KR20080073388A - Mass production of bulblet via somatic embryogenic cell culture in lily - Google Patents
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Abstract
Description
제 1도는 나리 체세포배 세포의 급속증식을 위한 조건1 shows the conditions for rapid proliferation of Lilium somatic embryonic cells.
제 2도는 본 발명에 의한 나리 체세포배 사진Figure 2 Lilium somatic embryo according to the present invention
제 3도는 본 발명에 의한 생물반응기를 이용한 나리 체세포배 급속증식 사진Figure 3 is a rapid somatic embryo growth photos using the bioreactor according to the present invention
제 4도는 본 발명에 의한 체세포배 유래 자구의 재분화된 사진4 is a redifferentiated photograph of somatic embryo derived stem cells according to the present invention
본 발명은 나리류의 종구를 산업적으로 대량 생산하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나리의 인편조직배양의 기법과 생물반응기(bioreactor) 배양기술을 응용하여 체세포배 세포를 급속 증식하여 단기간 동안 나리류의 종구를 대량 생산 하는 기법으로 경제성 있는 무병주 종구를 대량으로 생산할 수 있게 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for industrially mass-producing a species of Lilium species, and more particularly, by applying the technique of human tissue culture and bioreactor culture technology of Lilium, somatic embryonic cells rapidly proliferate for a short time It is a method for mass production of economical disease-free species by mass production techniques.
나리류(Lilium sp.)는 인편을 통한 영양번식을 하는 식물로서, 구근은 전분 및 다른 여러 양분의 저장기관 역할을 하며 줄기가 생기는 생장점을 포함하고 있다. 한편, 구근은 식물병원균에 의해 발생되는 바이러스병에 쉽게 감염되어 수량 및 품질이 저하되므로 구근을 여러해 계속해서 사용할 수 없기 때문에 재배농가에서는 매년 새로운 구근을 구입하여 재배하고 있는 실정이다.Lilium sp. Is a vegetative propagation of human scales. The bulb acts as a reservoir for starch and other nutrients, and contains stem growth. On the other hand, bulbs are easily infected by viral diseases caused by phytopathogens, so the quantity and quality of the bulbs can not be used continuously for many years, so growers buy new bulbs every year.
전세계 백합종구의 주 생산지인 네덜란드에서는 바이러스 검정을 거친 모구의 인편을 조직배양의 방법으로 무균상태에서 대량 증식하여 토양에서 장기간의 순화와 양성구 과정을 거쳐 종구를 생산하여 전세계로 판매하고 있다. 우리나라에서도 몇 개의 연구기관에서 조직배양방법을 이용한 백합종구의 대량생산법을 연구하고는 있지만, 세균배양용 페트리 접시(petridish)나 병(bottle)을 이용하는 조직배양방법에 의존하고 있어, 산업적 생산을 위한 대량생산 시 종구생산단가에 인건비가 차지하는 비율이 높아 경제적인 종구 생산이 현실적으로 어려워 국가 보조 사업으로 일부 연구기관에서 시행중이나 농가의 수요량에 턱없이 부족한 상황이며 대부분의 농가에서는 수입에 의존하고 있다. 그리고, 현재 백합 절화생산 경비 중에서 종구비의 점유율이 68%에 이르며 수출용 백합 생산을 하는 농가에서는 품질저하 문제 때문에 대부분 수입 종구를 사용하고 있으며, 이로 인해 종구비 부담액이 증가하여 채산성이 날로 약화되고 있는 실정이다. In the Netherlands, the world's major producer of lily species, the scales of virus-tested hairballs are grown in a sterile state by tissue culture, followed by prolonged purifying and benign processes in the soil, producing and selling them to the world. Although several research institutes in Korea are studying mass production methods of lily seedlings using tissue culture methods, they rely on tissue culture methods using petri dishes or bottles for bacterial culture. As the ratio of labor costs to the production cost of large-scale production is high, the economic production of economic species is difficult. As a subsidiary project, some research institutes are conducting it, but the demand for farms is insufficient. Most farms depend on imports. In addition, the share of the seed cost of the cut flower production costs reaches 68%, and farmers producing lily for export use mostly imported seed ball due to the quality deterioration problem. It is true.
