본 연구는 글라디올러스 Topaz'를 재료로 액체진탕배양에 의한 캘러스의 증식효율을 향상시키기 위하여 수행되었다. 캘러스는 2,4-D 10mg/L가 첨가된 MS고체배지에 목자 외식체를 배양하여 유도하였다. 액체진탕배양에 의한 캘러스의 증식은 2,4-D 0.05 mg/L가 첨가된 MS배지를 사용하여 2$0^{\circ}C$, 16시간 일장하에서 배지를 100 mL 삼각플라스크에 20 mL 분주하고, 수평회전식 진탕배양기의 회전속도를 75 rpm으로 하였을 때 증식속도가 가장 빨랐다. 또한 동일 배지에서 캘러스의 계대배양 역시 가능하였다.
Monascus rubber KCTC 6122를 이용하여 액체 배양을 통한 실험균의 적색 색소의 생산을 위한 배양 조건의 최적화에 관한 결과는 다음과 같다. 실험 균주가 생산하는 적색색소의 최적 배양 조건은 탄소원으로 rice powder 4% 첨가, 질소원으로 NaN0$_3$ 0.2%, 인산염으로 $Na_2$HPO$_4$의 농도가 0.3%, MgSO$_4$의 농도가 0.15%일 때 가장 높은 적색 색소 생성을 나타내었다. 배양 온도는 3$0^{\circ}C$, 초기 pH가 6.5, 진탕속도를 150 rpm, 배양 시간 8일 일 때 적색 색소의 생성능이 흡광도 70.29로 가장 우수하였다.
Pteris cretica 'Wilsonii'의 대량생산에 적합한 배양환경을 구명하기 위하여 연구를 수행하였다. 포자는 7주 안에 모두 발아하였다. Knop과 Hyponex배지에서 전엽체 증식이 왕성하였지만, 전엽체의 생육에는 Hyponex 배지가 더 유용하였다. MS배지에서는 전엽체가 괴사하였으며, 질소급원과 sucrose의 농도를 조절한 경우에도 sucrose 무첨가구를 제외한 모든 첨가구에서 전엽체가 괴사하였다. Sucrose 1%와 agar 0.6%를 첨가한 Hyponex배지가 전엽체의 증식과 생육에 가장 적합한 것으로 나타났다. 접종방법을 달리한 결과, Hyponex배지에서는 다져서 접종하는 전엽체의 증식 및 생육에 효과적이었지만, MS배지에서는 전엽체의 군집을 4등 분하여 접종한 처리구에서 전엽체의 증식 및 생육이 우수하였다. 고체배지에서 배양하는 것이 액체배지에서 배양하는 것보다 효과적이었다. 액체배양은 전엽체의 괴사를 유도하였다. 액체진탕배양한 전엽체는 생육은 우수하였으나 고체배양한 전엽체에 비하여 증식이 억제되었다.
송이(Tricholoma matsutake)균을 고체배양과 액체배양에서 균사 생장의 적합한 조건을 구명함으로 앞으로 송이균을 대량 배양하여 접종함으로 송이를 생산할 수 있는 가능성을 얻기 위하여 본 연구를 실시하였다. 송이균은 고체배지의 경우 HA, TMM 배지에서 생장이 양호하였으며, 액체배지의 경우 PDB, TMM 배지에서 균사의 생장이 우수하게 나타났다. 온도에서는 $25^{\circ}C$에서 균사의 생장이 가장 효과적이었다. 송이균이 잘 생장하는 탄소원은 다당류인 Dextrin이고 질소원은 Yeast extract와 Peptone이고 $Fe_{2}(SO_{4})_{3}{\cdot}H_{2}O$와 KCl이었다. 액체배양에서는 균사의 생장은 플라스크 배양에서 진탕배양에서 정치배양보다 $2{\sim}7$배 정도의 균사의 생장이 좋았으며, 100 ml 가장 양호하였다. 균사의 절편을 삼각플라스크에 $6{\sim}7$개 넣어서 배양하는 것이 양호하였으며 배양기간은 접종 후 4주에서부터 균사의 생장과 펠릿의 분화가 나타나기 시작하여 9주까지 활발하게 생장하였다. 대량배양에서 균사생장이 양호한 배지로는 감자추출배지이었으며 8리터 병에 200 ml 접종량을 넣고 8주간 배양하면 송이의 균사체량이 가장 많이 얻을 수 있었다.
