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문제 정의
- 본 연구는 마치종 옥수수, 단옥수수, 초당옥수수의 건전종자와 인위적으로 활력을 저하시킨 노화종자를 matriconditioning 할 때 알맞은 vermiculite의 수분함량을 구명하고, matricondi- tioning이 genotype과 활력이 다른 옥수수 종자의 a-amylase 활성, 당과 전해질의 누출, DNA 및 가용성 단백질 함량에 미치는 영향을 조사하여 marticonditioning이 genotype과 활력이다른 옥수수 종자의 활력증가에 영향을 미치는 기작을 구명하기 위하여 실시되었다.
제안 방법
- Genotype과 활력이 다른 종자를 matriconditioning하여 25℃와 cold test 조건에서 출아시험할 때 출아율, 발아속도, 유묘생장 등을 조사하여 옥수수 종자의 활력을 증진시키는데알맞은 matriconditioning 조건을 구명하였다. 또 종자로부터 당과 전해질의 누출과 DNA 및 가용성 단백질 함량의 변화를 조사하여 matriconditioning에 의하여 종자의 활력이 증가하는 원인을 분석하였다.
- 재료를 사용하였다. Plastic bag에 vermiculite 125 g 을 넣고, 물을 각각 62.5, 93.8, 125, 156.3 g을 첨가하여 vermiculite의 수분함량이 50, 75, 100, 125%가 되도록 하였다. 여기에 종자 25 g을 넣어 고르게 섞은 후 밀폐하여 25℃ 에서 24시간 처리하였다.
- 5-mL e-tube에 넣어 잘 섞고, 37℃(:에서 30분간 반응시킨 후 99% 및 70% ethanol로 차례로 1회씩세척하였다. e-tube에 남은 고형 물을 TE buffer(10 mM Tris- HC1, 1 mM EDTA in lOOOmL water) 200μ1에 녹여 260 nm에서 흡광도를 측정하여 DNA 함량을 계산하였고, 280 nm 에서 흡광도를 측정하여 단백질 함량을 계산하였다(남 & 안,1999).
- , 1972). 다시 15분간 실온에 방치한 후 분광광도계(UVIKON Spectrophotometer, Kontron, Italy)를이용하여 630 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 전당 함량은 포도당 상당량으로 계산하였다.
- matriconditioning 조건을 구명하였다. 또 종자로부터 당과 전해질의 누출과 DNA 및 가용성 단백질 함량의 변화를 조사하여 matriconditioning에 의하여 종자의 활력이 증가하는 원인을 분석하였다.
- , 1980)와 파종한 종자 수 대신 최종출아개체수의 50%가 출아하는데 소요되는 일수(Taylor, 2000) 를 계산하는 방법이 있다. 본 시험에서 파종한 종자수를 기준으로 계산하면 단옥수수와 초당옥수수 건전종자의 출아율은 50% 이상이어서 T50을을 계산할 수 있지만 노화종자의 출아율은 50% 이하여서 T50을 나타낼 수 없기 때문에 출아속도를 비교하기 위하여 최종발아개체수를 기준으로 하여 #을 계산하였다.
- , Korea)에서 130~150rpm으로 15분간진탕하였다. 상층액 200 |11와 RNase (M610A, Promega, USA) 2 μ 1를 다른 1.5-mL e-tube에 넣어 잘 섞고, 37℃(:에서 30분간 반응시킨 후 99% 및 70% ethanol로 차례로 1회씩세척하였다. e-tube에 남은 고형 물을 TE buffer(10 mM Tris- HC1, 1 mM EDTA in lOOOmL water) 200μ1에 녹여 260 nm에서 흡광도를 측정하여 DNA 함량을 계산하였고, 280 nm 에서 흡광도를 측정하여 단백질 함량을 계산하였다(남 & 안,1999).
