무기 게르마늄 GeO2의 첨가가 액체 배양 중 인삼 부정근의 생장과 게르마늄 및 사포닌 함량에 미치는 영향 Effects of Addition of Inorganic Germanium, GeO2 on the Growth, Germanium and Saponin Contents of Ginseng Adventitious Root in Submerged Culture원문보기
식물조직배양기술을 이용하여 Ge를 함유한 인삼 root를 생산하고자, 0.5mg/L BAP와 3.0mg/L NAA조합의 식물생장 조절물질로 유도된 인삼 root를 이용하여 배양을 위한 최적 $GeO_2$농도, $GeO_2$ 첨가시기 및 배지의 pH를 조사하였다. 인삼 root의 생장에 가장 좋은 $GeO_2$ 농도는 10ppm, $GeO_2$ 첨가시기는 배양 초기(0주), pH는 5.5였고, 인삼 root내 Ge의 함량이 가장 높았을 때의 $GeO_2$농도는 100ppm이었다. $GeO_2$를 첨가하여 배양한 기간이 길수록 Ge함량이 증가하였으나 6주 이후부터 생장율이 둔화되어 $GeO_2$ 100ppm에서는 생장율이 아주 낮아 대조구의 1/2 정도였다. 배양 초기에 $GeO_2$를 첨가하여 8주간 배양한 인삼 root의 Ge 함량이 $29.4mg\%$인데 반해, 배양 2주째에 $GeO_2$를 첨가한 인삼 root의 경우는 Ge 함량이 $38.6mg\%$이므로, 배양 후 2주 후에 $GeO_2$를 첨가하는 것이 인삼 root의 Ge흡수에 더욱 효과적이었다. Ge흡수가 가장 잘 이루어지는 최적 pH는 5.5였으며 사포닌 함량은 $GeO_2$의 첨가농도가 증가할수록 감소하였다.
식물조직배양기술을 이용하여 Ge를 함유한 인삼 root를 생산하고자, 0.5mg/L BAP와 3.0mg/L NAA조합의 식물생장 조절물질로 유도된 인삼 root를 이용하여 배양을 위한 최적 $GeO_2$농도, $GeO_2$ 첨가시기 및 배지의 pH를 조사하였다. 인삼 root의 생장에 가장 좋은 $GeO_2$ 농도는 10ppm, $GeO_2$ 첨가시기는 배양 초기(0주), pH는 5.5였고, 인삼 root내 Ge의 함량이 가장 높았을 때의 $GeO_2$농도는 100ppm이었다. $GeO_2$를 첨가하여 배양한 기간이 길수록 Ge함량이 증가하였으나 6주 이후부터 생장율이 둔화되어 $GeO_2$ 100ppm에서는 생장율이 아주 낮아 대조구의 1/2 정도였다. 배양 초기에 $GeO_2$를 첨가하여 8주간 배양한 인삼 root의 Ge 함량이 $29.4mg\%$인데 반해, 배양 2주째에 $GeO_2$를 첨가한 인삼 root의 경우는 Ge 함량이 $38.6mg\%$이므로, 배양 후 2주 후에 $GeO_2$를 첨가하는 것이 인삼 root의 Ge흡수에 더욱 효과적이었다. Ge흡수가 가장 잘 이루어지는 최적 pH는 5.5였으며 사포닌 함량은 $GeO_2$의 첨가농도가 증가할수록 감소하였다.
This study was carried out to determine the optimal submerged culture conditions for production of ginseng root containing germanium using plant tissue culture technology. The ginseng (Panx ginseng C.A. Meyer) .cot induced by plant growth regulators of 0.5 mg/L BAP and 3.0 mg/L NAA was cultured on S...
This study was carried out to determine the optimal submerged culture conditions for production of ginseng root containing germanium using plant tissue culture technology. The ginseng (Panx ginseng C.A. Meyer) .cot induced by plant growth regulators of 0.5 mg/L BAP and 3.0 mg/L NAA was cultured on SH medium and the effects of various $GeO_2$ concentrations, addition time of $GeO_2$ and pH of medium were investigated on fresh weight, saponin production and germanium accumulation in ginseng root. Optimal $GeO_2$ concentrations for fresh weight, saponin and germanium content were 10, 0 and 110ppm, respectively. When $GeO_2$ was added after 2 weeks cultivation of ginseng root, germanium content was higher than that of adding $GeO_2$ at the initial cultivation time, but saponin content and fresh weight were lower. pH 5.5 was found to be the most favorable condition for the growth of ginseng root and germanium accumulation, but saponin production was best at pH 6.0.
