Journal Search Engine

to

Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citation Korean Bibliography
ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean J. Environ. Biol. Vol.35 No.4 pp.622-630
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2017.35.4.622

Isolation, Regeneration and the Maturation Induction of Free-Living Gametophytes of Undaria pinnatifida (Phaeophyceae)

Hyun Il Yoo, Su Hong Kim, Gi hyun Lee, Dong Soo Ha, Eun Kyoung Hwang*
Seaweed Research Center, National Institute of Fisheries Science, Mokpo 58746, Republic of Korea
Corresponding author : Eun Kyoung Hwang, 061-280-4724, 061-285-1949, ekh215@korea.kr
20171113 20171207 20171207

Abstract

The induction of regeneration and the maturation of the free-living gametophytes of Undaria pinnatifida were studied at temperatures (5, 10, 15 and 20°C), irradiance (5, 10, 20 and 40 μmol photons m-2 s-1) and photoperiods (14 : 10, 12 : 12 and 10 : 14 h L : D). Female gametophyte fragments were maintained in active regeneration without them reaching sexual maturity under conditions of 15°C, 20 μmol photons m-2 s-1, 10 : 14 h (L : D); by contrast, the conditions for male gametophytes were slightly different at 15°C, 5 μmol photons m-2 s-1, 14 : 10 h (L : D). The sexual maturation of female and male gametophytes took place under 5°C, 20-40 μmol photons m-2 s-1, 10 : 14 h (L : D) and 15°C, 40 μmol photons m-2 s-1, 10 : 14 h (L : D), respectively. These results provide basic information for controlling the regeneration and maturation of free-living gametophytes for srain improvement as well as the cross breeding of U. pinnatifida.

free-living gametophyte , maturation , regeneration , Undaria pinnatifida

갈조류 미역 유리배우체의 분리, 재생 및 성 숙 유도

유 현일, 김 수 홍, 이 기현, 하 동 수, 황 은경*
국립수산과학원 해조류연구센터

초록

    National Fisheries Research and Development Institute
    R2017014

    서 론

    미역 (Undaria pinnatifida)은 동아시아의 극동지역에 분 포하는 유용 갈조류로서 (Yamanaka and Akiyama 1993), 우 리나라 전 연안에 널리 자생하고 양식되고 있는 해조류 중 의 하나이다. 미역은 주로 식용, 사료용, 공업용, 의료용으로 이용될 뿐만 아니라 식품가공용 원료인 알긴산과 푸코이단 의 주요 공급원으로서 산업적으로 중요하게 이용되고 있다 (Watanabe and Nisizawa 1984). 또한 미역은 2000년대 이후 우리나라 남해안 지역에서 확대되고 있는 전복 산업의 중요 한 먹이원으로 이용되고 있으며 (Hwang et al. 2009), 해중림 의 주요 구성원으로서 연안 생태계에서 중요한 역할을 담당 한다 (Brown and Lamare 1994).

    우리나라에서 미역의 생산은 1960년 중반기 이전까지는 주로 자연산 미역의 채취에 의존하였으나 1970년대에 들어 오면서 미역의 인공종묘생산 및 연승식 양식기술이 개발 보 급되면서 급진적으로 증가하여 2015년 기준, 세계 미역생산 량 (2,296,648톤)의 16.8%에 달하는 322,748톤이 생산되고 있다 (FAO 2016).

    현재 미역양식 산업은 우리나라 해조양식 산업의 주축 을 이루고 있을 뿐만 아니라 극동지역에 있어서 그 상업 적 중요성 때문에 미역에 관한 많은 연구가 이루어져 왔다. 미역의 배우체와 포자체의 생리생태 (Saito 1956a, b, 1962, 1972; Segi and Kida 1958; Akiyama 1965), 종묘생산 (Chung and Chung 1967), 생태 및 양식 (Okamura 1915; Kato and Nakahisa 1961; Akiyama and Kurogi 1982; Yamanaka and Akiyama 1993)에 대한 연구들이 보고되었다.

    미역은 이형세대교번을 하는 해조류로서 현미경적 배우 체 세대와 포자체 세대가 번갈아 나타나는 생활사를 가진 다 (Xu et al. 2009). 유리배우체 배양은 미역을 비롯한 갈조 류의 효과적인 유전자원 보존방법 (Li et al. 1999, 2013; Xu et al. 2009)이며, 암수배우체를 분리하여 무성적으로 증식시 킨 후, 필요 시 포자체를 유도하는 방법은 유전형질이 동일 한 포자체를 생산하는 데 매우 유용한 방법이다. 특히, 한국 에서는 2012년부터 국제식물신품종보호협약 (International Union for the Protection of New Varieties of Plants)의 적용 범위가 해조류를 포함하여 확대됨에 따라, 육종기법에 의해 개발된 해조류 신품종의 분양 시 모계와 동일한 유전형을 채묘할 수 있는 유리배우체 채묘기술 개발의 필요성이 점차 증가되고 있다.

