Background: This study was conducted to investigate the effects of germination temperature, storage container and storage temperature on Scrophularia buergeriana and Scrophularia takesimensis seeds.Methods and Results: Seed lengths of both species were 0.8 ㎜, while seed width differed, with S. buergeriana measuring 0.5 ㎜ and S. takesimensis measuring 0.4 ㎜. The seeds of S. buergeriana were packaged in paper containers under room temperature (15°C), cold temperature (4°C), and freeze temperature (−20°C). These seeds exhibited around 80% germination rate at temperatures between 15°C and 30°C. The germiantion rate of S. takesimensis, on the other hand, differed significantly at different germination temperatures. Seeds of S. takesimensis which were packaged in vinyl and paper containers and stored under room and cold temperatures, exhibited around 80% germination rate at 15°C. However, the germination rate of freeze-stored seeds were decreased to lower than 20% at germination temperatures of 15°C, 25°C and 30°C germiantion conditions. The rate of germination showed a low positive to a significantly negativie correlation with the other factor that were determined to evaluate the germination performance.Conclusions: This study elucidates the most suitable germination and storage conditions to increase the germination rate for the two species of Scrophularia buergeriana and Scrophularia takesimensis needs to be stored in paper containers under cold temperature and requires a temperature of 20°C for germination. On the other hand, S. takesimensis in vinyl containers need to be stored at room temperature and those in paper containers at cold temperature, and a temperature of 15°C is required for germination.

The study was carried out to establish an improved protocol for shoot organogenesis and plant regeneration from leaf explant cultures of Scrophularia buergeriana M. with the treatment of ethylene inhibitors [silver nitrate (AgNO3), aminoethox-yvinylglycine (AVG), Cobalt chloride (CoCl2)]. The regenerated shoots obtained from leaf explant cultures on MS medium containing 2 mg/l BAP, The additions of AgNO3. AVG and CoC12 substantially improved the shoot regeneration frequency, at the optimal concentration of 7 mg/L, 7 mg/L, and 3 mg/L respectively, The regenerated shoots could be easily rooted with 0.1 mg/L IBA treatment. The noted plants were hardened and transferred to vermiculite with a 85% survival rate where they grew normally.

현삼의 기내배양에서 낮은 농도의 2,4-D(0.01, 0.1mg/l) 와 TDZ(0.01, 0.1, 2.0mg/l)이 조합처리시 shoot 분화가 좋았으나, 2,4-D의 농도가 높아질수록 TDZ과 조합처리시 shoot 분화가 저조 하였다. 형질전환 확인을 위한 PCR 분석에서 선발표지 유전자로 사용되는 NPT II gene의 확인하였는데 형질전환되지 않은 식물체에서는 나타나지 않는 DNA 절편이 형질전환 식물체에서 나타났으며 kanamycin 50 mg/ l 첨가된 배지에서 선발된 식물체에서 NPT II gene(700bp)이 plant genome 안으로 삽입되었음을 확인하였다. 형질전환 식물체의 항균활성 검정에서는 Asperigillus awamori에 대해 대조구 식물체와 같이 항균성이 없는 것으로 나타났으나 항바이러스성 단백질인 PAP가 도입된 식물체에서는 IC50의 값이 Asperigillus awamori에 대해서 각각 320 μg/ml 과 300μg/ml, C. herbarum에 대해서도 IC50 값이 80μg/ml, 100μg/ml로 높은 항균성을 나타내었다. 형질전환 식물체와 형질전환되지 않은 식물체를 대상으로 SDS-PAGE를 수행하여 본 결과 감염된 형질전환되지 않은 잎과 감염되지 않은 잎에서는 나타나지 않는 30kDa의 분자량을 가지는 새로운 band가 PAP유전자에 의하여 형질전환된 식물체에서 각각 확인되었다. Asperigillus awamori의 경우에 PAP 형질전환체의 단백질을 첨가한 경우 모두 포자가 발아가 억제 되었고 균사생장이 지연되었으며 균사가 생장되더라도 포자와 생장하는 균사가 투명하여졌으며 생장하는 균사의 굵기도 가늘어지는 특성을 나타내었다. 병원균 접종 후 생육조사에 의하면 형질전환 식물체가 초장과 지상부, 지하부의 생체 중에서 모두 형질전환 되지 않은 식물체보다 다소 높게 나타났다. Fusarium에 의한 전형적인 병징인 뿌리썩음 병과 유관속 시들음 증상이 형질전환 되지 않은 식물체에서 병징의 scale은 3.2와 3.0으로 나타나는 반면 형질전환된 식물체에서는 2.0과 2.5으로 비교적 낮게 나타났다.

