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문제 정의
- 그러므로 본 연구는 귀화종인 서양등골나물과 또 다른 귀화종 그리고 자생종과의 상호관계 및 중금속이 분포하는 남산 토양에서 서양등골나물의 환경적응력을 알아보기 위하여 서양 등골나물의 기관과 상부식생, 식물체내 중금속의 이동과 축적에 따른 phenolic compounds의 변화 양상을 연구하였다.
- 이러한 다양한 상부 식 생 하에 서생 장하는 서 양등골나물은 광 뿐만 아니라 상부식 생 의 이 차대 사산 물에 따라서도 영향을 받을 수 있다. 따라서 광과 이차 대사산물의 두 가지 요소에 의하여 서양등골나물은 어느 정도의 total phenolic compounds 생산하며, 또한 그 임상 토양의 total phenolic compounds는 어떠한 변화를 갖는가를 조사하였다. 신갈나무림임 상의 total phenolic compounds 함량은 1.
제안 방법
- 추출액의 성분분석은 김(1993)의 방법을 변형하여 실시하였으며 HPLC(Waters, U.S.A), UV detector(254, 284nm)분석 조건으루 Columne "Bonda-pak(C18 Radial Pak, 0.8 x10cm)을 사용하였다. Mobile phase는 acetonitrate와 sodium acetate buffer(A pump : acetonitrile, B pump : 0.
- 대조구는 증류수를, 처리구는 추출액의 농도를 0%, 10%, 25%, 50%, 75%, 100%가 되도록 하였으며 28℃ 생장실에서 3회 반복하여 실험하였다.
- 서양등골나물의 phenohic compounds 중 발아와 유근 생장에 가장 효과가 있는 phenolic compounds 물질을 알아보기 위하여 Lodhi(1976)의 방법을 변형하여 실험을 실시하였다. 실험에서 사용된 6종의 phenolic compounds(Sigma chemical Co.
- 서양등골나물이 분포하는 임상토양과 분포하지 않는 토양에서 11 개의 중금속 이온을 분석하였다(Table 3, P<0.01). 대부분의 중금속은 서양등골나물이 분포하는 토양보다 분포하지 않는 토양에서 주로 조사되었으며, 특히 AI(975.
- 서양등골나물이 분포하는 토양(처리구)과 서양등골나물의 분포로부터 2m 떨어진 서양등골나물이 분포하지 않는 토양(대조구), 그리고 서양등골나물의 잎과 뿌리에서 중금속의 함량을 측정하였다(Agricultural Improving Institute 1988).
- 실내에서 발아시킨 미국자리공의 유식물을 온실 pot로 옮겨서 서 양등골나물의 0%, 10%, 25%, 50%, 75%, 100% 농도의 추출액을 1달 동안 2일 간격으로 처리한 후 유근과 유묘의 초기생장을 측정하였다. 또한 군락내부(혼합림)와 임연(길가), 소나무림과 신갈나무림 임상의 서 양등골나물의 잎, 뿌리, 토양 추출액 그리고 초기생장시의 pot 토양의 total phenolic compounds5] 함량을 Swain과 Hillis(1959)의 방법에 따라 측정하였다.
- 방법을 변형하여 실험을 실시하였다. 실험에서 사용된 6종의 phenolic compounds(Sigma chemical Co. USA)를 ioe3m, io-4m, io-5m 농도로 조절하여 미국자리공 종자에 처리 하였다.
대상 데이터
- nomame), 강아지 풀(Setaria viridis) 등 6종으로 하였다. Total phenolic compoundsS}- 중금속의 양을 측정하기 위하여 군락내부(혼합림)와 임연(길가), 소나무림과 신갈나무림 임상에서 서양등골나물의 잎과 뿌리 그리고 토양을 채취하였다.
- 서양등골나물의 잎을〔998년 10월 서울 남산에서 채취하여 수용 추출액 제조에 사용하였고, 1999년 2월부터 발아와 유식 물 생장 실험을 실시하였으며 실험에 사용한 귀화종의 종자는 미국 자리 공(Phytolacca americand), 서양등골나물(Eupatorh洲 rugo- suni), 애기수영acetocella), 자생종은 돌피(Echinochloa crusgalli), 차풀-(Cassia mimosoides var. nomame), 강아지 풀(Setaria viridis) 등 6종으로 하였다. Total phenolic compoundsS}- 중금속의 양을 측정하기 위하여 군락내부(혼합림)와 임연(길가), 소나무림과 신갈나무림 임상에서 서양등골나물의 잎과 뿌리 그리고 토양을 채취하였다.
