킬레이트제가 액체배양 중 인삼 부정근의 게르마늄 축적에 미치는 영향 Effects of Various Chelating Agents on Accumulation of Germanium in Ginseng Adventitious Roots in Submerged Culture원문보기
식물조직배양기술을 이용한 Ge 함유 인삼 부정근 생산 시 Ge의 생산성을 향상시키고자, 다양한 킬레이트제가 인삼 부정근의 Ge 축적과 사포닌 형성 및 생육에 미치는 영향을 조사하였다. $GeO_2$ 50ppm과 함께 citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, EDTA 및 EGTA와 같은 킬레이트제를 인삼 부정근 배양시 첨가하여 Ge 흡수에 미치는 영향을 조사한 결과, phosphoric acid, EDTA 및 EGTA가 Ge 흡수를 촉진시킨다는 사실을 알 수 있었다. 그러나, EDTA와 EGTA는 인삼부정근의 생육을 억제시킬 뿐만 아니라 Ge 흡수 촉진 효과도 phosphoric acid에 비해 낮으므로 인삼 부정근의 Ge 흡수를 촉진하는데 가장 효과적인 킬레이트제는 phosphoric acid인 것으로 확인되었다. 인삼 부정근의 Ge 흡수 촉진을 위한 phosphoric acid의 최적 농도는 1.0 mM이었고, 이때의 Ge 함량은$22.7{\pm}0.3$ mg%로 대조구$(16.8{\pm}0.7$ mg%)의 1.4배에 해당하는 양이다. 한편, 인삼 부정근의 생장률과 총 사포닌 함량은 phosphoric acid의 농도가 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다.
식물조직배양기술을 이용한 Ge 함유 인삼 부정근 생산 시 Ge의 생산성을 향상시키고자, 다양한 킬레이트제가 인삼 부정근의 Ge 축적과 사포닌 형성 및 생육에 미치는 영향을 조사하였다. $GeO_2$ 50ppm과 함께 citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, EDTA 및 EGTA와 같은 킬레이트제를 인삼 부정근 배양시 첨가하여 Ge 흡수에 미치는 영향을 조사한 결과, phosphoric acid, EDTA 및 EGTA가 Ge 흡수를 촉진시킨다는 사실을 알 수 있었다. 그러나, EDTA와 EGTA는 인삼부정근의 생육을 억제시킬 뿐만 아니라 Ge 흡수 촉진 효과도 phosphoric acid에 비해 낮으므로 인삼 부정근의 Ge 흡수를 촉진하는데 가장 효과적인 킬레이트제는 phosphoric acid인 것으로 확인되었다. 인삼 부정근의 Ge 흡수 촉진을 위한 phosphoric acid의 최적 농도는 1.0 mM이었고, 이때의 Ge 함량은$22.7{\pm}0.3$ mg%로 대조구$(16.8{\pm}0.7$ mg%)의 1.4배에 해당하는 양이다. 한편, 인삼 부정근의 생장률과 총 사포닌 함량은 phosphoric acid의 농도가 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다.
In order to increase the content of germanium in ginseng adventitious roots, the effects of chelating agents on germanium content and root growth were investigated in the submerged cultures of ginseng adventitious roots. Chelating agents such as citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, EDTA (Ethyl...
In order to increase the content of germanium in ginseng adventitious roots, the effects of chelating agents on germanium content and root growth were investigated in the submerged cultures of ginseng adventitious roots. Chelating agents such as citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, EDTA (Ethylenediamine tetraacetic acid) or EGTA (Ethylene glycol-bis $({\beta}-aminoethylether)-tetraacetic$ acid) were administrated in the submerged culture of ginseng root containing 50 ppm $GeO_2$. After 6 weeks of cultivation, fresh weight, germanium and saponin contents in the roots were analyzed. Among chelating agents, addition of 1.0mM phosphoric acid was found to be best for germanium accumulation. Under this condition, germanium content increased 1.4 times as compared to that of the control. The germanium content in the adventitious roots also increased with addition of EDTA or EGTA, while they inhibited the growth of ginseng adventitious root. Citric and oxalic acids were not effective for increasing germanium content in adventitious roots. As the results, it suggests that the phosphoric acid can be proved as the optimal agent for the enhancement of germanium accumulation in ginseng adventitious roots. These results can be served as a guideline for the mass production of ginseng adventitious roots containing germanium by large-scale production.
