원예작물 조직배양묘의 급속대량증식 및 순화체계 개발과 실용화시험 1

정병룡,박중춘,설인준,민영봉,이영만,윤용철,강호종,장사문,이상옥,양찬석,손영걸,박봉식,신순선,김시론,최우진,이은주,김정숙,조미숙,변정희,이형정,임동희,이민주 경상대학교 시설원예연구소 1998 施設園藝硏究 Vol.5 No.-

Ⅰ. 제목 원예작물조직배양의 급속대량증식 및 순화체계개발과 실용화 시험 Ⅱ. 연구개발의 목적과 중요성 1. 연구개발의 목적 가. 광독립자가영양배양의 최적환경설정과 제어장치 개발 1) 광독립자가영양배양의 특성과 최적환경조건 및 환경조절 제어기술 2) 조직배양실과 환경조절장치 개발 3) 컴퓨터 제어 시스템 개발 4) 광 공급장치 개발 5) 광독립자가영양배양 장치의 실용화 실험 나. 광독립자가영양배양 조건하에서 배양체의 생육에 미치는 광도, CO_2농도, DIF, 일장등의 개별 및 상호작용 효과 규명 1) 광독립자가영양배양에서의 광도와 CO_2 농도 영향 2) 광독립자가영양배양에서의 CO_2 농도와 환기회수의 영향 3) 광독립자가영양배양에서의 주·야간 온도차(DIF)와 광도의 영향 4) 광독립자가영양배양에서의 명·암 주기와 환기회수의 영향 5) 광독립자가영양배양에서의 광도, 주·야간 온도차(DIF) 및 일장의 상호작용 6) 발근단계에서 영양체계가 배양묘의 생장에 미치는 영향 7) 발근단계에서 영양체계 및 순화방법이 배양묘의 생장에 미치는 영향 8) 광독립자가영양배양시 배양기내의 지지물 및 이온농도의 영향 9) 광독립자가영양배양시 배양기 종류와 환기회수의 영향 다. 광독립 자가영양배양시설의 설계와 활용실증 시험 1) 농가 보급형 자가영양배양시설의 표준설계 2) 농가 실용화를 위한 실증시험 라. 농가보급을 위한 표준배양시설의 경제성 분석 1) 조직배양법과 농가수용 기술 2) 조직배양농장의 시설규모와 투자액 3) 조직배양사업의 수익과 비용 추정 4) 조직배양사업의 수익성 분석 5) 조직배양사업의 경제적 타당성 분석 2. 연구개발의 중요성 가. 조직배양에 의한 대량번식 기술은 지금까지 광범위한 식물번식에 적용되어 오고 있고 학교, 연구소, 지도소, 농가 등 많은 곳에서 조직배양실을 갖추고 생산기술의 연구에 임하고 있으나 조직배양의 농업생산성과 직결되는 배양가능작물의 범위와 배양묘의 생장속도 및 성묘 획득율은 대단히 부진하며 성묘의 가격은 매우 높은 실정이므로 개선이 필요하다. 나. 그러나 기존 농가가 직면하고 잇는 문제점은 높은 생산비용으로 이는 주로 대량증식 기간동안의 생장율 저조, 발근불량 및 순화과정의 유식물체 생존율저하 등에 기인되고 있다. 다. 이는 조직배양방법의 비효율성과 첨단 신기술의 미수용과 연관이 있고, 특히 기외 육성의 초기단계인 순화과정에서 발생하는 높은 고사율은 성묘율에 큭; 영향을 미치므로 개선되어야 한다. 라. 배양과정 중에 배양기의 환경을 조절해 줌으모서 기내생장은 물론 기외 이식된 후 더 빠르고 강한 세력으로 자랄 수 있도록 도와줄 수 있다. 즉 배양배지내 존재하는 탄수화물에만 전적으로 의존하는 기존의 타가영양(heterotrophic)방식에서 식물 자체의 광합성에 의하여 발육할 수 있도록 환경을 제어해 주는 광독립자가영향(photoautotrophic)방식 또는 탄수화물과 자가영양이 혼합된 광혼합여양(photomixotrophic)방식으로 전환이 필요하다. 마. 배양기내의 타가영양상태의 유모를 온실 또는 기외 포장에 이식하였을 때 순화과정에서 갑자기 받게되는 자가영양상태로의 전환은 이들의 생존율을 저하시킨다. 이는 유묘들이 자란 배양기내의 인공배지에 포함된 영양성분과 생물환경이 외부의 자연환경과 매우 달라 유묘들이 심한 환경스트레스를 받기 때문이다. 바. 생력화의 부재와 첨단장비의 미도입으로 인건비가 생산비 중에 차지하는 몫이 큰데 이것도 광독립영양배양법의 도입으로 개선될 수 있다. 사. 조직배양묘 생산농가의 생산효율이 매우 낮고, 이로 인해 막대한 외화를 낭비하면서 매년 대부분의 종묘를 수입하고 있는 실정이므로 자가영양배양의 기술개발로 이를 절감할 수 있을 것이다. 아. 이를 위해 조직배양묘 급속대량증식을 위한 광독립영양배양장치 개발과 광독립자가영양배양 조건하에서의 최대 배양묘 생산 조건의 규명이 필요하다. 자. 또한 농가도입을 위한 광독립영양배양의 표준설계와 실용화시험 및 표준시설에 대한 경제성 분석이 필요하다. Ⅲ. 연구개발과 내용 및 범위 ◁표 삽입▷ (원문을 참조하세요) Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 1. 연구개발 결과 가. 서론 1) 조직배양에 의한 식물세포조직 또는 기관 등의 대량증식 과정을 요약하고 특히 배양기내의 CO_2농도 및 광환경과 배지의 물리적 환경특성에 대하여 검토하였다. 2) 본 연구에서는 광독립자기영양배양의 최적 환경설정과 환경제어장치를 개발하고 자가영양배양 조건하에서 식물배양체의 생육에 미치는 영향으 구명하기 위하여 광도, CO_2농도, 주야간 온도차, 상대습도, 명암기의 주기 등에 대하여 주요작물을 대상으로 배양실험을 실시하였다. 그리고 광독립 자가영양배양방법을 농가에 보급하기 위하여 시설의 설계, 농가실용화를 위한 실증시험, 표준시설에 대한 경제성 분석 등이 실시되었다. 나. 광독립자가영양배양의 최적환경설정과 제어장치 개발 1) 광독립자가영양배양의 특성과 최적 환경조건 및 환경조절 제어기술 자가영양배양의 특성을 검토한 최적 환경조건의 제어기준을 설정하기 위하여 배양단계별 환경특성과 조절범위를 검토하였다. 환경설정범위는 광원은 cool- white 형광등과 LED광, 광량은 70-140μ mol·m^-2·s^-1, 명/암기는 주기조절, 온도범위±오차는 20-27℃±1℃, 상대습도는 85-99%, CO_2농도는 450 - 2,000ppm범위로 하고, 조절방법은 환기회수 1h^-1, 배지의 당농도는 0-30g/ℓ^-1, 공기유동은 ON-OFF 방식으로 하였다. 그리고 순화과정에서 자가영양배양묘의 효과와 몇 가지 환경스트레스에 대한 문헌적 고찰을 하여 순화장치 개발을 위한 참고자료로 하였다. 그 내용은 배양기 내외의 환경요인으로 CO_2농도, 공기와 수분포텔셜, 광 등이었다. 그리고 타가영양번식, 자가영양번식, 증산작용 등이 순화시 광합성 및 배양묘의 생육에 미치는 영향과 배양묘의 순화중 환경스트레스 요인으로 수분, 식물조직, 광합성, 저온 등이 미치는 영향이 고찰되었다. 또한 배양묘의 적절한 순화방법이 검토되었다. 2) 광독립자가영양배양실과 환경조절장치 및 컴퓨터제어 시스템 개발 광독립영양배양방법 도입을 위하여 조직배양실과 환경조절설비를 고안제작하고 최적환경 조성기술 및 제어장치를 개발하였다. 먼저 기초시험용 배양실을 고안 제작하여 환경조절장치를 설비하고 온도, 습도, 광, 바람의 인위적 조절을 시도하여 환경조절 반응자료를 획득하였다. 