- 옥수수 종자를 Sample Mill(1093 Cyclotec Sample Mill, FOSS, Sweden)로 분쇄한 시료 0.05 g을 1.5 mL e-tube에 넣은 다음 65℃로 중탕한 2% CTAB buffer(100mM Tris-HCl, 1.4 M NaCl, 20 mM EDTA, 2% CTAB in 1000 mL water) 600 |il를 넣고 65P에서 20분간 가끔 흔들어주면서 중탕하였다. 그리고 chloroform : iso-amyl alcohol을 24:1로 혼합한용액을 600 )11 넣고, 진탕기 (Orbital shaker, Finemould Precision IND.
- 종자에서 누출되는 全糖(total sugars) 함량을 조사하기 위하여 종자 20립과 증류수 20 mL를 50-mL 원심분리기 튜브에 넣고, 25℃에서 24시간 침지한 후 Whatman #42 여지로 여과하였다. 여액 5 mL을 15-mL 시험관에 넣고, 98% 황산에 녹인 0.
- 종자의 전해질 누출량을 조사하기 위하여 종자 25립과 3차증류수 75 mL를 100 mL 플라스틱 병에 넣고, 20<>C에서 24시간 침지한 후 EC meter(MC126 conductivitymeter, Mettler Toledo, Switzerland)로 전기전도도(electrical conductivity, EC) 를 측정하였다(AOSA, 1983).
- 종자의 출아율을 조사하기 위하여 가로>세로X높이가 각각 33x24x7 cm인 플라스틱 상자에 수분함량이 포장용수량의 70% 인 전년에 옥수수를 재배한 토양을 2 cm 깊이로 넣고, 건전종자와 노화종자를 각각 30립 파종한 다음 다시 같은 토양을 2 cm 높이로 복토하였다. 출아율과 유묘생육은 AOSA(1983) 방법에 따라 발아적온인 25℃에 7일째 및 cold test는 10℃에서 7일 저온처리하고 다시 25℃에 옮긴 후 7일째에 조사하였다.
대상 데이터
- Matriconditioning 처리할 때 수분함량을 조절하기 위하여 사용한 재료는 원예용 vermiculite를 분쇄하여 20 mesh 체를 통과한 재료를 사용하였다. Plastic bag에 vermiculite 125 g 을 넣고, 물을 각각 62.
- 초당옥수수(s/zm-2) 이었다. 마치종 옥수수는 2001년 강원도농업기술원 옥수수시험장에서 생산된 'KS5' 'KS6'의 교잡종인, 수원19호이었고, 단옥수수는 2001년 영남대학교 실험포장에서 생산된 'Early Sunglow, 'Golden Cross Bantam(GCB) 70'의 교잡종, 초당옥수수는 'Fortune' 'Xtrasweet 82, 의 교잡종을 사용하였다.
- 시험재료로 사용된 옥수수는 종실용이나 사일리지용으로 재배하는 마치종 옥수수(dent com), 풋옥수수로 이용되는 단옥수수와 초당옥수수(s/zm-2) 이었다. 마치종 옥수수는 2001년 강원도농업기술원 옥수수시험장에서 생산된 'KS5' 'KS6'의 교잡종인, 수원19호이었고, 단옥수수는 2001년 영남대학교 실험포장에서 생산된 'Early Sunglow, 'Golden Cross Bantam(GCB) 70'의 교잡종, 초당옥수수는 'Fortune' 'Xtrasweet 82, 의 교잡종을 사용하였다.
이론/모형
- 출아속도(T50)는 Taylor(Comell University, 2000; personal communication)의 방법에 따라 최종출아개체수의 50%가 출아하는데 소요되는 기간을 파종일로부터 계산하였는데 그 방법은 다음과 같다. T50 = ti + [(N/2 - ni) / (ry- - n/)] x (tj -1;)] (단 Ne 최종 출아개체수, M와 #은 N/2 전후의 인접한 조사 날짜, ti 및 U 일까지 출아한 누적개체수).
- 높이로 복토하였다. 출아율과 유묘생육은 AOSA(1983) 방법에 따라 발아적온인 25℃에 7일째 및 cold test는 10℃에서 7일 저온처리하고 다시 25℃에 옮긴 후 7일째에 조사하였다.