    미역의 양식에서 이용되는 유주자 채묘는 모조의 성숙시 기와 엽체의 성숙도에 따라 채묘시기가 제한되며, 이에 따 라 종묘배양 기간이 길어지는 단점을 가지고 있다 (Wu et al. 2004; Hwang et al. 2010). 반면 유리배우체 채묘는 소량 의 성숙엽체만으로도 많은 양의 배우체 확보가 가능하며, 확 보된 배우체는 무성적인 대량증식을 통해 지속적인 계대배 양이 가능할 뿐 아니라 클론 배우체의 유도를 통한 품종 간 교배와 선발육종에 이용될 수 있는 유용한 방법이다 (Li et al. 1999; Wu et al. 2004; Xu et al. 2009; Hwang et al. 2009, 2010).

    국내에서 이루어진 미역의 유리배우체 생장관련 연구 는 부착 밀도에 따른 배우체의 생장과 아포체 형성 (Choi et al. 2005) 및 배우체 배양에 있어 최적 생장 조건 (Na et al. 2016) 등이 보고되었으나, 이들은 대부분 암수배우체를 분 리하지 않고 동시에 배양한 결과로써 배우체를 분리배양했 을 경우 생장 조건에 있어 차이를 보일 수 있다 (Wu et al. 2004). 또한 국내에서 갈조류 유리배우체의 대량배양을 위 한 연구는 감태, 곰피, 다시마, 넓미역 등의 경우 암수배우체 의 절단 크기별 재생, 분리배양 시 최적 생장 및 성숙 조건 등 다양한 연구가 이루어져 있으나 (Wi et al. 2008; Hwang et al. 2009, 2010, 2011) 미역의 경우 현재까지 유리배우체의 분리, 재생 및 성숙유도 조건이 밝혀지지 않았다.

    따라서 이 연구에서는 미역의 유리배우체 분리, 재생 및 성숙 조건을 규명하여 유리배우체 대량배양 조건을 확인함 으로써, 미역의 품종개량과 교잡연구에 기여하고 나아가서 는 산업적 중요성이 큰 미역의 안정적 종묘 수급방안 마련 에 기여하고자 하였다.

    재료 및 방 법

    1.유주자 방출 및 배우체 분리

    본 연구에서는 전남 완도군 약산면에 위치한 국립수산과 학원 해조류연구센터의 미역 시험어장에서 양성 중인 성숙 된 엽체를 2009년 4월에 채취하여 사용하였다. 성숙된 미역 의 엽체는 Ice box에 넣어 실험실로 운반하여 포자엽을 잘 라 멸균해수로 수회 세척하였다. 세척된 포자엽 조각을 200 mL의 멸균해수가 들어 있는 500 mL 용량의 비이커에 넣 고, 10℃, 20 μmol photons m-2 s-1 및 10 : 14 h (L : D) 조건의 Incubator (EYELA MTI-202B, Japan)에서 유주자 방출을 유 도하였다. 유주자의 방출이 확인되면 포자엽을 제거한 후 유 주자액 0.1 mL를 Fig. 1과 같이 12 multi well-plate에 차례 로 분주하여 밀도를 낮추어 배양하였다. 배양 5일 후 암수배 우체가 구별되면 도립현미경 (IX73, Olympus, Japan) 하에서 암배우체와 수배우체를 구분하였다. 구분된 암수배우체는 PESI 배양액 20 mL가 들어 있는 직경 5 cm의 멸균된 petri dish에 각각 수용하여 배양하였으며, 배양액은 3일 간격으로 교환하였다. 암수배우체가 생장하면 배양용기를 250 mL로 옮겨 주고 PESI 배지를 첨가하여 각각의 암수배우체 덩어리 로 생장할 때까지 통기배양하였다.

    2.유리배우체 단편의 크기별 재생

    유리배우체 단편의 크기별 재생을 파악하기 위하여 암· 수 배우체 덩어리 0.1 g-fresh wt.을 각각 100 mL의 멸균해 수가 들어 있는 250 mL 비이커에 넣고 호모게나이저 (DI 25basic, GMBH & Co., Germany)의 회전속도 (8,000, 9,500, 13,500, 20,500 및 24,000 rpm)를 달리하여 60초간 세단하였 다. 세단된 암·수 배우체는 14 : 10 h L : D, 15℃의 20 μmol photons m-2 s-1의 조건에서 12 multi well-plate를 사용하여 20일간 정치배양하였다. 배양 시작과 종료 시 배우체의 길이 및 세포수는 도립현미경 (IX73, Olympus, Japan)하에서 실험 구별로 25개체를 측정하였으며 조건별로 3개의 반복구를 두 었다. 세단된 배우체의 길이별 재생은 배양 시작시의 배우체 의 길이, 세포수와 배양 종료시 배우체 길이, 세포수를 이용 하여 상대생장률 (RGR; relative growth rate)을 계산하여 비 교하였다 (Serisawa et al. 2002; Hwang et al. 2010).(1)

    R G R ( %   d a y − 1 ) = ln ( L 2 ) − ln   ( L 1 ) ( T 2 − T 1 ) × 100
    (1)

    여기서 L1은 배양 시작 시 배우체의 길이 또는 세포수, L2 는 배양 종료 시 배우체 길이 또는 세포수를 말하며 T2-T1 은 배양기간을 의미한다.

