식물조직배양기술을 이용하여 인삼 root를 생산하고자, 식물생장조절물질로 유도된 인삼 root를 사용하여 최적액체배양조건을 RSM을 이용하여 조사하였다. 최적액체배양조건을 배지의 pH, sucrose 농도, nitrogen 농도, phosphate 농도의 3 level-4factor의 fractional factorial design에 의하여 조사한 결과, 인삼 root의 생장율은 최저 1.00g에서 최고 2.33g까지 나타났다. 다중회기분석으로 구한 model식을 가지고 등고분석과 3차원분석을 수행한 후 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 조속변수가 최대치를 나타내지 않는 배지의 pH와 sucrose농도의 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과 인삼 root의 최적액체배양조건은 pH5.6, sucrose 3.8%, nitrogen 50mg/L, phosphate 80.7mg/L로 예측되었다. 이렇게 결정된최적조건값들을 model식에 대입하여 얻은 예상치는 2.36g 이었다.
식물조직배양기술을 이용하여 인삼 root를 생산하고자, 식물생장조절물질로 유도된 인삼 root를 사용하여 최적액체배양조건을 RSM을 이용하여 조사하였다. 최적액체배양조건을 배지의 pH, sucrose 농도, nitrogen 농도, phosphate 농도의 3 level-4factor의 fractional factorial design에 의하여 조사한 결과, 인삼 root의 생장율은 최저 1.00g에서 최고 2.33g까지 나타났다. 다중회기분석으로 구한 model식을 가지고 등고분석과 3차원분석을 수행한 후 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 조속변수가 최대치를 나타내지 않는 배지의 pH와 sucrose농도의 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과 인삼 root의 최적액체배양조건은 pH5.6, sucrose 3.8%, nitrogen 50mg/L, phosphate 80.7mg/L로 예측되었다. 이렇게 결정된최적조건값들을 model식에 대입하여 얻은 예상치는 2.36g 이었다.
To develop the production of ginseng root using plant tissue culture technology, submerged culture conditions were optimized by means of the fractional factorial design with 4 factors and 3 levels by a RSM computer program. The ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer) roots induced by plant growth regula...
To develop the production of ginseng root using plant tissue culture technology, submerged culture conditions were optimized by means of the fractional factorial design with 4 factors and 3 levels by a RSM computer program. The ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer) roots induced by plant growth regulators were cultured on SH medium and the effects of various pH of medium, sucrose concentration, nitrogen concentration and phosphate concentration on fresh weight of the ginseng root were investigated. The fresh weight of ginseng root increased with a decrease in nitrogen concentration and fresh weight of ginseng root varied from 1.00 to 2.33g under various conditions. The optimum pH of medium and sucrose concentration determined by a partial differentiation of the model equation, nitrogen and phosphate concentration were pH 5.6, sucrose 3.8%, nitrogen 50 mg/L and phosphate 80.7 mg/L, respectively. Under these conditions, the predicted growth of ginseng root was estimated to be 2.36g.
To develop the production of ginseng root using plant tissue culture technology, submerged culture conditions were optimized by means of the fractional factorial design with 4 factors and 3 levels by a RSM computer program. The ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer) roots induced by plant growth regulators were cultured on SH medium and the effects of various pH of medium, sucrose concentration, nitrogen concentration and phosphate concentration on fresh weight of the ginseng root were investigated. The fresh weight of ginseng root increased with a decrease in nitrogen concentration and fresh weight of ginseng root varied from 1.00 to 2.33g under various conditions. The optimum pH of medium and sucrose concentration determined by a partial differentiation of the model equation, nitrogen and phosphate concentration were pH 5.6, sucrose 3.8%, nitrogen 50 mg/L and phosphate 80.7 mg/L, respectively. Under these conditions, the predicted growth of ginseng root was estimated to be 2.36g.
