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문제 정의
- 특히 배지 조성은 세포의 성장 및 지질 합성에 큰 영향을 미친다(Bajpai와 Bajpai, 1993; Endo 등, 1977; Lee 등, 1998; Xu 등, 2006). 본 연구는 텍사스주립대에서 분양받은 B. braunii를 사용하여 균체의 고밀도 생산과 더불어 성분중 지질함량을 제고하기 위한 최적 배지 및 광주기 등 환경요인을 고찰하기 위해 수행되었다. 플라스크 배양 및 버블칼럼을 이용한 labscale의 실험이 병행되었다.
- 탄화수소의 함량이 높은 것으로 알려진 B. braunii로 여러 가지 배지의 조성에 대해 보다 효과적인 생장률과 지질 함량을 위해 실험을 수행하였다. 그 결과 배지에서 질소의 양을 고정하고 인의 양을 두 배로 증가시켰을 때 생장속도는 0.
제안 방법
- 배지의 영양물질 구성에 따른 미세조류의 생장률과 지질함량의 변화를 알아보기 위해 배지를 조정해서 실험을 하였다. 1 L 플라스크에 200 mL의 배양액을 넣어 실험하였고 광은 2000 lux로 조절하였다.
- 1 L 플라스크에 200 mL의 배양액을 넣어 실험하였고 광은 2000 lux로 조절하였다. 표준 BG(for Blue Green Algae) 11배지와 미량 금속성분을 제외한 실험실 기초배지, 질소와 인의 변화 또는 결핍, 염도의 조건으로 배지를 구성하였다. 미세조류의 생장에 필수적인 염류인 질소와 인의 영향을 분석하기 위하여 질소:인의 비율을 4:1, 8:1, 16:1, 32:1, 64:1 로 조절하였다.
- 표준 BG(for Blue Green Algae) 11배지와 미량 금속성분을 제외한 실험실 기초배지, 질소와 인의 변화 또는 결핍, 염도의 조건으로 배지를 구성하였다. 미세조류의 생장에 필수적인 염류인 질소와 인의 영향을 분석하기 위하여 질소:인의 비율을 4:1, 8:1, 16:1, 32:1, 64:1 로 조절하였다. 질소는 NaNO3로, 인은 K2HPO4로 조절하였다.
- 이산화탄소의 농도에 따른 지질함량 변화를 알아보기 위해 0.1%(v/v)와 0.5%(v/v)의 혼합공기로 유량 1000 mL/min으로 조절하여 주입하였다. 버블칼럼의 총부피는 500 mL이고 60%만큼 배양액을 넣어 실험하였다.
- 5로 조절하였고 부족해진 부피를 보충해 주었다. 지질함량은 18일째와 25일째에 측정하였다.
- 250 mL플라스크에 100 mL의 배양액을 넣어 실험하였다. 빛에 의한 포도당(탄소원) 효과를 알아보기 위해 2000 lux의 광으로 조절하여 실험하였고, 다른 한 플라스크에서는 알루미늄 호일로 플라스크를 감싸 빛을 차단한 가운데 탄소원 효과를 관찰하였다. 그리고 25일째 지질을 측정하였다.
- 빛에 의한 포도당(탄소원) 효과를 알아보기 위해 2000 lux의 광으로 조절하여 실험하였고, 다른 한 플라스크에서는 알루미늄 호일로 플라스크를 감싸 빛을 차단한 가운데 탄소원 효과를 관찰하였다. 그리고 25일째 지질을 측정하였다.
- braunii를 초음파분쇄기(Sonics VCX 500)로 분쇄하고 분액여두를 이용하여 chloroform:methanol(2:1, v/v) 혼합 용매로 추출하였다. 조류 추출액에 증류수를 첨가하여 chloroform:methanol:water의 비율이 1:1:0.9가 되게 조절하여 분리된 chloroform층을 건조시켜 지질함량을 측정하였다.
- BG 11배지와 BG 11배지내 구연산 및 ammonium ferric citrate green을 제외한 배지에서의 생장과 지질 함량을 알아보았다. 그 결과 생장속도는 비슷했지만 유기물 함량이 좀 더 높은 BG 11배지에서의 지질함량(28%)이 유기물이 제외된 배지의 지질함량 24%보다 높았다.