    3.유리배우체 단편의 생장 및 성숙

    절단된 유리배우체 단편의 생장 및 성숙 유도의 최적 조 건을 파악하기 위하여 덩어리로 자란 암수 유리배우체를 Hwang et al. (2010)의 방법을 이용하여 분쇄하였다. 배양 조건은 4개 온도구간 (5, 10, 15, 20℃)과 4개 조도 (5, 10, 20, 40 μmol photons m-2 s-1) 및 3개 광주기 (10 : 14, 12 : 12, 14 : 10 h L : D)로 설정된 incubator (EYELA MTI-202B, Japan) 에서 배양하였다. 암수배우체의 길이 생장 및 성숙 여부 는 도립현미경 (IX73, Olympus, Japan)하에서 5일 간격으 로 측정하였다. 온도구간별 조도 및 광주기는 각각 20 μmol photons m-2 s-1 및 14 : 10 h (L : D)로 고정되었으며, 조도구 간별 온도 및 광주기는 각각 15℃, 14 : 10 h (L : D)로 고정 하였다. 또한 광주기 구간별 온도 및 조도는 15℃, 20 μmol photons m-2 s-1로 고정하여 배양하였다. 조도 측정 및 조도 구간의 설정은 Hwang et al. (2011)의 방법을 이용하였다. 절 단된 배우체의 길이 생장은 분지가 없는 단편 (n=25)을 선 별하여 측정하였으며 각 실험구별로 3개의 반복구를 두었 다. 배양액 (PESI 배지)은 7일마다 교환하였다. 배우체의 상 대생장률 (RGR)은 배양 시작 시 배우체의 평균 길이와 배양 종료 시 배우체 길이를 이용하여 계산하였다 (Serisawa et al. 2002).

    4.통계분석

    온도, 조도 및 광주기 조건에 따른 배우체의 생장률 데이 터는 통계분석을 위해 arcsine 변환 (arcsine transformation) 하였으며 Levene의 등분산검정 (test of homogeneity of variances)을 실시하여 데이터의 동질성이 확인되면 oneway ANOVA test를 실시하여 유의차를 검정하였고, 유의차 가 발견되면 Tukey’s HSD test 방법으로 사후검정 하였다. 자료분석을 위해 사용된 프로그램은 STATISTICA version 5.0이었다.

    결 과

    1.유리배우체의 분리 및 단편 크기별 재생

    미역엽체 (Fig. 2a)의 포자엽 (Fig. 2b)으로부터 방출된 유 주자 (Fig. 2c)는 방출 즉시 기질에 부착하여 구형으로 착생 하였다. 15℃, 20 μmol photons m-2 s-1 및 14 : 10 h (L : D) 광 주기 조건에서 배양 5일 후 각각 암배우체 (Fig. 2d)와 수배 우체 (Fig. 2e)로 생장하였다. 각각의 암수배우체는 통기배양 30일 후 Fig. 2 (f, g)와 같이 배우체 덩어리로 증식되었다. 덩 어리로 증식된 암수 배우체를 호모게나이저로 세단하여 절 편 (Fig. 2h, i)을 정치배양한 결과 배양 20일 후 그림 2 (j, k) 와 같이 각각 장란기와 장정기를 형성하였다.

    2.유리배우체 단편 크기별 재생

    배우체의 단편 크기별 재생은 암배우체의 경우 단편 크기 가 152.7±10.8 μm일때 배양 20일 후 417.4±28.2 μm로 생 장하여 상대생장률이 5.03±0.48% day-1로 최대였으며, 단편 크기가 가장 컸던 253.7±13.8 μm 조건에서 생장률이 3.27± 0.96% day-1 (488.3±93.7 μm)로 가장 낮았다 (Fig. 3). 수배우 체의 경우는 단편 크기 100.5±15.4 μm 조건에서 배양 20일 후 238.3±28.7 μm까지 생장하여 상대생장률이 최대 (4.17± 0.63% day-1)였으며, 단편 크기가 가장 큰 조건 (255.5±17.1 μm)에서 암배우체와 마찬가지로 가장 낮은 (2.22±0.50% day-1, 398.1±27.4 μm) 상대생장률을 나타냈다 (Fig. 3b).