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문제 정의
그러나 현재까지 진행되고 있는 인삼조직배양 연구들은 각 배지성분들 각각의 효과를 독립적으로 조사하는 방법을 사용하였으므로 각 요소들간의 상호효과를 확인할 수 없고 각 요소들의 종합적인 결과를 얻을 수 없었다. 따라서 본 연구의 목적은 다양한 조성의 배지에 인삼을 배양한 후 생장율을 측정하여 각 실험요소들간의 종합적인 효과를 평가할 수 있는 반응표면분석법 (Response Surface Metho- dology : RSM)으로 등고분석과 삼차원 분석을 수행함 2로써 인삼 root의 최적액체배양조건을 확립하는데 있다.
제안 방법
3 level - 4 factor에 의해 design된 fractional facto-rial block에 따라 배지를 제조하여 root 0.6 g씩을 100 mL flask에 접종하고 25℃ 암조건 하에서 60 rpm으로 4주간 진탕배양한 뒤 생장율을 측정하였다. Root의 생장율은 인삼 root를 살균된 여과지 (Whatman No.
Stat-graphics 내의 program중 하나인 Central Composite Design(CCD)을 이용하여 3 level - 4 factor로 design하여 4주간 인삼 root를 배양하고, fresh weight를 종속변수로 하여 측정한 결과는 Table 1과 같다. pH 5.
Stat-graphics(STSC Inc. Rockville, MD, USA)내의 cen-tral composite design(CCD) program을 이용하여 root 배양배지의 조건인 pH, sucrose 농도, nitrogen 농도, phos-phate 농도 등을 독립변수로 3 level - 4 factor의 fractional fectorial block을 정하였다(IBble 1). 배지의 초기 pH는 최대 7.
5로 맞추었으며, sucrose 농도는 최대 5%, 최소 1%, 중간값으로 3% 되게끔 첨가였고, nitro-gen 농도는 최고 750 mg/L, 최소 50mg/L, 중간값으로 400mg/L 첨가하였으며, phosphate 농도는 SH배지의 phos-phate 농도를 기준으로 하여, 최고 5/3배, 최소 1/3배, 중간값 1배가 되도록 각각 독립변수의 level을 설정하였다. 배지는 SH배지를 기본으로 하고, 식물생장조절제로 0.5mg/L BAP + 3.0mg/L NAA를 첨가하였다.
Rockville, MD, USA)내의 cen-tral composite design(CCD) program을 이용하여 root 배양배지의 조건인 pH, sucrose 농도, nitrogen 농도, phos-phate 농도 등을 독립변수로 3 level - 4 factor의 fractional fectorial block을 정하였다(IBble 1). 배지의 초기 pH는 최대 7.0, 최소 4.0, 중간값 5.5로 맞추었으며, sucrose 농도는 최대 5%, 최소 1%, 중간값으로 3% 되게끔 첨가였고, nitro-gen 농도는 최고 750 mg/L, 최소 50mg/L, 중간값으로 400mg/L 첨가하였으며, phosphate 농도는 SH배지의 phos-phate 농도를 기준으로 하여, 최고 5/3배, 최소 1/3배, 중간값 1배가 되도록 각각 독립변수의 level을 설정하였다. 배지는 SH배지를 기본으로 하고, 식물생장조절제로 0.
식물조직배양기술을 이용하여 인삼 root를 생산하고자, 식물생장조절물질로 유도된 인삼 root를 사용하여 최적액체배양조건을 RSM을 이용하여 조사하였다. 최적액체배양조건을 배지의 pH, sucrose 농도, nitrogen 농도, phosphate 농도의 3 level - 4 factor의 fractional factorial design에 의하여 조사한 결과, 인삼 root의 생장율은 최저 1.
캘러스를 유도하기 위해서 knifeS. 외피를 제거한 씨앗에 작은 상처를 낸 후 0.5mg/L BAP + 3.0mg/L NAAU) 조합으로 식물생장조절제가 첨가된 MS배지에 씨앗을 심어암조건, 25℃에서 3개월간 배양하여 캘러스를 유도시켰다.
