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ISSN : 1225-9306(Print)
ISSN : 2288-0186(Online)
Korean Journal of Medicinal Crop Science Vol.20 No.6 pp.479-486
DOI : https://doi.org/10.7783/KJMCS.2012.20.6.479

오옥신 처리가 에키네시아의 부정근 및 생리활성물질 생산에 미치는 영향

장영세*, 최해연*, 이은정**, 김해원***, 백기엽*†
*충북대학교 첨단원예기술개발연구센터, **농업회사법인 청솔 바이오텍, ***경일대학교 공과대학 화학공학과

Auxin Affects on Production of Adventitious Roots and Secondary Metabolites in Echinacea angustifolia

Kee-Yoeup Paek*†, Young Se Jang*, Hai Yan Cui*, Eun Jung Lee**, Hae Won Kim***
*Research Center for the Development of Advanced Horticultural Technology, Chungbuk National University.
**Cheongsol Co. Ltd., Industry Academic Cooperation Foundation Agribusiness Incubator Center for Development of
Advanced Horticultural Technology(205), Chungbuk National University, ***Department of Chemical engineering Kyungil University.
Received 2012 October 16, 1st Revised 2012 October 31, Accepted 2012 November 28

Abstract

The production of adventitious roots derived from root explant of Echinacea angustifolia and its secondary metabolite content were assessed in different types and levels of auxin. The induction of adventitious roots from root explant cultured in Murashige and Skoog solid medium supplemented with 1.0 ㎎/L indole -3-butyric acid (IBA) attained highest as 20.87 ㎎ fresh weight and 3.07 ㎎ dry weight per culture but root suspension culture at the same concentration of IBA enhanced biomass production as 3.07 g fresh weight and 0.38 g per culture after 4 weeks in culture. 3.0 ㎎/L α-naphthalene acetic acid (NAA) treatment had similar effect on root biomass production as 3.07 g fresh weight and 0.38 g per culture with liquid suspension culture, whereas adventitious roots exposed to over 3.0-5.0 ㎎/L IBA or 5.0 ㎎/L NAA were less responsive by reducing the number of adventitious roots and/or changing root morphology such as short and thick. The content of secondary metabolites such as phenolic, flavonoids and total caffeic acid in adventitious roots cultured on MS medium supplemented with 1.0 ㎎/L IBA were attained highest as 27.20, 9.60. 10.67 ㎎/g dry weight, respectively. Overall, the best production of root biomass and secondary metabolites were given by 1.0 ㎎/L IBA.

10.장영세.pdf4.79MB

서 언

Echinacea는 쌍떡잎식물 초롱꽃목 국화과 (Asteraceae)의 다년생 야생초본식물이다. 에키네시아 속에는 8가지 종들과 여러 가지 변종들이 있다. 그중에서도 Echinacea angustifolia와 Echinacea purpurea 및 Echinacea pallida의 3종을 원재료로 하여 이미 약품이 개발되었다 (Bauer and Remiger, 1989; Cheminat et al., 1998; Li and Wang, 1998). 이 종들은 주로 북미에서 널리 자생하는데 지금은 유럽을 비롯한 여러 지역에서도 재배되고 있는 것으로 알려져 있다. 오래전부터 전래되어 오던 에키네시아의 다양한 효능이 그간의 많은 과학적 연구 결과들에 의해 점차 입증됨에 따라 북미에서는 건강식품 중에서 에키네시아의 제품군이 가장 큰 인기를 얻게 되었고, 지난 10년 동안 식물성 약품 시장에서 8백 30만 달러의 판매 실적을 달성하였다 (Choffe et al., 2000a).

