조직배양 감자줄기를 1/3 MS 액체배지가 첨가된 18 L 바이오리액터배양기에서 배양하였을 때 생중량 증식이 가장 양호하였고, 1/4 MS 액체배지, 1/2 MS 액체배지 순으로 감자줄기의 생중량이 증가하였다. 감자 소괴경 형성은 감자줄기를 배양한 바이오리액터에서 배지를 따라 내고, 소괴경 형성용 배지로 교환하여 어두운 곳에서 암배양하면 소괴경이 형성되었다. 소괴경은 암배양 1주후부터 줄기 마디의 측아에서 생성되기 시작하여 3주 정도에 대부분이 형성되고 1.5 MS 액체배지와 $20^{\circ}C$ 온도 조건이 최적이었다. 이 조건에서는 6주 정도 배양하면 18L 바이오리액터 배양기에서 1,000개 이상의 소괴경을 생산할 수 있었다. 어두운 배양조건에서 소괴경이 거의 성장하면 바이오리액터를 빛이 있는 조건으로 옮겨 1주정도 배양한 후 녹화된 소괴경를 수확하였다.
조직배양 감자줄기를 1/3 MS 액체배지가 첨가된 18 L 바이오리액터 배양기에서 배양하였을 때 생중량 증식이 가장 양호하였고, 1/4 MS 액체배지, 1/2 MS 액체배지 순으로 감자줄기의 생중량이 증가하였다. 감자 소괴경 형성은 감자줄기를 배양한 바이오리액터에서 배지를 따라 내고, 소괴경 형성용 배지로 교환하여 어두운 곳에서 암배양하면 소괴경이 형성되었다. 소괴경은 암배양 1주후부터 줄기 마디의 측아에서 생성되기 시작하여 3주 정도에 대부분이 형성되고 1.5 MS 액체배지와 $20^{\circ}C$ 온도 조건이 최적이었다. 이 조건에서는 6주 정도 배양하면 18L 바이오리액터 배양기에서 1,000개 이상의 소괴경을 생산할 수 있었다. 어두운 배양조건에서 소괴경이 거의 성장하면 바이오리액터를 빛이 있는 조건으로 옮겨 1주정도 배양한 후 녹화된 소괴경를 수확하였다.
Highest increase of biomass was observed when tissue-cultured potato (Solanum tuberosum L. cv. Chubaek) shoots were cultured in a liquid medium containing 1/3 MS solution in a 18 L bioreactor, as compared to 1/4 and 1/2 MS solution. The medium containing 1/4 MS solution showed higher increase of sho...
Highest increase of biomass was observed when tissue-cultured potato (Solanum tuberosum L. cv. Chubaek) shoots were cultured in a liquid medium containing 1/3 MS solution in a 18 L bioreactor, as compared to 1/4 and 1/2 MS solution. The medium containing 1/4 MS solution showed higher increase of shoot biomass than one containing 1/2 MS solution. Potato microtubers were formed when the medium was exchanged with the medium for microtuber formation and incubated under dark condition. The microtubers were observed first at some axillary buds one week after incubation under dark condition and then at most of the axillary buds by the end of 3 weeks. The 1.5 MS liquid medium and $20^{\circ}C$ were optimal conditions. By the end of 6 weeks, more 1,000 microtubers were formed in the 18 L bioreactor. Then, greened microtubers were harvested after one week culture under light condition.
Highest increase of biomass was observed when tissue-cultured potato (Solanum tuberosum L. cv. Chubaek) shoots were cultured in a liquid medium containing 1/3 MS solution in a 18 L bioreactor, as compared to 1/4 and 1/2 MS solution. The medium containing 1/4 MS solution showed higher increase of shoot biomass than one containing 1/2 MS solution. Potato microtubers were formed when the medium was exchanged with the medium for microtuber formation and incubated under dark condition. The microtubers were observed first at some axillary buds one week after incubation under dark condition and then at most of the axillary buds by the end of 3 weeks. The 1.5 MS liquid medium and $20^{\circ}C$ were optimal conditions. By the end of 6 weeks, more 1,000 microtubers were formed in the 18 L bioreactor. Then, greened microtubers were harvested after one week culture under light condition.