본 실험의 목적은 생물반응기를 이용한 현삼 종묘의 기내증식과 기내순화에 관여하는 적정 배지조건을 검토하여 추후 종묘의 건전한 생육과 안정적 생산에 활용할 수 있는 기초자료를 얻고자 하였으며 얻어진 결과는 다음과 같다. 1. 생물반응기에서 4주간 배양한 신초의 발근과 생장은 1X MS 액체배지에서 양호하였으나 6주간 배양한 신초는 1/10 MS 배지에서 좋았다 2. MS 고체배지에서의 잎 전개율은 생물반응기에서 6주간 배양한 신초가 4주간 배양한 신초보다 높았다. 3. 잎이 전개된 신초의 수와 신초당 잎의 수는 1X MS 고체배지에서 많았으나 유리화도 1/2X MS 고체 배지에서 보다 많이 발생하였다. 4. 전반적으로 보아 신초의 지상부 생육은 MS 기본배지에서 양호하였으나 지하부 생육은 암모니아 태 질소를 1/4로 줄인 배지에서 좋았다. 5. 암모니아태 질소를 1/4로 줄이고 아가농도를 1.2%로 조정한 배지에서 신초의 생육이 좋았으나 유리화가 많이 발생하였다. 6. 신초의 생육과 순화는 1X MS배지에 1.6% 아가농도가 좋았으나 1/2X MS에 1.2%의 아가를 첨가한 경우보다 유리화가 많이 나타났기 때문에 신초의 순화는 1/2 MS 기본배지에 아가농도를 1.2%로 한 배지가 가장 적합한 것으로 생각되었다.

본 실험은 생물반응기를 이용한 현삼 종묘의 기내생산과 기내 발근에 관여하는 요인을 검토하여 추후 종묘의 건전한 생육과 안정적 생산에 활용할 수 있는 기초자료를 얻고자 실험한 결과는 다음과 같다. 1. 생물반응기에서 현삼 배양은 MS 기본배지의 NH4NO 양을 1/4 로 줄여 413mg/ l 의 농도로 처리하고 6주간 배양하는 것이 신초의 유도에 유리하였다. 2. 생물반응기 배양시 신초의 형성과 생장에는 NH4NO3를 413mg/ l로줄인 MS 배지가 유리하였다. 3. 배지량 1.5L 의 생물반응기에서 줄기 절편의 접종량이 300개 이상일 경우 기내 식물체가 과밀화 되어 신초의 생육이 저해되고, 생물반응기 내부 및 배지 위로 노출된 신초는 괴사되었다. 따라서 신초의 생체중이 무거우면서도 신초수를 많게 하기 위해서는 적정 접종량을 300개체로 하는것이 유리하였다. 4. 신초의 발근 수와 길이생장에는 IBA 0.05mg/ l 가 효과적이었다. 5. 생물반응기에서 6주간 배양하는 것이 신초의 생육이 정상적으로 되었으며 또한 이들 신초에서 발근과 뿌리의 발육에도 유리하였다.

