게르마늄 함유 인삼 부정근의 생장 증대를 위한 액체배양 조건의 최적화 Optimization of Submerged Culture Conditions for the Growth Increase of Ginseng Adventitious Root Containing Germanium원문보기
식물조직배양기술을 이용하여 게르마늄 함유 인삼 부정근을 생산하고자 식물생장조절물질로 유도된 인삼 부정근을 사용하여 게르마늄 함유 인삼 부정근의 생장을 증가시킬 수 있는 최적액체배양조건을 RSM으로 조사하였다. 최적 액체배양조건을 $GeO_2$의 농도, $GeO_2$의 첨가시기, 배지의 초기 pH, phosphoric acid ($H_3PO_4$)의 농도 3 level-4 factor의 fractional factorial block에 의하여 조사한 결과, 인삼 부정근의 생체중량은 최저 1.55g에서 최고 2.45g까지 나타났다. 다중회귀분석으로 구한 model식을 가지고 등고 분석과 3차원 분석을 수행한 후, 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 종속변수가 최대치를 나타내지 않는 '배지의 초기 pH'와 'phosphoric acid의 농도' 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과, 인삼부정근의 생체중량이 최고치를 나타내는 액체배양조건은 $GeO_2$ 10 ppm, pH 4.7, phosphoric acid 6.0mM로 예측되었다. 이렇게 결정된 조건값들을 model식에 대입하여 얻은 예상치는 2.47g이었다.
식물조직배양기술을 이용하여 게르마늄 함유 인삼 부정근을 생산하고자 식물생장조절물질로 유도된 인삼 부정근을 사용하여 게르마늄 함유 인삼 부정근의 생장을 증가시킬 수 있는 최적액체배양조건을 RSM으로 조사하였다. 최적 액체배양조건을 $GeO_2$의 농도, $GeO_2$의 첨가시기, 배지의 초기 pH, phosphoric acid ($H_3PO_4$)의 농도 3 level-4 factor의 fractional factorial block에 의하여 조사한 결과, 인삼 부정근의 생체중량은 최저 1.55g에서 최고 2.45g까지 나타났다. 다중회귀분석으로 구한 model식을 가지고 등고 분석과 3차원 분석을 수행한 후, 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 종속변수가 최대치를 나타내지 않는 '배지의 초기 pH'와 'phosphoric acid의 농도' 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과, 인삼부정근의 생체중량이 최고치를 나타내는 액체배양조건은 $GeO_2$ 10 ppm, pH 4.7, phosphoric acid 6.0mM로 예측되었다. 이렇게 결정된 조건값들을 model식에 대입하여 얻은 예상치는 2.47g이었다.
This study was carried out to detennine the optimal submerged culture conditions for the growth increase of ginseng adventitious roots containing germanium by means of a fractional factorial design with four factors and three levels, using the response surface methodology (RSM). The ginseng (Panax g...
This study was carried out to detennine the optimal submerged culture conditions for the growth increase of ginseng adventitious roots containing germanium by means of a fractional factorial design with four factors and three levels, using the response surface methodology (RSM). The ginseng (Panax ginseng CA. Meyer) adventitious roots were induced by plant growth regulators and cultured in a liquid SH medium. The effects of various $GeO_2$ and phosphoric acid ($H_3P0_4$) concentrations in the medium, $GeO_2$ addition time and the pH of the medium on the fresh weight of the ginseng adventitious roots were investigated. The optimum pH of the medium and the phosphoric acid concentration detennined by the partial differentiation of the model equation were 4.7 and 6.0 roM, respectively. The predicted optimal $GeO_2$ concentration was 10 ppm and the $GeO_2$ addition time did not affect the growth of ginseng adventitious roots. Under these conditions, the growth of the ginseng adventitious root containing germanium was predicted to be 2.47 g.
