대마 식물 조직 배양: 무엇인가요?

• 1. 조직 배양의 역사
• 2. 조직 배양의 기초
• 3. 식물 조직 배양이란 무엇이며, 어떻게 작동할까?
• 4. 조직 배양 vs 클론
• 4. a. 클론
• 4. b. 식물 조직 배양
• 5. 조직 배양의 5단계
• 5. a. 집에서 식물 조직 배양하는 방법
• 5. b. 화학 성분 기준 가이드라인
• 6. 결론

조직 배양이란 식물에서 살아있는 조직을 채취하여 무균 상태에서 그 조직을 완전한 식물로 성장시키는 것을 말합니다. 이 과정은 1885년으로 거슬러 올라가며, 대마 씨앗에는 비교적 최근에 도입된 방법이지만 매우 효과적이며 대부분의 식물 종에 적용 가능합니다. 조직 배양 과정을 통해 기술자들은 식물 세포 증식을 통해 조직을 안정적으로 보존할 수 있습니다. 이러한 유전자원을 깨끗하고 안전한 시설에 보관함으로써 특정 식물 품종 및 페노타입을 계속해서 증식하고 보존할 수 있습니다. 이 기술은 드문 식물을 보존하거나 생산성 및 효능이 높은 페노타입을 현장에서 사용되도록 지속적으로 번식시키는 데 도움을 줍니다. 조직 배양은 필요할 때까지 특별한 환경에서 유전자를 '저장'하는 은행과 같다고 볼 수 있습니다.

1. 조직 배양의 역사

조직 배양의 역사는 1885년, 독일의 동물학자가 병아리 배아에서 조직을 배양하려 했던 시점까지 거슬러 올라갑니다. 하지만 1907년 미국의 동물학자가 개구리 신경세포 배양에 성공하면서 본격적으로 시작되었습니다.

이후 1910년 프랑스 외과의사가 이 기술을 개선하고 정의하였으며, 이러한 정의가 정립된 후 여러 실험들이 연이어 성공하면서 다른 연구자들도 인공 환경에서 줄기세포를 성장시킬 수 있게 되었고, 이로써 인간 생물학에 대한 이해와 재생의학의 비약적 발전이 이루어졌습니다. 하지만, 이게 대마와 무슨 관련이 있을까요?

2. 조직 배양의 기초

조직 배양의 원리, 작동 방식, 그리고 조직 배양과 클론의 차이점을 더 깊이 들어가기 전에, 기본적인 내용을 먼저 알아봅니다.

리서치

만약 집에서 조직 배양에 도전하고자 한다면, 가장 먼저 해야 할 일은 해당 스트레인에서 성공 사례가 있는지 조사하는 것입니다. 그래야 같은 절차를 따라 효과적인 가이드라인으로 삼아 무엇을 해야 할지, 또는 하지 말아야 할지 알 수 있습니다.

식물 조직

따라야 할 방법을 알았다면, 그 다음은 조직 배양에 사용할 식물을 준비해야 합니다. 기증 식물은 반드시 100% 건강하고 질병이 없어야 합니다. 또, 사용하는 식물 부위는 식물마다 다르니 이전에 언급한 절차를 잘 따라 성공 확률을 높이세요. 이 과정은 청결한 환경이 중요하므로 옷, 도구, 방 전체가 청결하고 멸균되어야 합니다. 오염이 실패의 가장 큰 원인이기 때문입니다.

공기

다음은 공기에 대한 부분입니다. 식물은 깨끗한 공기가 필수이므로, 이를 위해 간이 장갑 박스를 구입하거나, 오래된 어항과 PVC 파이프로 직접 만들 수도 있습니다.

배양 배지

조직 배양에서 가장 중요한 요소 중 하나는 '배지'입니다. 식물이 충분히 성장하면 이 배지에 놓여야 하며, 젤 형태의 물질로 뿌리 발달과 성장에 안정성과 지지, 그리고 영양분을 제공해야 합니다. 대표적인 배지로는 Agar(한천)가 널리 사용됩니다.

이제 필요한 준비물을 알았으니, 대마와 다양한 식물의 조직 배양법을 계속 읽어보세요. 적절한 장비와 재료가 없다면 다소 어렵지만 걱정할 필요는 없습니다. 항상 식물을 클론할 수도 있으니까요. 클론 수는 가지마다 다르지만, 더 쉽고 경험이 별로 없어도 됩니다. 클론 젤과 가위만 있으면 충분합니다!

3. 식물 조직 배양이란 무엇이며, 어떻게 작동할까? 

