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문제 정의
- 0의 인공 산성비를 3주 동안 처리한 옥수수 잎 표면에서는 조직상해로 인한 흰 괴사 반점이 관찰되었는데, 이러한 조직상해는 유관속조직과 기공 근처에서 주로 일어남에 따라 괴사 반점은 잎 표면의 선택적 압착 현상에 의하여 형성되는 것으로 보인다.° 애기장대(血沥idopsz's thdliarg)를 실험재료로 사용하여 인공 산성비를 산도별로 처리하였을 때 나타나는 줄기와 잎의 생장상 및 외형적인 손상과 잎 표면에서의 괴사 반점이 보고되었으며, 。인공 산성비 처리 후 식물에 직접적인 피해가 나타나는 줄기, 잎 및 뿌리의 내부 구조 변화에 대한 조직학적 연구 결과도 보고된 바 있다' 본 연구는 인공 산성비의 주요성분인 황산과 질산을 각각 애기장대에 처리하여 이들이 줄기 및 뿌리의 생장과 종자발아에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
- 3종류의 인공 산성비를 처리한 식물에서 채취한 종자들도 상기와 똑같은 방법으로 처리하였다. 배양 3일 후부터 매일 발아율을 측정하였고 동일한 실험을 3번 반복하여 평균치를 구하였다.
- 배양기 내의 환경조건은 16 시간의 명처리와 8 시간의 암처리로 조정된 광주기하에서 온도는 23 + TC, 습도는 60~80%로 유지되도록 조절하여 주었다. 배양 약 2 주 후 발아가 되면 wrap을 제거하고 적절한 습도가 유지되도록 3-4일마다 영양액을 Park and Lee°의방법에 따라 공급하여 주었다.
- 0의 3종류 인공 산성비 용액(Table 1) 을 각 육묘판에 250 mL씩 하루에 한번, 10일 동안 식물체의 선단으로부터 50 cm 높이에서 분무기로 분무하여 주었다. 산성비 처리 15일 후에 식물의 줄기, 잎, 뿌리의 생장을 각각 측정하였다. 대조 구로는 산성비 성분이 첨가되지 않은 영양액만을 사용하였다.
- 성숙한 애기장대 Col-0 식물에 조성을 달리한 3 가지 인공 산성비를 10일 동안 직접 처리한 후, 산성비를 처리한 식물군과 산성비를 처리하지 않은 식물군의 전체적인 줄기 생장을 비교하였다. 그 결과 정상 식물군에 비하여 산성비를 처리한 식물군의 줄기 생장이 평균 약 14~28% 감소되었으며, 산성비를 처리한 식물군 사이에서도 인공 산성비의 조성에 따라 줄기 생장에 차이를 나타내었다(Fig.
- 세척된 종자는 질산과 황산성분이 모두 포함된 인공 산성비, 황산성분이 포함되지 않은 인공 질산비, 질산 성분이 포함되지 않은 인공 황산비 3종류와 증류수 5 ml으로 적셔진 여과지가 들어 있는 각각의 petri dish에 50개의 종자를 파종한 후 parafilm으로 밀봉하여 항온항습 배양기에서 배양하였다. 3종류의 인공 산성비를 처리한 식물에서 채취한 종자들도 상기와 똑같은 방법으로 처리하였다.
- 애기장대 종자를 peat moss와 질석, 펄라이트가 각각 1:1:1로 혼합된 인조 흙이 담긴 묘판에 파종한 후 wrap을 씌워 2일 동안 4℃에서 저온 처리한 다음, 항온항습 배양기에 옮겨서 배양하였다. 배양기 내의 환경조건은 16 시간의 명처리와 8 시간의 암처리로 조정된 광주기하에서 온도는 23 + TC, 습도는 60~80%로 유지되도록 조절하여 주었다.
- 애기장대를 재료식물로 사용하여 식물의 생장에 미치는 인공 산성비의 영향을 알아보고 또한 인공산성비의 주요 성분인 황산과 질산성분이 식물 생장과 종자 발아에 미치는 영향을 비교 조사하였다. 질산과 황산성분이 모두 첨가된 인공 산성비를 처리한 애기장대 식물은 정상식물에 비하여 줄기와 뿌리 생장이 각각 28%, 30% 감소되었고, 잎 표면에는 많은 괴사반점이 관찰되었다.
