KR100239220B1 - 식물의 조직 및 기관 배양용 배지 자동순환식 생물반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물의 조직 및 기관을 대량으로 배양함에 있어서 배지 저장조에서 액체영양배지를 자동 순환시켜 대량의 삽수나 종자를 얻고자 하는 식물의 조직및 기관배양용 배지자동순환식 생물반응기에 관한 것이다. 본 발명의 자동순환식 생물반응기는 기존의 조직배양법과 비교하여 액체배지를 사용한다는 점에서 생물체(biomass)를 대량으로 생산할 수 있도록 한다. 즉 액체배지를 연속적으로 순환 시켜 배양중의 세포에 적정한 수분과 영양상태를 공급함으로써 배양체의 유리화를 막을 수 있고 배양 목적에 알맞은 배지 주입등 생산일정을 용이하게 설정할 수있다. 일반적으로 사용되는 펌프(palistaltic pump)의 경우 오염을 일으킬 수 있으나 본 발명에서는 간단한 전기회로와 주기적인 공기압의 공급 등 합리적인 설계에 의하여 공기압 및 중력에 의한 배지순환 장치를 제안함으로써 오염을 방지한다. 또한 본 발명에서는 형광램프를 이용하여 배양체의 광합성 효율을 극대화 시키도록 하였다.

Description

식물의 조직 및 기관 배양용 배지 자동순환식 생물반응기

본 발명은 식물의 조직이나 기관을 자동으로 배양함으로써 유용한 자원식물의 종자 혹은 삽수를 급속으로 대량생산할 수 있는 식물의 조직 및 기관배양용 배지자동순환식 생물반응기에 관한 것이다.

종래 자원식물의 종자를 대량생산하기 위하여 포지에서 대량증식 시킬 경우 바이러스등 각종 병충해에 의한 식물의 생장이나 수확이 현저히 저하되는 현상이 나타난다. 한편 오염을 막기 위하여 무균화된 배양기에 종자를 접종하여 대량으로 증식시키는 조직배양법이 개발되었으나 유용한 식물 개체의 급속증식이나, 동일 개체의 인공씨 등을 생산하는 방법등 여러 단계의 공정을 거쳐야 하므로 인건비가 많이 소요되며, 소형 배양기를 사용하기 때문에 단위 배양기 당 생산량이 상대적으로 낮다. 특히 종래의 조직배양법의 단점은 고체 배양배지를 사용함으로써 배양된 식물체가 원활한 영양분을 공급받지 못하여 생장이 미흡하고 수확량이 떨어지는 현상이 나타난다.

본 발명은 식물세포의 대량증식에 사용되는 포지재배에 있어서 오염과 영양공급의 불량, 그리고 생장불양이나 수확량이 떨어지는 단점을 개선하고자 한다. 본 발명의 무균화된 생물반응기내에서 배양할 세포나 기관에 주기적으로 액체영양배지를 접촉시켜 생장시키는 기술적 수단을 제공한다. 즉 본 발명은 멸균된 액체영양배지를 저장조에서 공기압력에 의하여 생물반응기내로 이송시켜 배양체의 조직이나 기관을 함침시킨 후 내부의 유해가스는 외부로 유출시키고 새로운 공기는 무균 필터를 통해 공급하며 액체영양배지는 생물반응기의 하부로 회수하는 한편 세포의 광합성을 촉진하기 위하여 생물반응기의 내측상부에 형광램프를 설치한다.

제1도는 본 발명 20L 규모의 생물반응기 사진.

제2도는 배양용 배지저장 장치의 사진.

제3도는 사진과 함께 배지의 자동순환을 위한 전기회로도.

제4도는 식물 조직 및 기관의 자동배양을 위한 본 발명의 구성도.

제5도는 본 발명의 생물반응기를 이용한 감자 무균 줄기의 배양사진.

제6도는 본 발명의 생물반응기를 이용한 백합인편의 배양사진.