에키네시아에 대한 과학적 연구는 20세기 초반 유기화학과 분석화학의 발전에 따라 약효성분에 대한 분리로부터 시작되었다. Echinacea는 북아메리카의 초기 이주민들과 원주민들에게 중요한 약용식물이었으며 (Linert and Panne, 1998), 1,600년대 이래로 아메리카 원주민에 의해 통상적인 민간약초요법으로써 사용되기 시작하여 최근에는 추출물, 차, 강장제, 정제, 연고의 다양한 형태의 제품으로 활용되고 있다 (Hobbs, 1994). 현재는 면역 촉진제로 가장 잘 알려져 있어 호흡기 감염, 요로감염, 암, 피부질환 등 다양한 염증과정에 비특이적 면역촉진제로서 이용되며 (Dorch, 1996; Foster, 1991; Lersch et al., 1990) macrophages (Luettig et al., 1989; Stimpel et al., 1984)를 증가시키는 효과가 있었으며 macrophage는 TNF, IL-1, IL-6, IL-10의 생산을 증가시켜 tumor cell (WEHI 164 cell)을 죽인다고 알려져 있다 (Burger et al., 1997; Rosler et al., 1991; Steinmuller et al., 1993).

또한 에키네시아 추출물은 피부 보호를 위한 화장품 원료로서 사용되어져 왔다. 에키네시아 추출물이 외부환경에 의한 피부노화 및 피부색, 기미, 주근깨 등과 같은 피부현상에 중요한 영향을 미치는 인자인 활성산소종의 소거 효과가 우수함이 확인 되었고 또한 B16 melanoma 세포 내에서 tyrosinase의 발현을 농도 의존적으로 감소시키고 멜라닌 합성을 억제하였다. 피부 주름과 관련하여 진피층의 extracellular matrix (ECM) degradation에 관여하는 콜라겐 분해효소인 MMP-1, MMP-2의 발현을 억제한다고 하였다 (Park et al., 2008).

날로 증가하는 에키네시아 제품의 인기로 인하여 자연 상태의 에키네시아가 과도하게 채취되어 야생종의 수확만으로는 에키네시아의 시장 수요를 충족시키기 어려우므로 미국, 캐나다 등지에서 매년 재배 면적이 증가하고 있다. 그러나 노지에서 재배되는 에키네시아는 상품적 가치를 가지기 위해 3년의 기간이 필요하며 수확 시 뿌리 채취, 잔여 토양 제거 및 세척 등을 위한 인력이 많이 들고 손실되는 뿌리의 양도 많다. 또한 노지 재배 시, 광, 온도, 병충해, 재배 방식 등의 환경조건에 따라 약용 가치 또한 크게 달라질 수 있어 안정된 활성물질을 지속적으로 공급하기가 어려운 문제점이 있다 (Gotti et al., 2002; Luo et al., 2003; Pomponio et al., 2002). 따라서 에키네시아의 보존과 증식 그리고 수요에 따라 효과적인 공급방식이 필요하게 되었다.

이와 같이 식물 원료를 식품 및 의약품 원료로 사용하기 위해서는 동일한 품질의 원료를 대량으로 꾸준히 공급할 수 있는 생산시스템의 확립이 가장 중요하다. 식물조직배양은 현재 식물의 세포 및 기관을 대량생산하는데 가장 널리 적용되고 있는 방법이다. 그러나 이를 위해서는 대상 식물의 종류, 배양체, 배양목적 등에 따라 물리 화학적 배양환경을 최적화하는 것이 필수적인데 특히, 배지의 조성은 배양체의 증식과 생장뿐 아니라 약용식물의 경우 2차 대사산물의 함량에도 크게 영향을 미치는 중요한 환경조건으로 알려져 있다 (Kim et al., 2007a). 기내에서 배양중인 배양체의 생장에 영향을 주는 요인에는 크게 배지 내 함유된 식물생장조절물질, 무기염류, 탄소원 등과 같은 화학적 요인과 광, 온도, 공기 공급량, 접종밀도 등과 같은 물리적 요인을 들 수 있다 (Kim et al., 2003). 이 중 식물생장조절물질은 세포의 생장과 분화 및 2차 대사산물 생산에 영향을 미치는 요인으로 이들의 종류와 농도의 선정은 세포의 대사 작용에 큰 영향을 미친다 (Rokem and Goldberg, 1985).