This study was carried out to detennine the optimal submerged culture conditions for the growth increase of ginseng adventitious roots containing germanium by means of a fractional factorial design with four factors and three levels, using the response surface methodology (RSM). The ginseng (Panax ginseng CA. Meyer) adventitious roots were induced by plant growth regulators and cultured in a liquid SH medium. The effects of various $GeO_2$ and phosphoric acid ($H_3P0_4$) concentrations in the medium, $GeO_2$ addition time and the pH of the medium on the fresh weight of the ginseng adventitious roots were investigated. The optimum pH of the medium and the phosphoric acid concentration detennined by the partial differentiation of the model equation were 4.7 and 6.0 roM, respectively. The predicted optimal $GeO_2$ concentration was 10 ppm and the $GeO_2$ addition time did not affect the growth of ginseng adventitious roots. Under these conditions, the growth of the ginseng adventitious root containing germanium was predicted to be 2.47 g.
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문제 정의
따라서, 저자들은 무기게르마늄 Ge02의 첨가가 인삼부정근의 생장과 게르마늄 및 사포닌 함량에 미치는 영향에 대한 연구를 전보에 발표한 바 있다. 그러나, 본 연구에서는 개별요소들의 영향이 아니라 각 실험요소들 간의 종합적인 효과를 평가할 수 있는 반응표면분석법 (Response Surfece Methodology: RSM)을 이용하여 게르마늄 함유 인삼부정근의 생장을 증대시킬 수 있는 최적액체배양조건을 확립하고자 하였다.
제안 방법
Phosphoric acid는 전보에서 인삼부정근의 게르마늄 흡수를 촉진시키는 것으로 확인된 바 있어, 본 연구에서도 그 농도를 독립변수에 포함시켜 fractional factorial block을 설정하였다. Ge(& 의농도는 최대 110 ppm, 최소 10 ppm, 중간값 60 ppm이 되도록 첨가하였고, Geo2의 첨가시기는 최대 2주, 최소 0주, 중간값 1주로, 배지의 초기 pH는 최대 6.5, 최소 4.5, 중간값 5.5로 맞추었으며, phosphoric acid의 농도는 최대 10.0 mM, 최소 0.1 mM, 중간값 5.05 mM이 되도록 각각 독립변수의 level을 설정하였다. 배지는 SH배지를 기본으로 하고, growth reulator로 0.
Rockville, MD, USA)내 의 central composite design (CCD) program을 이용하여 게르마늄 함유 인삼부정근 생산에 영향을 미치는 4가지 요소인 Ge%의 농도, &(&의 첨가시기, 배지의 초기 pH, phosphoric acid (H3PO4)의 농도를 독립변수로 3 level - 4 factor의 fractional fectorial block을 정하였다 (Table 1). Phosphoric acid는 전보에서 인삼부정근의 게르마늄 흡수를 촉진시키는 것으로 확인된 바 있어, 본 연구에서도 그 농도를 독립변수에 포함시켜 fractional factorial block을 설정하였다. Ge(& 의농도는 최대 110 ppm, 최소 10 ppm, 중간값 60 ppm이 되도록 첨가하였고, Geo2의 첨가시기는 최대 2주, 최소 0주, 중간값 1주로, 배지의 초기 pH는 최대 6.
Stat-graphics (STSC Inc. Rockville, MD, USA)내 의 central composite design (CCD) program을 이용하여 게르마늄 함유 인삼부정근 생산에 영향을 미치는 4가지 요소인 Ge%의 농도, &(&의 첨가시기, 배지의 초기 pH, phosphoric acid (H3PO4)의 농도를 독립변수로 3 level - 4 factor의 fractional fectorial block을 정하였다 (Table 1). Phosphoric acid는 전보에서 인삼부정근의 게르마늄 흡수를 촉진시키는 것으로 확인된 바 있어, 본 연구에서도 그 농도를 독립변수에 포함시켜 fractional factorial block을 설정하였다.
Stat-graphics 내의 program중 하나인 central composite design (CCD)을 이용하여 3 level - 4 Sctor로 fractional fec- torial block을 design한 후, &주간 인삼부정근을 배양하고, 생체중량 (fresh weight)을 종속변수로 하여 측정한 결과는 Table 1과 같다. 1번 처리구인 GeO2 10 ppm, GeO2 첨가시기 0주, pH 4.
