B에서 가장 많은 1.7개로 나타났고 가장 잎의 출현이 없었던 Type 1의 상토 C가 0.9개로 나타나 1.8배의 차이를 나타냈다. 또한 같은 처 리구에서 건물중이 통계적으로 유의한 차이를 보이며 우수한 것으로 나타났다. 반하의 주아 생성율의 차이는 상토 B에서 1.1개로 우수하였으며, 가장 저조한 처리구의 수치보다 1.2배 높은 생성율을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 기내에서 배양된 반하의 토양 순화 및 적응기에 괴경의 비대를 유도하여 우 수한 한약재 생산이 가능 할 것으로 생각되며 차후 토양에서 재배 시 반하의 대량번식에도 도움이 될 것이라 사료된다.

대반하[大半夏: Pinellia tripartita(Blume) Schott]는 천남성과에 속하는 초본성 식물로써, 중요 한약재인 반하[半夏: Pinellia ternata(Thunb.) Makino]의 국내 자생 동속 종으로 활용가치가 높은 식물이나 반하에 비해 생리학 및 유전학 등 관련 연구가 거의 진행되지 않았다. 본 연구는 대반하의 소괴경 형성 및 분화에 적합한 최적 배지와 식물생장조절물질의 농도를 규명하고, 유전적인 안전성 및 토양환경 순화조건을 검증하여 향후 반하의 대체 약재로 활용시 이용가능한 배양묘 대량생산조건을 확립하기 위하여 수행되었다. 자생지에서 채집한 대반하는 소독 후 MS 기본배지에서 배양하여 기내식물체를 확보하였고, 소괴경 분화와 비대 최적배지 규명을 위해서 10종류의 다양한 식물배지에서 6주간 배양 한 결과, Nitsch & Nitsch(NN) 배지에서 가장 효과적이었다. 기내 배양 시 발생한 캘러스를 이용하여 식물체 최적 재분화 조건을 규명하기 위하여, 명/암 반응과 BA 호르몬의 다양한 농도별(0.5ppm-3.0ppm) 처리를 통해서 4주 동안 배양한 결과, 명상태에서 BA 1.0 ppm이 첨가된 배지에서 가장 효과가 높았다. 최적 기내배양 및 재분화 개체는 2주 후 토양으로 이식하여 환경적응을 유도한 후 배양묘 대량 생산조건을 설정하였다. 기내배양 및 재분화를 통해 생산된 배양묘의 유전적 안전성을 검증하기 위해서 각 증식 단계별 식물조직 및 캘러스 시료의 RAPD genomic profile을 분석한 결과, 원 식물체와 각 단계별 개체의 유전적 안전성이 증명되었다.

Background : Pinellia ternata is imported more than 95%, tuber is used as herb medicine according to The Korean Herbal Pharmacopoeia (KHP). There is no cultivar of P. ternata in Korea, and it is cultivated using native species. This study was to select the strains according to the leaf type in order to develop the standard varieties of P. ternata and expand the import substitution effect and domestic production base. Methods and Results : This study was conducted by the Department of Korean Medicinal Resource Development, NIKOM. A total of 1,260 individuals of P. ternata were collected from Jeju Island, Jangheung County, and China, and classified into three lines according to the ratio of leaf length and width. The selected lines were sowed in the middle of April, 2018 and cultivated with a black polypropylene mesh with a direct sunlight radiation transmittance of 60% to reduce solar radiation. Investigation items were investigated by leaf type (lanceolate, long oval, elliptical shape), plant height, leaf length, leaf width and petiole length. Lanceolate (leaf length / leaf width ratio, over 6) were selected for 157 individuals, average leaf length / leaf width ratio, plant hight and petiole length were 7.9, 17.3 ㎝ and 7.1 ㎝, respectively. long oval (leaf length / leaf width ratio, 6.0 to 2.0) were selected 118 individuals, average leaf length / leaf width ratio, plant hight and petiole length were 3.4, 12.3 ㎝ and 5.5 ㎝, respectively. In addition, 91 individuals were selected for elliptical shape (leaf length / leaf width ratio, less than 2), average leaf length / leaf width ratio, plant hight and petiole length were 1.7, 10.6 ㎝ and 4.6 ㎝, respectively. According to leaf type analysis, the growth characteristics of lanceolate were the best and the growth characteristics of oval were the lowest. Conclusion : These results can be used as basic data for the breeding of standard varieties of P. ternata, and further studies such as analysis of gene relatedness and major component will be conducted in the future.