따라서 본 연구는 E. angustifolia를 실험 재료로 하여 petri-dish에서 부정근을 유도한 후, 플라스크에서 부정근의 생장과 생리활성물질의 축적에 적합한 배지 내 auxin의 종류와 농도를 구명하고자 하였다.

재료 및 방법

1. 식물재료

실험에 사용된 E. angustifolia 재료는 캐나다 캘거리 대학에서 분양 받아 N6-benzyladenine (BA) 0.1㎎/L, sucrose 30 g/L, agar 7 g/L이 포함된 MS 기본배지 (Murashige and Skoog, 1962)에서 증식시켰다. 0.1 N NaOH를 이용하여 배지의 pH를 5.8로 조정한 후, 광구병에 배지 70 mL를 분주하여 고압멸균기를 이용하여 121℃에서 18분간 살균하였다. 배양용기 당 식물체를 4개 접종하여 4주 간격으로 계대 배양하여 유지, 증식하였다. 배양실 온도는 25 ± 2℃, PPF는 50 μmol·m-2s-1, 광주기는 16/8시간 (명/암)으로 조절하였다. 

2. Auxin의 종류와 농도가 부정근의 유도에 미치는 영향

E. angustifolia의 부정근을 유도하기 위해 indole-3-butyric acid (IBA)와 a-naphtalene acetic acid (NAA)를 각각 0, 0.5, 1, 3, 5㎎/L로 처리한 후, 50 g/L sucrose, gelite 2.3 g/L (Duchefa, Haarlem, Netherlands)가 첨가 된 MS배지의 pH를 5.8로 조정 후 1L 삼각플라스크에 500mL씩 분주하여 121℃에서 25분간 고압멸균기로 살균한 후 플라스틱 petri-dish (9.0Ø × 1.0 h ㎝)에 30 mL씩 분주하여 사용하였다. 분양 받은 기내 식물체로부터 뿌리를 1.5 ~ 2.0㎝ 길이로 절단하여 한 petri-dish 당 8개씩 접종하여 8반복하였고, 배양은 25 ± 2℃, 암 조건에서 5주간 실시하였다.

3. Auxin의 종류와 농도가 부정근의 생장과 생리활성물질 축적에 미치는 영향

부정근의 생장과 생리활성물질 축적에 적합한 auxin의 종류와 농도를 조사하기 위하여 MS배지에 50 g/L의 sucrose를 첨가하고 IBA와 NAA 농도를 각각 0, 0.1, 0.5, 1, 3, 5㎎/L 첨가 하였다. 접종은 500mL 삼각플라스크에 200mL 배지를 넣고부정근 정단부분의 약 1.5-2.0㎝만을 취하여 7 g/L 접종밀도로 접종한 후 22±2℃의 암조건 배양실에서 5주간 100 rpm으로 현탁 배양하였으며 처리구 당 5반복 실시하였다. 5주 배양 후 생체중, 건물중, 생체중에 대한 건물중 비율 (% dry weight), 생장률 (specific growth ratio), 생리활성물질로는 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 총 카페익산 유도체 함량을 조사하였다.

4. 생장량 측정

1) 생체중과 건물중 조사

배양 5주 후에 스테인레스 채로 걸러 배지를 제거한 후 부정근을 흡습지를 이용하여 충분히 수분을 제거한 다음 생체중을 측정하였다. 건물중은 생체중을 측정한 부정근을 60℃로 고정시킨 열풍건조기 (FO-600M, Jeio Tech, Korea)에서 48시간 건조한 후 측정하였다 (CPA224S, Sartorius, Germany).

2) 부정근의 생장률과 생체중에 대한 건물중 비율

부정근의 생장률 (specific growth ratio)과 생체중에 대한 건물중 비율은 Cui et. al. (2010)의 방법을 이용하여 계산하였다.  