This study was carried out to determine the optimal submerged culture conditions for production of ginseng root containing germanium using plant tissue culture technology. The ginseng (Panx ginseng C.A. Meyer) .cot induced by plant growth regulators of 0.5 mg/L BAP and 3.0 mg/L NAA was cultured on SH medium and the effects of various $GeO_2$ concentrations, addition time of $GeO_2$ and pH of medium were investigated on fresh weight, saponin production and germanium accumulation in ginseng root. Optimal $GeO_2$ concentrations for fresh weight, saponin and germanium content were 10, 0 and 110ppm, respectively. When $GeO_2$ was added after 2 weeks cultivation of ginseng root, germanium content was higher than that of adding $GeO_2$ at the initial cultivation time, but saponin content and fresh weight were lower. pH 5.5 was found to be the most favorable condition for the growth of ginseng root and germanium accumulation, but saponin production was best at pH 6.0.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 무기 Ge인 Ge(&의 처리농도와 처리시 기 및 배지의 pH가 인삼 부정근의 생육과 Ge 및 사포닌 함 량에 미치는 영향을 조사함으로써 Ge를 함유한 인삼 부정근 의 최적배양조건을 선정하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
GeO2 50 ppm이 첨가된 배지의 초기 pH를 4.5~6.5까지 0.5 간격으로 조절하고 6주간 배양하여 생장율, Ge 함량 및 사포닌 함량을 측정하였다.
GeO2의 농도와 배양기간이 인삼 root의 생장과 Ge 및 사 포닌 함량에 미치는 영향을 알아보기 위해 0.5 m* BAP 와 3.0mgL의 NAA를 첨가한 SH배지에 0, 5, 10, 50, 100ppm씩 GeO2< 처리한 후 root를 접종하고 25℃, 암조 건에서 60rpm으로 진탕배양하면서 2주 간격으로 생장율 및 Ge 함량을 8주까지 측정하였고, 8주 배양 후 사포닌 함량과 ginsenoside의 pattern을 측정하였다.
이 경우 새로운 환경에 적응하는 과 정을 겪게 되므로 어느 정도 새로운 환경에 적응을 하고 서서 히 성장이 왕성해지는 대수기인 2주째에 Ge(&를 첨가하는 경 우와 Ge 흡수 및 생장에 있어서 차이를 보일 수 있으리라 사 료된다. 따라서 GeO2의 첨가시기를 배양초기(0주)와 배양 후 2주로 나누어 실험하였으며 그 결과는 Fig. 4, 5과 같다. 생장 율은 Fig.
배지에 Ge(&를 첨가할 경우 인삼 root의 사포닌 형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 GeO2를 농도별로 처리한 후 사포닌 함량을 측정하였다(Fig. 3). 사포닌 함량은 GeO2 무처 리구가 가장 높았고, Ge(&의 농도가 증가할수록 감소하였다.
배지의 pH가 GeO2 처리시 인삼 root의 생장율과 Ge 흡수 및 saponin 함량에 미치는 영향을 알아보기 위해 GeO2< 배지 제조시에 50 ppm 첨가하고 pH를 달리하여 6주간 배양 하였다. 그 결과(Fig.
상기 실험은 Ge(&를 배지제조시에 첨가하여 인삼 root를 접 종함으로써 인삼 root가 접종된 그 순간부터 Ge가 첨가된 환 경에서 생장하게 하였다. 이 경우 새로운 환경에 적응하는 과 정을 겪게 되므로 어느 정도 새로운 환경에 적응을 하고 서서 히 성장이 왕성해지는 대수기인 2주째에 Ge(&를 첨가하는 경 우와 Ge 흡수 및 생장에 있어서 차이를 보일 수 있으리라 사 료된다.
배양한 인삼 root를 수거하여 50% EDTA로 수세하고 3 차 증류수로 다시 3회 수세한 후, 7VC에서 열풍 건조시켜 분쇄하고 40 mesh의 체를 통과시켜 시료로 사용하였다. 시료 의 전처리는 Abbasi의 방법20)을 변형하여 시료 0.1g에 0.5 m/의 cone. H2SO4를 첨가하고 7VC에서 5분간 가열한 후 HN03 0.
식물조직배양기술을 이용하여 Ge를 함유한 인삼 root를 생 산하고자, 0.5 mg/L BAP와 3.0 mg/L NAA 조합의 식물생장 조절물질로 유도된 인삼 root를 이용하여 배양을 위한 최적 GeO2 농도, GeO2 첨가시기 및 배지의 pH를 조사하였다.