환경조절 반응자료를 근거로 보급형의 배양실 구조를 재설계하고, 배양실 환경조절용 기계장치의 최적 설비사양을 정립하였다. 환경계측 및 제어가 가능한 센서, 인터페이스, 동력 배전반을 고안제작하고 컴퓨터와 연결하여 환경제어시스템을 개발하였다. 개발결과는 다음과 같다. 가) 보급형 배양실은 3가지 형태로 개발하였다. 대형 실험실 또는 소농가용으로 4실형 모델, 소규모 실험실용으로 1조 2실형모델, 실용생산 또는 전업 농가용으로 대형 Room형 모델로 하였다. 나) 각 모델별로 환경조절기능을 갖도록 실내구조를 설계하였고, 설비사양을 도표화하여 생산업체에 기술이전이 가능하게 하였다. 다) 환경제어 항목은 온도(난방, 냉방), 습도, CO_2, 광 및 풍속으로 하였고 광과 풍속은 3단 조절로 고정하여 제어되도록 하고, 기타 환경은 다음의 제어기법을 응용하여 제어하였다. 라) 제어기법은 ON-OFF, PWM 출력 PID 및 PWM 출력 Fuzzy제어를 도입하였으며, 각 제어기법의 성능을 극대화하기 위하여 각 환경제어계의 수식모형을 수립하고, 디지털 프랜트 모형으로 변환하여 환경제어 시뮬레이션을 실시하여, ON-OFF제어의 사역, PID제어의 게인 및 Fuzzy제어의 퍼지변수 수치화 범위에 대한 최적화를 도모하였다. 마) 각 제어기법의 현장적용 결과, 어떠한 환경제어에서도 Fuzzy, PID, ON-OFF순의 제어 정확도를 나타내었고, 3가지 기법 모두 실용화가 가능한 것으로 판단되지만, Fuzzy제어는 현장경험에 의한 퍼지변수 설정이 가능하기 때문에 가장 실용적인 것으로 판단되었다. 온도, 습도, CO_2농도의 제어오차는 각각 ±1.2℃, ±4.4%RH 및 ±53ppm으로 나타났다. 바) 제어기법 도입시 반드시 고려하여야 할 거은 첫째, 환경조절기의 동작지연과 최소동작시간, 계측장치의 시정수 및 지연시간을 감안한 제어주기 결정, 둘째, 온도제어에서 난방기와 냉방기 중 단일 기종만 이용, 셋째, 습도나 CO_2농도제어에서와 같이 한번이라도 목표치보다 실제값이 높게 되면 실제값을 목표치이하로 낮추기 어려우므로 항상 실제값이 제어목표치 이하로 유지 되도록 하는 것 등이었다. 사) 모니터 화면을 주시하면서 편리하게 운영할 수 있는 컴퓨터 환경제어시스템을 개발하였다. 주요 기능은 자동제어, 수동제어, 설정치 입력, 자료관리 및 장치와 센서의 초기설정으로 하였고, 환경의 제어기법은 Fuzzy제어기법이 가장 우수하였으며, 시험결과 활용상의 문제점은 거의 없었다. 아) 조직배양실내 균질의 광 공급을 위한 광공급장치를 개발하였다. 3단 조명과 반사거울을 이용한 형광등 광공급장치, 광섬유를 이용하여 배양기내 유묘의 상부 및 측면 조광이 가능한 광공급장치, 고휘도 LED 조명판을 이용한 광공급장치 및 형광등과 역V형 거울을 이용한 광공급장치 등이었다. 광섬유와 LED에 의한 장치는 광도가 낮아 측면광으로서의 보조광으로 활용할 수 있었고, 금후 광량 증가를 위한 검토가 필요하였다. 자) 이상의 기초시험부터 실용화시험까지 수행한 연구결과에서 조직배양실과 부대시설 및 환경제어장치들은 기업의 상품화가 가능할 수 있도록 충분한 자료와 기술을 도출하였다 3) 광독립 자가영양배양장치의 실용화 실험 앞에서 얻어진 광독립자가영양배양 시설과 환경설정조건을 이용하여 거베라, 스타티스, 호접란, 딸기, 토마토, 상추 등에 대하여 성묘율 및 생육효과시험을 실시하였다. 광독립자가영양배양은 sucrose, 비타민, 생장조절제를 첨가하지 않은 배지에서 140μ mol·m^-2·s^-1의 강광과 1,000ppm의 CO_2환경에서 시간당 1회의 공기순환조건을 부여하였고, 타가영양배양은 30g·ℓ^-1에 비타민과 생장조절제를 첨가하고 배양환경은 일반 관행조건인 70μ mol·m^-2·s^-1의 광에 CO_2는 membrane filter를 부착하지 않아 공기순환을 0.01회/시간으로 제한 하였다. 그리고 혼합영양배양은 15g·ℓ^-1의 sucrose 첨가에 filter를 부착하여 대기중 CO_2농도 340ppm을 시간당 1회 순환될 수 있도록 하고 그 외 조건은 타가영양배양과 동일하게 하여 서로 비교하였다. 공시작물의 시험성적을 보면 성묘율은 타가영양배양에 비하여 광독립영양배양 효과가 뚜렷하였다. 특히, 거베라, 스타티스, 상추등은 광독립영양배양이 82.0 - 96.6% 범위에 있는 반하여 타가영양배양은 64.0 - 78.1% 범위에 있어 매우 낮았으며, 혼합영양배양는 72.5 - 87.5%로서 그 중간의 성묘율을 보였다. 그리고 호접란의 경우는 모든 시험구에서 성묘율이 높이 90%이상을 보였고 특히 광독립자가영양배양은 100%의 성묘율을 보여 타가영양과 혼합영양의 90.6%, 96.6%에 비하여 성묘율이 높았다. 생효과분석을 위해 조사된 몇 가지 형질들의 성적에서는 시험구별로 다소의 차이는 있었으나 대부분 광독립영양배양에서 생육이 양호하였다. 즉 건물중 또는 생체중 증가정도에서 스타티스, 호접란, 딸기, 토마토, 상추 등은 자가여양에 비해 타가영양이 낮은 생육을 보였고, 혼합영양배양은 작물에 따라 차이는 있으나 대체로 그 중간이었다. 반면에 거베라의 경우는 타가영양이 생체중 증가율이 가장 높았고, 자가영양과가 혼합영양은 타가영양에 비하여 각각 낮았다. 이상의 결과에서 광독립자가영양배양이 대부분의 작물에서 성묘율 및 생육상태가 양호하였으나 작물 또는 조사형질 그리고 배양환경에 따라 차이가 있을 수 있으므로 여러 가지 모형의 환경에서 배양시험을 선행하고 또한 농가보급을 위한 실증시허이 수행되어야 할 것으로 사료되었다. 다. 광독립자가영양배양 조건하에서 배양체의 생육에 미치는 광도, CO_2농도, DIF, 일장등의 개별 및 상호작용 효과 규명 경상대학교에 설치된 4개의 조직배양연구실에서 실험을 실시하였다. 배양실은 컴퓨터에 의해서 설정된 환경(광도, 온도, 일장, CO_2 농도, 상대습도 등)을 조절할 수 있도록 설계되었다. 거베라(Gerbera hydrida Hort. cv. Ansofie), 카네이션(Dianthus caryophyllus cv. Scarlet Bell), 딸기(Fragari × ananaas Duch. cv. Houkouwase), 스타티스(Limonium spp. cv. Misty Blue) 및 국화(Denderanthema grandiflorum cv. Heejung)를 공시식물로 이용했다. 실험에 사용된 배양기는 4.0 × 10^-4 m^3 유리 마요네즈병 또는 3.7 × 10^-4 m^3의 Magenta GA7 배양기였고 뚜껑에 직경 10 mm의 구멍을 1개 뚫어 통기성의 filter를 붙여 배양기의 환기회수(NAEH)를 2.0 또는 2.8 h^-1로 각각 높였다. MS배지(당, 비타민 무첨가)를 이용하고, 지지물로는 agar(8.0 kg·m^-3) 등을 이용하였다. 광원으로서는 3파장 cool-white 형광등을 이용하였다. 