3) 부정근의 생장률

부정근의 생장률 = [(최종 생장한 부정근의 건물중) - (초기 접종한 부정근의 건물중)]/(초기 접종한 부정근의 건물중)

4) 생체중에 대한 건물중 비율

생체중에 대한 건물중 비율 = (최종 수확한 건물중)/(최종 수확한 생체중) × 100

5. 생리활성물질 함량 측정

1) 추출물 조제

건조한 E. angustifolia 부정근 1 g을 80% 메탄올에 침지하여 냉각관이 부착된 환류냉각 추출장치 (LS-2050-S10, LSTech, Korea)를 이용하여 80℃에서 1시간씩 2회 반복 추출하였다. 추출이 완료된 추출액을 원심분리기로 분리한 후 상층액을 취한 후 남은 잔사를 다시 동일한 조건에서 추출한다. 이두 상층액을 모아 100 mL이 되게 80% 메탄올로 정용하여 최종 추출물을 조제하였다. 

2) 총 폴리페놀 함량 측정

Foline-Ciocalteu reagent가 추출물의 총 폴리 페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으로 발색하는 원리인 Foline-Ciocalteu 방법 (Folin and Ciocalteu, 1927)을 이용하여 부정근의 총 폴리페놀 함량을 측정하였다. 0.1 mL 메탄올 에키네시아 부정근 추출물과 표준물질용액에 2.5 mL의 증류수를 넣어 혼합한 후, 2 N인 Foline-Ciocalteu reagent (10 time dilution; Sigma chemical Co., St. Louis, MO, USA)용액 0.1 mL을 첨가하였다. 그리고 20% Na₂CO₃용액 0.5 mL을 첨가한 후 실온에서 30분간 암 상태로 방치한 다음 760㎚에서 spectrophotometer (UV-1650 PC, Shimadzu, Japan)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 이 때 표준물질로는 garlic acid (Sigma chemical Co., St. Louis, MO, USA)를 사용하였으며, 그 농도는 50 ~ 800 ppm이었고 표준곡선으로부터 부정근의 총폴리페놀 함량을 구하였다. 총 폴리페놀 함량은 g (DW) 중의 mg garlic acid으로 나타내었다. 

3) 총 플라보노이드 함량 측정

부정근의 총 플라보노이드 함량은 colorimetric 방법 (Sakanaka et al., 2005)에 따라 측정하였다. 0.25 mL의 메탄올 에키네시아 부정근 추출물과 (+)-catechin standard solution (Sigma chemical Co., St. Louis, MO, USA) 표준물질 용액에 1.25 mL의 증류수를 첨가한 후, 5% (w/v) NaNO₂용액 0.075 mL을 첨가하였다. 6분 경과 후, 0.15 mL의 10% (w/v) AlCl₃용액을 첨가한 후 5분간 방치한 다음 1 N NaOH 용액 0.5 mL 첨가하였다. 혼합액의 총량이 2.5 mL이 되도록 증류수를 첨가한 다음 510㎚에서 spectrophotometer를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 표준물질 용액의 검량선으로부터 추출액의 플라보노이드 함량을 측정하였으며 함량은 g (DW) 중의 ㎎ catechin으로 나타내었다. 

4) 총 카페익산 유도체 함량 측정

추출액을 0.45㎛ millipore syringe filter (Gelma, USA)로 2mL 정도 여과한 후 HPLC (Waters 2690 separation module, USA)로 분석하였다. 분석 컬럼은 Xterra C18 column (Φ3.5㎛, 3.0 × 150㎜)을 사용하였고 detector는 Water 996 photodiode array detector (203㎚)를 사용하였다. 이동상으로는 A를 100% acetonitrile, C를 0.1% trifluoroacetic acid가 포함된 물로 하였으며, 처음에는 A :C의 비율을 10 : 90; 30분에 25 : 75; 41분에 40 : 60; 50분에 50 : 50; 52분부터 나머지 8분은 최초의 비율로 조절하였고 flow rate는 0.3mL/min로 하였다. 표준물질 caftaric acid, chlorogenic acid, cynarin, echinacoside와 cichoric acid는 ChromaDex의 시약이며, 표준물질에 의하여 검량선을 작성하여 부정근에서 추출한 이차대사산물과 비교하였고 330㎚ 파장에서 검출하였다 (Pellati et al., 2004).  