0 mg/L NAA 조합의 식물생장조절제가 첨가된 SH배지에 옮겨 25℃ 암조건에서 배양하여 약 3개월 후에 root를 얻었다. 이렇게 유도된 인삼 root를 다음의 실험에 사용하였고, 유도된 root의 계대배양에는 0.5mg/L BAP + 3.0mg/L NAA를 첨가한 SH 액체배지를 사용하여 25℃, 암조건으로 진탕배양기 (KSI-200L, 고려기기)에서 60 rpm으로 배양하여 4주간격으로 계대배양 하였다.
인삼 root 배양에서 생장율을 증가시키기 위하여 배지 내 pH, sucrose농도, nitrogen농도, phosphate농도를 독립변수로 설정하고, root의 생체중량을 종속변수 Y로 설정하여 다중회기분석을 수행한 결과는 Table 2와 같다. 이 결과를 근거로 하여 90% 유의수준에서 유의성이 있는 독립변수 중 상수, Xi항인 pH, X2항인 sucrose, 교호작용을 나타내지 않는 interaction terms 중 sucrose X nitrogen, 동일한 독립변수간의 교호작용을 나타내지 않는 quadratic terms 중 pH, sucrose항을 채택하여 model식 Y= -1.
대상 데이터
Lo uis, MO, USA)의 제품을 사용하였고, agar는 Junsei Chem-ical Co.(lbkyo, Japan)의 제품을 사용하였으며, chlorox는 유한양행의 제품을 사용하였다. 또한 sucrose, ethanol 등은 특급시약을 사용하였다.
고려인삼(Panax ginseng C.A. Meyer)의 씨앗은 한국인삼 연초연구원 수원경작시험장에서 분양받아 사용하였다. 캘러스 유도에 사용한 MS 배지는 Murashige와 Skoog의 방법9) 에 따라 각 stock solution을 제조하였고, root 유도에 사용한 SH 배지는 Schenk와 Hilderbrant 방법에 따라 stock solution을 특급시약으로 제조한 후 냉장고에 보관하면서 사용하였다.
데이터처리
측정한 생장율을 종속변수로 설정한 후 각 독립변수들 간의 관계를 SAS(SAS Institute Inc. Cary NC, USA)로 다중회기분석 및 분산분석을 실시한 후 유의성이 인정되는 변수만을 채택하여 각 종속변수에 해당하는 model식을 설정하고 이를 RSM에 의하여 등고분석과 3차원 분석을 실시하여 최적조건을 설정하였다.
이론/모형
Meyer)의 씨앗은 한국인삼 연초연구원 수원경작시험장에서 분양받아 사용하였다. 캘러스 유도에 사용한 MS 배지는 Murashige와 Skoog의 방법9) 에 따라 각 stock solution을 제조하였고, root 유도에 사용한 SH 배지는 Schenk와 Hilderbrant 방법에 따라 stock solution을 특급시약으로 제조한 후 냉장고에 보관하면서 사용하였다. 식물생장조절 제인 6-Benzylaminopurine(BAP), 1- Naphthaleneaceticacid(NAA)는 Sigma Chemical Co.
성능/효과
측정한 결과는 Table 1과 같다. pH 5.5, sucrose 3%, nitrogen 400 mg/L, phosphate 80.7 mgl에서 2.33g으로 최대 생장을 하였고, pH 4.0, sucrose 1%, nitrogen 750 mg/ L, phosphate 134.5 mg/L에서 1.00g으로 최소 생장을 하였다. pH 5.
33g까지 나타났다. 다중회귀분석으로 구한 model식을 가지고 등고분석과 3차원분석을 수행한 후 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 종속변수가 최대치를 나타내지 않는 배지의 pH와 sucrose농도의 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과 인삼 root의 최적액체배양조건은 pH 5.6, sucrose 3.8%, nitrogen 50mg/L, phosphate 80.7 mg/L로 예측되었다. 이렇게 결정된 최적조건값들을 model식에 대입하여 얻은 예상치는 2.