성능/효과
- 그러나 종자 활력이 낮았던 마치종의 노화종자는 vermiculite의 수분 함량이 125% 까지는 유아장, 건물중은(Table 2) 물론 출아율도 높아지고 (Fig. 1), 출아속도도 빨라져 (Table 1) matriconditioninge 종자 활력을 크게 향상시켰다. 그 원인은 maticonditioning이 종자의 당과 전해질의 누출에는 크게 영향을 미치지 않았지만 a- amylase 활성과(Fig.
- 출아율이 25℃와 cold test에서 거의 100%이었던 마치종 옥수수의 건전종자는 matriconditioning에 의하여 출아율이 영향을 받지 않았지만(Fig. 1) 출아속도는 다소 빨라졌고(Table 1), 유아장과 유아 건물중은 matricondi- tioning할 때vermiculite의 수분함량이 높을수록 증가하였다 (Table 2). 이러한 결과는 마치종이 원래 종자활력이 높았고, 당과 전해질의 누출도 적었기 때문에(Fig.
- 1)Means within a column in each genotype followed by the same letter are not significantly different at the 5% level by DNMRT.
- 2 및 3) matriconditioning0!] 의하여 더 향상될 여지가 없었으나 a-amylase 활성과 (Fig. 4) DNA 함량이 증가하였고(Table 3), 유의차는 없었지만 수용성 단백질도 다소 증가하는 경향으로 보아(Table 3) matriconditioning하는 동안 종자의 대사활동이 시작되어 발아와 유아생장이 촉진되는 것으로 생각된다. 그러나 종자 활력이 낮았던 마치종의 노화종자는 vermiculite의 수분 함량이 125% 까지는 유아장, 건물중은(Table 2) 물론 출아율도 높아지고 (Fig.
- DNA와 가용성 단백질 함량의 변화를 보면 Table 3과 같다. DNA와 가용성 단백질 모두 단옥수수 >마치종 옥수수 > 초당옥수수의 순으로 닞았으며, 또, 건전종자가 노화종자보다 높았다.
- Genotype간 a-amylase 활성은 초당옥수수 > 마치종 욱 단옥수수의 순으로 낮아졌으며, 어느 genotype에서나 건전 종자가 노화종자보다 a-amylase 활성이 더 높았다. a-amylase 는 발아할 때 합성되는 전분분해효소인데 옥수수의 genotype 에 따라 활성이 다르다(Young et al.
- Matriconditioning 처리된 종자의 DNA와 가용성 단백질 함량은 마치종 건전종자를 제외하면 genotype과 종자활력에 관계없이 모두 matriconditoing된 종자에서 무처리 종자보다 현저히 높았다. 그러나 matriconditioning할 때 수분함량은 영향을 미치지 않거나 수분함량이 증가할수록 DNA와 가용성 단백질 함량을 약간 증가하는 경향이었다.
- Matriconditioning 처리하지 않은 건전종자의 출아율은 마치종 옥수수 98.3%, 단옥수수 89.2%, 초당옥수수 83.3%로서 마치종이 가장 높았고, 초당옥수수가 가장 낮았다. Young et a/.
- 누출되는 당은 초당옥수수 > 단옥수수 > 마치종 옥수수의 순으로 낮았다. Matriconditioning 하지 않은 마치종 옥수수의 건전종자와 노화종자로부터 누출된 전당의 양은 0.05 mg/g으로 극히 적었고, matriconditionig 한 종자는 vermiculite의 수분함량에 관계없이 모두 당을 거의누줄하지 않았다.
- 그러나 단옥수수와 초당옥수수의 건전종자와 모든 genotype의 노화종자는 matriconditioning할 때 100~ 125%까지는 수분함량이 높을수록 발아율이 증가하였다. Matriconditioning에 가장 알맞은 수분함량에서 단옥수수와 초당옥수수의 건전종자는 무처리에 비하여 출아율이 각각 7.5 및 15.8% 증가하였고, 마치종, 단옥수수, 초당옥수수 노화종자는각각 8.3, 8.3, 11.6% 증가하였다.