    배우체의 절단 시 단편의 세포수에 따른 생장은 암배우체 의 경우 실험 시작 시 단편의 세포수가 가장 적었던 3.5± 0.5 cells/fragment 조건에서 배양 20일 후 7.2±0.5 cells/ fragment로 증가하여 상대생장률이 최대 (3.61±1.50% day-1) 였으며, 세포수가 5 cells/fragment 이상의 조건에서는 1.44~ 1.89% day-1 범위의 생장률로 유의한 차이를 보이지 않았다 (Fig. 4a). 수배우체의 경우 실험 시작 시 세포수가 가장 적었 던 5.2±0.6 cells/fragment 조건에서 배양 20일 후 생장률이 5.98±1.31% day-1로 가장 높았으며, 세포수가 많아질수록 생장률은 점차 감소하는 경향을 보였다 (Fig. 4b).

    3.유리배우체 단편의 생장

    유리배우체 단편의 배양 조건별 생장은 Table 1과 같이 차 이를 나타내었다. 암배우체의 온도 조건별 상대생장률은 배 양 20일 후 15℃ 조건에서 2.84±0.12% day-1로 타 온도 조건에 비하여 가장 높았으며, 5℃ 조건에서 0.47±0.11% day-1로 가장 낮았다 (p<0.05). 조도구간별로는 20 μmol photons m-2 s-1 조건에서 2.99±0.22% day-1로 가장 높았으 며, 40 μmol photons m-2 s-1 조건에서 1.22±0.32% day-1로 가장 낮았다 (p<0.05). 광주기 조건별로는 10 : 14 h (L : D) 조 건에서 2.46±0.32% day-1로 가장 높았고, 14 : 10 h (L : D)에 서 1.20±0.23% day-1로 가장 낮았다 (p<0.05).

    수배우체의 온도 조건별 생장률은 배양 20일 후 10℃ 조 건에서 2.92±0.12% day-1로 가장 높았으며 5℃ 조건에서 0.10±0.12% day-1로 가장 낮았다 (p<0.05). 조도구간별로는 20 μmol photons m-2 s-1 조건에서 2.91±0.13% day-1로 가 장 높았으며, 40 μmol photons m-2 s-1 조건에서 1.23±0.13% day-1로 가장 낮았다 (p<0.05). 광주기 조건별로는 14 : 10 h (L : D) 조건에서 2.79±0.12% day-1로 가장 높았으며, 10 : 14 h (L : D) 조건에서 2.48±0.12% day-1로 가장 낮았다.

    4.유리배우체 단편의 성숙

    암수배우체의 성숙은 Table 2와 같이 온도, 조도 및 광주 기 조건별로 차이를 보였다. 암배우체의 온도 조건별 성숙 은 배양 10일 후 15~20℃ 조건에서 가장 먼저 장란기가 형 성되어, 15일 후 약 30%, 배양 20일 후 약 50%까지 장란기 형성률이 증가하였다. 그러나 5~10℃ 조건에서는 배양기간 동안 장란기가 형성되지 않았다. 조도 조건별로는 20 μmol photons m-2 s-1 조건에서 배양 10일 후, 40 μmol photons m-2 s-1 조건에서는 배양 15일 후 장란기가 처음으로 형성되 었으나, 5~10 μmol photons m-2 s-1 조건에서는 배양 20일까 지 성숙이 확인되지 않았다. 광주기 조건별로는 장일 (14 : 10 h L : D) 조건에서 배양 10일 후 최초로 장란기가 형성되었고 단일 (10 : 14 h L : D) 조건에서는 배양 15일 후, 중일 (12 : 12 h L : D) 조건에서는 가장 늦게 (배양 20일 후) 장란기가 형성되 었다.

    수배우체의 온도 조건별 성숙 (Table 2)은 10℃ 조건에서 배양 10일 후 장정기 형성이 시작되었으며, 15℃ 조건에서 는 배양 20일 후 장정기 형성이 관찰되었다. 그러나 5℃와 20℃ 조건에서는 배양 20일까지 장정기가 형성되지 않았다. 조도 조건별로는 10 μmol photons m-2 s-1 조건에서 배양 5 일 후 가장 먼저 장정기가 형성되기 시작하였으며, 5 μmol photons m-2 s-1 조건과 20 μmol photons m-2 s-1 조건에서는 배양 15일 후 장정기가 형성이 시작되었다. 그러나 40 μmol photons m-2 s-1 조건에서는 배양 20일까지 성숙이 관찰되지 않았다. 광주기 조건별로는 단일 (10 : 14 h L : D) 조건에서 배 양 10일 후 가장 먼저 장정기가 형성되기 시작하였으며, 장 일 (14 : 10 h L : D) 조건에서는 배양 15일 후 장정기의 형성 이 관찰되었고, 중일 (12 : 12 h L : D) 조건에서는 배양 20일 후 가장 늦게 장정기가 형성되었다.