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문제 정의
본 연구는 조직배양 감자 소괴경을 바이오리액터에서 생산하기 위해 감자줄기를 대량으로 증식시킨 후 소괴경 형성용 배지로 교환하여 어두운 곳에서 배양하면서 감자 소괴경이 많이 생길 수 있는 최적의 배지 및 온도 조건을 조사하였다. 또한, 조직배양 감자 소괴경이 튼실하게 잘 생장하여 우량 씨감자 생산용으로 사용할 수 있도록 배양환경을 설정할 수 있도록 하였다.
가설 설정
A) Shoots grown in bioreactor containing 1/3 MS liquid medium. B) Microtubers propagated in bioreactor containing 1.5 MS liquid medium. C and D) Microtubers formed at the axillary bud by culturing for 3 weeks in bioreactor.
E) Microtubers after 6 weeks of culture. F) Greening of microtubers by culturing in light condition. G) Harvested microtubers incubated under dark condition at 25℃.
F) Greening of microtubers by culturing in light condition. G) Harvested microtubers incubated under dark condition at 25℃. H) Germinated microtubers.
G) Harvested microtubers incubated under dark condition at 25℃. H) Germinated microtubers. Scale bars represent 6 cm (A, B and D) and 1 cm (C, E, F, G and H)
제안 방법
배양온도는 18, 20, 22, 24℃ 조건으로 배양하면서 감자 소괴경의 생산량을 조사하였다. 각 각의 조건에서 만들어진 소괴경 개수는 10개의 바이오리액터 배양기에서 배양하여 만들어진 소괴경의 평균치를 조사하였다.
바이오리액터 내의 MS 액체배지 (2% 설탕)의 농도가 1/2, 1/3, 1/4(1/2 MS, 1/3 MS, 1/4 MS)로 약하게 된 배지에서 감자줄기 생장률을 조사하였다. 감자줄기의 생중량은 각각의 배양조건 마다 10개의 바이오리액터 배양기에서 배양하여 자란 줄기의 평균치로 하였다.
본 연구는 조직배양 감자 소괴경을 바이오리액터에서 생산하기 위해 감자줄기를 대량으로 증식시킨 후 소괴경 형성용 배지로 교환하여 어두운 곳에서 배양하면서 감자 소괴경이 많이 생길 수 있는 최적의 배지 및 온도 조건을 조사하였다. 또한, 조직배양 감자 소괴경이 튼실하게 잘 생장하여 우량 씨감자 생산용으로 사용할 수 있도록 배양환경을 설정할 수 있도록 하였다.
이 감자줄기를 측아 (axillary bud)가 1∼2개 정도 함유하는 마디절편 약 100개를 10 L 액체배지가 들어 있는 18 L 크기의 바이오리액터(bioreactor) 배양기에 넣어 배양하였다. 바이오리액터 내의 MS 액체배지 (2% 설탕)의 농도가 1/2, 1/3, 1/4(1/2 MS, 1/3 MS, 1/4 MS)로 약하게 된 배지에서 감자줄기 생장률을 조사하였다. 감자줄기의 생중량은 각각의 배양조건 마다 10개의 바이오리액터 배양기에서 배양하여 자란 줄기의 평균치로 하였다.
바이오리액터 배양환경은 25±1℃의 온도와 직사광선이 드는 창이 있는 밝은 장소로 하였다.
소괴경 형성용 배지로 갈아 준 바이오리액터 배양기는 배양실이 어두운 암실과 같은 곳으로 옮겨 소괴경이 생기도록 배양환경을 바꾸어 주었다. 바이오리액터의 소괴경 형성용 배지는 MS 액체배지의 농도를 1배, 1.5배, 2배(1 MS, 1.5 MS, 2 MS)로 하였다. 배양온도는 18, 20, 22, 24℃ 조건으로 배양하면서 감자 소괴경의 생산량을 조사하였다.
