초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
생물반응기 배양 시스템을 이용한 국화 무병묘의 대량생산 체계를 확립하고자 다양한 배양환경에 대한 실험을 수행하였다. 묘의 생장이 가장 좋았던 환경 조건으로는 배지 내 질소원(NH₄⁺:NO₃^-)의 비율이 1: 2이었고 온도는 25℃, 광도(PPF)는 100μmolㆍm^-1ㆍs^-1이었을 때 초장, 생체중 및 엽수의 증가가 가장 현저하여 우량한 국화 줄기를 생산하는데 적합하였다

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
생물반응기 배양 시스템을 이용한 국화 무병묘의 대량생산 체계를 확립하고자 다양한 배양환경에 대한 실험을 수행하였다. 묘의 생장이 가장 좋았던 환경 조건으로는 배지 내 질소원(NH₄⁺:NO₃^-)의 비율이 1: 2이었고 온도는 25℃, 광도(PPF)는 100μmolㆍm^-1ㆍs^-1이었을 때 초장, 생체중 및 엽수의 증가가 가장 현저하여 우량한 국화 줄기를 생산하는데 적합하였다. 광도가 높을수록 초장이 짧아져서 마디로서의 기능을 전혀 하지 못했다. LED (Light- emitting Diodes)를 이용한 광질 실험에서는 적색과 청색의 혼합광 처리구에서 배양 소식물체당 순광합성 속도가 가장 높았으나 형광등 처리구와의 유의차는 없었다. 초장과 절간길이는 적색 및 적색과 근적색 혼합광에서 가장 길었고 청색과 근적색의 혼합광하에서는 생육이 억제되었다. 생물반응기 내 공기주입량에 따른 국화의 생육을 알아본 결과, 배지량의 10%의 공기 즉, 0.1vvm의 공기를 주입하는 것이 가장 적당하였고 배양 방법으로는 지지대로서 플라스틱 망을 설치하여 그 위에 국화 배양체를 접종하여 생장시키는 raft culture system에서 가장 효과
적이었다. 공기 용적이 10L인 생물반응기 배양시 삽수의 적절한 접종밀도를 알기 위하여 20, 40, 60, 80마디를 접종한 결과, 40, 60마디 배양시 생육차는 거의 없었으며 80마디를 접종했을 때는 밀도가 높아서 줄기가 약한 경향을 보였다. 생물반응기 내에서 마디를 대량생산하기 위하여 줄기 신장을 하게 되는데 이때 일정 배양기간이 경과하면 영양분 부족으로 생장 형태가 바뀌게 된다. 따라서 배양기간 중 배지를 공급하게 되는데 초기에 당 3%의 MS 배지를 이용하며 배지 공급시 당이 첨가되지 않은 배지를 첨가하였는데 그 생육이 당을 포함한 배지를 첨가한 처리구보다 양호하였다.
생물반응기 배양에서 대량 생산된 국화 삽수를 이용하여 transplant를 생산하기 위해 우선, 기외 순화과정에 미치는 여러 요인 실험을 수행하였다. 삽수의 부위 즉, 상부와 중부, 하부에 따른 국화의 생육을 비교한 결과, 상부와 중부는 생육차가 없었으며 하부로 갈수록 생존율이 떨어지는 것을 알 수 있었다. 그러나 기외순화율은 부위에 관계없이 100%의 생존률을 보였고 공정묘 생산까지의 기간을 기존 방법에 비해현저히 단축시킬 수 있었다. 배지의 경우에는 피트모스와 펄라이트의 혼합 용토에서 생체중과 초장의 증가가 가장 컸다. 고품질 묘의 대량생산과 생산기간의 단축을 위한 재배법으로 양액재배의 도입 가능성을 검토하고자 기존의 재배형태인 토경법과 수경법 중 DFT 방식(microponic system)을 채용하여 실험한 결과, DFT 육묘방식이 토경법 비하여 현저한 증가를 보였고 고형배지경과 비교해서도 생산기간을 단축하고 묘의품질을 크게 높일 수 있었다. 이렇게 생산된 국화묘를 이용하여 양액재배를 하였을때 기존의 삽수 생산 시스템에 비해 공정묘의 생산까지 걸리는 시간을 단축하였을 뿐아니라 절화 재배시 식물체의 생장속도와 절화품질도 기존의 방법과 비교하여 문제점이 전혀 없었을 뿐 아니라 절화 품질의 경우에는 더 효과적임을 알 수 있었다.