데이터처리
- 자료의 통계처리는 SAS system (2000)을 이용하여 대조구와 처리구 간의 발아와 유식물생장 그리고 잎과 토양의 total phenolic compound 및 중금속 함량의 유의성 검정을 Duncarfs multiple range test에 의하여 실시하였다,
이론/모형
- 측정하였다. 또한 군락내부(혼합림)와 임연(길가), 소나무림과 신갈나무림 임상의 서 양등골나물의 잎, 뿌리, 토양 추출액 그리고 초기생장시의 pot 토양의 total phenolic compounds5] 함량을 Swain과 Hillis(1959)의 방법에 따라 측정하였다.
성능/효과
- 1.은 온실에서 한달 동안 서양등골나물의 각각 농도를 처리한 후 미국자리공의 뿌리와 줄기의 초기생장을 측정한 결과인데 건중량에서와 같이 10%와 25%의 추출액 농도에서 생장이 촉진되었으며 Table 1에서는 25% 토양 추출액, !0% 토양 추출액, 대조구 토양 추출액 간에 total phenolic compounds는 거의 유의한 차이를 보이지 않았다. 즉 이러한 결과는 25%가 자연 상태에서 역치농도이며 토양 내에 방출되는 phenoloic compound의 농도임을 알 수 있었다.
- 01). 대부분의 중금속은 서양등골나물이 분포하는 토양보다 분포하지 않는 토양에서 주로 조사되었으며, 특히 AI(975.09± 15.53 mg/1), Fe (34.17±6.10 mg/1), Mn(26.65±2.92 mg/1), Pb(9.35±2.06 mg/l)의 중금속 함량이 높았다. 또한 중금속은 서양등골나물의 뿌리보다 잎에 대부분이 축적되었으며, Al(45.
- 자생 식물 종자인 돌피(A), 차풀(C), 강아지풀 (E) 의 발아경향은 4일 안에 빠르게 발아하며, 외부자극에 둔감한 반면, 귀화식물 종자인 애기수영(B), 미국자리공(D), 서양 등골나물(F)의 발아경향은 12일까지 서서히 발아하며, 외부자극에 민감하여 농도에 따라 억제 효과가 분명하고, 발아기간이 자생종에 비하여 전반적으로 길었다. 미국자리공 (D)과 서양 등골나물 (日의 발아율은 농도의 증가에 따라 비례적으로 발아율이 억제 되 었으나 서양등골나물 종자는 추출액 10%에서 오히려 대조구 보다 발아율이 촉진되는 현상을 나타내었다(Fig. IF). 서양 등골나물은 자신의 추출액 50% 농도 이상에 서는 자가중독 현상을 나타내었으나, 저농도에서는 촉진현상을 보여 자연상태에서 서양 등골나물의 분포면적 확산의 요인으로 작용될 것으로 추측된다.
- 3과 같다. 미국자리공의 유묘생장은 10%와 25% 추출액의 농도에서 촉진된 것과 같이(Fig. 3B) 건 중량(Fig. 3A)에서도 대조구에 비하여 약 1.2배정도 촉진되었으며, 서양등골나물도 10% 농도에서 유묘생장에 있어서 촉진 현상을 보였다(Fig. 3B). 서양등골나물 추출액의 50%이상의 농도에서는 돌피, 애기수영, 차풀, 미국자리공, 강아지풀의 발아와 유묘, 유근의 생장이 억제되었다.
- 001)은 pot 토양과 잎 추출액의 total phenolic compounds 함량을 측정한 것이다. 미국자리공의 초기생 장(Fig. 1)은 10%와 25% 추출액 농도에서 촉진은 되었으나 유근에 있어서는 유의한 차이를 보이지 않았고 유묘는 대조구와 처리 구간에 유의한 차이를 나타내었다 (P<0.00l). 추출액의 10%와 25%농도에서 유묘와 유근의 생장촉진 현상은 Lodhi(1976)에 의해서도 보고된 바 있는데 저농도의 이차 대사산물은 식물상호간에 생장을 촉진시키므로 식물과 과실의 생산을 증대 시킬 수 있다고 하였다.