조직 배양은 앞서 설명한 그대로입니다. 즉, 식물 조직이나 세포 몇 조각만으로 수백, 수천 개의 동일한 클론을 만들어낼 수 있습니다. 이 방법을 이용하면 특정 스트레인을 아주 오랫동안 최소한의 공간과 노력만으로 보존할 수 있습니다. 일반 클론과 마찬가지로, 조직 배양도 복제할 식물의 일부에서 시작하지만, 일반 클론과는 달리 이 조직 샘플은 손질하고 멸균한 후, 영양 배지에 넣습니다. 이 배지는 영양분뿐만 아니라 호르몬과 당분이 포함되어 있습니다.

이 영양 배양액은 조직별로 개별적으로 조제되며, 특정 영양분과 호르몬이 성장, 뿌리 발달, 증식 등 원하는 단계로 유도합니다. 조직이 충분히 커지면 수백 조각으로 잘라 각각 별도 클론으로 만들 수도 있습니다. 성장에 적당해지면 각각 영양 배양액을 공급해 뿌리를 내리고 자라게 합니다.

4. 조직 배양 vs 클론

대마 산업이 발전함에 따라 상업적 재배자들은 더 많은 수확량과 강한 효과를 더 짧은 시간에 얻을 수 있는 방법을 찾고 있습니다. 가능하다면, 많은 재배자들이 클론에서 조직 배양으로 방향을 바꾸고 있는데, 그 이유는 무엇일까요?

클론 

잘 알려진 것처럼, 클론은 식물에서 가지를 잘라 뿌리가 나올 때까지 기다린 뒤 재배하는 방식이며, 이 클론은 어미 식물과 완전히 동일한 복제체가 됩니다.

하지만 클론은 씨앗에 비해 생존율이 낮고 어려울 수 있으며, 해충, 감염, 질병에 취약하고 세대를 거듭할수록 유전적 변이가 증가합니다. 조직 배양은 이와 다릅니다.

식물 조직 배양

조직 배양 과정은 비교적 간단하지만, 적합한 조건 유지를 위해 많은 관리가 필요합니다. 조직 배양 실험실에서는 다음이 필요합니다.

멸균

조직 배양은 식물이 성장할 이상적인 환경을 제공해야 하며, 이러한 환경은 식물뿐만 아니라 박테리아나 해로운 미생물에게도 이상적이기 때문에 모든 것이 멸균되어야 합니다. 곰팡이나 박테리아는 식물을 죽일 수 있으므로 실험실뿐만 아니라 도구, 장비, 식물 조직(즉, 'explant')까지 모두 멸균이 필요합니다.

무균 환경  

과정 전체를 완전 무균 환경에서 진행해야 하므로, 이상적으로는 특수 챔버를 만들어 이미 멸균된 장비만 사용할 수 있도록 합니다. 이러한 환경은 도구, 장비, 조직을 노출할 때마다 사용됩니다.

질병은 작업 공간에 쉽게 침투할 수 있습니다. 공기 중에는 항상 곰팡이 포자가 있습니다. 인비트로 식물(페트리접시 등 유리 그릇에 키우는 식물) 오염을 막기 위해 기술자들은 흄(Flow) 후드 앞 또는 아래에서 작업합니다. 이 장비는 팬으로 HEPA 필터를 통과시킨 공기를 날려 바이러스, 박테리아, 곰팡이 포자 같은 미세 오염물질까지 걸러낼 수 있습니다. 이렇게 깨끗한 공기가 작업 공간을 수평으로 흐르며 페트리접시 등에 입자가 떨어지는 걸 방지합니다.

특수 배양 배지

식물 조직 배양에서는 식물이 영양분, 당분, 물, 그리고 자랄 공간을 제공하는 멸균 배지를 사용합니다. 이 배지는 식물이 완전한 개체가 될 때까지 살아남기 위한 모든 것을 제공하며, 집에서도 사전 혼합 가루, 설탕, 증류수, pH 5.8로 맞춰 만들 수 있지만 높은 안전 기준이 필요합니다.

5. 조직 배양의 5단계

아래는 실험실에서 진행하는 식물 조직 배양 5단계 간략 요약입니다.

1. 사용할 식물 선정;
2. 조직을 무균 환경에 넣고 샘플을 떼어내어 세척 후 적절한 배지에서 성장시킴;
3. 적합한 환경에서 조직이 증식하도록 함(일반적으로 14일);
4. 식물이 뿌리를 내리도록 유도함;
5. 최종 용기에 옮겨 성장시킴.

더 상세한 단계별 과정을 원하거나 집에서 직접 해보고 싶다면, 아래 가이드를 확인하세요. 단, DIY라 해도 고가 장비가 필요하니 참고 바랍니다.