5) 통계처리

통계처리는 SAS 프로그램 (Version 6.21, SAS Institute Inc., Cary, NC)을 이용하여 5% 유의수준에서 Duncan 다중 비교하였다 (SAS Institute, 1989). 

결과 및 고찰

1. 부정근의 유도

E. angustifolia 부정근의 유도에 영향을 미치는 auxin의 종류와 농도를 구명하기 위해 IBA, NAA를 대상으로 5주간 실험한 결과, auxin의 종류와 농도에 따라 큰 유의차를 보였다. 낮은 농도의 IBA에서는 부정근이 유도되었으나 3.0㎎/L의 높은 농도에서는 부정근이 유도되지 않았고, 모든 NAA 처리구에서는 부정근이 유도되지 않았다 (Fig. 1). 부정근의 생장은 IBA 1.0㎎/L 처리구에서 생체중과 건물중이 한 petri-dish 당 각각 20.87㎎, 3.07㎎으로 가장 높게 나타났고, 무첨가 처리구에서 한 petri-dish 당 2.57㎎과 0.60㎎으로 가장 낮게 나타났다. 모든 IBA 처리구와 NAA 처리구들은 대조구보다 다소 높은 생장량을 보였고, 모든 IBA 처리구는 상응하는 NAA 처리구보다 생장량이 높게 나타났다 (Table 1).

Fig. 1. Induction of adventitious roots of E. angustifolia as affected by IBA and NAA after 5 weeks of culture.

Table 1. Fresh weight and dry weight of E. angustifolia adventitious root as affected by IBA and NAA after 5 weeks of culture.

Auxin은 부정근의 측근형성과 길이 신장에 가장 큰 역할을 하는 식물생장조절물질로 부정근에 미치는 auxin의 영향은 auxin의 종류와 농도, 배양체의 종류, 환경조건 등에 따라 다를 수 있다. 배양방법에 따른 부정근 생장의 차이는 용기 내 에틸렌 농도의 차이로 설명할 수 있다. 고체배양의 경우, 환기가 이루어지지 않기 때문에 IBA와 NAA 처리 후 배양기간이 경과 할수록 에틸렌 농도가 높아지며 특히 NAA처리 시 에틸렌 발생이 더 많아 IBA처리에 비해 부정근의 생장이 크게 억제 되었다고 하였다 (Han et al., 1996; Kim et al., 2003b). 일반적으로 IBA는 타 auxin에 비해 부정근의 형성과 길이신장에 강하게 작용하기 때문에 고려인삼 (Panax ginseng C. A. Mey.)의 부정근 (Kim et al., 2003a)과 모상근 (Washida et al., 2004)의 뿌리 배양 시 측근의 형성과 길이 신장을 촉진시킨다고 알려져 있다. 인삼 캘러스로부터의 부정근 형성과 증식은 대체로 auxin 처리에 의하여 촉진되는데, 이들 auxin의 종류와 적정농도에 관한 보고는 조금씩 다르나 대체로 고농도의 IBA나 저농도의 NAA에 의해 부정근 생장이 가장 양호한 것으로 알려져 있다 (Choi et al., 2000; Kim, 2002; Seon et al., 1999). 또한 Jeong (2009b)도 저농도의 IBA가 NAA 보다 부정근 유도에 더 효과적이었다고 보고되어 본 실험과 비슷한 결과를 보였다.