000063X2X3를 얻었다. 다중회기분석 전체에 대한 분산분석(Table 3)을 행한 결과 유의수준을 검정하는 F-value도 99.9% 수준에서 유의성을 나타내어 다중 회기분석에 의하여 선정된 각 변수에 의해 설정된 model 식이 99.9% 수준에서 유의성이 있었음을 알 수 있었다. 위에서 얻은 model식에 대한 반응표면분석법을 수행하여 Fig.
1~3과 같은 결과를 얻었다. 독립변수 pH를 고정시켜 분석한 결과 pH 5.5일 때, sucrose 4%, nitrogen 50 mg/L 부근에서 반응값이 2.34 g으로 최고 반응값을 나타내 었고, pH 4.0, sucrose 1%, nitrogen 750 mg/L 부근에서 1.20g으로 최저 반응값을 나타내었다(Fig. 1). 독립변수 sucrose를 고정하였을 때에는 sucrose 3%일 때 pH 5.
1). 독립변수 sucrose를 고정하였을 때에는 sucrose 3%일 때 pH 5.5, nitrogen 50 mg/L 부근에서 2.26g으로 가장 높은 반응값을 나타내었고, sucrose 1%일때 pH 4.0, nitrogen 750 mg/L 부근에서 1.15 g으로 가장 낮은 반응 값을 보였다(Fig. 2). Nitrogen을 고정시켰을 경우 nitro gen 50 mg/L일때 pH 5.
같다. 이 결과를 근거로 하여 90% 유의수준에서 유의성이 있는 독립변수 중 상수, Xi항인 pH, X2항인 sucrose, 교호작용을 나타내지 않는 interaction terms 중 sucrose X nitrogen, 동일한 독립변수간의 교호작용을 나타내지 않는 quadratic terms 중 pH, sucrose항을 채택하여 model식 Y= -1.603614 + 0.761822X1+ 0.936974X2-0.067455X12- 0.120444X22-0.000063X2X3를 얻었다. 다중회기분석 전체에 대한 분산분석(Table 3)을 행한 결과 유의수준을 검정하는 F-value도 99.
3). 이상에서 알 수 있듯이 nitrogen 농도가 적을수록 생장은 증가하였고, pH와 sucrose 농도는 중간농도에서 최고 생장을 나타내었고, 그 이상이나 이하의 농도에서는 생산이 감소되는 경향을 나타내었다. 최대 생장율을 보이는 각 독립변수의 최적조건은 nitrogen 50 mg/L, phosphate 80.
이상에서 알 수 있듯이 nitrogen 농도가 적을수록 생장은 증가하였고, pH와 sucrose 농도는 중간농도에서 최고 생장을 나타내었고, 그 이상이나 이하의 농도에서는 생산이 감소되는 경향을 나타내었다. 최대 생장율을 보이는 각 독립변수의 최적조건은 nitrogen 50 mg/L, phosphate 80.7 mg/L였고, 중간값에서 최대 반응값을 나타내는 pH와 sucrose는 미분하여 pH 5.6, sucrose 3.8%가 최적 조건임을 알아내었다. 이렇게 결정된 최적조건 값 pH 5.
식물조직배양기술을 이용하여 인삼 root를 생산하고자, 식물생장조절물질로 유도된 인삼 root를 사용하여 최적액체배양조건을 RSM을 이용하여 조사하였다. 최적액체배양조건을 배지의 pH, sucrose 농도, nitrogen 농도, phosphate 농도의 3 level - 4 factor의 fractional factorial design에 의하여 조사한 결과, 인삼 root의 생장율은 최저 1.00g에서 최고 2.33g까지 나타났다. 다중회귀분석으로 구한 model식을 가지고 등고분석과 3차원분석을 수행한 후 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 종속변수가 최대치를 나타내지 않는 배지의 pH와 sucrose농도의 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과 인삼 root의 최적액체배양조건은 pH 5.
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