    고 찰

    해조류의 생장과 성숙은 수온과 광주기 등 환경요인에 의해 결정되는 것으로 알려져 있으며 (Van den Hoek 1984; Breeman 1988), 이러한 서식지의 환경 조건은 포자방출 (Alberto and Daniel 1999) 및 배아의 생장 (Morita et al. 2003)과 나아가 야외 개체군의 생장 및 성숙시기를 결정한 다 (Lüning 1993). 또한 실내배양을 통해 밝혀진 생장 및 성 숙 조건은 종종 서식지 환경에 대한 적응으로 해석되기도 한다 (Fain and Murray 1982; Wi et al. 2008; Rothäusleret et al. 2011; Kang 2015). Choi et al. (2005)은 미역 배우체의 생 장과 성숙에 있어 일장과 조도의 영향을 한국 미역의 생물 계절과 연관하여 설명하였으며, 미역 배우체의 생장은 단일 조건에서 연속광 (24 h)으로 일장 증가와 함께 증가하고, 성 숙은 중일 (12 h)과 단일 조건 (8 h)에서 높게 나타나는 것으 로 알려져 있다 (Lüning 1981; Morita et al. 2003; Choi et al. 2005). 또한 Na et al. (2016)은 미역과 쇠미역의 암수배우체 의 생장은 일장과 비례하며, 성숙은 반비례한다고 보고한바 있다. 본 연구에서도 미역 수배우체의 생장은 장일 조건 (14 : 10 h L : D)에서 상대생장률이 2.79±0.12% day-1로 가장 높 았으며, 광주기가 감소할수록 생장률도 감소하였다. 반면 암 배우체는 단일 조건에서 최대 생장을 보여 차이를 보였다. Hwang et al. (2015)은 다시마의 암수배우체를 분리배양 시 암배우체는 단일 조건에서, 수배우체는 장일 조건에서 최대 생장을 나타냈다고 보고하여 본 연구와 동일한 경향을 보였 다. 반면 본 연구에서 미역 배우체의 성숙은 암배우체가 장 일 조건 (14 : 10 h L : D)에서 수배우체는 단일 조건 (10 : 14 h L : D)에서 가장 빨리 성숙하여, 기존 연구들과 암배우체의 성숙 조건에서 차이를 보였다 (Morita et al. 2003; Choi et al. 2005). 그러나 감태와 넓미역의 성숙은 본 연구와 동일하게 암배우체는 장일 조건, 수배우체는 단일 조건에서 이루어졌 다 (Wi et al. 2008; Hwang et al. 2011). 이와 같이 대형갈조류 암수배우체의 재생과 성숙유도 조건의 차이는 생육단계별 활성변화를 인식하는 생체리듬에 의한 것으로서 이형생활사 를 가지는 갈조류의 생존전략의 하나로 판단된다 (Hwang et al. 2011).

    미역 유리배우체의 생장을 위한 최적 온도는 16~20℃ 범위로 보고되어 있으나 (Akiyama 1965; Choi et al. 2005; Na et al. 2016) 이들의 연구는 암수배우체를 분리하지 않고 공동배양한 결과로서 Wu et al. (2004)은 미역 암배우체의 분 리배양 시 25℃에서 최대 생장을 보고하여 기존연구와의 차 이를 보고하였다. 이 연구에서 미역의 배우체는 분리배양 시 단일 조건 (8 : 16 h L : D)에서 암배우체는 15℃에서, 수배우 체는 25℃에서 최대 생장을 보여 차이를 나타냈으며, 장일 (16 : 8 h L : D)에서는 암수배우체 모두 20℃에서 최적 생장 을 나타냈다.

    미역의 경우 야외 개체군의 생장은 4월~10월에 이르는 긴 배우체 생육기간을 갖는데 이때의 광주기는 단일-장일- 단일로 변화하며 수온은 14~26℃ 범위를 나타낸다. 따라서 미역 암수배우체의 이러한 광주기에 따른 최적 생장 수온의 차이는 암수배우체가 서로 다른 환경에서 생장 및 성숙을 함으로써 최대의 영양생장 기간을 확보하고 이를 통해 아포 체의 밀도를 높이기 위한 적응으로 해석될 수 있다.

    조하대에 서식하는 대부분의 대형 갈조류는 낮은 광 에 적응되어 있으며 (Kain 1964), 특히 부모세대의 수관부 (canopy) 아래에 서식하는 배우체는 이러한 낮은 광량에 잘 적응되어 있다 (Wi et al. 2008). 본 연구에서 미역 배우체는 10~15 μmol photons m-2 s-1 의 낮은 조도에서 최대 생장을 나타내 낮은 광량에 생장이 잘 적응한 것으로 보여진다.

