본 연구는 식물체 캘러스의 접종공정의 자동화기술 개발하기 위하여 캘러스를 인식하는 영상처리 시스템과 캘러스를 새로운 배지로 접종하는 접종용 엔드이펙터, 매니퓰레이터 및 자동화 제어장치를 개발하고 그 성능을 평가하기 위하여 수행되었으며, 본 보에서는 영상처리 시스템 및 매니퓰레이터에 대한 연구결과를 소개한다. 캘러스의 인식을 위하여 영상처리부와 조명부로 구성한 영상처리 장치를 개발하였다. 영상처리부는 CCD 카메라와 PC로 구성하였으며, 조명부는 55W/3 파장 램프를 전면과 측면에 각각 설치하여 항상 일정한 조도가 유지되도록 하였으며, R, G, B 각 프레임별 화소특성을 검토한 결과, 캘러스와 배양용기는 B 프레임에서 분리가 가능하였다. 또한 캘러스 분할을 위한 알고리즘의 개발결과 캘러스가 원형인 경우는 도심을 기준으로 절단하고 장변형인 경우는 길이방향의 수직으로 절단하도록 하였으며, 장변형의 경우 위치하고 있는 방향을 인식하여 0~180˚ 범위내의 결과 값을 로봇측에 전송하여 엔드이펙터의 방향을 결정하도록 하였다. 영상취득부터 캘러스의 분할위치 결정까지 1사이클에 소요되는 시간은 디스플레이 1.5초, 영상처리 0.7초 등으로 총2.2초였으며, 개발된 인식 알고리즘의 정확도는 용기인식의 경우 전체 30개중에서 28개가 정확히 인식되어 성공률은 93%가 되었다.

본 연구는 식물체 캘러서의 접종공정을 자동화하기 위한 로봇개발을 위하여 수행되었으며, 본 보에서는 로봇의 주요구성부인 엔드이펙터 및 전체 로봇시스템의 성능에 대한 연구결과를 소개하였다. 이에 본 보에서 소개한 연구결과를 요약하면, 캘러스 접종을 위하여 흡인식 엔드이펙터와 기계식 엔드이펙터를 제작하였으며, 흡인식은 분리 및 치상의 겸용, 기계식은 분리 분할 치상용으로 각각 분리하여 제작하였으며, 흡인식 엔드이펙터의 성능시험 결과, 평균 8.2kPa의 흡인압에서 캘러스가 깨끗이 분리되었으며 분리된 캘러스를 새배지로 치상 고정히는데 소요되는 적정 배출압은 12kPa로 나타났다. 또한 기계식 엔드이펙터를 이용한 접종공정 자동화 시스템의 성능시험으로서 분할, 파지, 이송 및 치상 작업 성능을 시험한 결과 분할에서는 97%, 분할된 캘러는 모두 정확하게 파지되었으나, 치상하기 위하여 새로운 배양용기로 이송하는 과정에서는 일부 미끄러지는 현상이 발생하여 95%의 성능을 보였고 이송된 캘러스는 모두 정확하게 치상이 기능하였다. 따라서 분할하여 치상할 총 80개의 캘러스 가운데 74개가 정확하게 작업되는 것으로 나타나 전체 성공율은 92%였다. 또한 식물 조직 배양 자동화 공정에 사용되는 로봇에 있어서 엔드 이펙터를 장착하게 되는 매니퓰레이터로서는 6자유도의 매니퓰레이터를 선정하였다.

쪽파의 정단분열조직을 LS기본배지에 zeatin(0.1, 0.5, 1.0, 3.0mg/L)과 NAA(0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0mgA)를 단독 및 혼합 첨가시키어 식물체 생산과 인경 형성율을 조사하였다. 정 단분열조직으로부터 신초 분화는 zeatin 0.1, 0.5, 1.0 mg/L 단독처리구와에 zeatin 0.5 mg/L에 NAA 1.0mg/L 혼합첨가구에서 가장 양호한 반응을 보였다. 뿌리분화율은 zeatin 0.5 mg/L에 NAA 1.0mg/L 혼합첨가구에서 가장 좋았다. 분화된 식물체로부터 정상적인 인경형성은 NAA단독첨가보다는 zeatin과의 혼합첨가가 효과적이었다. 특히 NAA 3.0mg/L에 zeatin 1.0mg/L를 혼합시켰을 때 정상적인 인경 형성에 가장 좋은 반응을 보였다.

가시오갈피의 꽃봉오리 엽병, 줄기, 줄기마디, 뿌리, 꽃대, 잎 등 조직으로 부터 캘러스가 유기 되었으며 캘러스 유기재료로는 꽃봉오리, 엽병, 줄기, 줄기 마디, 뿌리 등이 적합하였다. 캘러스 유기율은 한국산 가시오갈피가 일본산과 러시아산보나 높게 나타났다. 캘러스유기에는 2.4-D와 TDZ조합처리가 효과적이었으며 한국가시오갈피의 엽병, 줄기, 액아, 뿌리절편으로부터 형성된 캘러스에서 배발생 캘러스가 형성되었으며 줄기에서 형성된 캘러스로부터 한국, 일본, 러시아산 가시오갈피 모두에서 배발생캘러스가 형성되었다. 엽병에서 형성된 캘러스로부터 배발생캘러스의 유기율이 가장 높았으며 2.4-D 1mg/l 처리가 가장 효과적이었다. 액체배지에서의 체세포배의 생장에는 생장조절물질을 첨가하지 않은 MS기본배지가 적합하였다. 기내에서 잎과 뿌리 분화가 이루어지고 건실하게 자란 식물체를 온실에 옮겨 순화하였을 경우 99.1%의 생존율을 보였다.