생물 반응기를 이용한 현삼 종묘의 생산에 있어 적정 탄소원과 질소원의 종류 및 농도와 , 생물 반응기 형태에 대한실험의 결과는 다음과 같다. 탄소원으로서 과당을 사용하였을 때 자당 사용의 경우보다 다신초의 형성은 좋았으나, 비정상적인 개체가 많아 종묘 생산용으로는 부적합하였다. 질소원으로 질산태 질소의 효과적 이었으며, 암모니아태 질소 413 mg/L 에 절산태 질소 1,900 mg/L 로 조합하는 것이 신초형성에 가장 적합하였는데, 500 ml 플라스크 배양에서 전 질소 함량은 3 주째 까지는 83% 에서 75% 로 완만하게 감소하다 이후 46% 로 급격히 감소하였다. 이러한 현상은 신초가 급속히 증가하는 시기와 일치하였고 생물 반응기에서는 일정한 속도로 감소되었으며, 배양 종료시인 6주 째에는 500ml 플라스크에서나 생물 반응기 배양액 내의 질소함량은 거의 남아 있지 않았다. 생물반응기의 배지내 자당은 2주째에 완전히 고갈되었으며 500ml 플라스크 배양에서 자당은 3주째에 완전히 고갈되었고, 자당에서 전환된 과당과 포도당은 절편체의 생체중이 급격히 증가되는 4주와 5 주 사이에 감소되었다. 현삼의 배양에 적합한 생물 반응기 형태는 inner loop 가없는 air lift형 sphere type이었다.

지황과 현삼을 대상으로 저장 온도와 기간이 직접 체세포배 발생에 미치는 영향을 조사하였다. 지황은 4℃에서 저장한 후 배양한 경우보다 8℃에서 저장하여 배양한 경우 직접 체세포배 생성율이 높았으며, 저장 조직 간에 차이가 있어, 잎이 12주간 저장 후에도 거의 일정한 체세포배 발생율을 보여 줄기나 엽병보다 장기 저장에 적합한 것으로 나타났다. 현삼의 각 조직을 전배양 없이 바로 4℃와 8℃에서 저장하였을 때, 줄기와 엽병 조직이 저장기간의 경과와 무관하게 신초의 발생율이 유지되었는데 경제적인 면으로 볼 때 4℃ 조건보다는 8℃ 조건이 적절할 것으로 판단되었다. 한편 현삼의 각 조직을 25℃에서 10일 동안 전배양한 후에 저장하기 위해서는 줄기와 잎 조직은 8℃에서, 엽병 조직은 4℃ 조건에서 저장하는 것이 유리한 것으로 나타났다.

생물반응기를 이용한 대량 번식 방법 개발의 기반을 마련하고자 현삼 조직의 액체배양에서 직접 체세포배 발생에 미치는 치상조직과 식물 생장조절제의 상호영향을 조사하였다. 식물체의 부위에 따라 전혀 다른 양상을 보였는데, 잎, 줄기 및 엽병조직을 치상한후 체세포배 발생 정도를 살펴본 결과 줄기 절편을 배양하였을 때 체세포배 발생율이 가장 높았다. 또한 유식물체로 발달되기까지 약 3주의 기간이 소요되어 빠른 속도로 성장이 이루어진 반면, 뿌리의 형성은 이루어지지 않았다. 엽병을 접종 재료로 하여 3주간 배양하였을 때는 직접체 세포배를 통한 shoot는 형성은 되었으나 줄기 절편에 비해 체세포배 발생율은 낮았으며, 뿌리 발생도 이루어지지 못하였다. 잎조직을 액체 배지에 치상하였을 경우 체세포배 발생에 소요되는 기간이 줄기와 엽병에 비해 상대적으로 길었으며 , 배양 8주 후에는 완전한 식물체로 발달하였다. 액체배양에서 체세포배 형성에 영향하는 생장조절제로는 BA효과가 컸으혀, BA에 옥신류인 IAA와 NAA를 첨가함에 따라 탈분화가 진행되어 체세포배 발생을 감소시키는 경향을 보였다. 짧은 배양 시간 동안 많은 유식물체를 얻을 수 있는 최적의 조건은 BA 05 mg/ l 나 1.0 mg/ l 로 첨가시킨 NS 액체배지에 줄기 부위를 치상 조직으로 이 용하는 것이 가장 효과적 이었다.