    대형 갈조류의 암수배우체는 공동배양할 경우 수배우 체의 성숙이 암배우체보다 빠르며 이는 긴 수정기간 확보 를 통한 생식 촉진전략으로 알려져 있다 (Maier 1982; Wi et al. 2008). 또한 Hwang et al. (2015)은 다시마의 경우 수 배우체가 암배우체보다 낮은 온도 및 광량에서 먼저 성숙 한 후 암배우체를 성숙시킴으로써 충분한 수정시간 확보를 통해 수정률을 향상시킨다고 보고하였다. 이 연구에서 미 역의 배우체는 상대적으로 낮은 온도 (10℃)와 조도 (5~20 μmol photons m-2 s-1)에서 수배우체가 성숙하고, 높은 온도 (15~20℃)와 조도 (20~40 μmol photons m-2 s-1)에서 암배 우체가 성숙하여 다시마와 유사한 패턴을 보였다.

    이 연구에서 미역 유리배우체의 절단크기별 생장률은 Fig. 3과 같이 암수배우체에서 차이를 보였으며, 단편의 생장률 은 곰피 또는 감태 (Wi et al. 2008; Hwang et al. 2010)와 같 이 절단크기가 100~150 μm일때 생장률이 높게 나타나 대 량배양 시 배우체의 크기를 고려해야 할 것으로 판단된다.

    이 연구는 미역 암수배우체를 분리배양 시 유리배우체의 생장 및 성숙유도를 위한 최적 조건을 구명함으로써 향후 미역의 계통주 보존 및 품종개발에 활용될 기초 자료를 제 공하는 데 그 의의가 있다.

    적 요

    본 연구에서는 다양한 온도 (5, 10, 15 and 20℃), 조도 (5, 10, 20 and 40 μmol photons m-2 s-1) 및 광주기 (14 : 10, 12 : 12 and 10 : 14 h L : D) 조건에서 미역 배우체의 분리, 재생 및 성숙 조건을 파악하였다. 암배우체 단편은 15℃, 20 μmol photons m-2 s-1, 10 : 14 h (L : D) 조건에서 빠른 생장을 보인 반면 수배우체는 15℃, 5 μmol photons m-2 s-1, 14 : 10 h (L : D) 조건에서 빠른 생장을 보여 차이를 나타냈다. 암수배우체 의 최적 성숙 조건은 각각 5℃, 20~40 μmol photons m-2 s-1, 10 : 14 h (L : D) 조건과 15℃, 40 μmol photons m-2 s-1, 10 : 14 h (L : D) 조건이었다. 본 연구 결과 확인된 미역 유리배우 체의 재생과 성숙 조건은 미역의 형질개선과 교잡 육종 등을 위한 기초자료로 활용될 수 있다.

    사 사

    본 논문은 2017년도 국립수산과학원의 연구비 지원 (R 2017014)으로 수행된 연구이며, 연구비 지원에 감사드립니다.

    Figure

    KJEB-35-622_F1.gif

    A manual for the mass culture of free-living gametophytes in Undaria pinnatifida, including the culture conditions for the regeneration and maturation induction.

    KJEB-35-622_F2.gif

    Procedure of the isolation and culture of free-living gametophytes of Undaria pinnatifida. a, Mature sporophyte; b, A cross-section of sporangia; c, Germling after zoospore release; d, Female gametophyte after 5 days culture; e, Male gametophytes after 5 days culture; f, A cluster of female gametophyte after 20 days culture; g, A cluster of male gametophyte after 20 days culture; h, A fragment of female gametophyte; I, A fragment of male gametophyte; j, Oogonia formation (arrowhead) after 15 days maturation induction from a female gametophyte fragment; k, Spermatia formation (arrowhead) from a male gametophyte fragment. Scale bar are 50 cm (a), 100 μm (b, c), 50 μm (d, e), 1 mm (f, g), 50 μm (h, i) and 100 μm (j, k).

    KJEB-35-622_F3.gif

    The relative growth rate of female (a) and male (b) gametophytic fragments in Undaria pinnatifida according to the initial length of the fragment after 20 days culture 20 μmol photons m-2 s-1 and 14 : 10 h (L : D). Vertical bars represent S.D.

    KJEB-35-622_F4.gif

    Relative growth rate of female (a) and male (b) gametophytic fragments in Undaria pinnatifida, according to the number of initial cells in the fragment after 20 days culture 20 μmol photons m-2 s-1 and 14 : 10 h (L : D). Vertical bars represent S.D.

    Table

    Relative growth rates (% day-1) of Undaria pinnatifida male and female gametophyte cultured for 20 days under various daylengths, temperature and irradiance.

    values (mean±S.D. of triplicate groups) in same column having the different superscripts are significantly different (p<0.05)

    Gametophytic maturation and oogonia or spermatia formation of gametophyte under temperature, irradiance and photoperiod conditions in Undaria pinnatifida.

    - , steril; formation rate of oogonium or spermatium is represented as follows; +, 0-10%; + +, 10-30%, + + +, 30-50%.