필요에 따라 환경조건(기온, 광도, 상대습도, 일장, 주야간 온도, 배지의 종류, 이온의 농도 등)을 변화시켜 배양 식물의 생육반응(생체중, 건물중, 초장, 근장, 엽수, 엽면적, 엽록소 농도 등)을 조사하였다. 1) 광독립자가영양배양에서의 광도와 CO_2 농도 영향 거베라, 카네이션 및 스타티스는 광합성유효광자속(PPF)가 높아질수록 생체중, 건물중, 건문율 및 엽면적 등의 전반적인 생육이 유의성 있게 촉진된 반면 초장은 유의성 있게 작아졌으며, 딸기는 초장도 길어졌다. CO_2 농도가 높아질수록 거베라, 카네이션 및 스타티스의 생체중, 건물중, 건물율, 초장 등이 유의성 있게 커졌으나 딸기에서는 초장과 엽면적이 작아졌다. 2) 광독립자가영양배양에서의 CO_2 농도와 환기회수의 영향 거베라, 딸기, 카네이션 및 스타티스는 CO_2 농도가 높을수록 그리고 배양기의 환기회수가 높을 수록 생체중, 건물중, 초장, 엽면적 등이 유의성 있게 커졌다. 3) 광독립자가영양배양에서 주·야간온도차(DIF)와 광도의 영향 카네이션의 경우 초장은 -DIF 처리구에서, 절간장은 + DIF 처리구에서 유의성 있게 길어졌고 엽면적은 작아졌으며 엽록소농도는 0 DIF에서 컸다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중, 엽면적 등이 유의성 있게 커졌다. 거베라의 생체중, 초장 및 경장은 0 DIF 처리구에서 유의성 있게 컸다. 건물중, 최대근장, 엽면적 및 총엽록소농도는 - DIF 처리구에서 유의성 있게 컸다. 초장과 경장은 + DIF 처리구에서 억제되었다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중, 엽수 및 엽면적이 유의성 있게 커졌다. 초장과 경장은 광도가 낮은 처리구에서 높은 처리구에서보다 유의성 있게 컸다. 딸기는 생체중, 건물중, T/R 건물비, 경장, 초장, 엽면적 및 총엽록소농도는 0 DIF에서 건물율은 - DIF에서 유의성 있게 컸다. 광도가 높을수록 생체중, 건물중, 경장, 초장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 건물율, T/R건물비 및 총엽록소농도는 유의성 있게 작아졌다. 스타티스는 DIF에 의한 효과는 나타나지 않았고, 광도가 높을수록 생체중, 건물중 및 초장은 유의성 있게 커졌다. 4) 광독립자가영양배양에서 명·암기 주기와 환기회수의 영향 카네이션과 스타티스는 명기 8시간 암기 4시간 처리구에서 생체중, 건물중, 초장 및 엽수 등이 컸다. 환기회수가 높은 구에서 생체중, 건물중, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 커진 반면, T/R 건물비는 유의성 있게 줄어들었다. 딸기는 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 생체중, 초장 및 엽수가 유의성 있게 커진 반면 건물율은 유의성 있게 작았다. 환기회수가 높은 구에서 생체중, 건물중, 건물율, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 커졌다. 5) 광독립자가영양배양에서 광도, 주·야간 온도차(DIF) 및 일장의 상호작용 카네이션은 + DIF에서 T/R 건물비 및 초장이 유의성 있게 컸다. 명기 16시간 암기 8시간 처리구에서 생체중, 건물중, 초장, 엽수, 엽면적 총 총엽록소농도가 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비는 유의성 있게 줄었다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중 및 T/R 건물비가 유의성 있게 커진 반면 총엽록소농도는 유의성 있게 작아졌다. 스타티스는 +DIF에서 건물중, 초장 및 엽면적이 유의성 있게 커졌다. 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 엽수 및 총엽록소농도가 유의성 있게 커졌다. 광도에 의한 효과는 총엽력소농도에서만 광도가 낮을수록 유의성 있게 커졌다. 딸기는 +DIF에서 엽수가 유의성 있게 커진 반면 초장 및 총엽록소농도는 유의성 있게 줄어들었다. 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 T/R건물비 및 초장이 유의성 있게 커졌다. 광도가 높아질수록 건물중 및 엽수가 커진 반면 T/R 건물비, 초장 및 총엽력소농도는 유의성 있게 줄었다. 6) 발근단계에서 영양체계가 배양묘의 생장에 미치는 영향 카네이션은 생체중, 건물중, 최대근장 및 엽면적은 광독립자가영양배양구에서 유의성 있게 커졌다. 건물율, T/R 건물비, 초장, 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 처리구간의 유의차가 없었다. 광혼합영야배양에서 유리화되는 경향을 보였으며 줄기가 가늘고 절간이 긴 반면 자가영양배양네는 뿌리가 길고 뿌리수도 많았으며 절간이 짧았다. 딸기는 생체중, 건물중, T/R 건물비, 초장, 엽수 연면적 및 총엽록소농도는 자가영양배양구에서 유의성 있게 커진 반면 건물율 및 최대근장은 유의성 있게 작아졌다. 고아혼합영양배양에서의 딸기는 잔뿌리보다는 원뿌리가 발달되었다. 자가영양배양에서는 줄기가 약간 붉은 색을 띄고 잔뿌리가 발달되면서 뿌리가 말리는 경향을 보였다. 7) 발근단계에서 영양체계 및 순화방법이 배양묘의 생장에 미치는 영향 카네이션은 자가영양배양법에서 자란 식물체일수록 생체중, 건물중, 초장, 최대근장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 건물율, T/R 건물비 및 신초수는 유의성 있게 작아졌다. 엽수 및 총엽록소농도는 처리구간에 유의차가 없었다. 차광률이 낮을수록 생체중, 건물중, 건물율, 근장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비와 초장은 유의성 있게 작아졌다. 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 처리간에 유의성이 인정되지 않았다. 차광률이 높아질수록 휘어서 자라는 경향이 높았으며 자가영양배양법에 의해 순화된 식물은 광혼합영야배양법 의해 자란 식물보다 절간이 짧고 식물체의 휘엄짐이 적었다. 딸기는 자가영양배양법에서 자란 식물체일수록 생체충, 건물율, T/R 건물비, 초장, 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 최대근장은 유의성 있게 작아졌다. 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 기내 배양시 영양체계에 의하여 영향을 받지 않았다. 순화시 차광률이 낮을수록 건물중과 건물을 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 작아졌다. 