The plant growth and yield of Pinellia ternata (Thunb.) Breit. were studied by altitude and tuber weight. The emergence rates in low land area were not different by tuber weights, but it showed earlier emergence date in heavier weight of seed-tuber and low land area. The higher aerial growth such as plant height and number of leaves per plant was the heavier tuber weight in a planting year, but the growth was not different by the weight of tuber at second year after planting. The distribution pattern of tuber size per m2 was not influenced by different seed-tuber weight. The number of harvested tuber was highest at more than 1 g of tuber weight, and followed 1~2 g and less than 2 g. The distribution pattern of fresh tuber yield was not influenced by different altitude and seed-tuber weight. The marketable tuber, 2 g or more, tends to be produced with more than 0.6 g seed-tuber. As the results above-mentioned, it was thought that the high yield was supposed to use seed-tuber over 0.6 g in the fertile soil.

반하의 기내 조직배양을 통해 소괴경 생산을 하고자 적합한 식물생장조절제 처리조건, 배지와 처리 농도, 고형지지물의 종류와 농도를 조사하였다. 기내 소괴경 형성에 적합한 식물생장조절물질과 농도 조건을 연구 한 결과 0.1mg/l 2,4-D와 0.5 mg/l BAP 혼합처리에서 잎 (3.9개)과 엽병 (4.7개) 배양모두 최고치의 소괴경을 생산할 수 있었다. 기내 소괴경 형성에 적합한 배지는 SH배지로 나타났으며 잎과 엽병 배양에서 4.5와 5.2개의 소괴경을 생산하였으며, 최적 농도는 SH 배지의 무기염류를 반으로 줄인 1/2 SH배지가 가장 효과적이었다. 기내 소괴경 생산에 적합한 고형지지물과 그 농도를 조사한 결과, 잎과 엽병 배양 모두 agar보다 gelrite에서 소괴경 형성이 잘 되었으며, 농도별로는 agar 6%, Gelrite는 4% 처리에서최고치의 소괴경을 생산할 수 있었다. 기내에서 생산된 소괴경은 5˚C에서 1개월간 냉장 보관 후에 생장상에서 MS 고형배지가 든 배양용기와 멸균 소독한 상토에 옮겨 발아율을 조사한 결과, MS고형 배지에서 자란 소괴경은 86%의 발아율을 보였으며, 멸균 소독한 상토에서는 43%의 발아율을 보였다. 추후 반하 소괴경의 발아율과 토양 적응성을 높이는 연구보강으로 소경을 번식용 종자로 활용할 수 있는 방안을 모색할 예정이다.