    Reference

    1. AkiyamaK. (1965) Studies of ecology and culture of Undaria pinnatifida (Harv.) Sur. II. Environmental factors affecting the growing and maturation of gametophyte. , Bull. Tohoku Reg. Fish. Res. Laboratory, Vol.25 ; pp.143-170
    2. AkiyamaK. KurogiM. (1982) Cultivation of Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar, the decrease in corps from natural plants following crop increase from cultivation. , Bull. Tohoku Reg. Fish. Res. Laboratory, Vol.44 ; pp.1-100
    3. AlbertoG.U. DanielR. (1999) Factors affecting sporulation of Gracilaria cornea (Gracilariales, Rhodophyta) carposporophytes from Yucatan, Mexico. , Hydrobiologia, Vol.398/399 ; pp.285-290
    4. BreemanA.M. (1988) Relative importance of temperature and other factors in determining geographic boundaries of seaweeds: experimental and phenological evidence. , Helgol. Meeresunters., Vol.42 ; pp.199-241
    5. BrownM.T. LamareM.D. (1994) The distribution of Undaria pinnatifida (Harvey) Suringar within Timaru Habour, New Zealand. , Jap. J. Phycol., Vol.42 ; pp.63-70
    6. ChoiH.G. KimY.S. LeeS.J. ParkE.J. NamK.W. (2005) Effects of daylength, irradiance and settlement density on the growth and reproduction of Undaria pinnatifida gametophytes. , J. Appl. Phycol., Vol.17 ; pp.423-430
    7. ChungY.K. ChungD.Y. (1967) Studies of the artificial seedling production and growth of Undaria pinnatifida (Har). , Sur. Bull. Nat. Fish. Res. Dev. Agency, Vol.2 ; pp.143-152
    8. FainS.R. MurrayS.N. (1982) Effects of light and temperature on net photosynthesis and dark respiration of gametophytes and embryonic sporophytes of Macrocystis pyrifera. , J. Phycol., Vol.18 ; pp.92-98
    9. FAOFAO (2016) http://www.fao.org/fishery/statistics/software/fishstatj/en
    10. HwangE.K. BaekJ.M. ParkC.S. (2009) The mass cultivation of Ecklonia stolonifera Okamura as a summer feed for the abalone industry in Korea. , J. Appl. Phycol., Vol.21 ; pp.585-590
    11. HwangE.K. ShimC.H. HaD.S. GongY.G. ParkC.S. (2011) Regeneration and maturation induction of free-living gametophytes of Undariopsis peterseniana for their mass production. , Korean J. Fish. Aquat. Sci., Vol.44 ; pp.155-161
    12. HwangE.K. GongY.G. HaD.S. ParkC.S. (2010) Inducing the regeneration and maturation of free-living gametophytes of Ecklonia stolonifera Okamura (Laminariales, Phaeophyta). , Korean J. Fish. Aquat. Sci., Vol.43 ; pp.231-238
    13. HwangE.K. YooH.C. KimS.M. BeakJ.M. ParkC.S. (2015) Isolation, regeneration and maturation induction of free-living gametophytes of Saccharina japonica (Phaeophyceae). , Korean J. Environ. Biol., Vol.2 ; pp.248-255
    14. KainJ.M. (1964) Aspects of the biology of Laminaria hyperborea. III. Survival and growth of gametophytes. , J. Mar. Biol. Assoc. U. K., Vol.44 ; pp.415-433
    15. KangJ.W. ChungI.K. (2015) Effects of temperature and light intensity on the gametophyte fragment growth of Ecklonia cava Kjellman (Laminariales, Phaeophyta). , Korean J. Fish. Aquat. Sci., Vol.48 ; pp.704-711
    16. KatoT. NakahisaY. (1961) Studies on the culture of Undaria pinnatifida. , Bull. Tokushima Pref. Fish. Exp. Sta., Vol.3 ; pp.3-36
    17. LiD.P. ZhouZ.G. LiuH.H. WuC.Y. (1999) A new method of Laminaria japonica strain selection and seedling culture by the use of gametophyte clones. , Hydrobiologia, Vol.398/399 ; pp.473-476
    18. LiS. QiaoK. ShanT. PangS. HouH. (2013) Genetic diversity and relationships of the brown alga Undaria pinnatifida cultivated along the Dalian Coast as revealed by amplified fragment length polymorphism markers. , J. Appl. Phycol., Vol.25 ; pp.1255-1263
    19. LA1/4ningK. (1981) Egg release in gametophytes of Laminaria saccharina: Induction by darkness and inhibition by blue light and UV. , Br. Phycol. J, Vol.16 ; pp.379-393
    20. LA1/4ningK. (1993) Environmental and internal control of seasonal growth in seaweeds. , Hydrobiologia, Vol.260/261 ; pp.1-14
    21. MaierI. (1982) New aspects od pheromone-triggered apermatozoid release in Laminaria digitata (Phaeophyta). , Protoplasma, Vol.113 ; pp.137-143