인삼 root를 접종하고 2주간 25℃, 암조건, 60rpm에서 진 탕배양한 후, 배양 2주째에 GeO2를 농도별(0, 5, 10, 50, 100 pm)로 첨가한 다음, 8주까지 배양하여 초기에 GeO2를 첨가한 경우와 비교하였다.
대상 데이터
배양한 인삼 root를 수거하여 50% EDTA로 수세하고 3 차 증류수로 다시 3회 수세한 후, 7VC에서 열풍 건조시켜 분쇄하고 40 mesh의 체를 통과시켜 시료로 사용하였다. 시료 의 전처리는 Abbasi의 방법20)을 변형하여 시료 0.
한국인삼연초연구원 (현 KT&G 중앙연구원) 수원경작시험장 에서 분양받은 고려인삼(Panax ginseng, C.A. Meyer) 씨앗을 개갑하여 70% (v/v) ethanol로 20초, 4% NaOCl용액 (v/v)으 로 15분간 살균한 후, 캘러스를 유도하기 위해 메스로 씨앗에 작은 상처를 낸 다음, BAP(6-Benzylaminopurine) 0.5 mgL 와 NAA(1-Naphtalene acetic acid) 3.0 mggL를 첨 가한 Murashige-Skoog(MS) 고체배지에서 배양하였다. 배양온도는 25℃로 유지하였으며 빛이 없는 암조건에서 배양하였다.
이론/모형
인삼 root의 n-butanol 분획을 메탄올 1ml에 녹여 오 등19) 의 방법에 따라 HPLC로 ginsenoside를 분석하였다(IBble 1).
인삼 root의 생장률은 무게를 측정하여 생체중량으로 나타 내었고 사포닌 함량은 김과 이17)의 방법에 따라 시료 ig을 80% methanol로 3회 추출하고 여과, 농축 후 ethyl ether 를 가해 지질 등을 제거한 다음, 수포화 n-butanol로 4회 추 출한 뒤 n-butanol 층을 모아 감압농축시켜 vanillin-I^SQ 비색법18)으로 정량하였다.
성능/효과
이는 인삼 root 배양 2주째 GeO2를 첨가한 경우 뒤늦게 적응하는 기간을 가 지기 때문인 것으로 사료된다. Ge 함량에 있어서 배양초기에 GeO2를 첨가한 경우와 동일하게 2주째 첨가한 경우에도 GeO2 의 농도가 증가할수록 인삼 root내의 Ge함량이 증가하였고, 초 기에 Ge(&를 첨가한 처리구의 경우에는 100 ppm에서 2주째부 터 Ge가 검출되었고 4주째부터 모든 처리구에서 Ge가 검출되 었다. 반면 인삼 root를 배양한 후 2주에 GeO2를 첨가한 경우 는 4주째부터 모든 처리구에서 Ge가 검출되었으며, lOOppm을 제외한 나머지 처리구는 배양초기에 Ge(&를 첨가한 것에 비해 Ge함량이 낮은 반면 lOOppm 처리구는 배양초기에 첨가한 경 우보다 그 함량이 약 2배(0주째 GeO2 lOOppm 첨가구/2주째 GeO2 100 ppm 첨가구=7.
6 mg%이므로, 배양 후 2주 후에 Ge(&를 첨가하는 것이 인삼 root의 Ge 흡수에 더욱 효과적 이었다. Ge 흡수가 가장 잘 이루어지는 최적 pH는 5.5였으 며 사포닌 함량은 Ge(&의 첨가농도가 증가할수록 감소하였다.
Ge(&처리농도 및 배양기간에 따른 인삼 root의 Ge함량 변화를 살펴보면(Fig. 2) GeO2 무처리구에서는 Ge가 검출되지 않았고 GeO2의 농도가 증가할수록 인삼 root내의 Ge함량은 증가하였다. 배양기간에 있어서는 처음 2주까지는 GeO2 100 ppm 처리구에서만 0.
GeQ의 농도에 따라 진세노사이드 의 함량과 패턴에서 다소 차이가 있었다. GeO2 10 ppm 처 리구에서 배양한 root의 경우 7종의 진세노사이드의 총함량이 0.558%로 가장 높게 나타났고 GeO2 100 ppm 처리구에서 0.419%로 가장 낮은 함량을 나타내었으며, Rc와 Re는 GeO2가 첨가되지 않은 대조구에 비해 GeO2 농도 10 ppm까 지는 그 함량이 증가하다가 그 이후에는 감소하였다.