엽수는 차광 25%일 때 유의성 있게 커졌다. 생체중, 최대근장 신초수 및 총엽력소농도는 차광에 의해 영향을 받지 않았다. 8) 광독립자가영양배양시 배양기냉의 지지물 및 이온농도의 영향 스타티스는 상토인 토실이를 사용한 처리구에서 초장 및 근장이 agar와 perlite를 사용한 처리구에서보다 유의성 있게 길었다. 딸기의 초장과 근장, T/R율은 토실이 상토에서 배양시 유의성 있게 컸으며 생체중과 건물중도 agar에 비해 양호하였다. 스타티스 소식물체의 1/2MS 배지에 인산을 0.7075 mep·1^-1 추가로 첨가해준 배지에서 엽수, 엽면적 및 신초수가 유의성 있게 컸으며, MS배지에 인산을 1.415 mep·1^-1 추가로 첨가해준 배지에서 초장, 생체중 및 건물중이 유의성 있게 컸다. 온실용 다용도 액비를 사용한 처리구에서의 생육이 억제되었다. 9) 광독립자가영양배양시 배양기의 종류와 환기회수의 영향 딸기는 배양기 종류에 의한 차이는 나타나지 않았지만 filter의 수가 증가할 수록 엽수, 엽면적, 생체중 및 건물중이 유의성 있게 증가하였다. 엽수와 건물율은 filter를 1개 부착했을 때 유의성 있게 컸다. Duchefa box에서 배양시킨 카네이션은 모두 유리화 현상을 보였다. 딸기와 마찬가지로 배양기 종류에 의한 차이는 나타나지 않았지만 filter의 수가 증가할 수록 지상부 건물중과 총건물중이 증가하였다. 스타티스 배양소식물체는 배양기 종류에 의한 효과는 인정되지 않았지만 filter의 수가 증가할수록 생체중, 건물중 및 엽면적이 유의성 있게 증가하였고, 그 중 Duchefa box에 filter를 2개 부착한 처리구에서의 생육이 가장 좋았다. 라. 농가보급형 광독립영양배양실과 순화실 활용 실증시험 1) 농가보급형 자가영양배양시설의 표준설계 가) 조직배양묘 생산농가가 이용할 수 있는 광독립영양배양시설의 표준설계도서를 작성하였다. 나) 설계도서의 작성은 조직배양동, 순화실, 육성온실로 구분하였고 순화실의 규모는 터널형(T형), 침버형(C형), 그리고 순화배양 겸용형(AC형)으로 세분하였고, 순화실의 종류를 기준으로 표준설계도서를 별도로 작성하였다. 다) 설계도서의 내용은 설계도, 시방서, 공사비내역서, 육성온실의 구조안전도 해석으로 하였다. 라) 본 보고서에 기술된 설계내용은 축소된 도면과 주요내용을 요약하였으며 자세한 내용과 원도는 별도의 「농가보급형 식물조직배양시설의 설계도서」에 기술하여 별책으로 출판하였다. 2) 농가실용화를 위한 실증시험 광독립자가영양배양의 도입을 위해서는 적절한 배양시설과 배양기술이 필요하다. 앞에서 설계된 3가지 표준모델에서 터널형(T형) 시설을 기준으로 농가적응시험을 자가영양배양과 측면광공급 시험, 그리고 순화적응 시험으로 구분 실시하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다. 가) 광독립자가영양배양시험에 이용한 공시재료는 거베라, 스타티스, 호접란, 딸기, 상추, 감자 등 6종이었다. 이들 작물에서 광독립자가영양배양의 기내 성묘생존율은 83.3%-100% 범윙서 평균 95.2%이었고, 타가영양배양은 66.7-91.2%범위에서 76.3%의 평균 값을 보였다. 혼합영양배양은 평균성묘율이 85.0%로서 이들 작물은 72.0-94.3%의 범위에 있었다. 생육상태조사는 초장, 엽과 뿌리생육, 생체중 및 건물 중 등의 양적 형질과 엽색 등을 조사한바 작물과 조사형질에 따라 성적이 동일한 경향을 보이지 않았으나 대체로 엽수는 타가영양이 많은 경향이었고 초장, 엽신장, 뿌리생육, 엽색 등은 자가영양이 효과적인 경우가 많았다. 그리고 생체중과 건물중에서는 작물에 따라 증가율이 서로 달랐다. 이상의 시험조사 과정에서 양적인 증가는 배양환경에 따라 서로 다르나 건강한 묘라 할 수 있는 질적 형질은 광독립자가영양배양이 타가영양배양에 비하여 우세함을 육안으로 확인할 수 있었다. 나) 조직배양의 측면광 공급을 위한 광원으로 LED Light를 이용하고자 하였다. LED광은 열이 발생하지 않으므로 기내 배양체에 온도장해가 없으며 또한 측면에서 광을 공급할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 시험에 사용된 LED광원 황색, 녹색, 적색등 3종이있고, 이들의 광량은 각각 1.9, 2.2, 94.0μmol·m^-2·s^-1 이었다. 공시작물은 거베라, 상추, 감자 등으로 하였다. CO_2가 공급될 경우 sucrose가 첨가되지 않은 시험구인 자가영양상태에서도 생육이 양호한 경향을 보였다.이상 LED를 위한 측면광공급용 조직배양환경은 금후 광량증가를 위한 장치개발과 배양기의 적절한 배치를 위해 LED Light의 배열방법 등이 검퇴되어야 할 것으로 사료되었다. 다) 자가영양상태에서 배양된 묘가 순화과정에서 어는 정도 적응효과가 있는가를 검토하기 위하여 순화실험을 실시하였다. 공시작물로는 거베라, 스타티스, 호접란, 상추 등 4종으로 하였다. 대부분의 작물에서 광독립자가영양조건에서 배양된 묘가 순화력이 높았으며 타가영양상태에서 배양된 묘는 낮았고 혼합배양의 경우는 그 중간정도였다. 이상이 결과에서 자가영양환경은 기내배양 뿐만 아니라 순화과정에서도 생육효과가 인정되어 양질의 묘를 다량으로 생산할 수 있게 하였다. 따라서 건전묘 획득과 성묘율 향상을 높이기 위해서는 광독립자가영양배양시설 뿐만 아니라 적정한 환경조건이 부여될 수 있는 전용순화실의 도입이 필요하였다. 마. 원예작물조직배양사업의 경제성 분석 본 연구에서는 농가보급형 조직배양농장을 대상으로 배양실과 순화·육성실의 적정시설규모와 투자액을 결정하고 수익과 비용을 추정하여 조직배양사업의 수익성과 경제성을 분석하였다. 또한 자가영양배양기술의 개발과 이의 농가보급을 위한 실증시험결과에 대한 경제적 효율성을 평가하기 위해 관행의 타가영양배양기술과 비교·분석하였다. 본 연구결과 원예작물 조직배양사업은 배양시설이 완전 가동될 경우 매출액이익률은 32.6%, 총자본수익률은 27.7%로 사업의 수익성이 비교적 높은 것으로 나타났으며, 내부투자수익률은 22.10%로 조직배양사업은 경제적 타당성이 높은 유망한 업종인 것으로 평가되었다. 특히 자가영양배양기술은 배양과정에서의 성묘를 향상으로 타가영양배양기술에 비해 수익성을 높이고 묘의 평균생산비를 절감하는데 크게 기여할 수 있는 것으로 분석되었다. 그러나 배양시설 가동률이 70%수준 이상으로 유지되지 못할 경우 자산의 비효율적 운용으로 경영성과가 악화되고 묘의 평균생산비가 상승하는 결과가 초래될 수 있다. 원예작물 조직배양농장의 경영성과를 향상시키고 평균생산비를 절감하기 위해서는 묘를 저렴한 비용으로 대량생산·공급할 수 있는 기술체계확립과 더불어 적정수준의 가동률을 유지할 수 있도록 주문생산체계를 우선적으로 확립해 나가는 것이 무엇보다 중요하다.