2. 부정근의 생장

유도된 E. angustifolia 부정근의 장기간 계대 배양에서 최적의 auxin 종류와 농도를 구명하기 위하여 IBA와 NAA를 농도에 따라 flask에서 5주간 실험한 결과 무첨가 처리구와 낮은 농도의 IBA와 NAA에서는 측근의 형성이 균일하지 않았고 길이 신장이 주로 일어났으며 5.0㎎/L의 높은 농도의 IBA와 NAA 처리구에서 측근은 많이 형성되었지만 길이가 1.0, 3.0㎎/L의 측근보다 짧았다. 그리고 높은 농도의 NAA 처리구에서는 뿌리가 짧아지면서 캘러스가 형성되었다. auxin을 첨가하지 않은 대조구에서는 부정근의 측근이 발생되지 않고 길이 생장만 이루어져 (Fig. 2) 측근 발생에는 auxin이 필수적이라고 생각된다. 부정근의 생장은 IBA 1.0㎎/L과 NAA 3.0㎎/L 처리구에서 생장이 가장 좋았고, 그중에서도 IBA 1.0㎎/L 처리구에서 생체중과 건물중이 각각 flask 당 3.71 g, 0.41 g, 생장률은 1.91로 가장 높게 나타났다 (Table 2).

Fig. 2. Adventitious root growth of E. angustifolia as affected by IBA and NAA after 5 weeks of flask culture.

Table 2. Effect of IBA and NAA on root growth of E. angustifolia after 5 weeks of flask culture. by IBA and NAA after 5 weeks of flask culture.

Kim 등 (2003b)은 고려인삼의 부정근은 고체배양에서 IBA 처리구의 생체중과 건물중은 NAA 처리구의 약 2배 이상 생장을 나타냈으나 환기가 이루어지는 생물반응기 배양에서는 IBA와 NAA의 처리에 따른 부정근의 생체중 차이가 그다지 뚜렷하지 않았다고 하였다. 그 원인은 고체배양 시 NAA은 IBA보다 용기 내 에틸렌 생성량이 많이 높았으며 에틸렌은 뿌리의 생장을 억제하며 (Han et al., 1996), 그로 인하여 NAA 처리구에서 부정근은 측근 형성이 억제되고 정단부의 비대를 가져온 것이라고 하였다 (Ableles, 1973; Kim et al., 2003b; Tung et al., 1996). 그러나 생물반응기를 이용한 액체배양에서는 환기가 이루어져 에틸렌 농도의 차이가 없기 때문에 부정근의 생장도 큰 차이가 없었다고 하였다 (Kim et al., 2003b). 본 실험에서 E. angusifolia의 부정근은 flask에서 현탁 배양되어 생물반응기에 비해 환기가 잘 이루어지지 않았지만 petridish보다 환기가 보다 좋았기 때문에 NAA와 IBA의 부정근의 생장이 차이가 그다지 뚜렷하지 않았다고 생각된다.

부정근 형성에 미치는 auxin의 영향은 auxin의 종류와 농도, 배양체의 종류, 환경조건 등에 따라 다를 수 있다. 완두 하배체 (Nordstrom and Eliasson, 1993)와 토마토 잎 절편체 (Coleman et al., 1980) 배양에서는 auxin에 의해 부정근의 형성이 억제되었지만 Norway spruce (Bollmark and Eliasson, 1990)나 개암나무의 자엽 (Gonzalez et al., 1991)의 경우에는 부정근의 형성이 촉진되기도 하였다. Kim 등 (2003b)은 배지 내 IBA 와 NAA를 각각 첨가하여 고려인삼의 부정근을 배양할 때 발생하는 측근형성과 길이 신장 과정을 현미경을 통하여 관찰한 결과 배양초기 부정근의 내피 부분의 분열 양상이 NAA 처리구보다 IBA 처리구에서 두드러지게 관찰되었으며, 측근의 형성과 길이 신장도 IBA 처리구에서 왕성하게 이루어졌다고 보고하였다. 특히 NAA 처리구의 경우 측근의 세포분열이 억제된 것처럼 보이며 근단부 부분이 비대 된 형태를 보여 본 실험결과와 동일하게 형성된 측근이 길이 신장이 원활하게 이루어지지 않았다고 하였다. NAA 처리 시 부정근의 길이 신장이 이루어지지 않고 비대 되는 현상은 고려인삼의 부정근을 이용한 Jeong 등 (2009a)의 실험에서도 관찰되었다. Echinacea 부정근의 유도는 Choffe 등 (2000a, b)이 최초로 보고하였으며 E. purprea의 잎으로부터 부정근을 유도한 결과, IBA는 NAA와 IAA보다 부정근의 형성을 더 촉진하였으며, IBA 1mg/L에서 절편체 당 부정근이 5.5개로 가장 높았다고 하였다.   

