Echeveria 속은 Crassulaceae 에 속하며 약 170 여종이 알려져 있으며 화훼작물 중 경제적 잠재력이 있는 작물 중 하나이다. 주로 건조한 환경에서 서식하고 있으며 멕시코의 고유종으로 알려져 있다. 로제트 형태를 가지며 다양한 잎의 형태와 색상을 가져 조경용, 절화용, 실내 장식 등에 다양하게 이용할 수 있다. 최근 고부가가치를 지닌 에케베리아에 대한 수요가 증가하여 수요를 충족하기 위해 많은 품종이 개발되었다. 그러나 품종간의 형태적 유사성이 커 품종의 식별에 어려움이 있다. 이전 연구를 통해 해부학적 분석, 염색체 수 및 유전체 크기 확인을 통해 품종간 구별을 시도하였으나 주로 야생종에 국한되었다.
이에 본 연구는 지금까지 정확하게 보고되지 않았던 에케베리아 품종의 잎의 형태·해부학적 구성, 염색체 수, 유전체 크기, 핵내배가(endoreduplication) 확인을 통해 세포유전학적 및 기초 식물학적 평가를 수행하는 것을 목적으로 한다. 또한 화학제 처리에 의한 돌연변이를 유도하고 선발된 돌연변이를 평가하기 위해 해부학적, 세포학적 분석을 수행하였다.
제 1 장에서는 다육식물의 해부학적 구조 관찰을 위한 free-hand section 방법과 고정방법을 최적화하였다. 메탄올 고정법은 광학현미경 및 주사전자현미경에서 조직의 형태보존에 가장 적합하였다. 뿐만 아니라 free-hand sectioning 을 사용하여 잎의 해부학적 특징 조사에서도 처리시간을 단축하였으며 관찰이 조직이 보존되어 관찰이 가장 용이하였다. 잎의 표피, 하피, 관다발 배열, 기공 특성과 같은 해부학적 구조와 수분 함량 분석과의 상관 관계 분석을 통해 분석 대상 식물 모두가 고온에 강한 내성을 나타내었다.
제 2 장에서는 Echeveria 28 품종의 체세포 염색체 수를 조사하였다. 28 종의 Echeveria 의 염색체 수는 2n = 48 ~125 까지 다양하게 관찰되었다. 다육식물의 염색체는 매우 작고 숫자가 많아 분석이 쉽지 않아 28 품종 중 15 품종만이 재현성을 가지고 명확한 염색체 분석이 가능하였다.
제 3 장에서는 Colchicine 을 이용한 돌연변이 유도를 통해 고부가 가치의 다육식물 창출을 위해 Echeveria 'Brave'와 'Peerless'에서 다양한 농도(0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8%, 1.0%)와 처리 시간(3, 6, 9, 12 시간)을 적용하였다. 화학제 처리 후, 생존율을 확인하기 위해 치사용량 50(LD50)을 측정하였다. 또한 선별된 돌연변이의 돌연변이 여부를 확인하기 위해 형태학적, 세포유전학적 분석을 수행하였다. 연구 결과, E. 'Brave'는 0.8% 농도에서 3 시간, E. 'Peerless'는 0.8% 농도에서 6 시간 처리에서 높은 생존율을 보였다. Colchicine 처리 후, 돌연변이 선발개체에 대한 형태학적 평가 결과, 돌연변이 개체는 두 종 모두에서 잎 끝, 잎 모양, 잎 두께가 증가하였다. 대조군의 잎은 잎끝이 뾰족한 쐐기 모양이었으나 돌연변이 선발개체는 잎 끝이 넓은 도란형으로 관찰되었다. 또한 두 품종에서 선발된 돌연변이 개체의 기공의 크기는 대조구에 비해 증가하였으며 이에 따라 단위면적당 기공의 밀도가 감소되었다. 염색체 분석 결과, 대조군 E. 'Brave'의 염색체 수는 2n = 76 이었으나 돌연변이 선발개체가 2n = > 206 으로 관찰되었으며 E. 'Peerless' 염색체 수는 2n = > 100 이었으나 돌연변이 선발개체에서 2n = > 215 의 염색체 수가 관찰되었다. 돌연변이 식물에서 유전체 크기의 증가를 확인한 핵 DNA 함량의 증가를 밝히기 위해 Flow cytometry 로 수행하였으며 이를 통해 유전체의 크기가 증가하는 것을 확인하였다.
제 4 장에서는 에케베리아 15 품종의 핵 DNA 함량을 조사하기 위해 유세포 분석을 수행하였다. 2C-값이 가장 작은 값은 E. 'Snow Bunny'로 0.99pg 으로 관찰되고 E. 'Cubic Frost'에서 3.49pg로 가장 높은 값을 나타냈다. 핵내배가는 E. colorata, E. 'Doterang', E. 'Fire Pillar', E. 'Peerless'에서 4 개의 endocycle(2C, 4C, 8C, 16C)이 나타났다. E. 'Cubic Frost'가 DNA 함량이 가장 높음에도 불구하고 endocycle 이 2C 하나로 관찰되었다.
본 연구에서는 잎의 구조적, 해부학적 분석을 통해 Echeveria 의 해부학적 구조와 환경적 요인과의 상관 관계를 조사하였다. 또한 Echeveria 재배 품의 염색체 수 확인과 핵 내의 DNA 함량 및 핵내배가를 최초로 보고하였다. 고부가치를 지닌 다육식물을 육성하기 위해 E. 'Brave' 와 E. 'Peerless' 에 화학제를 처리하여 돌연변이를 유도하였다. 이러한 결과는 Echeveria 속의 지속적인 신품종 육성을 위한 기초자료로 활용 될수 있을 것으로 기대한다.