담배와 애기장대의 발달단계에 따른 세포부피에 대한 엽록체의 총 부피의 일정한 비율 Constant Ratios of Total Chloroplast Volume to Cell Volume in Tobacco and Arabidopsis thaliana at Various Developmetal Stages원문보기
담배 (Nicotiana tabacum L cv. Xanthi) 및 애기장대 (Arabidopsis thaliana cv. Col-0)에서 다양한 발달단계의 잎으로부터 원형질체를 분리하여 세포 크기와 엽록체의 크기 및 수의 관계를 조사하였다. 담배 원형질체의 지름이 15.6 $\mu\textrm{m}$ 이하인 작은 세포는 20여 개 이하의 엽록체를 가지고 있었는데, 엽록체의 평균 크기는 두께 0.93 $\mu\textrm{m}$, 길이 3.3$\mu\textrm{m}$로 나타났다. 잎이 신장되어 원형질체의 지름이 평균 30 $\mu\textrm{m}$에서 45 $\mu\textrm{m}$로 증가함에 따라, 엽록체는 두께 1.57 $\mu\textrm{m}$, 길이 5.55 $\mu\textrm{m}$의 크기로 일정하게 유지되었으나 엽록체의 수는 평균 42개에서 101개로 증가하였다. 이와 같이 담배에서 잎의 크기 또는 세포의 크기와 엽록체의 수 또는 부피는 비례관계를 나타냈고 동일한 경향이 애기장대에서도 관찰되었다. 세포 부피에 대한 총 엽록체의 부피의 비는 다양한 발달단계에서 담배는 10.5%, 애기장대는 32.5%로 일정하게 유지되었다.
담배 (Nicotiana tabacum L cv. Xanthi) 및 애기장대 (Arabidopsis thaliana cv. Col-0)에서 다양한 발달단계의 잎으로부터 원형질체를 분리하여 세포 크기와 엽록체의 크기 및 수의 관계를 조사하였다. 담배 원형질체의 지름이 15.6 $\mu\textrm{m}$ 이하인 작은 세포는 20여 개 이하의 엽록체를 가지고 있었는데, 엽록체의 평균 크기는 두께 0.93 $\mu\textrm{m}$, 길이 3.3$\mu\textrm{m}$로 나타났다. 잎이 신장되어 원형질체의 지름이 평균 30 $\mu\textrm{m}$에서 45 $\mu\textrm{m}$로 증가함에 따라, 엽록체는 두께 1.57 $\mu\textrm{m}$, 길이 5.55 $\mu\textrm{m}$의 크기로 일정하게 유지되었으나 엽록체의 수는 평균 42개에서 101개로 증가하였다. 이와 같이 담배에서 잎의 크기 또는 세포의 크기와 엽록체의 수 또는 부피는 비례관계를 나타냈고 동일한 경향이 애기장대에서도 관찰되었다. 세포 부피에 대한 총 엽록체의 부피의 비는 다양한 발달단계에서 담배는 10.5%, 애기장대는 32.5%로 일정하게 유지되었다.
The relationship among leaf size, leaf protoplast (cell) size, chloroplast size, and chloroplast number were investigated in tobacco and Arabidopsis thaliana at various developmental stages. In tobacco, protoplasts, less than 15.6 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter had less than 20 chloropla...
The relationship among leaf size, leaf protoplast (cell) size, chloroplast size, and chloroplast number were investigated in tobacco and Arabidopsis thaliana at various developmental stages. In tobacco, protoplasts, less than 15.6 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter had less than 20 chloroplasts, 0.93 ${\mu}{\textrm}{m}$ in thickness and 3.3 ${\mu}{\textrm}{m}$ in length on average. As protoplast size increased from 30 ${\mu}{\textrm}{m}$ to 45 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter, chloroplast size remained the same (1.57 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter and 5.55 ${\mu}{\textrm}{m}$ in length on average), but chloroplast number increase from 42 to 101 on average. A similar relationship was also observed in A. thaliana. The ratio of total chloroplast volume to protoplast volume was constant (0.105 in tobacco and 0.325 in A. thaliana) over various developmental stages.