인삼조직배양에서 배양환경 조절방법의 필요성을 검토코자 생장조절물질 IBA, BA, GA 각 3mg/ l 첨가한 MS 배지에 CO2(2500ppm)를 강제 통기방식에 의해 기내에 처리하여 기관분화 유형별로 특성을 조사하였던 바 결과를 요약하면 다음과 같다. 저장종자의 분화능은 저온처리 60일 종자에서 적출한 배에 비하여 80일정도 저온처리한 성숙된 배의 자엽조직이 양호하였다. 기관발생 유형에서 CO2처리 효과는 부정아 형성보다 shoot primordium 의 생장과 발달에 현저한 효과가 있었고 1개의 배로부터 shoot primordium 을 통해 수백 개의 신초분화가 가능하였다. 배발생 유형에서 CO2처리는 무처리에 비해 indirect somatic embryo 분화 모두에 효과가 있었다. Indirect somatic embryo는 대체로 유관속 중심주와 상배축이 미분화된 관계로 신초가 분화 생장하지 못하였다. 그리고 direct somatic embryo는 자엽 이변의 하단부에서 분화 발달하였고 지상부와 지하부 그리고 잠아를 갖는 완전한 식물체로 생장하였다.

지황 (Rehmannia glutinosa) 에서 종근 저장시 나타나는 병원균의 오염율을 없애면서 종묘를 대량 증식시키기 위한 방법의 하나로 조직을 액체 배양하여 직접 체세포배를 형성하고자 할 때 효과적인 생장조절제의 종류와 농도 및 이들의 혼용 효과와 직접 체세포배 형성 효율이 높온 최적 치상 조직을 찾고자 실험 한 결과는 다음과 같다. 1. MS고체배지에 잎 절편을 치상한 결과 BA를 1.0 mg/l 이상처리 한 경우에는 직접적으로 체세포배가 형성되었으나 BA 1.0 mg/1에 NNA를 혼용한 경우에는 캘러스만 형성되었고, BA 2.0 mg/l에 NAA를 혼용한 경우에는 캘러스 과정을 거쳐 체세포배가 형성되었다. 2. MS 액체배지에 잎 절편을 배양한 결과 IAA와 NAA를 각각 0.5 mg/l로 처리하거나, IAA와 IBA를 각각 2.0 mg/l로 처리한 경우 직접 체세포배가 형성 되었다. 3. 잎 절편을 MS 액체배지에 치상하였을 때 BA, zeatin 및 kinetin을 각각 2.0 mg/l로 처리한 경우 직접체세포배가 효과적으로 형성되 었다. 4. IAA 1.0 mg/l에 BA, zeatin및 kinetin을 혼용처리한 MS 액체배지에 잎 절편을 배양한 결과, zeatin 2.0mg/l을 혼용 처리한 구에서 직접 체세포배 형성율이 가장 높았고 다음이 kinetin 2.0 mg/l 와 zeatin 5.0mg/l을 조합한 경우이었다. 5. 치상 6주 후부터 줄기, 엽병 및 잎 절편에서 직접 체세포배가 형성되었으나, 8주 후 치상 조직별 체세포배 형성율은 잎 절편에서 가장 높았다.

패모의 조직배양에 있어서 대량 증식의 효율을 높이기 위하여 LS배지에 2, 4-D와 kinetin, NAA와 BA를 단독 또는 혼용처리에 의한 자구(子球)의 수 및 비대(肥大) 정도(程度), 부정아(不定芽)의 수(數) 및 크기, 캘러스 유기율 뿌리의 발생율, 암배양과 명배양의 차이, 캘러스로부터 식물체 재분화, 배지 지지물이 자구(子球)의 식물체분화에 미치는 영향 등을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 인편(鱗片) 조직의 배양에서 자구(子球) 형성을 NAA와 BA의 처리구보다 2, 4-D와 kinetin의 처리구에서 양호하였고, 부정아(不定芽)의 수는 2, 4-D 2 mg/L과 kinetin 1 mg/L 처리구에서 많았으며, 캘러스 형성은 kinetin 처리와는 관계없이 2, 4-D 농도가 1~2 mg/L인 단독 처리구에서, 뿌리의 발생은 NAA 1~3 mg/L의 단독처리구에서 생장이 양호하였다. 2. 절조직(節組織)에서는 kinetin 5 mg/L를 첨가하였을 때 자구(子球) 형성율이 가장 높았으며, 절(節) 부분의 액아(腋芽)에서 자구(子球)가 출현하였다. 3. 암배양보다 16시간 명배양이 인편(鱗片)의 자구(子球), shoot, 캘러스 및 뿌리를 형성하는데 효과적이었다. 4. 식물체 재분화는 2, 4-D 0. 2 mg/L과 kinetin 1 mg/L 처리구에서 양호하였으며, 생장조절 물질을 첨가하지 않은 배지에서 식물체의 크기 및 뿌리의 형성이 양호하였다. 5. 배지 지지물은 phytagel이 한천(寒天)보다 shoot의 수 및 크기에서 효과적이었다.