게르마늄을 첨가한 인삼 부정근 배양에서 부정근의 생장을 증가시키기 위하여 배지내 GeO2 농도, GeO2 첨가시기, pH, phosphoric acid의 농도를 독립변수로 설정하고, 인삼부정근의 생체중량을 종속변수 Y로 설정하여 다중회기분석을 수행한 결과는 Table 2와 같다. 이 결과를 근거로 하여 95% 유의수준에서 유의성이 있는 독립변수 중 * 항인 GeO2 농도, X3항인 배지의 pH, X4항인 phosphoric acid 농도, interaction term 중 pHXphosphric acid 농도, quadratic term 중 pH, GeO2 농도, phosphoric acid 농도 항을 채택하여 model 식 Y=—0.
3 level - 4 factors. 구성된 fractional fectorial block에 따라 배지를 제조하여 부정근 0.6 g씩을 100 mL flask에 접종하고 25℃ 암조건 하에서 60rpm으로 G주간 진탕배양한 뒤, 인삼부정근을 증류수로 2회 세척하고 여과지 (Whatman No. 1)로 표면의 물기를 제거한 다음, 생체중량을 측정하였다.
05 mM이 되도록 각각 독립변수의 level을 설정하였다. 배지는 SH배지를 기본으로 하고, growth reulator로 0.5 mgJ BAP와 3.0mg/L NAA를 첨가하였다.
식물조직배양기술을 이용하여 게르마늄 함유 인삼 부정근을 생산하고자, 식물생장조절물질로 유도된 인삼 부정근을 사용하여 게르마늄 함유 인삼 부정근의 생장을 증가시킬 수 있는 최적 액체배양조건을 RSM으로 조사하였다. 최적 액체배양조건을 Geo2의 농도, GeQ의 첨가시기, 배지의 초기 pH, phosphoric acid 의 농도의 3 level - 4 ctor의 ftactional fectorial block에 의하여 조사한 결과, 인삼 부정근의 생체중량은 최저 1.
대상 데이터
한국인삼연초연구원 (현 KT&G 중앙연구원) 수원경작시 험장에서 분양받은 고려 인삼 (Panax ginseng C.A. Meyer) 씨앗을 개갑하여 70% (v/v) ethanol로 20초, 4% NaOCl 용액 (v/V)으로 15분간 살균한 후, 캘러스를 유도하기 위해 메스로씨앗에 작은 상처를 낸 다음, BAP (6-Benzylaminopurine) 0.5mg/L와 NAA (1-Naphthaleneacetic acid) 3.0 mL를 첨가한 Murashige-Skoog (MS)21) 고체배지에서 배양하였다. 배양온도는 2RC로 유지하였으며 빛이 없는 암조건에서 배양하였다.
데이터처리
측정한 생체중량을 종속변수로 설정하고 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.
성능/효과
1과 같다. 1번 처리구인 GeO2 10 ppm, GeO2 첨가시기 0주, pH 4.5, phosphoric acid 농도 10 mM 일때 인삼부정근의 생체중량이 2.42 g으로 최대였고, GeO2 110ppm, GeO2 첨가시기 0주, pH 6.5, phosphoric acid 농도 10 mM 인 6번 처리구에서 최소 생장을 하였다. GeO2 10 ppm에서최대값을 GeO2110 ppm에서 최소값을 나타낸 것은 Lee 등⑸ 이 인삼의 기내배양시 GeO2 10 ppm 처리구가 캘러스 형성이 가장 좋았고 그 이상의 농도부터는 캘러스의 갈변현상이나타났다는 보고와 Chang과 Oh%가 GeQ를 첨가한 배지에서 인삼 부정근을 배양한 결과, GeO2 10ppm 처리구에서의 생장이 가장 높았고 50 ppm 이상의 농도에서부터 생장이 현저히 저하되었다고 하는 결과와도 일치한다.
0058142—(LOI8554X3X4를 얻었다. 다중 회기 분석 전체에 대한 분산분석 (Table 3)을 수행한 결과,유의수준을 검정하는 Evalue가 99.9% 수준에서 유의성을 나타내어 다중회기분석에 의하여 선정된 각 변수로 구성된 mod사식 역시 99.9% 수준에서 유의성이 있음이 확인되었다.