이에, 본 발명자들은 나리류의 종구를 산업적으로 대량 생산하는 방법을 제공하고 자 예의 연구하였으며, 그 결과 기존의 인편배양을 이용한 조직배양으로의 종구생산에 한계가 있는 바 체세포배 세포 배양 기술을 이용하여 생물반응기(bioreactor) 배양에 적용하는 경우, 연속배양이 가능할 뿐만 아니라, 체세포배 세포를 배양 시 성장속도가 훨씬 빠르고, 단 기간동안 대량 증식할 수 있으며 소규모의 반응기를 이용하여 적은 시설 투자비로써 다품종 대량생산이 가능하며, 수확한 체세포배 세포는 장기간(5개월) 저장이 가능하여 생산량을 임의로 조절할 수 있으며, 체세포배 세포를 재분화 유도 시 소량의 체세포배 세포를 소수 인원의 작업으로 대량 생산이 가능하고 배양 용기 당 종구 분화수가 많아 균일한 종구 대량 생산이 가능함을 발견하고 하여 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors have provided a method of industrially mass-producing a species of Lilium species, as a result of the study, and as a result, using a somatic embryo cell culture technology that has a limitation on the production of species into tissue culture using conventional scalp culture When applied to bioreactor cultivation, not only continuous culture is possible, but also the growth rate is much faster when cultured somatic embryo cells, can be grown in a short period of time, and can be multi-varied with small facility investment by using small reactors. Mass production is possible, so harvested somatic embryonic cells can be stored for a long time (5 months) to control the production amount arbitrarily, and when somatic embryonic cells are re-differentiated, a small amount of somatic embryonic cells can be mass produced. And found that there is a large number of differentiated spouts per culture vessel, so that uniform mass production is possible. The invention was completed.
따라서, 본 발명은 나리류의 종구생산 시 경제성 있는 대량 생산하는 방법을 제공함으로써 산업적인 종구생산을 통해 수출용 나리류의 종구 국내 자급화를 목적으로 하는 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a method for economically mass production in the production of the species of Lilium by the purpose of domestic self-sufficiency of the species for export through the industrial species production.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 체세포배 유도를 위한 배양조건을 찾기 위하여 다양한 조건에서 조직배양을 실시하였으며, 생물반응기 배양 시 급속 증식에 적합한 배양조건을 찾기 위하여 다양한 조건에서 조직배양을 실시하였으며, 체세포배 세포의 재분화 유도조건 및 비대배양을 실시하였다. 조직배양에서와 동일 조건으로 생물반응기 배양을 실시하여 생산된 종구들이 일반 토양에 이식하여 그의 순화정도를 확인한 결과 조직배양에서와 유사한 정도의 생존율을 보 임을 확인하였다.In order to achieve the above object, the present inventors carried out tissue culture under various conditions in order to find a culture condition for somatic embryo induction, and carried out tissue culture under various conditions to find a culture condition suitable for rapid proliferation in bioreactor culture. The conditions for inducing regeneration of somatic embryonic cells and hypertrophy were performed. Species produced by culturing the bioreactor under the same conditions as in the tissue culture were transplanted into the general soil, and their purity was confirmed, and the survival rate was similar to that of the tissue culture.
즉, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백합 나리류의 종구를 대량으로 생산하는 방법은, 인편으로부터 체세포배 세포를 유도하고 체세포 배 세포를 반응기에 멸균공기를 주입하고 반응기 바닥에 많은 공기구멍이 형성되어 있는 생물반응기를 이용하여 급속 증식하고 체세포배를 재분화 배지에 치상하여 재분화를 유도하고 비대용 배지를 넣어줌으로써 단기간에 무병 종구를 대량 생산하는 것을 특징으로 하며, (1) 무라시게-스툭배지(Murashige Skoog 배지, 이하 MS배지라 한다)에 4-아미노-3,5,6-트리클로로피콜리닉산(4-Amino-3,5,6-Trichloropicolinic acid, 이하 PICLORAM이라 한다.) 또는 3,6-디클로로-오-아니식산(3,6-Dichloro-O-Anisic acid, 이하 DICAMBA라 한다.)를 첨가한 고체배지에서, pH 5.6~5.8, 온도 25℃, 암상태의 조건에서 배양하여 인편에서 체세포배 세포를 유도하는 단계;That is, in order to achieve the above object, the method for producing a large number of lily lily species according to the present invention, inducing somatic embryonic cells from the scales and injecting the somatic embryonic cells into the reactor sterile air and many Rapidly proliferate using a bioreactor with air holes and induce somatic embryos into regeneration mediums to induce regeneration and add hypertrophy medium to mass-produce disease-free species in a short period of time. -4-amino-3,5,6-trichloropicolinic acid (hereinafter referred to as PICLORAM) in stuk medium (Murashige Skoog medium, hereinafter referred to as MS medium). Or in a solid medium to which 3,6-dichloro-O-Anisic acid (hereinafter referred to as DICAMBA) is added, at a pH of 5.6 to 5.8, at a temperature of 25 ° C. and in a dark condition. Cultured somatic embryonic cells Doha steps;
(2) 상기 동일한 액체 배지에서 생물반응기를 이용한 체세포배 세포를 급속 증식하는 단계; (2) rapidly proliferating somatic embryonic cells using a bioreactor in the same liquid medium;
(3) 체세포배 세포를 호르몬이 배제된 MS고체 배지로 전량 교체하여, pH 5.6~5.8, 온도 20~25℃, 빛을 차단한 암상태의 조건에서 배양하여 자구의 재분화 유도하는 단계; (3) replacing somatic embryonic cells with a total amount of MS solid medium excluding hormones, incubating in a condition of pH 5.6 to 5.8,
(4) 자구의 비대를 위하여 MS 배지의 염농도를 반으로 줄인 액체 배지를 첨가하여 자구의 비대를 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. (4) adding the liquid medium in which the salt concentration of the MS medium is reduced in half for the enlargement of the magnetic domains, thereby inducing the hypertrophy of the magnetic domains.