The relationship among leaf size, leaf protoplast (cell) size, chloroplast size, and chloroplast number were investigated in tobacco and Arabidopsis thaliana at various developmental stages. In tobacco, protoplasts, less than 15.6 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter had less than 20 chloroplasts, 0.93 ${\mu}{\textrm}{m}$ in thickness and 3.3 ${\mu}{\textrm}{m}$ in length on average. As protoplast size increased from 30 ${\mu}{\textrm}{m}$ to 45 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter, chloroplast size remained the same (1.57 ${\mu}{\textrm}{m}$ in diameter and 5.55 ${\mu}{\textrm}{m}$ in length on average), but chloroplast number increase from 42 to 101 on average. A similar relationship was also observed in A. thaliana. The ratio of total chloroplast volume to protoplast volume was constant (0.105 in tobacco and 0.325 in A. thaliana) over various developmental stages.
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문제 정의
식물의 생산성과 광합성 가능한 표면적을 고려할 때 엽육 세포의 크기 및 수와 엽록체의 크기 및 수의 상관관계 및 세 포 발달에 따른 엽록체 분열의 연구는 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 모델 식물인 담배와 애기장대를 재료로 잎의 발달에 따른 엽록체 수의 변화를 조사함으로써 세포크기와 엽록체의 크기 및 수의 상관관계를 조사하였다.
따라서 엽육세포의 총부피에 대한 엽록체의 총부피의 비를 일정하게 유지할 수 없게 된다. 식물세포가 노화함에 따라 세포 내의 액포가 커짐으로써 실질적인 세포질의 부피에 대한 엽록체의 부피가 일정하게 유지되는지 여부를 향후 밝 히고자 한다.
제안 방법
담배 (Nicotiana tabacum L cv. Xanthi) 및 애기장대 (Arabidopsis thaliana cv. Col-0)에서 다양한 발달단계의 잎 으로부터 원형질체를 분리하여 세포 크기와 엽록체의 크기 및 수의 관계를 조사하였다. 담배 원형질체의 지름이 15.
담배 (Nicotiana tabacum L. cv. Xanthi) 종자를 파종하여식물생육기에서 2개월 간 생육시켰다. 담배의 생육조건은 온도 25±1℃이고 16시간 동안 빛의 세기가 100~200 “mol m? s'로 유지하였다.
세포 내 엽록체 의 형태를 조사하기 위하여 원형질체를 confocal microscope (Zeiss LSM 410)으로 관찰하여 엽록체의 3차구조를 조사하였다. 분리된 원형질체를 도립광학현미경 (Nikon phase contrast) 200배의 배율에서 관찰하여 100~300개의 원형질 체의 크기를 측정하였다. 이후 1, 200배의 현미경 (Zeiss Axioskop) 하에서 세포당 엽록체의 수를 세고 엽록체의 크기를 측정하였다.
6 M mannitol, 5 mM MES)에 담구어 25℃ 암조건에서6시간 동안 배양하여 원형질체를 분리하였다. 세포 내 엽록체 의 형태를 조사하기 위하여 원형질체를 confocal microscope (Zeiss LSM 410)으로 관찰하여 엽록체의 3차구조를 조사하였다. 분리된 원형질체를 도립광학현미경 (Nikon phase contrast) 200배의 배율에서 관찰하여 100~300개의 원형질 체의 크기를 측정하였다.
이후 1, 200배의 현미경 (Zeiss Axioskop) 하에서 세포당 엽록체의 수를 세고 엽록체의 크기를 측정하였다. 이어서 또한 식물체에서 잎의 크기 (세포의 크기)와 엽록체의 수 (총 부피)의 관계를 조사하였다. 엽록체는 원형렌즈의 형태를 나타냈으므로 부피=兀 r2h 수식을 이용하여 엽록체의 부피를 계산하였다.
분리된 원형질체를 도립광학현미경 (Nikon phase contrast) 200배의 배율에서 관찰하여 100~300개의 원형질 체의 크기를 측정하였다. 이후 1, 200배의 현미경 (Zeiss Axioskop) 하에서 세포당 엽록체의 수를 세고 엽록체의 크기를 측정하였다. 이어서 또한 식물체에서 잎의 크기 (세포의 크기)와 엽록체의 수 (총 부피)의 관계를 조사하였다.
잎의 장축의 길이가 1, 2, 6, 10, 16 cm인 담배 잎과 0.8, 1.2, 2.5, 3.3 cm인 애기장대의 잎을 분리하여 1 mL의 원형질체 분리 용액 (2% cellulase Onozuka R-10, 1% Macerase R- 10, 0.6 M mannitol, 5 mM MES)에 담구어 25℃ 암조건에서6시간 동안 배양하여 원형질체를 분리하였다. 세포 내 엽록체 의 형태를 조사하기 위하여 원형질체를 confocal microscope (Zeiss LSM 410)으로 관찰하여 엽록체의 3차구조를 조사하였다.