    22. MoritaT. KurashimaA. MaegawaM. (2003) Temperature requirements for the growth and maturation of the gametophyte of Undaria pinnatifida and U. undarioides (Laminariales, Phaeophyceae). , Phycol. Res., Vol.51 ; pp.154-160
    23. NaY.J. JeonD.V. HanS.J. MaranguyC.A. AnD.S. ChaH.K. LeeJ.B. YangJ.H. LeeH.W. ChoiH.G. (2016) Crossed effects of light and temperature on the growth and maturation of gametophytes in Costaria costata and Undaria pinnatifida. , Korean J. Fish. Aquat. Sci., Vol.49 ; pp.190-197
    24. OkamuraK. (1915) Undaria and its species. , Bot. Mag. Tokyo, Vol.29 ; pp.269-281
    25. ParkerR.E. (1979) Introductory statistics for biology., Edward Arnold, ; pp.122
    26. RothäuslerE. GómezI. KarstenU. TalaF. ThielM. (2011) Physiological acclimation of floating Macrocystis pyrifera to temperature and irradiance ensures long-term persistence at the sea surface at mid-latitudes. , J. Exp. Mar. Biol. Ecol., Vol.405 ; pp.33-41
    27. SaitoY. (1956) An ecological study of Undaria pinnatifida Sur. I. On the influence of environmental factors upon the development of gametophytes. , Bull. Jap. Soc. Sci. Fish., Vol.22 ; pp.229-234a
    28. SaitoY. (1956) An ecological study of Undaria pinnatifida Sur. II. On the influence of environmental factors upon the maturity of gametophytes and early development of sporophytes. , Bull. Jap. Soc. Sci. Fish., Vol.22 ; pp.229-234b
    29. SaitoY. (1962) Fundamental studies on the propagation of Undaria pinnatifida (Harv.). , Sur. Contr. Fish. Lab. Fac. Agr. Univ. Tokyo, Vol.3 ; pp.1-101
    30. SaitoY. , AbbottIA. KurogMi. (1972) Contributions to the Systematics of Benthic Marine Algae of the North Pacific, Sapporo Jap. Soc. Phycol. Kobe,
    31. SegiT. KidaW. (1958) Studies on the development of Undaria undarioides (Yendo) Okamura (II). On the development of sporophytes and influence of light intensity on it. , Fac. Fish. Pref. Univ. Mie, Vol.2 ; pp.517-525
    32. SerisawaY. YokohamaY. ArugaY. TanakaJ. (2002) Growth of Ecklonia cava (Laminariales, Phaeophyta) sporophytes transplanted to a locality with different temperature conditions. , Phycol. Res., Vol.50 ; pp.201-207
    33. Van den HoekC. (1984) World-wide latitudinal and longitudinal seaweed distribution patterns and their possible causes, as illustrated by the distribution of Rhodophytan genera. , Helgol. Meeresunters., Vol.38 ; pp.227-257
    34. WatanabeT. NisixawaK. (1984) The utilization of wakame (Undaria pinnatifida) in Japan and manufacture of ?~haiboshi wakame ?(tm) and some of its biochemical and physical properties. , Hydrobiologia, Vol.116 ; pp.106-111
    35. WiM.Y. HwangE.K. KimS.C. HwangM.S. BaekJ.M. ParkC.S. (2008) Regeneration and maturation induction for the free-living gametophytes of Ecklonia cava Kjellman (Laminariales, Phaeophyta). , Korean J. Fish. Aquat. Sci., Vol.41 ; pp.381-388
    36. WuC.Y. LiD.P. LiuH.H. PengG.A. LiuJ.X. (2004) Mass culture of Undaria gametophyte clones and their use in sporeling culture. , Hydrobiologia, Vol.512 ; pp.153-156
    37. XuB. ZhangQ.S. QuS.C. (2009) Introduction of a seedling production method using vegetative gametophytes to the commercial farming of Laminaria inChina. , J. Appl. Phycol, Vol.21 ; pp.171-178
    38. YamanakaR. AkiyamaK. (1993) Cultivation and utilization of Undaria pinnatifida (wakame) as food. , J. Appl. Phycol., Vol.5 ; pp.249-253

    Vol. 40 No. 4 (2022.12)

    Journal Abbreviation 'Korean J. Environ. Biol.'
    Frequency quarterly
    Doi Prefix 10.11626/KJEB.
    Year of Launching 1983
    Publisher Korean Society of Environmental Biology
    Indexed/Tracked/Covered By

    Contact info

    Any inquiries concerning Journal (all manuscripts, reviews, and notes) should be addressed to the managing editor of the Korean Society of Environmental Biology. Yongeun Kim,
    Korea University, Seoul 02841, Korea.
    E-mail: kyezzz@korea.ac.kr /
    Tel: +82-2-3290-3496 / +82-10-9516-1611