5 MS, 2 MS)로 하였다. 배양온도는 18, 20, 22, 24℃ 조건으로 배양하면서 감자 소괴경의 생산량을 조사하였다. 각 각의 조건에서 만들어진 소괴경 개수는 10개의 바이오리액터 배양기에서 배양하여 만들어진 소괴경의 평균치를 조사하였다.
본 연구에서는 액체배지가 들어 있는 5∼10 L 풍선형 유리바이오리액터 배양기에서 감자줄기를 배양하여 증식시키는 방법 (Kim et al. 2009)을 더욱 발전시켜 폴리카보네이트 재질로 된 18 L 원통형 (생수통) 바이오리액터 배양기에서 감자줄기를 배양하였다.
암 배양실에서 6주 정도 배양한 후 감자소괴경이 대부분 생장을 완료하면 바이오리액터 배양기를 줄기배양 조건인 명 배양실로 옮겨서 소괴경이 바이오리액터내에서 녹화되도록 하였다. 녹화된 소괴경은 바이오리액터에서 꺼내 잘 세척한 후 바람이 잘 통하는 곳에서 보관하여 싹이 트면 파종하는데 사용하였다.
폴리카보네이트 (PC) 재질로 된 바이오리액터 배양기 안으로 무균공기의 주입은 시판되는 수족관용 에어펌프(LP-60 air-pump)를 사용하여 구멍크기 0.2 ㎛ 필터 (Midisart 2000, Sartorius사, 독일)를 통과하도록 하였다. 바이오리액터 배양환경은 25±1℃의 온도와 직사광선이 드는 창이 있는 밝은 장소로 하였다.
대상 데이터
감자 2기작 품종인 추백 (Solanum tuberosum L. cv. Chubaek)의 경정배양을 통해 얻어진 감자줄기를 30 mL MS 배지(Murashige and Skoog 1962)가 들어 있는 배양용기 (직경 10 cm, 두께 3 cm 내외, 배지용량 20 mL 내외)에 넣어 3주간 배양하여 약 5 cm 정도로 키웠다(Kim et al. 2009). 이 감자줄기를 측아 (axillary bud)가 1∼2개 정도 함유하는 마디절편 약 100개를 10 L 액체배지가 들어 있는 18 L 크기의 바이오리액터(bioreactor) 배양기에 넣어 배양하였다.
성능/효과
1). 1/3 MS 액체배지에서 감자줄기 절편을 배양하였을 때 1주 후부터 측아로부터 새로운 감자줄기가 생장하고 2주 후부터는 광합성작용이 왕성하여 감자줄기의 생장과 함께 잎도 크게 자라며 생중량이 급격히 증가하였다 (Fig. 1). 저농도인 1/4 MS 액체배지의 경우에는 배양 초기에 감자줄기의 생장이 양호하였지만 지속적인 생장을 하기에는 영양분이 부족하였다.
감자줄기 마디절편의 측아에서 새로운 줄기의 생장은 1/3 MS 액체배지가 첨가된 바이오리액터에서 가장 양호하였고, 1/4 MS 액체배지, 1/2 MS 액체배지 순으로 감자줄기의 생중량이 증가하였다 (Fig. 1). 1/3 MS 액체배지에서 감자줄기 절편을 배양하였을 때 1주 후부터 측아로부터 새로운 감자줄기가 생장하고 2주 후부터는 광합성작용이 왕성하여 감자줄기의 생장과 함께 잎도 크게 자라며 생중량이 급격히 증가하였다 (Fig.
1992). 그러나 본 실험의 바이오리액터 배양기의 액체배지에서 소괴경 형성의 최적온도가 20℃였고, 22℃에서도 상당히 높았다(Fig. 3). 그 이유는 감자 줄기나 소괴경이 액체배지에 잠겨있는 상황이 한천배지의 공기 중에서 배양되는 환경과 상당히 다르기 때문으로 생각된다.