3. 생리활성물질 함량

Auxin 종류와 농도가 부정근의 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량, 총 카페익산 유도체 함량에 미치는 영향을 조사한 결과, 생장과 동일한 경향을 보여 IBA 1.0㎎/L에서 가장 높게 나타났다. 총 폴리페놀의 함량은 27.20㎎/g DW, 총 플라보노이드 함량은 9.60㎎/g DW로 높게 나타났으며 총 카페익산 유도체 함량도 IBA 1.0㎎/L에서 10.67㎎/g DW로 가장 높게 나타났다 (Table 3, 4). 일반적으로 생리활성물질을 생산하기 위해 세포나 부정근 배양에 첨가하는 IBA와 NAA는 생리활성물질의 생합성 과정을 촉진시키고 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D)는 억제한다고 알려져 있다 (Sahai and Shuler, 1984). 특히 IBA는 고려인삼의 부정근 (Kim et al., 2003a) 과 모상근 (Washida et al., 2004)의 측근 형성뿐만 아니라 배양체 내 ginsenosides 함량도 증가시켰다고 보고되어, 본 실험에서도 배지 내 적정한 농도의 IBA가 첨가된 처리구에서 부정근의 형성과 부정근 내 생리활성물질 축적이 촉진되었다 고 생각되었다. Ahn 등 (2005)은 섬오갈피 부정근의 증식은IBA 2.0㎎/L에서 가장 적합하며 그 이상 첨가하였을 때는 증 식이 오히려 억제된다고 하였으며, eleutheroside E 함량은 IBA 3.0㎎/L에서 생산량이 가장 많았으며, eleutheroside B와 chlorogenic acid는 IBA 5.0㎎/L에서 가장 높았다고 하였다. 섬오갈피의 부정근 생장과 이차대사산물의 축적이 서로 다른 농도에서 이루어진데 반하여 E. purprea의 부정근은 생장이 가장 잘 이루어진 IBA 2.0㎎/L에서 이차대사산물의 함량도 가장 높았는데 (Wu, 2007) 이는 식물의 종류에 따라 서로 다른 결과를 보인 것으로 생각된다.

Table 3. Total polyphenolics and flavonoids in adventitious roots of E. angustifolia as affected by IBA and NAA after 5 weeks of flask culture.

Table 4. Caffeic acid derivatives content in adventitious roots of E. angustifolia as affected by IBA and NAA after 5 weeks of flask culture.

이상의 결과를 바탕으로 E. angustifolia 부정근의 생장과 생리활성물질 생산에 적합한 auxin의 종류와 농도는 IBA 1㎎/L로 선발하였다. 생물반응기를 이용하여 생리활성물질의 대량 생산하기 위해서는 다양한 물리, 화학적 배양환경의 최적화를 구명하는 것이 필요하다 (Murthy et al., 2008). 생리활성물질 생산에 영향을 주는 배양환경에는 크게 배지 내 화학적요인 (식물생장조절물질의 종류와 농도, 무기염 농도, 질소원의 비율 및 당 농도), 물리적요인 (접종 밀도와 공기 공급량) 및 배양체 내 생리활성물질 함량을 증가시키기 위한 elicitor 처리 등이 있다. 이에 본 실험결과를 바탕으로 생물반응기를 이용한 E. angustifolia 부정근을 통하여 생리활성물질을 연중 균일하게 대량생산하기 위하여 다양한 환경요인들에 대한 추가 연구가 수행되어야 할 것으로 생각된다.

감사의 글

본 연구는 보건복지부 보건의료연구개발사업(과제고유번호 : A103017)의 지원에 의하여 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

Reference

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