반하의 조직배양을 통한 대량증식방법 확립의 일환으로 실시한 기내배양에서의 소괴경형성 및 식물체 분화에 영향을 미치는 배지 NAA와 Thidiazuron의 최적조건을 구명하고져 실시한 실험의 결과는 다음과 같다. 1, 식물생장조절물질로 NAA와 TDZ을 단독처리 할 때 TDZ 0.5 μM에서 shoot수가 45개로 가장 양호하였으며 root분화는 NAA 2.0 mg/l 에서 가장 양호하였다. 2. NAA 0.1 mg/l +TDZ 2.0 μM 조합처리에서 shoot분화가 가장 양호하였으며 NAA 2.0 mg/l +TDZ 2.0 μM 처리시에 가장 저조하였다. 3. 반하의 소괴경 형성은 MS배지에서는 TDZ 5.0 μM 단독처리와 NAA 0.1 mg/l +TDZ 2.0 μM 처리에서 소괴경 형성이 가장 양호하였다. B5배지에서는 TDZ 1.0 μM 단독처리와 NAA 1.0 mg/l +TDZ 5.0 μM 처리에서 소괴경 형성이 가장 양호하였으나 생체중은 NAA 0.1 mg/l 와 TDZ 5.0 μM의 단독처리에서 생체중이 가장 무거웠다. 4. MS, MG, B5배지조성에 따른 소괴경형성은 MG배지에서 30일배양후 가장 양호하였으며 생체중도 좋았다. 5. 분화된 식물체 뿌리분화에는 IAA보다 NAA가, MS 보다 1/2MS가 더 효과적인 결과를 보여 1/2MS배지에 NAA 2 mg/l 를 처리하였을 때 23.3개의 뿌리가 유도되어 가장 높은 결과를 보였다. 완전분화된 식물체를 vermiculite가 담긴 포트에 이식하여 온실에서 순화시킨 결과 80%정도의 생존율을 보였다.

기내에서 직접 대량 생산하여 생산된 반하 소괴경을 인공재배할 수 있는 온도, 일장 및 생장조절제 반응 등을 검토한 결과는 다음과 같다. 1. 반하 생육에 알맞은 온도 조건은 항온보다는 변온에서 좋았다. 2. 일장 조건은 6시간/일 단일 조건에서 괴경, 물질생산 및 자구생산에 유리하였다. 3. 반하괴경의 수량은 2.4-D 0. 1ppm, Kinetin 10ppm 및 gibberellin 50ppm에서 양호 하였다. 4. 반하의 자구 형성은 2. 4-D 10ppm 과 gibberellin 10ppm에서 좋았다. 5. 콜히친 침지처리는 반하의 생육억제 효과를 나타냈으나 자구의 형성에는 콜히친 0. 05%에서 48시간 침지처리 하였을 때 가장 좋았다. 6. 콜히친 적하처리에서는 콜히친 0. 1%에서 1일 1회 적하처리할 때 괴경건물 생산량이 가장 높았고 자구형성은 콜히친 0.05%에서 매일 1회씩 5일간 적하처리할 때 가장 좋았다.

반하(半夏)의 엽절편(葉切片)을 배양(培養)하여 유도(誘導)한 Callus로부터 식물재분화(植物再分化)에 미치는 온도(溫度)와 광조건(光條件) 그리고 기내(器內) 괴경(塊莖) 비대(肥大)를 위한 배지내(培地內) 실소원(室素源)의 영향(影響) 등에 대하여 검토(檢討)한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 엽절(葉切)으로부터의 Callus 형성(形成)과 기관분화(器官分化)에는 2, 4-D 또는 NAA의 첨가(添加)가 IAA 첨가(添加)보다 좋았으며, 배양조건(培養條件)으로는 26℃에서 8시간(時間)/ 일(日), 명배양(明培)하는 것이 효과적(效果的)이었다. 2. Callus로부터 식물체(植物體)를 재분화하기 위한 적정배지(適正培地)는 MS 배지(培地)에 BA 2mg/l를 첨가(添加)하였을 때 좋았으며, 배양환경(培養環境)은 26℃에서 16~24시간(時間)/일(日) 명배양(明培養)시키는 것이 좋았다. 3. 배지내(培地內)에 KNO3 3.0g/l처리(處理)하였을 때 식물체(植物體) 재분화배지(再分化培地) MS+BA 2mg/l에 비하여 기내괴경(器內塊莖)의 비대(肥大)가 2.5배(培) 이상(以上)에 달하였다.