제7도는 본 발명의 생물반응기로 마늘 무균 줄기를 재양하여 씨마늘을 생산하는 사진.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 생물반응기 11 : 스텐레스망

12 : 형광램프 13 : 공기유통관

14 : 타이머 20 : 배지저장탱크

30 : 전기회로 40 : 에어콤푸레사

41 : 공기주입관 50 : 무균 배지주입 및 회수관

F : 무균필터

본 발명의 생물반응기(10)는 유리로 제작하여 내부에서 생장하고 있는 식물 조직 및 기관의 생장상태를 쉽게 관찰할 수 있도록 하였다. 생물반응기(10) 내부에는 스텐레스망(11)을 설치하여 배양중인 조직이나 기관이 스텐레스망(11 )에 얹혀 지도록 한다. 생물배양기(10)의 아래쪽에는 배지를 저장할 수 있는 배지저장탱크(20)를 설치하여 계대배양의 단계를 줄일 수 있도록 하는 한편, 배지저장탱크(20)에는 배지주입 및 회수관(50)을 설치하여 소독된 배지를 간단하게 교체가능하도록 한다.

본 발명의 생물반응기(10)는 배양배지를 액체상태로 사용한다. 이는 배양시료의 급속생장이 가능하도록 하기 위한 조치이다. 본 발명에서는 도 3과 같이 주기적으로 전기를 공급할 수 있는 간단한 전기회로도(30)를 구비하여 도 4의 소형 에어콤푸레사(40)와 연결구성으로 함으로써 공기가 배지저장탱크(20)내에 높은 압력과 함께 주기적으로 공급되도록 한다. 이는 공기압에 의하여 배지가 생물배양기(10)내로 상승, 주입되고, 일정시간이 지난후에는 에어콤푸레사(30)의 작동이 중지됨과 동시에 배지저장탱크(20)에 부착된 솔레노이드 밸브가 열림으로써 중력차에 의하여 생물반응기 내의 배양액이 배지저장탱크(20)로 다시 내려오는 연속적인 순환작용을 하게 된다. 이때 상기 에어콤푸레사에 의해 유입된 공기는 생물반응기(10) 상부의 공기유통관(13)을 통하여 빠져 나가고 배지가 다시 내려올 때는 상기 공기유통관(13)을 통하여 외부의 공기가 생물반응기(10)의 상부로 유입된다. 한편 본 생물반응기(10)의 내측 상부에는 형광램프(12)을 설치하고 이를 타이머(14)에 연결시켜 원하는 빛을 시간별로 발산하도록 함으로써 배양 조직이나 기관이 정상적인 광합성을 할 수 있도록 한다. 본 발명의 생물반응기 시스템에 있어서 배양액의 이송 속도는 에어플로메타를 이용하여 조절하도록 한다.

한편 공기주입관(41) 및 공기유통관(13)에는 공히 무균 필터(F)를 설치함으로써 배양 조직이나 기관의 오염을 막을 수 있도록 한다.

본 발명의 식물조직 및 기관배양을 위한 배지 자동순환식 생물반응기의 특징 및 효과는 다음과 같다.

·생물배양기의 상부를 스텐레스망(11) (또는 실리콘망)으로 구성함으로써 시료의 접종과 수확이 쉽도록 하는 한편 특히 배양배지를 액체상태로 사용하는데 따른 배지공급을 원활하게 한다.

·배양액의 이송 과정중에 상기 공기유통관(13)에 의해 내부공기와 외부공기의 치환이 일어남으로써 배양기간중에 발생되는 에틸렌의 피해를 극소화 시킬 수 있다.

·간단한 배지 교체 장치를 제공함으로써 시료의 접종에서 수확까지 단한번의 연속배양이 가능하도록 되어 있다.

·조직이나 기관을 대규모로 배양하기 위해 배양에 사용되는 용기를 스텐레스 스틸(stainless steel)로 크게 제작할 경우에도 본 발명의 시스템을 그대로 이용할 수 있다.

·주기적으로 작동되는 공기압에 의하여 생물반응기와 배지저장탱크의 배지 이송량을 결정하게 되므로 배양하는 식물체에 따라 적절한 양의 배양액 주입 및 배양시료가 배양액에 침전되는 시간 및 배양시료가 공기중에 노출되는 시기를 조절할 수 있다.

