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논문 상세정보

미나리의 중금속 흡수량 측정 및 중금속 결합단백질의 동정

Uptake of Heavy Metal Ions by Water Dropwort (Oenanthe stolonifera DC.) and Identification of Its Heavy Metal-Binding Protein

초록

중요한 환경문제로 대두되고 있는 중금속 오염의 대처 방안으로 식물을 이용한 경제적인 정화 방법을 모색하고자 미나리의 중금속 흡수능력을 검정하고 카드늄 결합단백질을 동정하였다. 미나리의 중금속 흡수능력은 미나리를 카드늄 $(Cd^{2+})$, 크롬 $(Cr^{3+})$ 및 납 $(Pb^{2+})$의 농도를 달리한 배양액에서 재배한 후 미나리에 잔류하는 중금속을 정량함으로써 측정되었다. 중금속의 처리 기간은 3일과 7일로 하였고, 생장 저해가 일어나는 농도까지 처리하였다. 카드늄은 16.68 ppm, 크롬은 20 ppm까지 지속적으로 잔류량이 증가하였고 그 농도 이상에서는 생장 저해가 일어나면서 잔류량의 증가율이 둔화되었다. 식물체 부위별 카드늄과 크롬의 잔류량은 뿌리에서 월등하게 높게 나타났고 줄기와 잎의 순으로 낮아졌다. 납의 경우는 카드늄과 크롬에 비하여 잔류량이 가장 높은 뿌리에서 4배 정도 잔류량이 높게 나타났다. 20 ppm의 중금속 용액에서 7일간 재배한 미나리 뿌리에는 건조중량 1 g에 대하여, 카드늄이 6.1 mg, 크롬은 5.2 mg 그리고 납은 23.6 mg이 잔류하고 있었다. 이것은 잔류하고 있는 중금속 중에서 카드늄은 80%, 크롬은 92%그리고 납은 96%이상이 미나리 뿌리에 잔류하고 있는 것이다. 20 ppm카드늄이 함유된 배양액에서 7일간 자란 미나리 뿌리 추출액을 Sephadex G-50과 DEAE-Cellulose 크로마토그래피를 수행하여, polyacrylamide gel 전기영동 상으로 단일 단백질 분리대의 중금속 결합단백질을 정제하였다. 이 단백질의 분자량은 gel filtration 상에서 약 5,000 Da이었고 아미노산의 조성을 보면 산성 아미노산이 27.3%, cystein이 9.9%로서 중금속 결합단백질의 특성을 가지고 있었다. 그러나 그 아미노산 조성은 지금까지 알려진 phytochelatin과는 다른 새로운 중금속 결합단백질로 나타났다.

Abstract

Uptake of hen metal ions by water dropwort (Oenanthe stolonifera DC.) and its cadmium-binding protein were studied to probe for good method to remove heavy metal contaminants from environments. The plant was cultured in the culture medium (pH 7.0) containing the various concentrations of $Cd^{2+}$, $Cr^{3+}$ or $Pb^{2+}$, for 3 and 7 days. The residual heavy metals deposited in roots linearly increased as the metal ions concentration increased up to 17 ppm for $Cd^{2+}$, 20 ppm for $Cr^{3+}$ and 50 ppm for $Pb^{2+}$. Above these concentrations, the plant growth was inhibited and the uptake rates of the metal ions decreased. The heavy metals absorbed by the plant were mostly deposited in roots. In particular, the residual concentration of lead in roots was about four times higher than those of cadmium and chromium. When cultured in the medium containing 20 ppm of each metal ion, 80% of cadmium, 90% of cromium and 96% of lead were deposited in roots out of the total residual metal ions in the plant. These values correspond to 6.1 mg of cadmium, 5.2 mg of chromium and 23.6 mg of lead per one gram of roots tissue on a dry weight basis. A cadmium-binding protein was partially purified by extraction, gel filtration and DEAE-Cellulose chromatography from water dropworts that was grown in the medium containing 20 ppm $Cd^{2+}$. The purified protein was a single band on SDS- and non-denaturing- polyacrylamide gel electrophoresis. Its molecular mass was estimated to be ca. 5,000 dalton by gel filteration. Analysis of amino acid composition of the protein indicated that it had a typical amino acid composition of heavy metal-binding protein in that it contained 27% of acidic amino acids and 9.9% of cysteine. However, it is likely that the protein is a new plant metal-binding protein, since its amino acid composition is somewhat different from those of phytochelatins that have been known so far.

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