1차 액체배양액과 2차 pellet 배지로 이루어지는 대량배양체계의 다른 곤충병원성 곰팡이인 Beauveria bassiana, Beauveria brongniartii, Metarhizum anisopliae, Verticillium lecanii 등에 대한 효용성을 조사하기 위하여 단균사 및 분생포자의 성장율을 비교하였다. 그 결과, 액체배양액에서 단균사의 성장율은 접종 후 72시간에 그 수가 최초 접종수에 비해 103-104배까지 증가함을 확인할 수 있었으며, pellet 배지에서 분생자의 수는 접종 후 3주 째에 103배까지 증가됨을 확인할 수 있었다. 본 실험의 결과 진균의 대량배양을 위해 선발된 1차 액체배양액과 2차 pellet 배지는 여러 곤충병원성 진균의 성장에 효율적인 체계임을 확인할 수 있었다.
세포들간의 응집 및 배양용기 표면에의 부착은 야생 점액 세균의 액체배양에 큰 장애물로 작용한다. 이러한 장애를 해결하기 위한 한 방안으로 야생 점액세균으로부터 자연적 분산 돌연변이 균주를 얻는 방법을 시도해 보았다. 실험 대상으로 사용한 균주 M. stipitatus KYC1001은 충남 계룡산의 토양에서 분리된 점액세균으로, 다른 점액세균들과 마찬가지로 액체배지 내에서 대부분의 세포들이 응집체를 형성하거나, 배양용기의 표면에 달라붙는다. 본 연구에서는 야생형 균주들이 세포응집체를 형성하거나 배양용기의 표면에 달라붙게 되는 반면 분산 돌연변이 세포들은 배지 내에 자유로이 떠돌아다니게 될 것이라는 특성을 이용하여, 배양액의 상등액만을 30일에 걸쳐 10회 계대 배양함으로서 분산되어 상등액에 존재할 자연적 분산 돌연변이 세포들을 농화 배양하였다. 그 결과, 액체배지에서 완전히 분산되어 성장하는 한 균주, KYC2001과 부분적으로 분산하여 성장하는 세 균주, KYC2002, 2003, 2004를 얻을 수 있었다.
능이 균사체의 액체배양 조건을 구명하고자 배지별 및 배양조건을 규명하고자 하였다. 능이 균사체 배양에 적합한 기존의 배지로는 GYS배지였고, 적정한 온도는 $25^{\circ}C$인 것으로 나타났다. 능이 균사체 배양에 적합한 탄소원은 전분, 말토오스 및 포도당인 것으로, 질소원으로는 유기복합 질소원으로 소이톤(soytone)이, 무기 질소원으로는 암모니아태 질소가 균사체 생장에 유리한 것으로 나타났다. 무기인산염은 제일인산암모늄이 적합한 것으로 나타났다. 비타민 종류로는 니코틴산 처리에서 생장이 우수한 것으로 나타났다. 이상의 적합한 조건으로 20일간 능이 균사체를 배양하여 5.7 g dw/L을 생산할 수 있었다.