In order to increase the content of germanium in ginseng adventitious roots, the effects of chelating agents on germanium content and root growth were investigated in the submerged cultures of ginseng adventitious roots. Chelating agents such as citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, EDTA (Ethylenediamine tetraacetic acid) or EGTA (Ethylene glycol-bis $({\beta}-aminoethylether)-tetraacetic$ acid) were administrated in the submerged culture of ginseng root containing 50 ppm $GeO_2$. After 6 weeks of cultivation, fresh weight, germanium and saponin contents in the roots were analyzed. Among chelating agents, addition of 1.0mM phosphoric acid was found to be best for germanium accumulation. Under this condition, germanium content increased 1.4 times as compared to that of the control. The germanium content in the adventitious roots also increased with addition of EDTA or EGTA, while they inhibited the growth of ginseng adventitious root. Citric and oxalic acids were not effective for increasing germanium content in adventitious roots. As the results, it suggests that the phosphoric acid can be proved as the optimal agent for the enhancement of germanium accumulation in ginseng adventitious roots. These results can be served as a guideline for the mass production of ginseng adventitious roots containing germanium by large-scale production.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 Ge를 함유하는 인삼 부정근의 생산 시 Ge의 함량을 향상시키고자, 다양한 킬레이트제가 인삼 부정근의 Ge 축적과 사포닌 형성 및 생육에 미치는 영향을 조사하였다.
Sarret 등26은 배양액 중에 존재하는 Zn 이온이 강낭콩 (Phaseolus vulgaris)에 흡수되어 뿌리와 잎에서는 대부분 Zn phosphate dihydrate로 존재하여 phosphoric acid가 일부 식물에 있어서 금속의 흡수 과정에 관여한다는 것을 보여주고 있다. 이는 인삼의 Ge 흡수에 phosphoric acid가 관여하여 이를 촉진한다고 하는 본 연구의 결과를 뒷받침해 준다. 인삼부정근의 생장률과 Ge 함량을 종합적으로 평가하는 총 germanium값 (생장률 x Ge 함량)도 phosphoric acid 1.
제안 방법
5 종류의 킬레이트제 중 Ge 흡수 촉진 효과가 가장 우수한 phosphoric acid를 농도별로 처리하여, 생장률과 사포닌 함량에 미치는 영향을 조사한 결과는 Fig. 1과 같다. 일반적으로 생장률과 사포닌 함량은 phosphoric acid의 첨가 농도가 증가할수록 감소하였다.
따라서 본 실험에서는 Ge의 킬레이트제로 생각되는 이 세 가지 물질 외에 일반적으로 금속과 킬레이트화합물을 잘 생성하여 phytoextraction시 여러 중금속 흡수를 촉진하기 위해 사용되어지는 EDTA . Na2 (Ethylenediamine- tetraaceric acid, disodium salt)와 EGTA (Ethyleneglycol-bis(P-aminoethy-lether) -N, N, N', N'-tetraaceticacid)를 배지에 첨가하여 인삼 부정근의 생장률과 Ge의 흡수촉진정도를 조사하였다.
이어서 ethyl ether를 가해 지질을 제거한 다음, 수포화 n-butan이로 4회 추출한 뒤 n-buthan이층을 모아 감압 농축 시켜 vanillin-H2SO4 비색법21)으로 정량하였다.
인삼 부정근에 게르마늄 흡수를 촉진하는 것으로 생각되는 여러 종류의 킬레이트제 (citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, EDTA, EGTA)를 BAP 0.5 mg/L와 NAA 3.0 mg/L 및 GeO2 50 ppm이 첨가된 Schenk-Hilderbrant (SH) 배지에 일정량 첨가하여 6주간 배양한 후, 게르마늄과 사포닌의 함량 및 생장률을 측정하였다.
대상 데이터
배양한 인삼 root를 50% EDTA로 수세하고 3차 증류수로 3회 수세한 후 70oC에서 열풍 건조시켜 분쇄하고 40 mesh 의 체를 통과시켜 시료로 사용하였다. 시료의 전처리는 Abbasi의 방법19)을 변형하여 시료 0.