- Matriconditioning의 효과를 보면 발아율이 높았던 마치종과단옥수수의 건전종자는 vermiculite의 어느 수분함량에서나 matriconditioninge 출아율에 영향을 미치지 않았고, 높게 유지되었다. 그러나 발아율이 상대적으로 낮았던 초당옥수수의건전종자와 모든 genotype의 노화종자는 matriconditioning 처리할 때 vermiculite의 수분함량이 125%까지 증가할수록 출아율이 향상되었다.
- 낮아지는 경향이었다. Matriconditioning할 때 수분함량이증가함에 따라 마치종과 단옥수수에서는 EC가 약간 감소되었지만 초당옥수수에서는 EC가 현저히 감소되었다. Lentil, bean, chickpea 등의 종자 활력은 주로 세포막과 관련이 있으며, hydration과 같은 종자처리는 세포막을 회복시켜 발아율.
- 그러나 발아율이 상대적으로 낮았던 초당옥수수의건전종자와 모든 genotype의 노화종자는 matriconditioning 처리할 때 vermiculite의 수분함량이 125%까지 증가할수록 출아율이 향상되었다. Vermiculite의 수분함량이 125%일 때 초당옥수수의 건전종자는 줄아율이 8.4% 증가하였고, 마치종, 단옥수수, 초당옥수수 노화종자는 무처리보다 각각 9.2, 14.1, 14.2% 증가하였다. 따라서 옥수수 종자의 출아율에 미치는 matriconditioning의 효과는 genotype에 관계없이 종자활력이낮은 종자일수록 컸다.
- 2 mg/g 이하로 현저히 감소되었다. 그러나 matriconditioning 하지 않은 노화종자는 1.2 mg/g의 많은 당을 누출하였으며, matriconditioning하면 vermiculite의 수분함량이 100%까지는수분함량이 많을수록 당 누출이 현저하게 감소되었다.
- 높았다. 그러나 matriconditioning할 때 수분함량은 영향을 미치지 않거나 수분함량이 증가할수록 DNA와 가용성 단백질 함량을 약간 증가하는 경향이었다.
- 당을 누출하였다. 그러나 건전종자와 노화종자 모두 matriconditioning하면 vermiculite의 수분함량이 많을수룩 당 누출량이 다소 감소하는 경향이었다.
- 유지되었다. 그러나 단옥수수와 초당옥수수의 건전종자와 모든 genotype의 노화종자는 matriconditioning할 때 100~ 125%까지는 수분함량이 높을수록 발아율이 증가하였다. Matriconditioning에 가장 알맞은 수분함량에서 단옥수수와 초당옥수수의 건전종자는 무처리에 비하여 출아율이 각각 7.
- 그러나 발아율이 상대적으로 낮았던 초당옥수수의건전종자와 모든 genotype의 노화종자는 matriconditioning 처리할 때 vermiculite의 수분함량이 125%까지 증가할수록 출아율이 향상되었다. Vermiculite의 수분함량이 125%일 때 초당옥수수의 건전종자는 줄아율이 8.
- 활성에 영향을 미치지 않았다. 그러나 종자활력이 낮은 마치종 옥수수의 노화종자, 단옥수수와 초당옥수수의 건전종자와 노화종자 모두 matriconditioning할 때 vermiculite의수분함량이 증가할수록 a-amylase 활성이 증가하였다. Sung & Chang(1993)도 vermiculitel 이용하여 초당옥수수를 25℃ 에서 24시간 matriconditioning하면 무처리 종자에 비하여 ot- amylase와 P-amylase 활성이 모두 증가한다고 하였다.
- 1), 유아장, 유아건물중이 현저히 증가하였고(Table 2), 출아도 촉진되었다 (Table 1). 그리고 matriconditioning에 의하여 종자의 당과 전해질의 누출량도 감소하였을 뿐 아니라(Fig. 2 및 3) a- amylase 활성 (Fig. 4), DNA와 수용성 단백질 함량을 모두 증가 시켜 (Table 3) matriconditoininge 특히 초당옥수수에서 효과적이 었다.