Multiple heterologous M2 extracellular domains presented on virus-like particles confer broader and stronger M2 immunity than live influenza A virus infection

Kim, M.C.,Lee, J.S.,Kwon, Y.M.,O, E.,Lee, Y.J.,Choi, J.G.,Wang, B.Z.,Compans, R.W.,Kang, S.M. Elsevier/North-Holland 2013 Antiviral research Vol.99 No.3

The influenza M2 ectodomain (M2e) is poorly immunogenic and has some amino acid changes among isolates from different host species. We expressed a tandem repeat construct of heterologous M2e sequences (M2e5x) derived from human, swine, and avian origin influenza A viruses on virus-like particles (M2e5x VLPs) in a membrane-anchored form. Immunization of mice with M2e5x VLPs induced protective antibodies cross-reactive to antigenically different influenza A viruses and conferred cross protection. Anti-M2e antibodies induced by heterologous M2e5x VLPs showed a wider range of cross reactivity to influenza A viruses at higher levels than those by live virus infection, homologous M2e VLPs, or M2e monoclonal antibody 14C2. Fc receptors were found to be important for mediating protection by immune sera from M2e5x VLP vaccination. The present study provides evidence that heterologous recombinant M2e5x VLPs can be more effective in inducing protective M2e immunity than natural virus infection and further supports an approach for developing an effective universal influenza vaccine.