45 g까지 나타났다. 다중회귀분석으로 구한 model식을 가지고 등고 분석과 3차원 분석을 수행한 후, 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 종속변수가 최대치를 나타내지 않는, 배지의 초기 pH와 'phosphoric acid의 농도, 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과, 인삼 부정 근의 생체중량이 최고치를 나타내는 액체 배양조건은 GeO2 10 ppm, pH 4.7, phosphoric acid 6.0 mM로 예측되었다. 이렇게 결정된 조건값들을 model식에 대입하여 얻은 예상치는 2.
0 mM 부근에서 L55 g으로 최저반응값을 나타내었다. 독립변수 pH를 고정하였을 때에는 pH 4.5일때 GeO2 10.0 ppm, phosphoric acid 6.25 mM 부근에서 2.44g으로 최고 반응값을 보였으며, 최소 반응값은 pH 6.5일 때 GeO2 80 ppm, phosphoric acid 10.0 mM 부근에서 1.57 g으로 나타났다. 독립변수 phosphoric acidf- 고정하였을 때는 phosphoric acid 5.
57 g으로 나타났다. 독립변수 phosphoric acidf- 고정하였을 때는 phosphoric acid 5.05 mM 일때 GeO2 10 ppm, pH 4.75 부근에서 245 g으로 최대 생장을 보였으며 phosphoric acid가 10.0 mM 일 때 GeO2 80 ppm, pH 6.5 부근에서 L55 g으로 최소생장을 나타내었다. 이상의 결과로 보아 GeO2 적정 농도는 10 ppm, pH 범위는 pH4.
1~3과 같다. 독립변수2를 고정시켜 분석한 결과 GeO210ppm일 때 pH 4.75, phosphoric acid 6mM 부근에서 반응값이 2.45 g 으로 최고 반응값을 나타내었고, GeO2 60ppm일때 pH 6.5, phosphoric acid 10.0 mM 부근에서 L55 g으로 최저반응값을 나타내었다. 독립변수 pH를 고정하였을 때에는 pH 4.
Table 2와 같다. 이 결과를 근거로 하여 95% 유의수준에서 유의성이 있는 독립변수 중 * 항인 GeO2 농도, X3항인 배지의 pH, X4항인 phosphoric acid 농도, interaction term 중 pHXphosphric acid 농도, quadratic term 중 pH, GeO2 농도, phosphoric acid 농도 항을 채택하여 model 식 Y=—0.014155X1 + 0.909692X3 + 0.156681X4-0.085092 *32+0.000087&2-0.0058142—(LOI8554X3X4를 얻었다. 다중 회기 분석 전체에 대한 분산분석 (Table 3)을 수행한 결과,유의수준을 검정하는 Evalue가 99.
5 부근에서 L55 g으로 최소생장을 나타내었다. 이상의 결과로 보아 GeO2 적정 농도는 10 ppm, pH 범위는 pH4.5~4.75이고, phosphoric acid의 적정농도 범위는 5~6.25 mM임을 알 수 있었다. 최대 생장을 보이는 각 독립변수의 최적조건값을 미분하여 얻은 최적조건은 GeO2 10 ppm, pH 4.
25 mM임을 알 수 있었다. 최대 생장을 보이는 각 독립변수의 최적조건값을 미분하여 얻은 최적조건은 GeO2 10 ppm, pH 4.7, phosphoric acid 6.0 mM이었으며 model식에 이를 대입하여 얻은 예상치는 2.47g 이었다.
액체배양조건을 RSM으로 조사하였다. 최적 액체배양조건을 Geo2의 농도, GeQ의 첨가시기, 배지의 초기 pH, phosphoric acid 의 농도의 3 level - 4 ctor의 ftactional fectorial block에 의하여 조사한 결과, 인삼 부정근의 생체중량은 최저 1.55 g에서 최고 2.45 g까지 나타났다. 다중회귀분석으로 구한 model식을 가지고 등고 분석과 3차원 분석을 수행한 후, 독립변수의 최저 또는 최고수준에서 종속변수가 최대치를 나타내지 않는, 배지의 초기 pH와 'phosphoric acid의 농도, 변수에 대하여 model식을 편미분한 결과, 인삼 부정 근의 생체중량이 최고치를 나타내는 액체 배양조건은 GeO2 10 ppm, pH 4.