조직배양기법(組織培量技法)을 이용(利用)하여 대량증식(大量增殖)된 반하(半夏) 종구(種球)를 포장재배(圃場栽培)할 때 알맞은 수확시기(收穫時期)를 구명(究明)하기 위하여 파종후(播種後) 6개월(個月), 12개월(個月), 18개월(個月) 및 24개월(個月) 수확시(收穫時) 생육특성(生育特性), 괴경(塊莖)크기 분포(分布) 및 수량(收量)등에 관련(關聯)된 몇가지 형질(形質)에 대(對)하여 3년간(年間)('90~'92년(年)) 조사(調査)한 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 수확시기별(收穫時期別) 초장(草長) 및 엽장(葉長)은 파종후(播種後) 6개월(個月) 수확(收穫)부터 24개월(個月) 수확(收穫)까지 늦게 수확(收穫)할 수록 초장(草長)은 0.7~6.5cm엽장(葉長)은 0.6~2.6cm 각각(各各) 길었으며, 특히 파종후(播種後) 18개월(個月) 이후(以後)는 신장정도(伸長程度)가 둔화(鈍化)되었다. 2. 수확시기별(收穫時期別) 입묘주수(立苗株數)는 파종당시(播種當時) m2당(當) 주수(株數)가 78개(個)이었으나 6개월(個月) 후(後)에는 2.3배(倍), 12개월(個月) 후(後)에는 5.6배(倍), 18개월(個月) 후(後)에는 13.3배(倍), 24개월(個月) 후(後)에는 20.0배(倍)로 수확(收穫)을 늦게할 수록 크게 증가(增加)하였다. 3. 수확시기별(收穫時期別) 괴경장(塊莖長), 괴경폭(塊莖幅) 및 괴경량(塊莖量)은 파종후(播種後) 6개월(個月) 수확(收穫)~12개월(個月) 수확(收穫) 까지는 증가폭(增加幅)이 미미(微微) 하다가 18개월(個月) 수확(收穫) 때 크게 증가(增加)하였으며 그 이후(以後)는 완만(緩慢)하게 증가(增加)하였다. 4. 수확시기별(收穫時期別) 괴경(塊莖)크기 분포(分布)는 파종후(播種後) 6개월(個月), 12개월(個月) 수확(收穫)은 중(中), 소괴경(小塊莖)이 많은 반면 18개월(個月) 이후(以後) 수확(收穫)은 상품성(商品性) 있는(직경(直徑) 7.1mm이상(以上)) 중(中), 대괴경분포(大塊莖分布)가 많았다. 5. 수확시기별(收穫時期別) 10a당(當) 생체수량(生體收量)은 파종후(播種後) 6개월(個月) 수확(收穫)은 172kg, 12개월(個月) 수확(收穫)은 231kg, 18개월(個月) 수확(收穫)은 345kg, 18개월(個月) 이후(以後) 수확(收穫)은 392kg으로 증수(增收)하였으나 24개월(個月) 증가폭(增加幅)은 미미(微微)하였다. 6. 지상부(地上部) 엽형(葉型)의 전개정도(展開程度)를 보고 지상부(地上部)의 괴경폭(塊莖幅)과 괴경량(塊莖重) 등(等)을 추정(推定)할 수 있었다.