Cosmic evolution of stellar quenching by AGN feedback: clues from the Horizon-AGN simulation

Beckmann, R. S.,Devriendt, J.,Slyz, A.,Peirani, S.,Richardson, M. L. A.,Dubois, Y.,Pichon, C.,Chisari, N. E.,Kaviraj, S.,Laigle, C.,Volonteri, M. Oxford University Press 2017 MONTHLY NOTICES- ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY Vol.472 No.1

<P>The observed massive end of the galaxy stellar mass function is steeper than its predicted dark matter halo counterpart in the standard Lambda cold dark matter paradigm. In this paper, we investigate the impact of active galactic nuclei (AGN) feedback on star formation in massive galaxies. We isolate the impact of AGN by comparing two simulations from the HORIZON suite, which are identical except that one also includes supermassive black holes (SMBHs) and related feedback models. This allows us to cross-identify individual galaxies between simulations and quantify the effect of AGN feedback on their properties, including stellar mass and gas outflows. We find that massive galaxies (M-* >= 10(11) M-circle dot) are quenched by AGN feedback to the extent that their stellar masses decrease by up to 80 per cent at z = 0. SMBHs affect their host halo through a combination of outflows that reduce their baryonic mass, particularly for galaxies in the mass range 10(9) M-circle dot <= M-* <= 10(11) M-circle dot, and a disruption of central gas inflows, which limits in situ star formation. As a result, net gas inflows on to massive galaxies, M-* >= 10(11) M-circle dot, drop by up to 70 per cent. We measure a redshift evolution in the stellar mass ratio of twin galaxies with and without AGN feedback, with galaxies of a given stellar mass showing stronger signs of quenching earlier on. This evolution is driven by a progressive flattening of the M-SMBH-M-* relation with redshift, particularly for galaxies with M-* <= 10(10) M-circle dot. M-SMBH/M-* ratios decrease over time, as falling average gas densities in galaxies curb SMBH growth.</P>

Measurement of the top quark mass in the dileptonic tt¯ decay channel using the mass observables Mbℓ , MT2 , and Mbℓν in pp collisions at s=8 TeV

Sirunyan, A. M.,Tumasyan, A.,Adam, W.,Asilar, E.,Bergauer, T.,Brandstetter, J.,Brondolin, E.,Dragicevic, M.,Erö,, J.,Flechl, M.,Friedl, M.,Frü,hwirth, R.,Ghete, V. M.,Hartl, C.,Hö,rmann, N American Physical Society 2017 Physical Review D Vol.96 No.3

<P>A measurement of the top quark mass (M-t) in the dileptonic t (t) over bar decay channel is performed using data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 8 TeV. The data was recorded by the CMS experiment at the LHC and corresponds to an integrated luminosity of 19.7 +/- 0.5 fb(-1). Events are selected with two oppositely charged leptons (l = e, mu) and two jets identified as originating from b quarks. The analysis is based on three kinematic observables whose distributions are sensitive to the value of Mt. An invariant mass observable, M-bl, and a 'stransverse mass' observable, M-T2, are employed in a simultaneous fit to determine the value of M-t and an overall jet energy scale factor (JSF). A complementary approach is used to construct an invariant mass observable, M-blv, that is combined with M-T2 to measure M-t. The shapes of the observables, along with their evolutions in M-t and JSF, are modeled by a nonparametric Gaussian process regression technique. The sensitivity of the observables to the value of M-t is investigated using a Fisher information density method. The top quark mass is measured to be 172.22 +/- 0.18(stat)(-0.93)(+0.89) (syst) GeV.</P>