한국인삼연초연구원 (현 KT&G 중앙연구소) 수원경 작시 험장에서 분양받은 고려인삼 (Panax ginseng C.A. Meyer) 씨앗을 개갑하여 70%(v/v) ethanol로 20초, 4% NaOCl 용액 (v/v)으로 15분간 살균한 후, 캘러스를 유도하기 위해 메스로 씨앗에 작은 상처를 낸 다음, BAP (6-Benzylaminopurine) 0.5 mg/L와 NAA (1-Naphthaleneacetic acid) 3.0 mg/L를첨가한 Murashige-Skoog (MS)17) 고체배지에서 배양하였다. 배양온도는 25oC로 유지하였으며 빛이 없는 암조건에서 배양하였다.
이론/모형
인삼 부정근의 생장률은 무게를 측정하여 생체중량으로 나타내었고 사포닌 함량은 Kim과 Lee20의 방법에 따라 건조시료 1g을 80% methanol로 3회 추출하고 여과, 농축 하였다. 이어서 ethyl ether를 가해 지질을 제거한 다음, 수포화 n-butan이로 4회 추출한 뒤 n-buthan이층을 모아 감압 농축 시켜 vanillin-H2SO4 비색법21)으로 정량하였다.
성능/효과
4배 정도 증가된 값이었다. EDTA와 EGTA 처리 구는 대조구에 비해 Ge 함량이 다소 증가한 반면, citric acid와 oxalic acid 처리구에서는 오히려 감소되었다. 이 결과는 Namkoong13이] 명일엽과 일당귀에서 Ge의 함량증진을 위해 citric acid를 처리하였을 때, 식물의 부위와 첨가한 GeO2 의 농도에 따라 다소 차이가 있으나 citric acid 1.
GeO2 50ppm과 함께 5종류의 킬레이트제 각각을 1.0 mM 씩 배지에 첨가하여 비교 실험한 결과 (Table 2), 인삼 부정근의 생장률은 킬레이트제를 처리한 모든 실험구가 대조구에 비해 낮았다. 이 결과는 Park 등(2)이 강활의 캘러스 유도 시 0.
0 mM 첨가구가 대조구의 2/3 정도 수준이었고, 10mM 첨가구의 사포닌 함량은 대조구의 1/2 정도였다. 따라서 전체 총 사포닌 함량 (생장률 x 총 사포닌 함량) 은 phosphoric acid의 첨가 농도가 증가할수록 감소하였다. 이 결과는 Yu 등25의 유기 Ge(C6H10Ge2O7) 60 ppm을 첨가한 배지에서 인삼 부정근을 배양하였을 때, biomass와 ginsenoside 함량이 증가되었다고 하는 보고와는 차이가 있다.
일반적으로 생장률과 사포닌 함량은 phosphoric acid의 첨가 농도가 증가할수록 감소하였다. 사포닌 함량은 phosphoric acid 0.lmM 첨가구와 1.0 mM 첨가구가 대조구의 2/3 정도 수준이었고, 10mM 첨가구의 사포닌 함량은 대조구의 1/2 정도였다. 따라서 전체 총 사포닌 함량 (생장률 x 총 사포닌 함량) 은 phosphoric acid의 첨가 농도가 증가할수록 감소하였다.
이상의 결과에서, 인삼 부정근 배양 시 GeO2와 함께 첨가되어 Ge 흡수를 촉진시키는데 효과적인 킬레이트제는 phosphoric acid이고, 최적 농도는 1.0 mM이라는 것을 알 수 있었다.
이는 인삼의 Ge 흡수에 phosphoric acid가 관여하여 이를 촉진한다고 하는 본 연구의 결과를 뒷받침해 준다. 인삼부정근의 생장률과 Ge 함량을 종합적으로 평가하는 총 germanium값 (생장률 x Ge 함량)도 phosphoric acid 1.0 mM 첨가구가 가장 높았다.
5에서 최대 생장율과 사포닌 함량을 보였고 pH가 감소함에 따라 생장율과 사포닌 함량이 감소하였다고보고하였다. 한편, phosphoric acid 0.1 mM 첨가구의 Ge 함량은 대조구와 거의 차이가 없는 반면, phosphoric acid 1.0mM 처리구 (22.7±0.3mg%)는 대조구 (16.8±0.7 mg %)에비해 1.4배정도 Ge 함량이 증가하였다. 그러나, 그 이상의 농도에서는 오히려 Ge 함량을 감소시키는 효과를 나타내었다 (Fig.
참고문헌 (26)
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