- 추출액의 10%와 25%농도에서 유묘와 유근의 생장촉진 현상은 Lodhi(1976)에 의해서도 보고된 바 있는데 저농도의 이차 대사산물은 식물상호간에 생장을 촉진시키므로 식물과 과실의 생산을 증대 시킬 수 있다고 하였다. 서양등골나물 잎 추출액의 농도별 total phenolic compounds 함량(0.12±0.07~ 1.14±0.62 mg/1)보다 서양등골나물이 분포하는 소나무림 임상의 토양에 포함된 total phenolic compounds 함량(0.04±0.02~0.90±0.38 mg/l)이 한달 후에 유의한 차이로 낮아졌으며, 잎 추출액 10% 농도의 total phenolic compounds와 토양 추출액의 대조구, 10%, 25%의 total phenolic compounds 간에는 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 1, P<0.0l). 즉 Fig.
- 3B). 서양등골나물 추출액의 50%이상의 농도에서는 돌피, 애기수영, 차풀, 미국자리공, 강아지풀의 발아와 유묘, 유근의 생장이 억제되었다. 그러나 돌피, 서양등골나물, 미국자리공, 차풀의 유묘생장은 서양등골나물 추출액 10% 농도에서 대조구 보다 촉진되었는데, 이는 저농도의 allelochemicals에서 세포의 증식이 활발하여 대조구보다 유근생장이 촉진되었다고 한 김(1993)의 보고와 같이 해석할 수 있다.
- 따라서 광과 이차 대사산물의 두 가지 요소에 의하여 서양등골나물은 어느 정도의 total phenolic compounds 생산하며, 또한 그 임상 토양의 total phenolic compounds는 어떠한 변화를 갖는가를 조사하였다. 신갈나무림임 상의 total phenolic compounds 함량은 1.66±0.87mg/l로 가장 높고, 군락내부는 1.43±0.45mg/l, 소나무림은 1.12±0.03mg/l, 임 연은 1.09±0.47mg/l로 유의한 차이를 나타내었으나, 서양 등골나물이 분포하는 토양의 total phenolic compounds(0.41 ±0.21 ~0.48 ±0.03 mg/l)는 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 2, P<0.001). 즉 서양등골나물의 생장이 왕성한 임연에서는 낮은 total phenolic compounds를, 낮은 조도와 신갈나무림의 total phenolic compounds에 의하여 생장이 제한된 서양등골나물은 높은 total phen이ic compounds를 갖는 것으로 판단된다.
- 2와 같다. 자생 식물 종자인 돌피(A), 차풀(C), 강아지풀 (E) 의 발아경향은 4일 안에 빠르게 발아하며, 외부자극에 둔감한 반면, 귀화식물 종자인 애기수영(B), 미국자리공(D), 서양 등골나물(F)의 발아경향은 12일까지 서서히 발아하며, 외부자극에 민감하여 농도에 따라 억제 효과가 분명하고, 발아기간이 자생종에 비하여 전반적으로 길었다. 미국자리공 (D)과 서양 등골나물 (日의 발아율은 농도의 증가에 따라 비례적으로 발아율이 억제 되 었으나 서양등골나물 종자는 추출액 10%에서 오히려 대조구 보다 발아율이 촉진되는 현상을 나타내었다(Fig.
- 0l). 즉 Fig. 1 과 Table 1 의 결과로 보아 미국자리공의 생장을 급격하게 억제시킨 추출액의 threshold 농도는 25%임을 확인하였다. 이러한 결과에 대하여 Indeijit와 Dakshini (1998)는 서양등골나물의 잎 추출액이 토양내의 물질과 결합하거나 토양 내에서 다른 물질로 변화하여 추출액의 농도가 낮아진다고 하였으며 Rizvi와 Rizvi(1992)는 alleochemicals가 식물체에 처리되었을 때 이 물질이 축적된다고 하였다.
- 또한 D'(Antonio 등(1998)은 Hawaiian woodland에서 귀화식물 잡초를 제거한 결과 토착종인 관목류의 크기 가 증가하고, 잎의 질소 및 토양의 가용성 질소함량이 증가하였다고 하였다. 즉 서양등골나물은 자생종의 정착을 방해하고 자신의 생장을 촉진시켜 자신의 영역을 점차 넓혀가고 있음을 본 실험을 통하여 확인할 수 있었다.