이론/모형
이어서 또한 식물체에서 잎의 크기 (세포의 크기)와 엽록체의 수 (총 부피)의 관계를 조사하였다. 엽록체는 원형렌즈의 형태를 나타냈으므로 부피=兀 r2h 수식을 이용하여 엽록체의 부피를 계산하였다.
성능/효과
담배 잎의 크기가 커질수록 세포의 크기가 증가하였으며, 세포의 크기가 커질수록 엽록체의 수도 증가하였다. 엽록체는 원형렌즈의 형태를 나타냈다 (Figure 1).
애 기장대의 엽록체 크기는 담배보다 약간 크게 나타났다. 비교적 세포분열이 왕성한 어린 잎 (장축 길이 0.8, 1.2 cm)에서는 엽록체의 평균크기는 두께 1.76 “m, 길이 4.76 로 나타났고 신장 중인 세포의 경우에는 엽록체는 두께 2.4/xm, 길이 5.95 “m의 크기로 일정하게 유지되었다. 세포의 분열이 왕성한 어린잎의 경우에, 원형질체의 지름은각각 15.
이와 같이 담배에서 잎의 크기 또는 세포의 크기와 엽록체의 수 또는 부피는 비례관계를 나 타냈고 동일한 경향이 애기장대에서도 관찰되었다. 세포 부피 에 대한 총 엽록체의 부피의 비는 다양한 발달단계에서 담배 는 10.5%, 애기장대는 32.5%로 일정하게 유지되었다.
6개로 증가하였다. 이상의 결과들로부터 식물세포에는 크기가 다른 2종류의 엽록체가 존재하며 작은 엽록체는 세포분열이 왕성한 시기에 나타나고 세포의 신장시 기에는 크기가 큰 엽록체가 존재함을 알 수 있었다. 한편 식 물체에서 잎의 크기 또는 세포의 크기와 엽록체의 수 또는 부피는 비례관계를 나타냈고 세포부피에 대한 총 엽록체의 부피의 비는 담배의 경우 항상 10.
48개의 엽록체를 가지고 있었다. 잎의 크기가 커지면서 원형질체의 지름이 평균 24.87, 24.6 “이까지 증가하고 엽록 체의 수도 32.6, 32.6개로 증가하였다. 이상의 결과들로부터 식물세포에는 크기가 다른 2종류의 엽록체가 존재하며 작은 엽록체는 세포분열이 왕성한 시기에 나타나고 세포의 신장시 기에는 크기가 큰 엽록체가 존재함을 알 수 있었다.
3 〃이로 나타났다. 잎이 신장되어 원형질체의 지름이 평균 30“m에서 45 #m로 증가함에 따라, 엽록체는 두께 1.57 jUm, 길이 5.55 “m의 크기로 일정하게 유지되었으나 엽록체의 수는 평균 42 개에서 101개로 증가하였다. 이와 같이 담배에서 잎의 크기 또는 세포의 크기와 엽록체의 수 또는 부피는 비례관계를 나 타냈고 동일한 경향이 애기장대에서도 관찰되었다.
이상의 결과들로부터 식물세포에는 크기가 다른 2종류의 엽록체가 존재하며 작은 엽록체는 세포분열이 왕성한 시기에 나타나고 세포의 신장시 기에는 크기가 큰 엽록체가 존재함을 알 수 있었다. 한편 식 물체에서 잎의 크기 또는 세포의 크기와 엽록체의 수 또는 부피는 비례관계를 나타냈고 세포부피에 대한 총 엽록체의 부피의 비는 담배의 경우 항상 10.5%로 일정하게 유지되고 애기장대의 경우 32.5%로 일정하게 유지됨을 알 수 있었다 (Figure 3, 4). 이처럼 세포의 크기에 따라 엽록체의 수 및 크기가 바뀌고 이것은 일정한 비율을 유지한다.
엽록체는 원형렌즈의 형태를 나타냈다 (Figure 1). 한편 엽록체의 크기는 2종류로 구별되었는데 잎이 어린 시기, 즉 세포분열이 왕 성한 잎 (길이 약 1 cm와 2 cm)에서는 엽록체의 평균 크기는 두께 0.93 “m, 길이 3.3 로 나타났고 세포분열이 끝나고 신장 중인 세포의 경우에는 엽록체는 두께 1.57 em, 길이 5.55 의 크기로 일정하게 유지되었다. 세포의 분열이 왕성 한 시기인 길이 1 cm와 2 cm의 잎의 경우에, 원형질체의 지 름은 각각 12/im, 15.
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