Directly comparing GW150914 with numerical solutions of Einstein’s equations for binary black hole coalescence

Abbott, B. P.,Abbott, R.,Abbott, T. D.,Abernathy, M. R.,Acernese, F.,Ackley, K.,Adams, C.,Adams, T.,Addesso, P.,Adhikari, R. X.,Adya, V. B.,Affeldt, C.,Agathos, M.,Agatsuma, K.,Aggarwal, N.,Aguiar, O. American Physical Society 2016 Physical Review D Vol.94 No.6

<P>We compare GW150914 directly to simulations of coalescing binary black holes in full general relativity, including several performed specifically to reproduce this event. Our calculations go beyond existing semianalytic models, because for all simulations-including sources with two independent, precessing spins - we perform comparisons which account for all the spin-weighted quadrupolar modes, and separately which account for all the quadrupolar and octopolar modes. Consistent with the posterior distributions reported by Abbott et al. [Phys. Rev. Lett. 116, 241102 (2016)] (at the 90% credible level), we find the data are compatible with a wide range of nonprecessing and precessing simulations. Follow-up simulations performed using previously estimated binary parameters most resemble the data, even when all quadrupolar and octopolar modes are included. Comparisons including only the quadrupolar modes constrain the total redshifted mass M-z epsilon [64 M-circle dot - 82 M-circle dot], mass ratio 1/q = m(2)/m(1) epsilon [0.6; 1], and effective aligned spin chi(eff) epsilon [-0.3, 0.2] where chi(eff) = (S-1/m(1)+S-2/m(2)). (L) over cap /M. Including both quadrupolar and octopolar modes, we find the mass ratio is even more tightly constrained. Even accounting for precession, simulations with extreme mass ratios and effective spins are highly inconsistent with the data, at any mass. Several nonprecessing and precessing simulations with similar mass ratio and chi(eff) are consistent with the data. Though correlated, the components' spins (both in magnitude and directions) are not significantly constrained by the data: the data is consistent with simulations with component spin magnitudes a(1,2) up to at least 0.8, with random orientations. Further detailed follow-up calculations are needed to determine if the data contain a weak imprint from transverse (precessing) spins. For nonprecessing binaries, interpolating between simulations, we reconstruct a posterior distribution consistent with previous results. The final black hole's redshifted mass is consistent with M-f,M-z in the range 64.0 M-circle dot - 73.5 M-circle dot and the final black hole's dimensionless spin parameter is consistent with a(f) = 0.62-0.73. As our approach invokes no intermediate approximations to general relativity and can strongly reject binaries whose radiation is inconsistent with the data, our analysis provides a valuable complement to Abbott et al.</P>

Restricted growth of U‐type infectious haematopoietic necrosis virus (IHNV) in rainbow trout cells may be linked to casein kinase II activity

Park, J W,Moon, C H,Harmache, A,Wargo, A R,Purcell, M K,Bremont, M,Kurath, G Blackwell Publishing Ltd 2011 Journal of fish diseases Vol.34 No.2

<P><B>Abstract</B></P><P>Previously, we demonstrated that a representative M genogroup type strain of infectious haematopoietic necrosis virus (IHNV) from rainbow trout grows well in rainbow trout‐derived RTG‐2 cells, but a U genogroup type strain from sockeye salmon has restricted growth, associated with reduced genome replication and mRNA transcription. Here, we analysed further the mechanisms for this growth restriction of U‐type IHNV in RTG‐2 cells, using strategies that assessed differences in viral genes, host immune regulation and phosphorylation. To determine whether the viral glycoprotein (G) or non‐virion (NV) protein was responsible for the growth restriction, four recombinant IHNV viruses were generated in which the G gene of an infectious IHNV clone was replaced by the G gene of U‐ or M‐type IHNV and the NV gene was replaced by NV of U‐ or M‐type IHNV. There was no significant difference in the growth of these recombinants in RTG‐2 cells, indicating that G and NV proteins are not major factors responsible for the differential growth of the U‐ and M‐type strains. Poly I:C pretreatment of RTG‐2 cells suppressed the growth of both U‐ and M‐type IHNV, although the M virus continued to replicate at a reduced level. Both viruses induced type 1 interferon (IFN1) and the IFN1 stimulated gene Mx1, but the expression levels in M‐infected cells were significantly higher than in U‐infected cells and an inhibitor of the IFN1‐inducible protein kinase PKR, 2‐aminopurine (2‐AP), did not affect the growth of U‐ or M‐type IHNV in RTG‐2 cells. These data did not indicate a role for the IFN1 system in the restricted growth of U‐type IHNV in RTG‐2 cells. Prediction of kinase‐specific phosphorylation sites in the viral phosphoprotein (P) using the NetPhosK program revealed differences between U‐ and M‐type P genes at five phosphorylation sites. Pretreatment of RTG‐2 cells with a PKC inhibitor or a p38MAPK inhibitor did not affect the growth of the U‐ and M‐type viruses. However, 100 μ<SMALL>m</SMALL> of the casein kinase II (CKII) inhibitor, 5,6‐dichloro‐1‐β‐<SMALL>d</SMALL>‐ribofuranosylbenzimidazole (DRB), reduced the titre of the U type 8.3‐fold at 24 h post‐infection. In contrast, 100 μ<SMALL>m</SMALL> of the CKII inhibitor reduced the titre of the M type only 1.3‐fold at 48 h post‐infection. Our data suggest that the different growth of U‐ and M‐type IHNV in RTG‐2 cells may be linked to a differential requirement for cellular protein kinases such as CKII for their growth.</P>

M-13 bacteriophage based structural color sensor for detecting antibiotics

Moon, J.S.,Park, M.,Kim, W.G.,Kim, C.,Hwang, J.,Seol, D.,Kim, C.S.,Sohn, J.R.,Chung, H.,Oh, J.W. Elsevier Sequoia 2017 Sensors and actuators. B Chemical Vol.240 No.-

Color sensor systems that exploit the advantages of M-13 bacteriophage have been shown to be potentially useful for detection of hazardous materials. The properties of M-13 bacteriophage can be systemically modified to impart target-specific selectivity and sensitivity using the phage display technique. Here, we describe a structural color-based sensor that utilizes genetically engineered M-13 bacteriophage to discriminate different types of antibiotics. An M-13 bacteriophage based structural color matrix was fabricated using a simple pulling technique by self-assembly of M-13 bacteriophage. When exposed to organic solvent, M-13 bacteriophage bundles promptly swell and promote distinct structural color change. Color sensors composed of M-13 bacteriophage genetically engineered to possess WHW peptide motifs clearly discriminated three different types of antibiotics, which was based on the color analysis of sensor using principal component analysis. Our sensing approach based on M-13 bacteriophage could be a promising sensor technique such as an environmental monitoring system.