집에서 식물 조직 배양하는 방법

대마로 조직 배양하는 방법에 관심이 있다면, 아래 단계별 가이드가 도움될 것입니다. 앞서 언급했듯이, 특별한 장비가 필요하지만 집에서도 충분히 해볼 수 있습니다.

초기 단계 (1-2주)

Step 1

플로우 후드를 30분 이상 미리 켜놓고 시작하세요. 라미나 플로우 후드가 없다면 알코올 버너/램프를 사용하고 불꽃 근처에서 작업하세요.

Step 2

플로우 후드를 70% 에탄올로 멸균하되, 필터에는 직접 분사하지 마세요.

Step 3

멸균 장치를 켜고 최소 20분 동안 예열하세요.

Step 4

종이 뭉치를 건조 작동으로 멸균한 뒤, 용기, 물, 트윈을 저온에서 멸균합니다.

Step 5

배지 준비를 위해 용기에 역삼투압 또는 증류수, 이온수(이상적)를 담습니다. 1L 기준이라면 900ml의 물을 붓고, Grow 영양제를 EC 1.5가 나오도록 첨가, 설탕 30g/L을 추가하고 용액의 pH를 5.7로 맞춥니다. Agar 6g/L을 넣어 멸균 가능한 병에 담고 넘치지 않게 주의하세요. 병을 멸균기에 15분 돌린 뒤, 사용할 멸균 용기마다 50ml씩 부어줍니다.

Step 6

이제 배지가 준비됐다면, 0.5% 표백제와 0.1% 멸균 트윈 20을 혼합해 용액을 만듭니다. 2.75% 표백제만 있다면 1L에 181ml를 추가하세요.

Step 7

용기에 소량의 물을 채운 뒤, 대마 소재를 넣고 상태가 건강한지 확인하세요. 1시간 이상 보관 시에는 아이스 쿨러에 보관하고 최대한 빨리 물에 넣으세요.

Step 8

밀폐 가능한 멸균 용기를 준비하여 표백제/트윈 용액으로 80%가량 채웁니다. 여기에 식물 재료를 넣고 밀봉하세요.

Step 9

20분간 부드럽게 흔든 뒤, 마지막 20초는 더 힘차게 흔드세요.

Step 10

식물 재료를 80% 멸균수 용기로 옮기고, 5분간 부드럽게 흔든 후 2회 더 반복합니다.

Step 11

멸균 핀셋으로 식물 조직을 멸균 종이에 올려 남은 수분을 제거한 뒤 용기당 한 조각씩 넣습니다. 식물이 곧게 서도록 용기에 넣고, 25도, 18/6 광주기로 최소 3주간 보관합니다. 이후 배양에 성공하면, 원하는 배지(실내/실외)에서 바로 재배할 수 있습니다.

화학 성분 기준 가이드라인 

배지 종류에 따라 미네랄과 함량이 달라질 수 있습니다. 본 가이드는 Murashige-Skoog 를 예시로 설명하였으니, 사용하는 배지에 맞는 성분과 양을 직접 확인하세요.

이들은 대마 식물이 대량 필요한 필수 영양소로, 조직 배양에 꼭 필요합니다. 이들이 없으면 녹색 조직 성장이 불가합니다.

이들은 대마 식물이 소량 필요하지만, 조직 배양에 없어선 안 될 영양소입니다. 없으면 성장이 제대로 되지 않고 결핍 증상이 나타납니다.

이 비타민은 식물 대사에 꼭 필요하며, 특히 조직 배양 시에는 반드시 공급해주어야 합니다.

6. 결론

대마 조직 배양은 다소 어려워 보일 수 있지만 실제로는 비교적 간단합니다. 가장 중요한 것은 최적의 조건과 안전을 지켜 높은 생존율을 확보하는 것입니다. 이 기술은 비교적 최근에 도입된 고가 장비를 필요로 하기에 모든 재배자가 접근하긴 어렵지만, 집에서 직접 조직 배양 실을 만들거나 작업하는 분들은 경험을 공유해주세요. 아래 댓글란에 여러분의 지식과 팁을 남겨주세요!

참고 문헌

1. Plant Tissue Cultures. - Kärkönen, Anna & Santanen, Arja & Iwamoto, Kuninori & Fukuda, Hiroo. (2020). 
2. Nanotechnology and Plant Tissue Culture. - Tariq, Amina & Ilyas, Saiqa & Naz, Shagufta. (2020). 
3. Plant Tissue Culture Media, Recent Advances in Plant in vitro Culture. - Annarita Leva and Laura M. R. Rinaldi (2012).