- 파종 후 45일이 경과하여 어느 정도 성숙한 애기장대에 pH 3.0의 3종류 인공 산성비 용액(Table 1) 을 각 육묘판에 250 mL씩 하루에 한번, 10일 동안 식물체의 선단으로부터 50 cm 높이에서 분무기로 분무하여 주었다. 산성비 처리 15일 후에 식물의 줄기, 잎, 뿌리의 생장을 각각 측정하였다.
대상 데이터
- 산성비 처리 15일 후에 식물의 줄기, 잎, 뿌리의 생장을 각각 측정하였다. 대조 구로는 산성비 성분이 첨가되지 않은 영양액만을 사용하였다. 실험데이타는 동일한 실험을 2번 반복하여 평균치를 구한 것이다.
- 애기장대의 생태형(ecotype) Col-0 종자는 미국 Ohio State University 의 Arabidopsis Biological Resource Center (ABRC)에서 분양받아 실험재료로 사용하였다.
이론/모형
- 배양기 내의 환경조건은 16 시간의 명처리와 8 시간의 암처리로 조정된 광주기하에서 온도는 23 + TC, 습도는 60~80%로 유지되도록 조절하여 주었다. 배양 약 2 주 후 발아가 되면 wrap을 제거하고 적절한 습도가 유지되도록 3-4일마다 영양액을 Park and Lee°의방법에 따라 공급하여 주었다.
성능/효과
- 3종류의 인공 산성비가 애기장대의 종자 발아에 미치는 영향을 조사한 결과, 대조구로 사용한 증류수 배지에서는 파종 3일 후 96%의 발아율을 나타내었으며 5일 후부터 100% 발아되었다(Fig. 4). 그러나 3종류의 인공 산성비 배지에서는 파종 4일 후 부터 발아되기 시 작하였으며 발아율이 약 60~70% 정도로 낮게 나타났고, 7일 후에는 80~93%의 발아율을 나타내었다.
- 3종류의 인공 산성비를 애기장대에 처리한 후 전체적인 잎 생장을 관찰한 결과, 산성비를 처리한 모든 식물에서 잎 표면에 괴사반점이 관찰되었으며 황화현상도 나타났다(Fig. 2). 산성비에 대한 손상 정도는 산성비의 조성에 따라 차이를 나타내었는데, 인공 산성비를 처리한 식물의 잎에서 가장 많은 괴사 반점과 황화현상이 나타났고, 그 다음으로는 황산 비를 처리한 식물 잎에서 많은 괴사반점과 황화현상이 관찰되었다.
- 3종류의 인공 산성비를 처리한 식물(To)에서 채취한 종자(Ti)들을 각각 선별하여 증류수 배지에서 발아율을 조사한 결과, 정상식물의 종자는 파종 5일 후부터 100% 발아되었으나, 질산과 황산성분이 모두 포함된 인공 산성비를 처리한 식물에서 채집한 종자는 파종 5일 후 약 65%, 7일 후에는 약 73%의발아율을 나타내었다(Fig. 5). 인공 질산비를 처리한 식물에서 채집한 종자는 정상식물의 종자가 100% 발아된 파종 5일 후 91%, 7일 후에는 약 94%의 발아율을 보여주었다.
- 전체적인 줄기 생장을 비교하였다. 그 결과 정상 식물군에 비하여 산성비를 처리한 식물군의 줄기 생장이 평균 약 14~28% 감소되었으며, 산성비를 처리한 식물군 사이에서도 인공 산성비의 조성에 따라 줄기 생장에 차이를 나타내었다(Fig. 1).
- 2). 산성비에 대한 손상 정도는 산성비의 조성에 따라 차이를 나타내었는데, 인공 산성비를 처리한 식물의 잎에서 가장 많은 괴사 반점과 황화현상이 나타났고, 그 다음으로는 황산 비를 처리한 식물 잎에서 많은 괴사반점과 황화현상이 관찰되었다. 반면 질산비를 처리한 식물의 잎에서는 작은 괴사반점과 약한 황화현상이 관찰되었다.
- 한편 인공 질산 비를 처리한 식물에서는 정상식물에 비하여 줄기와 뿌리 생장이 각각 약 14%, 17% 감소된 반면, 인공황산 비를 처리한 식물에서는 각각 약 24%, 25% 정도 감소되었다. 애기장대 종자는 증류수배지에서 7 일 후 100% 발아되었으나 인공 산성비 배지에서는 80%, 인공 황산비 배지에서는 88%, 인공 질산비 배지에서는 93%의 발아율을 나타내었다. 인공 산성비를 처리한 식물에서 채취한 종자의 발아율을 비교해 보면, 인공 산성비와 인공 황산비를 처리한 식물에서 채취한 식물 종자는 모두 73%, 인공 질산 비를 처리하여 채취한 종자는 94%의 발아율을 나타내었다.