- 1), 유아장과 유아건물중도 현저히 증가하였다(Table 2). 노화종자는 vermiculite의 수분함량이 125%까지는 수분함량이 증가할수록 출아율이 증가하였고(Fig. 1), 출아도 촉진되었으며 (Table 1), 유아장, 유아건물중도 현저히 증가하였다(Table 2). 종자의 당과 전해질 누출량은 많지 않았으며, matriconditioning에 의하여 당과 전해질의 누출량은 다소감소하거나 차이가 없었다(Fig.
- 단옥수수는 발아적온인 25℃에서는 무처리 종자의 출아율이 약 90%로서 활력이 높아 matriconditioning이 출아율에 영향을 미치지 않았던 것으로 생각되지만 불량환경인 cold test 에서는 matriconditioning할 때 수분함량이 높을수록 출아율이높아졌으며 (Fig. 1), 유아장과 유아건물중도 현저히 증가하였다(Table 2). 노화종자는 vermiculite의 수분함량이 125%까지는 수분함량이 증가할수록 출아율이 증가하였고(Fig.
- 2% 증가하였다. 따라서 옥수수 종자의 출아율에 미치는 matriconditioning의 효과는 genotype에 관계없이 종자활력이낮은 종자일수록 컸다.
- 또 유아장과 유아건물중은 출아온도, genotype, 종자활력에관계없이 대부분의 처리는 matriconditioning할 때 수분함량이많을수록 증가하였으며, 통계적으로 유의차가 없는 몇 개 처리에서도 증가하는 경향은 뚜렷하였다. Matriconditioninge 토마토, 오이, 당근, 양파, 상추(Taylor et al.
- 모든 genotype에서 건전종자와 노화종자 모두 matricondi- tioning할 때 vermiculite의 수분함량이 높을수록 침지액의 EC 가 낮아지는 경향이었다. Matriconditioning할 때 수분함량이증가함에 따라 마치종과 단옥수수에서는 EC가 약간 감소되었지만 초당옥수수에서는 EC가 현저히 감소되었다.
- 출아한 기간인 T50을 보면 Table 1과 같다. 발아적온인 25℃와 cold test에서 건전종자와 노화종자 모두 matriconditioning 할 때 vermiculite의 수분함량이 증가할수록 T이 감소하여 출아가 촉진되는 경향을 보였다. 그러나 25℃에서 단옥수수의 건전종자, cold test에서 단옥수수와 조당옥수수의 건전 종자의 경우에는 matriconditioning의 효과가 없었다.
- 영향에는 차이가 있었다. 즉 matriconditioning하지 않은건전종자는 0.75 mg/g의 비교적 많은 양의 당을 누출하였으나 matriconditioning한 종자는 수분함량에 관계없이 당 누출량이 0.2 mg/g 이하로 현저히 감소되었다. 그러나 matriconditioning 하지 않은 노화종자는 1.
- 초당옥수수는 건전종자도 25℃에서 출아율이 약 83%로서 낮았는데 건전종자와 노화종자 모두 matriconditioning할 때 vermiculite의 수분함량이 125%까지는 출아율(Fig. 1), 유아장, 유아건물중이 현저히 증가하였고(Table 2), 출아도 촉진되었다 (Table 1). 그리고 matriconditioning에 의하여 종자의 당과 전해질의 누출량도 감소하였을 뿐 아니라(Fig.
후속연구
- Personal communication). 풋옥수수가 많이 재배되고 있는미국, 일본 등에서는 가공용으로 단옥수수가 재배되고, 풋옥수수용은 주로 초당옥수수가 재배되고 있으므로(Juvik et al., 1993) 앞으로 우리나라에서도 초당옥수수의 재배가 일반화될 것으로 전망되며, 따라서 초당옥수수의 종자활력을 높일 수 있는연구가 필요하다. 저하된 종자의 활력을 증진시키는 방법은 matriconditioning, priming, humidification, presoaking, harden-ing 등 파종하기 전에 일정기간 종자의 수분함량을 조절하면서 종자 내의 생리적 변화를 발아에 유리하도록 유도하는 방법 (Khan et al.
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