[실시예 1] 호르몬의 종류 및 농도가 나리의 체세포배 형성에 미치는 영향Example 1 Effect of Hormone Type and Concentration on Somatic Embryogenesis of Lilium
당 3%를 첨가한 MS배지를 기본으로 다양한 생장호르몬과 농도를 처리하여 나리의 인편을 썰어 접종한 다음 체세포배 유도를 조사하여 그 결과를 표 1에 나타 내었다. MS medium added with 3% sugar was treated with various growth hormones and concentrations, and then inoculated by cutting slices of Lilium, and the results of somatic embryos were investigated.
표 1 Table 1
호르몬종류 및 농도가 나리의 체세포 형성에 미치는 영향 본 실험 결과 인편에서 재분화가 잘되는 체세포배 세포를 유도하기 위해서는 배지에 생장조절 호르몬인 오옥신계의 PICLORAM 또는 DICAMBA를 첨가한 배지에서 배양한다. 호르몬의 첨가량은 PICLORAM 1.0~9.0㎎/ℓ 및 DIACMBA 1.0~6.0㎎/ℓ의 범위로 하는 것이 적당하며, 바람직하게는 PICLORAM 3.0㎎/ℓ 및 DICAMBA 3.0㎎/ℓ을 첨가하는 것이 바람직한것으로판단 되었다. Effect of Hormone Types and Concentrations on Somatic Cell Formation in Lilium To induce somatic embryonic cells that are well re-differentiated in humans, the cultures were cultured in medium containing PICLORAM or DICAMBA, a growth regulator hormone. The amount of the hormone added is preferably in the range of 1.0 to 9.0 mg / l for PICLORAM and 1.0 to 6.0 mg / l for DIACMBA. Preferably, it is determined that it is desirable to add 3.0 mg / l for PICLORAM and 3.0 mg / l for DICAMBA.
2단계 배양은 1단계에서 유도 된 체세포배 세포를 동일한 배양기내에서 균일한 상태의 세포를 단기간에 대량 급속 증식하여, 재분화시 유도 시 균일한 상태의 소자구를 생산하기 위한 것으로 호르몬의 량을 절반이하로 첨가된 MS배지만으로 배양을 실시한다. In the second stage culture, the somatic embryo cells derived in the first stage are rapidly grown in a short period of time in the same incubator in a large amount in a short period of time to produce a uniform device in induction during regeneration. Incubate with only MS medium added below.
[실시예2] 체세포배 급속증식 조건 Example 2 Somatic Embryonic Rapid Proliferation Condition
체세포배의 급속 증식을 위해 오리엔탈 나리 ‘마르코폴로’ 체세포배를 이용하여 250ml 삼각플라스크에 MS 액체 배지(5% sucrose)를 50㎖ 넣고 125rpm속도로 회전 진탕배양 하였다. MS 액체 배지(5% sucrose)는 picloram과 zeatin을 0, 0.3, 1, 3mg/L의 다양한 농도로 처리하였으며, 배양 기간에 따라 각 처리에 따른 체세포배 생체 중 변화결과를 조사하였으며 결과는 도 1에 나타내었다. 체세포배 급속증식을 위한 생물반응기 배양은 PICLORAM 1.0㎎/ℓ 을 첨가한 배지에서 1주 간격으로 계대배양하는 것이 체세포배 세포의 급속 증식에 가장 양호한 결과를 얻을 수 있으며, 이는 도1과 같다.For rapid proliferation of somatic embryos, 50 ml of MS liquid medium (5% sucrose) was placed in a 250 ml Erlenmeyer flask using Oriental Nari “Marcopolo” somatic embryos and cultured by rotating shaking at 125 rpm. MS liquid medium (5% sucrose) was treated with various concentrations of picloram and zeatin at 0, 0.3, 1, 3mg / L, and examined the results of in vivo changes in somatic embryos depending on the treatment period. Shown in In the bioreactor culture for rapid somatic embryo proliferation, subcultured at intervals of 1 week in medium containing PICLORAM 1.0 mg / l may obtain the best results for rapid proliferation of somatic embryonic cells, as shown in FIG. 1.