- 이러한 결과는 인공 산성비에 계속적으로 노출된 상태에서 생장한 식물에서 형성된 종자의 발아율이 인공 산성비에 노출되지 않고 자란 정상식물의 종자 발아율보다 약 30% 감소되었음을 나타내고 있다. 이는 산성비가 종자형성에도 나쁜 영향을 미쳐서 미성숙 종자를 형성하였으며, 산성비 성분 중에서도 질산보다는 황산 성분이 종자 형성에 더 큰 영향을 미쳤음을 보여주고 있다. 산성비의 원인 물질로는 화학에너지로부터 유래하는 유황산화물과 주로 자동차 배기가스로부터 유래하는 질소산화물이 있는데, 우리나라 생태계에 직접 영향을 미치는 산성비의 주요 요인으로 유황산화물이 지속적으로 증가하고 있다.
- 황산과 질산성분이 모두 포함된 인공 산성비에서는 약 28%의 줄기생장 감소를 나타내었다. 이러한 결과는 pH 3.0의 산성비에 의해 애기장대 식물의 줄기 생장이 매우 감소되었으며, 산성비 성분 중에서 황산이 질산보다 식물 줄기 생장에 더 큰 영향을 미쳤음을 나타내고 있다.
- 3). 이러한 결과를 통해 인공 산성비가 애기장대의 뿌리 생장을 매우 감소시켰으며, 특히 인공 산성비의 성분 중 질산보다 황산 성분이 뿌리 생장에 더 나쁜 영향을 미쳤음을 알 수 있다. 이러한 실험 결과는 황산비에 노출된 여러 작물에서 뿌리의 생장이 감소되었다는 연구보고와 일치하였다.
- 반면 질산비를 처리한 식물의 잎에서는 작은 괴사반점과 약한 황화현상이 관찰되었다. 이와 같은 결과는 산성비에 노출된 식물의 잎 생장에서 산성비의 성분 중 황산이 질산보다 식물의 잎 생장에 더 치명적인 영향을 미침을 알 수 있었고 산성비에 노출된 식물의 잎에 손상을 일으키는 산성비의 주요 요인으로 황산화물이라는 연구보고와도 일치하였다&的 또한 산성비에 의해 잎의 표피조직에 나타나는 상해현상의 일종인 괴사반점은 작물에 따라 다양한 양상을 보여주는데, 해바라기, 밀, 옥수수 등과 같은 작물의 잎에서는 본 연구 결과와 일치하는 결과를 보여주었다.割7J8)산성비 처리에 의해 잎에 형성된 괴사반점은 병원성 미생물에 의한 생물학적 요인이나 오존과 같은 무생물 학적인 요인에 의해서 관찰되는 현상인데, 이 과정에 관여하는 유전자의 발현양상과 신호전달물질에 의해서 유도되는 것으로 추측된다3).
- 인공 산성비를 처리한 식물에서 채취한 종자의 발아율을 비교해 보면, 인공 산성비와 인공 황산비를 처리한 식물에서 채취한 식물 종자는 모두 73%, 인공 질산 비를 처리하여 채취한 종자는 94%의 발아율을 나타내었다. 이와 같이 성분이 다른 3종류의 인공 산성비를 처리하였을 때 식물 생장과 종자발아율은 질산보다 황산 성분에 의해서 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다.
- 인공 산성비가 애기장대의 뿌리 생장에 미치는 영향을 조사한 결과, 3종류의 인공 산성비를 처리한 식물에서의 뿌리 생장은 평균 17-30% 감소되었다. 질산과 황산성분이 모두 포함된 인공 산성비를 처리한 식물의 뿌리는 약 31% 생장이 감소되었으나, 인공 질산비를 처리한 식물 뿌리는 약 17%, 인공 황산비를 처리한 식물뿌리에서는 약 25%의 생장 감소가 관찰되었다(Fig.
- 애기장대 종자는 증류수배지에서 7 일 후 100% 발아되었으나 인공 산성비 배지에서는 80%, 인공 황산비 배지에서는 88%, 인공 질산비 배지에서는 93%의 발아율을 나타내었다. 인공 산성비를 처리한 식물에서 채취한 종자의 발아율을 비교해 보면, 인공 산성비와 인공 황산비를 처리한 식물에서 채취한 식물 종자는 모두 73%, 인공 질산 비를 처리하여 채취한 종자는 94%의 발아율을 나타내었다. 이와 같이 성분이 다른 3종류의 인공 산성비를 처리하였을 때 식물 생장과 종자발아율은 질산보다 황산 성분에 의해서 더 큰 영향을 받음을 알 수 있었다.