< 배지 제조시에 50 ppm 첨가하고 pH를 달리하여 6주간 배양 하였다. 그 결과(Fig. 7) 인삼 root의 생장율은 pH가 증가함 에 따라 증가하여 pH 5.5에서 3.63 g으로 최대값을 나타내었 고, pH 6 이상의 미산성 pH에서는 생장율이 감소하였다. Ge함량은 생장율과 동일하게 pH 5.
127 mg%의 Ge가 검출되었 고 나머지 처리구에서는 Ge가 전혀 검출되지 않았다. 그리고 4주째부터 Ge가 검출되기 시작하여 GeO2 5 ppm 및 10 ppm 처리구는 4주 이후부터 Ge 함량에 변화가 거의 없는 반면, 50 ppm과 100 ppm 처리구는 배양기간이 증가함에 따 라 계속적으로 Ge의 흡수율이 증가하였다. 가장 Ge가 많이 흡수된 경우는 GeO2 100 ppm, 8주간 배양한 처리구로써 그 함량은 29.
Ge 함량에 있어서 배양초기에 GeO2를 첨가한 경우와 동일하게 2주째 첨가한 경우에도 GeO2 의 농도가 증가할수록 인삼 root내의 Ge함량이 증가하였고, 초 기에 Ge(&를 첨가한 처리구의 경우에는 100 ppm에서 2주째부 터 Ge가 검출되었고 4주째부터 모든 처리구에서 Ge가 검출되 었다. 반면 인삼 root를 배양한 후 2주에 GeO2를 첨가한 경우 는 4주째부터 모든 처리구에서 Ge가 검출되었으며, lOOppm을 제외한 나머지 처리구는 배양초기에 Ge(&를 첨가한 것에 비해 Ge함량이 낮은 반면 lOOppm 처리구는 배양초기에 첨가한 경 우보다 그 함량이 약 2배(0주째 GeO2 lOOppm 첨가구/2주째 GeO2 100 ppm 첨가구=7.45 mg%/14.4mg%)정도 높았다(Fig.5). 이는 어느정도 환경에 적응하고 대수기에 접어드는 시기에 GeO2를 첨가하였기 때문인 것으로 생각된다.
&(&를 첨가하여 배양한 기간이 길수록 Ge 함량이 증가하였 으나 6주 이후부터 생장율이 둔화되어 GeO2 100 ppm에서는 생장율이 아주 낮아 대조구의 1/2 정도였다. 배양 초기에 GeO2를 첨가하여 8주간 배양한 인삼 root의 Ge 함량이29.4mg%인데 반해, 배양 2주째에 GeO2< 첨가한 인삼 root 의 경우는 Ge 함량이 38.6 mg%이므로, 배양 후 2주 후에 Ge(&를 첨가하는 것이 인삼 root의 Ge 흡수에 더욱 효과적 이었다. Ge 흡수가 가장 잘 이루어지는 최적 pH는 5.
4, 5과 같다. 생장 율은 Fig. 4에 나타난 바와 같이, 4주까지의 성장은 인삼 root 배양 2주째에 GeO2를 첨가한 실험구가 배양초기에 첨가한 실 험구보다 생장율이 다소 높다가, 4주 이후부터는 GeO2를 배양 초기에 첨가한 경우의 생장율이 훨씬 높았다. 이는 인삼 root 배양 2주째 GeO2를 첨가한 경우 뒤늦게 적응하는 기간을 가 지기 때문인 것으로 사료된다.
이는 어느정도 환경에 적응하고 대수기에 접어드는 시기에 GeO2를 첨가하였기 때문인 것으로 생각된다. 인삼 root 배양 4주 이후부터는 배양 2주째 Ge 첨가구가 배양초기 첨가구에 비해 Ge 함량이 월등히 높아졌다. 인삼 root 배양 2주째에 GeO2 100 ppm을 첨가하여 8주 배양시 38.
인삼 root의 생장에 가장 좋은 GeO2 농도는 10 ppm, GeO2 첨가시기는 배양 초기(0주), pH는 5.5였고, 인삼 root내 Ge의 함량이 가장 높았을 때의 GeO2 농도는 100 ppm이었다. &(&를 첨가하여 배양한 기간이 길수록 Ge 함량이 증가하였 으나 6주 이후부터 생장율이 둔화되어 GeO2 100 ppm에서는 생장율이 아주 낮아 대조구의 1/2 정도였다.
1와 같다. 전체적으로 S자 형태의 생장곡선이 나타났으며 6주 이후부터는 생장율이 둔화되는 것을 관찰할 수 있었다. Ge(&의 농도가 10 ppm일 때 생장율이 가장 좋 았고, GeO2 100 ppm일 때는 GeO2 무처리구에 비해 현저히 낮은 생장율을 보였다.
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