3단계 배양은 2단계에서 급속 증식된 체세포배 세포를 잘게 썰어 생장호르몬이 배제되고 6%의 설탕과 0.5%의 배지고형제(GELITE, Duchefa Co.)를 첨가한 MS고체배지에 치상하여 자구 재분화를 유도하는 것이다. In step 3 culture, chopped somatic embryo cells rapidly expanded in step 2, excluding growth hormones, and submerged on MS solid medium containing 6% sugar and 0.5% medium solids (GELITE, Duchefa Co.). To induce.
4단계 배양은 3단계에서 재분화 된 소자구를 비대 배양하는 것으로써 기존 재분화 배지에서 자구 비대용 배지로 추가적인 계대배양을 하지 않고 배양용기의 환기구멍을 통해 자구 비대용 배지를 첨가함으로써 자구 비대용 배지로의 계대배양에 따른 비 효율적인 배양시간을 단축함으로써 작업 효율을 높일 수 있다. Stage 4 culture is to enlarge the microspheres re-differentiated in step 3 and to increase the size of the autogenous medium by adding the autogenous hypertrophy medium through the ventilation hole of the culture vessel without additional subculture from the existing regeneration medium to the autogenous hypertrophy medium. The work efficiency can be increased by shortening the inefficient incubation time according to passage of the furnace.
4단계 배양에서 자구 비대용 배지를 넣어 줄 수 있는 구멍을 뚫고 재분화된 자구의 호흡을 위해 통기성 있는 테이프로 밀봉한 용기를 이용함으로써 기내 자구의 원활한 발달을 돕는 역할을 하며, 한번 재분화 된 자구는 계대배양을 통하지 않고 동일한 배양용기에서 자구 비대배양을 동시에 수행함으로써 계대배양에 따른 번거로운 작업을 피할 수 있게 한다. In stage 4 culture, it helps to develop the in-flight magnetic domains by using a container sealed with a breathable tape for the respiration of the re-differentiated magnetic domains. Simultaneous autogenous hypertrophy in the same culture vessel, rather than through culture, avoids the cumbersome work of subculture.
이러한 4단계의 체세포배 세포를 이용한 자구의 급속 대량 생산 배양을 통해 소수의 인원으로 많은 양의 종구를 생산할 수 있는 생산체계가 완성됨으로써 기존의 대량생산시스템에 비하여 시설비투자에 부담을 줄이고 효율적인 배양 시스템을 구축함으로써 경제적으로 균일한 품질의 종구를 산업적으로 대량 공급할 수 있으며, 생성된 종구는 토양에서의 정밀 양구를 통하여 농가의 수요에 맞춘 다품종 대량생산에 적합하다고 할 수 있다. Through the rapid mass production culture of magnetic domains using these four-stage somatic embryo cells, a production system capable of producing large numbers of species with a small number of people is completed, thus reducing the burden on facility investment compared to the existing mass production system and effectively cultivating the system. It is possible to industrially supply large quantities of economically uniform quality seeds by constructing them, and the produced species are suitable for mass production of various varieties that meet the needs of farmers through precise cultivation in soil.
이하, 여러 실시예를 통하여 체세포배 세포 급속 증식을 이용한 나리류 자구 대량 생산은 체세포배 세포 유도배양에 적합한 배양조건을 찾기 위하여 다양한 조건에서의 조직배양, 이를 이용한 생물반응기 배양 시 급속 증식조건, 재분화 조건 및 효율적인 기내 자구의 비대 배양 시스템을 찾기 위한 다양한 조건에서의 조직배양에 대하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the mass production of Lilium porcelain using rapid proliferation of somatic embryo cells through various embodiments is carried out in order to find suitable culture conditions for somatic embryo cell induction culture, tissue culture under various conditions, rapid proliferation conditions in bioreactor culture using the same, and differentiation. The culture of tissues under various conditions to find conditions and efficient culture system of in-flight magnetic domains will be described in detail. However, the present invention is not limited to these examples.
본 발명에 따른 이러한 생물반응기 배양을 통하여 체세포배 발생 세포의 성장속도가 훨씬 빠르고, 급속 증식된 많은 체세포 배발생 세포는 자구 형성용 재분화 배지에 치상함으로써 균일한 우량종구를 대량생산하여 단기간에 자구를 대량으로 공급할 수 있으므로, 신품종 나리의 조기 대량공급을 실시에 적용할 수 있다. The growth rate of somatic embryogenic cells is much faster through the bioreactor culture according to the present invention. Since it can be supplied in large quantities, early bulk supply of new varieties can be applied to implementation.
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