현재 조직배양의 국제적 추세는 고체 배양에서 액체 배양 시스템으로 바뀌고 있다. 이런 점에서 생물반응기 시스템을 이용한 원예작물 공정묘의 대량생산은 반드시 필요한 실정이다. 그러나 아직 국내에서는 생물반응기를 이용한 조직배양의 scale up 및 묘의 고품질화에 대한 연구가 거의 전무한 실정이다. 본 연구 결과를 기존의 국화삽수 생산 방법(기외 이식 후 한 식물체에서 지속적으로 삽수를 생산)을 대체하는 새로운 묘 생산에 적용한다면 생산기간, 노동력을 줄이고 항상 일정한 소질의 고품질묘(transplant)를 생산자에게 필요한 시기 공급할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 생물반응기 시스템은 국화묘의 생산 뿐 아니라 single shoot 또는 multiple shoot를 증식에 이용하는 다양한 원예식물(거베라, 칼라, 팔레높시스, 감자, 사과, 포도 등)의 증식에 다양하게 활용할 수 있기 때문에 현재 가장 문제시되고 있는 공정묘 생산체계를 새롭게 확립 할 수 있다고 확신한다.

Abstract ▼

This study was carried out to establish bioreactor culture system for large scale production of chrysanthemum transplants. To do this, we have determined optimal environments during bioreactor and microponic (micropropagation+hydroponics) cultures. Then the transplants were finally transferred to hy

This study was carried out to establish bioreactor culture system for large scale production of chrysanthemum transplants. To do this, we have determined optimal environments during bioreactor and microponic (micropropagation+hydroponics) cultures. Then the transplants were finally transferred to hydrponic culture system to determine growth and flower quality compared with those of conventionally produced chrysanthemum plants. The results are as follows:
1. Determination of optimal environmental conditions for shoot proliferation
Liquid culture enhanced plantlet growth. Fresh and dry weight, plant height, number of leaves and chlorophyll contents increased almost double those in solid culture, indicating that liquid culture was more effective for rapid propagation of chrysanthemum shoots. In the experiment on nitrogen source in the medium, shoot fresh and dry weight were greatest at a NH₄⁺:NO₃^- ratio of 1:2, while plantlet growth was completely inhibited in 100% NH₄⁺-N.. Plant height, number of leaves, chlorophyll content were also significantly greater in NH₄⁺:NO₃^- ratio of 1:2 than those in other NH₄⁺:NO₃^- ratios.
The plantlets grown under the air temperature of 25℃ showed much better results in fresh weight, plant height, leaf area, number of leaves and chlorophyll contents. The plantlets were also grown under different light qualities and the results showed that plantlet growth was enhanced by blue+red mixture light or fluorescent light. Net photosynthetic rate also increased by blue+red light and fluorescent. Red or red+far red light was effective for shoot elongation. On the other hand, blue and blue+far red light inhibited plantlet growth and photosynthesis. A PPF of 100μmolㆍm^-2ㆍs^-1 and 0.1vvm of air volume significantly increased fresh and dry weight, plant height, and leaf area.
2. Establishment of bioreactor culture
Nodal cuttings of chrysanthemum were grown by three different culture methods in bioreactors: Ebb and Flood culture, liquid culture, and raft culture.
Plantlet growth was greatest in raft culture, showing highest shoot fresh weight, plant height, leaf area, and stem diameter. No difference in plantlet growth was observed between Ebb and Flood culture and liquid culture. Node inoculation density also affected plantlet growth. In a 10-liter bioreactor, plantlet growth was highest when 60 nodes were inoculated, while 80-node inoculation resulted in highest shoot length but the shoots were fragile.