- BG 11배지에서 시간에 따른 생장 및 지질 축적량을 알아보았다. 새로운 배지에서 영양분을 섭취한 B.
대상 데이터
- 미세조류 중에서 탄화수소함량이 높은 것으로 알려진 Botryococcus braunii UTEX 572는 The University of Texas at Austin에서 분양 받았으며, 미세조류의 보존 및 배양을 위하여 BG 11배지를 사용하였다.
- 미세조류의 생장에 필수적인 염류인 질소와 인의 영향을 분석하기 위하여 질소:인의 비율을 4:1, 8:1, 16:1, 32:1, 64:1 로 조절하였다. 질소는 NaNO3로, 인은 K2HPO4로 조절하였다. 또한 염도에 따른 배양은 0.
- 버블칼럼 실험에서는 지질축적에 우수했던 BG 11 배지에서 질소를 제외한 배지로 실험하였다. 그리고 0.
성능/효과
- 9986)는 매우 높은 상관을 보였다. 따라서 B. braunii의 배양시 680nm에서 흡광도 값을 측정하여 간편하고 신속하게 건조중량을 추정할 수 있었다. 미세조류의 비증식속도(specific growth rate, μ)는 배양시간 t0(day)와 t1(day)에서의 건량인 N0(mg/L)와 N1(mg/L)을 조류의 세포밀도로 하여 다음 식에 의하여 계산하였다.
- 배지 성분에 따른 생장률은 실험실 기초배지에서 질소를 결핍시킨 배지와 BG 11배지의 생장속도가 비슷하고, 미량금속성분을 넣지 않은 실험실 기초배지에서도 잘 자라는 것을 볼 수 있다. 이에 비해 인이 결핍된 배지와 0.
- 15M의 염도가 있는 배지에서는 생장이 억제되었다. 이 결과는 인이 B. braunii의 생장조건에 필요한 성분이라는 것을 알 수 있다.
- 지질 추출하였을 때는 질소성분이 결핍되었을 때가 건조 중량의 48%로 가장 많은 지질을 함유하였다. 인성분이 결핍된 배양액은 생장률이 낮았음에도 불구하고 지질은 건조 중량의 45%로 높은 지질함량이 나타났다.
- 지질 추출하였을 때는 질소성분이 결핍되었을 때가 건조 중량의 48%로 가장 많은 지질을 함유하였다. 인성분이 결핍된 배양액은 생장률이 낮았음에도 불구하고 지질은 건조 중량의 45%로 높은 지질함량이 나타났다. 이 결과는 배지내의 영양물질인 인이나 질소가 결핍되면 광합성을 할 때 아미노산으로의 합성보다 지방산으로 합성이 더욱 일어나는 것을 예측할 수 있다.
- 5%의 생장속도가 비슷했다. 일반 플라스크 실험에서보다 생장속도가 약 4배정도 빠른 것으로 나타났다. 버블칼럼은 CO2혼합공기의 주입에 의한 활발한 혼합과 CO2(혹은 용존 CO2) 공급량 증가로 광합성효율이 증가하는 것으로 판단된다.
- 버블칼럼에서 얻은 B. braunii의 지질을 측정한 결과 빠른 생장속도와 많은 건조 중량에 비해 지질 함량은 낮았다. 시간에 따른 지질 함량을 보았을 때 두 경우 모두 18일째의 조류보다 25일째의 조류의 지질 함량이 높은 것을 볼 수 있다.
- 카로티노이드는 질소를 함유하지 않은 색소이며 벤젠, 이황화탄소, 에테르 등의 지용성 용매에 녹는 것으로 보아 카로티노이드의 증가는 지질함량에 영향을 주는 것으로 보인다. 광주기에 따른 지질함량은 24시간 빛을 줄때 생장 속도가 빠르고 지질함량이 높은 것으로 나타났다. 이는 지질합성은 빛이 있을 때 이루어지기 때문으로 판단된다.
- 빛과 포도당을 함께 사용한 경우, B. braunii의 건조 중량과 지질 함량이 가장 높은 것으로 나타났다. 그에 비해 어두운 곳에서 포도당만을 사용한 조류는 광합성만 했을 때보다 생장률을 높았지만 지질 함량은 그다지 높지 않은 것으로 나타났다.