참고문헌 (22)
Kim DK, Chon SU, Jung SY, Lee KD, Kim KS, Rim YS. Effects of germanium (Ge) on growth, yield and Ge content of mungbean. Korean J. Crop Sci. 52: 380-386 (2007)
Sandra G. Therapeutic effects of organic germanium. Medical Hypothesis 26: 207-215 (1988)
Kim SY, Kim MH, Woo HG, Kim BH, Sohn TU, Jung JW, Baek DH. Qualitative analysis of $GeO_2$ in germanium-fortified yeast. Kor. J. Microbiol. Biotechnol. 35: 163-172 (2007)
Obara K, Saito ST, Yamakage H, Watanabe KT, Kakizawa M, Tsukamoto T, Kobayashi K, Hongo M, Yashinaga K. Germanium poisoning; clinical symptoms and renal damage caused bylong-term intake of germanium. Japanese J Medicine 30: 67-72 (1991)
Jang JJ, Cho KJ, Lee YS, Bae JH. Modifying responses of allyl sulfide, indole-3-carbinol and germanium in a rat multiorgan carcinogenesis model. Carcinogenesis 12: 691-695 (1991)
Mochizuki H, Kada T. Antimutagenic effect of Ge-132 on $\gamma$ -ray induced mutation in Escherichia coli B/rWP2 trp-. Int. J. Radiat. Biol. 42: 65-659 (1982)
Aso H, Suzuki F, Yamaguchi T, Hayashi Y. Induction of interferon and activation of NK cells and macrophages in mice by oral administration of Ge-132, an organic germanium compound. Microbiol. Immunol. 29: 65-74(1985)
Kobayashi H, Aso H, Ishida N, Suzuki F. Preventive effect of a synthetic immunomodulator, 2-carboxyethylgermanium sesquioxide, on the generation of suppressor macrophages in mice immunized with allogenic lymphocytes. Immunopharmacol. Immunotoxicol. 14: 841-846 (1992)
Kwon TO, Namkoong SB, Park BW Effect of germanium treatment in culture medium on germanium adsorption by callus induced from brown rice. Korean J. Crop Sci. 41:729-735 (1996)
Kim EJ, Lee KI, Park KY. Effects of germanium treatment during cultivation of soybean sprouts. J Korean Soc. Food Sci. Nutr 31: 615-620 (2002)
Lee MS, Lee JH, Kwon TO, Namkoong SB. Increment of germanium content in Angelica keiskei Koidz. and Panax Ginseng G.A. Meyer by in vitro propagation. Korean J Medicinal Crop Sci. 3: 251-258 (1995)
Lee MS, Choi YH. Effect of inorganic germanium $(GeO_2)$ in callus growth and organ differentiation of Allium sativum L. J. College of Agriculture, Dniv. of Wonkwang 13: 21-31 (1990)
Lee MS, Kim SH, Baek SH, Namkoong SB. : Basic studies for increment of germanium contents in Angelica keiskei KOIDZ. and A. acutiloba KITAGAWA. Korean J. Medicinal Crop Sci. 3: 45-49 (1995)
Park BW, Lee JH, Kwon TO. Effect of $GeO_2$ andcitricacid on germanium content of callus and plant in Angelica koreana MAX. Korean J. Medicinal Crop Sci. 4: 101-108 (1996)
Chang, EJ, Oh HI. Effects of addition of inorganic germanium, $GeO_2$ on the growth, germanium and saponin contents of ginseng adventitious root in submerged culture. J Ginseng Res. 29: 145-151 (2005)
Chang EJ, Oh HI. Effects of various chelating agents on accumulation of germanium in ginseng adventitious roots in submerged culture. J. Ginseng Res. 31: 154-158 (2007)
Schenk RD, Hildebrandt AC. Medium and techniques for induction and growth of monocotyledonous and dicotyledonous plant cell culture. Can. J Bot. 50: 199-204 (1972)
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