- 5). 인공 질산비를 처리한 식물에서 채집한 종자는 정상식물의 종자가 100% 발아된 파종 5일 후 91%, 7일 후에는 약 94%의 발아율을 보여주었다. 반면 인공 황산비를 처리한 식물에서 채집한 종자는 파종 5일 후 68%, 7일 후에는 73%의 발아율을 나타내었다.
- 6의 인공산성비에 비해 약 40% 발아율을 감소시켰다는 보고"$와 유사한 결과이다. 인공질산 비에서의 종자 발아율은 정상적인 종자에 비해발아율이 약 7% 감소되었으나, 인공 황산 비에서의 종자 발아율은 약 12% 감소되어 산성비를 구성하는 질산과 황산성분 중 황산성분이 종자 발아에 더 치명적인 영향을 미침을 알 수 있었다. 이러한 결과는 산성비 성분 중 질산보다 황산성분이 애기장대의 줄기와 잎 및 뿌리의 생장에 억제 효과를 미친다는 상기의 결과와 유사한 경향을 나타내 주고 있다.
- 조사하였다. 질산과 황산성분이 모두 첨가된 인공 산성비를 처리한 애기장대 식물은 정상식물에 비하여 줄기와 뿌리 생장이 각각 28%, 30% 감소되었고, 잎 표면에는 많은 괴사반점이 관찰되었다. 한편 인공 질산 비를 처리한 식물에서는 정상식물에 비하여 줄기와 뿌리 생장이 각각 약 14%, 17% 감소된 반면, 인공황산 비를 처리한 식물에서는 각각 약 24%, 25% 정도 감소되었다.
- 그러나 3종류의 인공 산성비 배지에서는 파종 4일 후 부터 발아되기 시 작하였으며 발아율이 약 60~70% 정도로 낮게 나타났고, 7일 후에는 80~93%의 발아율을 나타내었다. 질산과 황산성분이 모두 포함된 인공 산성비 배지에서는 파종 4일 후에는 63%, 7일 후에는 80%의 발아율을 나타내었고, 인공 황산 비 배지에서는 4일 후 67%, 7일 후에는 88%의 발아율을 나타내었으며, 인공 질산비 배지에서는 4일 후 70%, 7일 후에는 93%의 발아율을 나타내었다. 따라서 pH 3.
- 질산과 황산성분이 모두 포함된 인공 산성비를 처리한 식물의 뿌리는 약 31% 생장이 감소되었으나, 인공 질산비를 처리한 식물 뿌리는 약 17%, 인공 황산비를 처리한 식물뿌리에서는 약 25%의 생장 감소가 관찰되었다(Fig. 3). 이러한 결과를 통해 인공 산성비가 애기장대의 뿌리 생장을 매우 감소시켰으며, 특히 인공 산성비의 성분 중 질산보다 황산 성분이 뿌리 생장에 더 나쁜 영향을 미쳤음을 알 수 있다.
- 황산과 질산성분이 모두 포함된 인공 산성비에서는 약 28%의 줄기생장 감소를 나타내었다. 이러한 결과는 pH 3.
후속연구
- 생장저해 효과를 나타내기도 한다.23閔 본 연구 결과를 토대로 볼 때 질산비보다 황산비에 의해 뿌리의 생장이 더 억제되는 현상이 황산비에 의해서 토양 중금속의 용해도가 더 높아진 때문인지 아니면 황산비에 의해서 토양미생물의 생육이 영향을 더 받았기 때문인지 정확하게 알 수 없으므로 앞으로 이에 대한 연구가 필요하다고 본다.
- 1624既) 특히 본 연구 결과에서 나타난 식물의 생장과 잎의 괴사 그리고 발아율 감소는 장기적인 산성비 노출이 일시적인 식물 생장의 억제뿐만 아니라 종자의 발아율을 지속적으로 저하시켜 생태계의 파괴를 초래할 가능성이 높음을 시사해준다. 따라서 산성비에 의한 식물의 반응은 산성비의 원인 물질에 따라 직접적인 요인과 간접적인 요인, 그리고 단기간에 의한 영향과 장기적인 관점에서의 영향을 종합적으로 조사하는 체계적인 연구가 필요하다고 본다.
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