조직(組織) 배양(培養)을 통(通)하여 대량(大量) 생산(生産)된 반하(半夏) 종구(種球)의 포장재배(圃場裁培) 파종(播種) 적기(適期)를 구명(究明)하기 위하여 '90년(年) 4월(月) 20일(日), 5월(月) 20일(日), 6월(月) 20일(日), 7월(月) 20일(日), 8월(月) 20일(日) 및 9월(月) 20일(日)에 파종(播種)하여 출아특성(出芽特性), 생육특성(生育特性), 괴경형성(傀莖形成) 및 수량(收量)에 관련된 몇 가지 형질(形質)에 대하여 2개년간(個年間)('90~'91) 검토(檢討)한 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 파종기별(播種期別) 출아소요기간(出芽所要期間)(파종(播種)~출아(出芽))은 9~26일(日) 이었으며 파종기(播種期)가 빠른 4월(月) 20일(日)이 26일(日), 온도(溫度)가 높은 시기(時期)인 8월(月) 20일(日) 파종(播種)이 9일(日)로 가장 짧았으며 이 기간(期間)의 적산온도(積算溫度)는 256~334℃이었다. 2. 파종기별(播種期別) 출아율(出芽率)은 68~87%로 대체로 좋았으나 7월(月) 20일(日) 파종(播種)은 고온(高溫) 및 한발(旱魃)의 영향(影響)으로 저조(低調) (55%)하였다. 3. 파종기별(播種期別) 재배기간중(栽培期間中)(2년(年)) 생육과정(生育過程)은 4월(月) 20일(日), 5월(月) 20일(日), 6월(月) 20일(日) 및 7월(月) 20일(日) 파종(播種)은 4회(回) 생육(生育)을, 8월(月) 20일(日)과 9월(月) 20일(日) 파종(播種)은 3회(回) 생육(生育)하였고, 총(總) 생육기간(生育期間)은 125일(日)~239일(日)로 파종기(潘種期)가 빠를 수록 길었으며 9월(月) 20일(日) 파종(播種)은 125일(日)에 불과(不過)하였다. 4. 파종기별(潘種期別) 수확(收穫) 당시(當時)의 초장(草長), 괴경장(塊莖長) 및 괴경폭(塊莖幅)은 4월(月) 20일(日)~6월(月) 20일(日) 파종(播種)은 큰 반면(反面) 7월(月) 20일(日) 이후(以後) 파종(播種)은 극히 적었으며 초장(草長)과 괴경장(塊莖長), 괴경폭(塊莖幅) 및 괴경수량(塊莖收量)과는 유의(有意) 상관(相關)이 인정(認定)되었다. 5. 파종기별(播種期別) 수확당시(收穫當時)의 m2당(當) 주수(株數)는 5월(月) 20일(日)과 6월(月) 20일(日) 파종(播種)은 다른 파종기(播種期)에 비해 유의적(有意的)으로 많았으며(P〈0.05) 7월(月) 20일(日) 이후(以後) 파종(播種)은 급멸(急滅)하였다. 6. 파종기별(播種期別) 생체수량(生體收量)은 4월(月) 20일(日) 파종(播種)(352kg/10a)에 비해 5월(月) 20일(日)이 9%(P〈0.05), 6월(月) 20일(日)이 3% 증수(增收)하였고, 7월(月) 20일(日) 이하(以後) 파종(播種)은 59~81%까지 크게 감수(減收)하였으며 건물수량(乾物收量)도 같은 경향(傾向)이었다. 7. 파종기별(播種期訓) 상품가치(商品價値)가 있는 7.1mm이상(以上)의 괴경(塊莖)크기 분포(分布)는 5월(月) 20일(日) 파종(播種)이 322kg/10a, 6월(月) 20일(日) 파종(播種)이 299kg/10a으로 훨씬 많은 반면 7월(月) 20일(日)~9월(月) 20일(日) 파종(播種)은 55~117kg/10a으로 극히 적었다. 8. 수량(收量)과 m2당(當) 주수(株數)와는 고도(高度)의 상관(相關)(r=0.992**)이 인정(認定)되었으며 다수확(多收獲)을 위해서는 기내(器內) 생육(生産) 반하(半夏) 종구(種球)를 5월(月) 20일(日)~6월(月) 20일(日)에 파종(播種)하는것이 가장 바람직하였다.

반하의 조직부위별 배양기간에 따른 단백질 및 4종의 중요 효소에 대한 전기영동적 특성이 비교연구 결과는 다음과 같다. 1. 각 조직 유내 Callus의 단백질 pattern 은 야생식물체 각 조직과 현저한 차이가 있었다. 2. 각 조직 유내 Callus의 Esterase isozyme pattern은 야생 식물체 각 조직과 뚜렷한 차이가 있었다. 3. 각 조직 유내 4주 배양 Callus의 GOT isozyme pattern은 야생식물체 각 조직과 비슷하였으나 배양 8주 Callus에서는 분자량이 큰 새로운 isozyme band 1개가 출현하였다. 4. 각 조직 유내 4주 배양 Callus의 Peroxidase isozyme band pattern 에서는 야생식물체 총 기관에서 출현했던 1개의 분자량이 작은 band 가 나타나지 않았다.