During bioreactor culture, medium supplement after 6 weeks of culture was highly effective for shoot elongation. In addition, supplement of sugar-free medium induced higher plantlet growth as compared to supplement of sugar-containing medium.
3. Growth and acclimatization of chrysanthemum plantlets in the microponic system
Chrysanthemum shoots produced in bioreactors were cut by single node cuttings, which were divided into three nodal parts: upper (1st-6th node), middle (7th-12th node) and lower parts (below 12th node). Growth difference was little between upper and middle parts of node, while the growth of lower part of nodes was rather lower. Acclimatization rate (plantlet survival) reached 100% when the plantlets were grown from upper and middle parts of node. However, lower part of nodes resulted in around 70% of plant survival.
Experiments were carried to investigated the effect of sand, peatmoss, peatmoss mixed perlite, peatmoss mixed vermiculite, and DFT system on root formation and plant growth after transplantation. Little difference in root formation and plant growth was observed among growth media except sand. On the other hand, plant growth was affected by growing system. Shoot length, leaf area, shoot and root fresh weight, and number of leaves was remarkably increased in DFT system due to higher rate of nutrient absorption compared to substrate culture.
During transplant production, PPF, CO₂concentration and EC level were varied to investigate growth responses of the plants. Results indicated that high PPF level (100-150 μmolㆍm^-2ㆍs^-1) was the most important factor for the production of high quality transplants. Unlike other horticultural plants propagated by nodal cuttings, chrysanthemum nodal cuttings successfully grew to complete plants under high EC levels (1.5-2.5 dSm^-1).
4. Hydroponic cultures using chrysanthemum transplants produced in bioreactors
Chrysanthemum transplants were grown hydroponically with growth regulator treatments to increase growth and cut flower quality. Plant height and length of flower stalk increased more when the transplants were produced in bioreactors and microponic culture system. GA₃ treatment significantly incresed fresh and dry weight, number of leaves and internode length, while ethephon treatment reduced internode length. Spike length was shortend by ethephon treatment, while spike dimeter and flower diameter increased by GA₃. Ethephon treatment delayed days to flowering and GA₃ shortened days to flowering but no difference was observed between transplant origins. Higher rate of physiological disorders occurred in the plants grown from conventional rooted cuttings and treated with ethephon.
Transplants produced in bioreactors induced high quality cut flowers with GA₃ treatment, which increased marketable yield.
In the experiment on secondary flowering in hydroponic culture, GA₃ treatment was the key factor in quality improvement. GA₃ treatment increased plant height, flower stalk length and stem diameter. In addition, days to flowering were shorted and occurrence of physiological injury significantly decreased by GA₃ treatment.
Amount of cut flowers and marketable yield also increased by GA₃ treatment.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 10
• 목차 ... 11
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 1. 연구개발의 필요성 ... 13
• 2. 연구개발의 목표 및 연구 범위 ... 17
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 20
• 1. 기내환경조절을 통한 배양환경개선 ... 20
• 2. 생물반응기를 이용한 화훼류의 대량생산 ... 21
• 3. Microponic System을 이용한 기내생산 국화묘의 순화 및 transplant 생산 ... 23
• 4. 생물반응기 배양을 통해 생산된 국화묘를 이용한 절화재배 ... 24
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 25
• 1. 국화 shoot의 기내증식에 미치는 배양환경의 영향 ... 25
• 2. 생물반응기를 이용한 국화묘의 대량 증식 ... 47
• 3. 생물반응기 생산 묘의 기외순화 및 생장 ... 62
• 4. 생물반응기 생산묘를 이용한 국화재배 ... 92
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 109
• 1. 국화 무병묘의 대량생산을 위한 생물반응기 시스템의 확립 ... 109
• 2. 고품질의 국화 transplant 생산 ... 110
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 113
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 115
• 1. 기내배양환경의 특성 및 조절 ... 115
• 2. 생물반응기 배양 ... 117
• 제 7장 참고문헌 ... 119
• 끝페이지 ... 130