- braunii의 건조 중량과 지질 함량이 가장 높은 것으로 나타났다. 그에 비해 어두운 곳에서 포도당만을 사용한 조류는 광합성만 했을 때보다 생장률을 높았지만 지질 함량은 그다지 높지 않은 것으로 나타났다. Fig.
- 8로 보아 포도당은 빛과 함께 광합성을 할 때 생장률을 높여주고 단백질보다는 지질로의 합성이 이루어지는 것으로 판단된다. 광합성을 하지 않을 때 포도당첨가는 B. braunii의 생장에는 기여하지만 더 많은 지질의 합성은 기대하기 어렵다는 것을 알 수 있다. 이와 달리 Chlorella sp.
- BG 11배지와 BG 11배지내 구연산 및 ammonium ferric citrate green을 제외한 배지에서의 생장과 지질 함량을 알아보았다. 그 결과 생장속도는 비슷했지만 유기물 함량이 좀 더 높은 BG 11배지에서의 지질함량(28%)이 유기물이 제외된 배지의 지질함량 24%보다 높았다.
- BG 11배지에서 시간에 따른 생장 및 지질 축적량을 알아보았다. 새로운 배지에서 영양분을 섭취한 B. braunii는 23%의 초기 지질이 추출되었고, 시간에 따라 서서히 지질함량이 증가(28%)하는 결과를 얻었다. 15일 이후 지질함량은 탄소원 등 주 영양성분의 결핍으로 추가적 지질 생전환이 어려웠기 때문으로 사료된다.
- braunii로 여러 가지 배지의 조성에 대해 보다 효과적인 생장률과 지질 함량을 위해 실험을 수행하였다. 그 결과 배지에서 질소의 양을 고정하고 인의 양을 두 배로 증가시켰을 때 생장속도는 0.15 g/L∙day로 가장 빨랐고, 인의 양을 고정하고 질소의 양을 두 배로 감소시켰을 때 생장속도는 0.13 g/Lday로 가장 빠르게 나타났다. 배지 조성에 따른 실험에서는 질소가 결핍되었을 때 생장속도가 기존 BG 11배지와 비슷했고 지질도 건조 중량의 48%로 가장 높은 지질이 측정되었다.
- 13 g/Lday로 가장 빠르게 나타났다. 배지 조성에 따른 실험에서는 질소가 결핍되었을 때 생장속도가 기존 BG 11배지와 비슷했고 지질도 건조 중량의 48%로 가장 높은 지질이 측정되었다.
- 보다 더 많은 양을 공급해 줌으로써 4배 빠르게 생장했다. 0.1% CO2 혼합공기에서 25일째 생장한 조류에서 건조 중량의 19%의 지질이 측정되었다. 또한 탄소원 첨가 배지의 영향을 알아본 결과 빛과 포도당을 함께 사용한 B.
- 1% CO2 혼합공기에서 25일째 생장한 조류에서 건조 중량의 19%의 지질이 측정되었다. 또한 탄소원 첨가 배지의 영향을 알아본 결과 빛과 포도당을 함께 사용한 B. braunii의 건조 중량은 약 1.8 g/L로 가장 높았고, 지질 함량 역시 약 42%로 가장 높았다. 생장과 지질 함량을 함께 고려해 보았을 때 CO2 혼합공기를 주입해 준 버블칼럼의 총지질 생산량이 약 1.
- 8 g/L로 가장 높았고, 지질 함량 역시 약 42%로 가장 높았다. 생장과 지질 함량을 함께 고려해 보았을 때 CO2 혼합공기를 주입해 준 버블칼럼의 총지질 생산량이 약 1.1 g/L로 가장 높았다. 따라서 지질 함량과 생장이 비교적 뛰어난 빛과 포도당을 사용하는 B.
후속연구
- 1 g/L로 가장 높았다. 따라서 지질 함량과 생장이 비교적 뛰어난 빛과 포도당을 사용하는 B. braunii를 버블 칼럼을 이용하여 배양하면 더 많은 지질이 축적될 수 있을 것으로 사료된다.
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