Responses of Pea Varieties to Rhizobium Inoculation

M. Khondaker,A.R.M. Solaiman,A.J.M.S. Karim,M.M. Hossain 韓國作物學會 2003 Korean journal of crop science Vol.48 No.5

The responses of five varieties and three cultivars of pea (Pisum sativum) to Rhizobium inoculation on nodulation, growth, nitrogenase activity, dry matter production and N uptake were investigated. The pea varieties were IPSA Motorshuti-l, IPSA Motorshuti-2, IPSA Motorshuti-3, BARI Motorshuti-l, BARI Motorshuti-2 and the cultivars were 063, Local small and Local white. Fifty percent seeds of each pea variety/cultivar were inoculated with a mixture of Rhizobium inoculants at rate of 15g/kg seed and the remaining fifty percent seeds were kept uninoculated. The plants inoculated with Rhizobium inoculant significantly increased nodulation, growth, nitrogenase activity, dry matter production and N uptake. Among the varieties/cultivars, BARI Motorshuti-l performed best in almost all parameters including nitrogenase activity of root nodule bacteria of the crop. There were positive correlations among the number and dry weight of nodules (r=0.987** , 0.909** ), nitrogenase activity of root nodule bacteria (r=0.944** , 0.882** ), dry weight of shoot (r=0.787** , 0.952** ), N content (r=0.594** , 0.605** ) and N uptake (r=0.784** , 0.922** ) by shoot both at flowering and pod filling stages of the crop, respectively. It was concluded that BARI Motorshuti-l in symbiotic association with Rhizobium inoculant performed best in recording nitrogenase activity, dry matter production and N uptake by pea.

Microneedle patch delivery to the skin of virus-like particles containing heterologous M2e extracellular domains of influenza virus induces broad heterosubtypic cross-protection

Kim, M.C.,Lee, J.W.,Choi, H.J.,Lee, Y.N.,Hwang, H.S.,Lee, J.,Kim, C.,Lee, J.S.,Montemagno, C.,Prausnitz, M.R.,Kang, S.M. Elsevier Science Publishers 2015 Journal of controlled release Vol.210 No.-

A broadly cross-protective influenza vaccine that can be administrated by a painless self-immunization method would be a value as a potential universal mass vaccination strategy. This study developed a minimally-invasive microneedle (MN) patch for skin vaccination with virus-like particles containing influenza virus heterologous M2 extracellular (M2e) domains (M2e5x VLPs) as a universal vaccine candidate without adjuvants. The stability of M2e5x VLP-coated microneedles was maintained for 8weeks at room temperature without losing M2e antigenicity and immunogenicity. MN skin immunization induced strong humoral and mucosal M2e antibody responses and conferred cross-protection against heterosubtypic H1N1, H3N2, and H5N1 influenza virus challenges. In addition, M2e5x VLP MN skin vaccination induced T-helper type 1 responses such as IgG2a isotype antibodies and IFN-γ producing cells at higher levels than those by conventional intramuscular injection. These potential immunological and logistic advantages for skin delivery of M2e5x VLP MN vaccines could offer a promising approach to develop an easy-to-administer universal influenza vaccine.

MOA-2010-BLG-073L: AN M-DWARF WITH A SUBSTELLAR COMPANION AT THE PLANET/BROWN DWARF BOUNDARY

Street, R. A.,Choi, J.-Y.,Tsapras, Y.,Han, C.,Furusawa, K.,Hundertmark, M.,Gould, A.,Sumi, T.,Bond, I. A.,Wouters, D.,Zellem, R.,Udalski, A.,Snodgrass, C.,Horne, K.,Dominik, M.,Browne, P.,Kains, N.,Br IOP Publishing 2013 The Astrophysical journal Vol.763 No.1

<P>We present an analysis of the anomalous microlensing event, MOA-2010-BLG-073, announced by the Microlensing Observations in Astrophysics survey on 2010 March 18. This event was remarkable because the source was previously known to be photometrically variable. Analyzing the pre-event source light curve, we demonstrate that it is an irregular variable over timescales >200 days. Its dereddened color, (V - I)(S),(0), is 1.221 +/- 0.051 mag, and from our lens model we derive a source radius of 14.7 +/- 1.3 R-circle dot, suggesting that it is a red giant star. We initially explored a number of purely microlensing models for the event but found a residual gradient in the data taken prior to and after the event. This is likely to be due to the variability of the source rather than part of the lensing event, so we incorporated a slope parameter in our model in order to derive the true parameters of the lensing system. We find that the lensing system has a mass ratio of q = 0.0654 +/- 0.0006. The Einstein crossing time of the event, t(E) = 44.3 +/- 0.1 days, was sufficiently long that the light curve exhibited parallax effects. In addition, the source trajectory relative to the large caustic structure allowed the orbital motion of the lens system to be detected. Combining the parallax with the Einstein radius, we were able to derive the distance to the lens, D-L = 2.8 +/- 0.4 kpc, and the masses of the lensing objects. The primary of the lens is an M-dwarf with M-L,M-1 = 0.16 +/- 0.03 M-circle dot, while the companion has M-L,M-2 = 11.0 +/- 2.0 M-J, putting it in the boundary zone between planets and brown dwarfs.</P>