- 즉 이러한 결과는 25%가 자연 상태에서 역치농도이며 토양 내에 방출되는 phenoloic compound의 농도임을 알 수 있었다. 즉 서양등골나물의 10%와 25% 추출액 농도에서 대조구에 비해 미국자리공과 서양등골나물의 생장이 촉진된다는 것은 자연상태에서 서 양등골나물은 미국자리공과 서로 협동하여 함께 생존가능하며 또한 서양등골나물은 국내에서 더욱 그들의 군락과 면적을 확장시키게 될 것이라는 것을 암시하는 것이다. 귀화식물은 개체군 동태와 군집 구조(Mooney and Drake 1986) 및 토양의 영 양 상태 (Vitousek and Walker 1989) 를 변화 시키고, 자생식물의 재정착을 감소시킨다고 하였다 (Walker and Vitousek 1991).
- 001). 즉 서양등골나물의 생장이 왕성한 임연에서는 낮은 total phenolic compounds를, 낮은 조도와 신갈나무림의 total phenolic compounds에 의하여 생장이 제한된 서양등골나물은 높은 total phen이ic compounds를 갖는 것으로 판단된다. 귀화식물의 침입에 관한 연구는 귀화식물의 생물학적 특성과 침입지역의 생육지 특성에 중점을 두고 있는데(Parendes and Jones 2000) 서 양 등골나물은 높은 total phenolic compounds를 지니는 종 특이성을 지녔고 상부식생의 종류와 분포에 따라서 생장이 제한되며, 그에 따라 서 양등골 나물의 생장과 total phenolic compounds함량이 이차 대사산물이 유의적인 차이를 보이는 것으로 생각된다.
- 은 온실에서 한달 동안 서양등골나물의 각각 농도를 처리한 후 미국자리공의 뿌리와 줄기의 초기생장을 측정한 결과인데 건중량에서와 같이 10%와 25%의 추출액 농도에서 생장이 촉진되었으며 Table 1에서는 25% 토양 추출액, !0% 토양 추출액, 대조구 토양 추출액 간에 total phenolic compounds는 거의 유의한 차이를 보이지 않았다. 즉 이러한 결과는 25%가 자연 상태에서 역치농도이며 토양 내에 방출되는 phenoloic compound의 농도임을 알 수 있었다. 즉 서양등골나물의 10%와 25% 추출액 농도에서 대조구에 비해 미국자리공과 서양등골나물의 생장이 촉진된다는 것은 자연상태에서 서 양등골나물은 미국자리공과 서로 협동하여 함께 생존가능하며 또한 서양등골나물은 국내에서 더욱 그들의 군락과 면적을 확장시키게 될 것이라는 것을 암시하는 것이다.
- 서양 등골나물은 자신의 추출액 50% 농도 이상에 서는 자가중독 현상을 나타내었으나, 저농도에서는 촉진현상을 보여 자연상태에서 서양 등골나물의 분포면적 확산의 요인으로 작용될 것으로 추측된다. 차풀은 농도에 따른 발아 억제효과가 나타나지 않았으며, 애기수영은 대조구, 10%, 25% 농도에서 유사한 발아율을 보였으나, 50% 이상농도에서는 급격히 억제되었고, 강아지풀은 75% 이상농도에서 현저하게 종자발아가 억제되었다. Rice (1984)와김(1993)이 각 식물 추출액의 농도에 따라 종자 발아의 억제 정도가 달라진다고 한 것과 같이 본 실험에서도 유사한 경향을 보였다.
후속연구
- 1997) 본 연구에서는 잎에 대부분의 중금속이 축적되는 현상을 나타내었다. 최근 식물체에 축적된 중금속은 병원균과 초식동물에 대한 방어로서 phenolic compound의 cytotoxic 작용을 보완하며, Cu를 함유하고 있는 Phydlanthus tenelluse: 고농도의 antimicrobial phenolic compound 를 액포 내에 축적하는 중금속에 의해 식물체 내의 phenolic compounds가 활성화되고 그에 따른 항산화작용과 항균작용 등의 연구결과가 보고되었으나{Ayala-Silva and Al-Hamdani 1997, Boyd and Martens 1998, Santiago et al. 2000) 식물체와 토양의 phenolic compounds와 중금속 간의 상호 메카니즘에 대하여는 좀 더 연구되어야 할 과제라고 판단된다.
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