일반적으로 감자 소괴경를 생산하는데 사용하는 한천배지의 배양용기 1개에서 소괴경을 10∼15개 정도 생산하는데 본 연구에서는 사용한 18 L 바이오리액터 배양기에서는 1,000개 이상의 소괴경을 대량으로 생산할 수 있었다. 따라서 씨감자 증식을 빨리할 수 있는 장점이 있어 신품종 감자의 농가 공급을 기존 조직배양 방법보다 신속하게 할 수 있을 것이다.
일반적으로 감자 소괴경를 생산하는데 사용하는 한천배지의 배양용기 1개에서 소괴경을 10∼15개 정도 생산하는데 본 연구에서는 사용한 18 L 바이오리액터 배양기에서는 1,000개 이상의 소괴경을 대량으로 생산할 수 있었다.
조직배양 감자줄기를 1/3 MS 액체배지가 첨가된 18 L 바이오리액터 배양기에서 배양하였을 때 생중량 증식이 가장 양호하였고, 1/4 MS 액체배지, 1/2 MS 액체배지 순으로 감자줄기의 생중량이 증가하였다. 감자 소괴경 형성은 감자줄기를 배양한 바이오리액터에서 배지를 따라 내고, 소괴경 형성용 배지로 교환하여 어두운 곳에서 암 배양하면 소괴경이 형성되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
배양용기가 작은 고체배지에서 감자줄기를 배양하여 소괴경을 생산할 경우 어떠한 문제점이 발생합니까?
1998; Hwang and Lee 2008). 배양용기가 작은 고체배지에서 감자줄기를 배양하여 소괴경을 생산하면 소괴경의 크기가 작고 단가가 비싼 단점이 있어 이들을 바로 하우스나 밭에서 재배하는데도 여러 가지 문제점이 있다 (Kim and Joung 1994; Park et al. 1996).
액체배지가 들어있는 바이오리액터 배양기에서 감자 소괴경을 생산하는 방법은 어떠한 단계로 구분됩니까?
액체배지가 들어있는 바이오리액터 배양기에서 감자 소괴경을 생산하는 방법은 기본적으로 고체배지와 같다. 즉 1) 바이오리액터 내에서 감자줄기가 충분히 생장하면 배지를 소괴경 형성용 배지로 교환해 주는 단계와 2) 감자 소괴경이 생기도록 배지 조건 및 배양환경을 설정해 주는 단계로 구분할 수 있다.
조직배양에 의한 감자 소괴경 형성은 무엇에 영향을 많이 받게 됩니까?
조직배양에 의한 감자 소괴경 형성은 일장과 온도와같은 환경요인과 배지농도, 당, 식물생장조절 물질 등의 배양용기내의 조건에 의해 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다 (Hussey and Stacey 1984; Menzel 1985; Bennett 1991). 감자의 소괴경 형성은 단일 (8시간 정도)과 17℃ 전후의 낮은 밤 온도는 유리한 조건으로 알려져 있고, 반면 16시간 정도의 장일과 25℃ 이상의 높은 밤 온도는 저해하는 것으로 알려져 있다 (Tibbitts and Wheeler 1987; Kim et al.
참고문헌 (18)
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Barker WG (1953) A method for the in vitro culturing of potato tubers. Science 118:384-385
Choi KH, Yang DC, Jeon JH, Kim HS, Joung YH, Joung H (1998) A comparison of microtuberization efficiency between normal and adenosine deaminase transgenic potato plantlets cultured in vitro. Kor J Plant Res 11:252-256
Hussy G, Stacey NJ (1984) Factors affecting the formation of in vitro tubers of potato (Solanum tuberosum L.). Ann Bot 53:565-578
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Kim HS, Jeon JH, Park SW, Joung H (1992) Effects of alternating temperature on microtuberization of potato. J Kor Soc Hort Sci 33:432-437
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Park SW, Jeon JH, Kim HS, Joung H (1992) Effects of paclobutrazol levels on shoot growth and microtuberization in tissue cultures of potato. Kor J plant Tiss Cult 19:311-315
Tibbitts TW, Wheeler RW (1987) Utilization of potatoes for life support system in space. Am Potato J 64:311-320
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