즉, 본 발명은 식물 조직 및 기관배양에 있어서 자동순환장치의 생물반응기를 이용함으로써 실질적으로 감자, 백합, 마늘, 인삼 세근 등을 배양한 결과 일반적인 조직배양에 의한 생장속도면이나 총 삽수 혹은 종묘 생산량에 있어서 현저한 상승효과를 보이고 있으며 대부분의 식물 조직 및 기관배양에 적용될 수 있다.

[시험예 1]

조직 및 기관배양을 위한 배지 자동순환식 생물반응기를 이용하여 감자, 백합 인편, 마늘, 인삼 세근 등을 배양한 방법은 다음과 같다.

* 조직배양에 의하여 얻은 무균시료를 일정한 크기로 조제한 후 배양탱크 전체 용적의 1/20에서 1/50정도 준비한다.

* 생물반응기와 배지저장탱크를 설계도면에 나타난 것처럼 조립을 한 후 autoclave에서 121℃로 30분에서 1시간 가량 멸균한 후 과도한 응축액을 제거하기 위하여 150℃로 조절된 드라이오븐에 넣은 후 2시간 가량 건조한다.

* 무균 필터를 이용하여 조제된 배양배지를 공기압을 이용하여 배지저장탱크 속으로 이송시킨 후 준비된 무균시료를 접종한다.

* 조직이나 기관배양시 배지내 이온 전도도(conductivity)와 당농도가 시료의 생장과 반비례 관계에 있다는 점을 착안하여 시료채취구를 통해 주기적으로 배양액을 채취하여 전도도계와 HPLC(high performance liquid chromatograph)를 이용하여 배지 교환 시기를 결정한다. 특히 조직이나 기관의 발육단계에 따라 배양액의 조성을 달리할 경우는 배양체의 상태를 육안으로 관찰한 후 배지 저장고의 배양액을 교체시킨다.

* 형광램프에 의해 배양체가 광합성을 통하여 건전한 발육을 하도록 할 수 있게 하기 위하여 가스혼합기(gas mixer)를 부착시켰으며, 사용되는 가스는 공기, 산소, 이산화탄소, 에틸렌 및 질소를 비율적으로 주입할 수 있는 장치를 부착하였다.

* 배양기는 온도가 26℃로 조절된 항온실에 유지시켰으며, 공기는 에어콤푸레사 → 필터 → 공기조절기(air regulator) → 무균 필터순으로 주입시켰다.

[시험예 2]

* 감자 줄기배양에 의한 씨감자 대량 생산을 위해서는 줄기 신장시 MS(murashige와 skoog) 배지에 3%의 설탕을 넣은후, 26℃에 배양하였다.

* 다량의 굵은 줄기가 형성된 후 이로부터 씨감자 대량 생산을 위해서는 동일 배지에 설탕 농도를 8%에서 12%로 높이고, 18℃에서 배양하였다.

[시험예 3]

* 마늘과 백합의 경우에는 감자와 동일한 방법을 이용하였으며, 인삼의 경우에는 생물반응기 내부의 스텐레스망을 제거하고 일정한 공기만 주입하는 방법으로도 배양이 가능하였다.

본 발명의 식물조직 및 기관배양을 위한 배지 자동순환식 생물반응기를 이용하여 다양한 식물 조직 및 기관을 배양한바 배양체의 급속생장에 의한 대량의 삽수 및 종자의 생산이 가능하였다.

Claims (1)

1. 생물반응기(10)에 통상의 배지저장탱크(20)를 결합하되 배지저장탱크(20)에는 전기회로(30)에 의해 주기적으로 공기압을 공급하는 에어콤푸레사(40) 그리고 무균의 배지주입 및 회수관(50)을 상호 유기적인 관련구성으로 하고 생물반응기(10)에는 스텐레스망(11) 및 공기유통관(13)을 설치하여 배지가 자동순환됨을 특징으로 하는 식물조직 및 기관배양용 배지자동순환식 생물반응기.

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