느타리버섯의 생산성 향상을 위하여 액체종균 배양액의 조건을 설정하고자 하였다. Potato dextrose 배양액에서 균체 생장을 위한 최적 pH는 6이었다. 대두박 0.3%와 설탕 및 포도당 함량을 달리한 15가지의 배양액('A'~'O')은 $22^{\circ}C$ 및 pH 6의 조건에서 14일동안 배양되었을 때 설탕과 포도당이 각각 함유된 배양액에서 흡광도는 증가되었다. 특히 5~20%의 포도당만 함유된 배양액('C', 'D', E' 및 'F')은 배양기간의 경과에 따라 흡광도가 증가되는 경향이었다. 배양액의 건조 균체량은 20%이하의 설탕이나 포도당이 단독으로 함유된 배양액에서 감소되었으나, 30%의 설탕('A') 또는 포도당 ('B')이 각각 함유된 배양액에서 건조 균체량은 증가되었다. 1100 mL의 톱밥배지 병재배 시 액체종균의 최적 접종량은 15~20 mL이었다. 고체종균 및 액체종균으로 느타리버섯을 재배하여 조직감을 비교한 결과 고체종균에 비해 액체종균으로 재배된 버섯에서 우수한 경향이었다.
본 연구는 mushroom complete medium(MCM) 액체배지에 수삼 추출물(GE, $65^{\circ}Bx$)을 첨가하여 면역활성이 증진된 노루궁뎅이버섯(Hericium erinaceum) 균사체를 배양하고, 균사체로부터 활성다당성분을 분획하고자 하였다. MCM에 대하여 GE를 5, 10과 15%(v/v) 첨가한 액체배지에서 균사체를 배양하고, 각각의 조다당획분(HE-GE-5-CP, HE-GE-10-CP와 HE-GE-15-CP)으로 분획하여 면역활성을 측정한 결과, HE-GE-10-CP는 HE-GE-5-CP와 HE-GE-15-CP보다 높은 활성을 나타내었으며, GE를 첨가하지 않은 MCM에서 배양된 균사체 조다당획분(HE-CP)보다 유의적으로 증진된 면역활성을 나타내었다. 또한, HE-GE-10-CP의 DEAE-Sepharose CL-6B 분획물 중 가장 높은 활성을 나타낸 HE-GE-10-CP-II획분은 대조군인 HE-CP의 어떠한 획분보다도 유의적으로 높은 면역활성과 암 전이 억제활성을 나타내었다. 한편, 활성획분인 HE-GE-10-CP-II는 arabinose, rhamnose, galactose, glucose와 uronic acid(molar ratio; 0.34:0.26:0.99:1.00:0.39)로 구성되어 있으나, 대조군인 HE-CP의 동일용매 용출획분으로서 HE-GE-10-CP-II보다는 활성이 낮은 HE-CP-II는 fucose, mannose, galactose와 glucose(molar ratio; 0.32:0.55:1.00:0.96)를 함유하여 다른 구성당 분포를 나타내었다. 따라서 노루궁뎅이버섯 균사체 액체배양에서 수삼 추출물 첨가는 균사체의 구성당 변화를 통한 면역활성 증진에 관여하는 것으로 사료되어 기능성 소재 개발에 유용할 것으로 사료된다.
본 연구는 종자로부터 유도된 캘러스를 아그로박테리움을 이용해 감염하여 고체배지에서 배양하는 기존의 방법과 달리, 형질전환에 소모되는 노동력과 시간, 비용을 단축하고자 감염과 공동배양, 균제거와 캘러스 선발까지 액체배양을 시도하였다. 성숙 종자로부터 유도된 캘러스를 바로 아그로박테리움으로 감염함으로써 조직배양으로 인한 체세포 변이의 발생을 최소화하고 감염부터 그 후 캘러스선발까지 총 4단계의 시간과 비용을 최소화하였으며, 감염된 캘러스로부터 재분화 시킴으로써 형질전환 식물체를 얻는 방법을 새롭게 수립하였다. 배양과정 중 감염과 공동배양 기간을 3일로 단축시킴으로써 캘러스의 스트레스를 최소화 하였고, PCR 분석을 통해 원하는 목표 유전자가 형질전환체에 안정적으로 도입이 되는 것도 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 종합해 볼 때, 본 실험을 통해 얻어진 새로운 액체배양 방법은 우수한 농업적 형질을 가진 벼 품종 개발시 효율적으로 이용할 수 있을 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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