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문제 정의
- 본 연구는 식물의 내성의 지표로 사용할 수 있는 발아 test 및 유식물의 생장 연구를 통해 구리에 내성을 가진 야초류를 선정하고자 하였으며, 이들 유식물의 토양 내 구리 제거율 연구를 통해 구리로 오염된 지역에 phytoremediation을 적용하기 위한 기초 자료로 사용하고자 하였다.
- 옥수수, 어저귀 등 6종을 대상으로 수행하였다. 토양 내 구리 농도에 대한 발아율, 뿌리와 지상부의 생장율 및 생체량을 조사하여 구리 내성종을 선별했으며, 이를 토대로 phytoremediation 의기 초를 마련하고자 하였다.
제안 방법
- 이 pot들은 온도 25°C, 습도 60%로 유지되는 생장실에서 명과 암조건을 각각 16시간과 8시간으로 하여, 각 식물의 발아상태를 확인하였다. 14일 후 농도별 종자 발아율과 최장 뿌리와 지상부의 길이 및 생체량을 측정하였고, 모든 실험은 3 반복으로 수행하였다(David et al. 1995).
- 6. 유식물에서 토양 내 구리 제거율이 높은 피의 경우, phytoremediation적용 가능성을 확인하기 위해 성체를 이용하여 구리 흡수실험을 수행중이다.
- 1 g에 왕수(aqua regia: 65% HC1 3 mL + 37% HNOj 1 mL)를 가하고 microwave에 서 분해 시 킨 후 20 mL로 희석하였다. Flame AAS를 통하여 구리의 농도를 측정하였다. 중금속 분석 방법의 신뢰도는 캐나다의 NRS-CNRC (National Research Council of Canada)에서 공인된 표준물질인 MESS-2(Marine Sediment)의 분석을 통해 확인하였으며 표준물질과 blank도 시료와 같은 방법으로 분석하였다.
- 각 유식물의 토양 내 구리 제거 능력을 조사하기 위해, 각 오염 토양 및 식물체 내에서의 구리 농도 변화를 측정하였다. 토양 내 구리 함량을 조사하기 위하여 총 구리 함량 [Table 3]및 ex changeable 구리를 측정하였다[Table 4].
- 구리 용액은 CuCb을 1 strength hoagland's 용액에 0, 50, 100, 200, 300 mg/L의 농도로 첨가하여 조제하였다. 농도별로 오염시킨 토양 150 g을 pot에 담은 뒤, 각 식물의 종자를 10개씩 심었다.
- 300 mg/L의 농도로 첨가하여 조제하였다. 농도별로 오염시킨 토양 150 g을 pot에 담은 뒤, 각 식물의 종자를 10개씩 심었다. 이 pot들은 온도 25°C, 습도 60%로 유지되는 생장실에서 명과 암조건을 각각 16시간과 8시간으로 하여, 각 식물의 발아상태를 확인하였다.
- 식물의 발아에 미치는 구리의 영향을 알아보기 위하여, 여러 농도 구배의 구리 오염 토양에 각 식물 종자를 심어 발아율을 조사하였다[Table 2].
- 용하여 구리의 농도를 측정하였다. 중금속 분석 방법의 신뢰도는 일본의 NIES(National Institute for Environmental Studies)에서 공인된 표준물질인 No.
- 농도별로 오염시킨 토양 150 g을 pot에 담은 뒤, 각 식물의 종자를 10개씩 심었다. 이 pot들은 온도 25°C, 습도 60%로 유지되는 생장실에서 명과 암조건을 각각 16시간과 8시간으로 하여, 각 식물의 발아상태를 확인하였다. 14일 후 농도별 종자 발아율과 최장 뿌리와 지상부의 길이 및 생체량을 측정하였고, 모든 실험은 3 반복으로 수행하였다(David et al.
- exchan geable 구리의 농도 또한 첨가시킨 구리 농도가 높을수록 그 양이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 이처럼 생물 유용한(bioavaila- ble) 구리 농도가 높아짐 에 따른 각 식물이 흡수 및 축적한 양의 변화를 살펴보기 위하여 식물체 내에서의 구리 함량을 분석하였다[Table 5]
- Flame AAS를 통하여 구리의 농도를 측정하였다. 중금속 분석 방법의 신뢰도는 캐나다의 NRS-CNRC (National Research Council of Canada)에서 공인된 표준물질인 MESS-2(Marine Sediment)의 분석을 통해 확인하였으며 표준물질과 blank도 시료와 같은 방법으로 분석하였다.
- 토양 내 구리 함량을 조사하기 위하여 총 구리 함량 [Table 3]및 ex changeable 구리를 측정하였다[Table 4]. Ure(1995)의 연구에 의하면 토양 중금속의 생물에 대한 독성 효과에 대한 가장 직접적인 척도로 사용될 수 있는 것 중 하나가 토양의 총 중금속 함량 중 exchangeable 부분이라고 제시한 바 있다.
대상 데이터
- 2003년 2월에 농촌진흥청(수원 소재)으로부터 어저귀, 피, 알팔파, 닭의장풀 등 4종의 국내산 종자를 분양 받았다. 옥수수와 해바라기는 종자 상회에서 구입하여 사용하였다[Table 1].
- 본 연구는 구리로 오염된 토양을 식물을 이용하여 정화하기 위한 기초 단계로, 그 동안 본 연구실에서 카드뮴 및 납 등 중금속 제거능이 있는 것으로 연구된 피, 알팔파, 닭의장풀, 해바라기, 옥수수, 어저귀 등 6종을 대상으로 수행하였다. 토양 내 구리 농도에 대한 발아율, 뿌리와 지상부의 생장율 및 생체량을 조사하여 구리 내성종을 선별했으며, 이를 토대로 phytoremediation 의기 초를 마련하고자 하였다.
- 옥수수와 해바라기는 종자 상회에서 구입하여 사용하였다[Table 1].
이론/모형
- 용하여 구리의 농도를 측정하였다. 중금속 분석 방법의 신뢰도는 일본의 NIES(National Institute for Environmental Studies)에서 공인된 표준물질인 No.l0-c(Rice Flour)의 분석을 통해 확인하였다.
성능/효과
- 1. 해바라기와 피, 닭의장풀의 발아율은 구리 농도(0~300 mg-CuCb/kg)에 크게 영향을 받지 않았다.
- 2. 어저귀와 알팔파는 토양 내 구리 농도가 높아질수록 발아에 저해를 받지만, 생체량 및 생장에는 크게 독성 효과를 받지 않았다.
- 3. 해바라기는 식물체 내 중금속 축적 능력이 뛰어나지만 고농도에서 생체량 및 생장에 저해를 심하게 받았다.
- 4. 피는 발아율과 생장에 크게 독성 효과를 받지 않았으며 50 mg-CuCh/kg 이상에서는 중금속 축적 능력도 다른 식물에 비해 뛰어난 것으로 나타났다.
- 5. 이상의 연구를 통해 국내산 토착 야초류 중 피와 닭의장풀, 해바라기는 구리에 내성을 가진 종으로 판명되었다.
- Ure(1995)의 연구에 의하면 토양 중금속의 생물에 대한 독성 효과에 대한 가장 직접적인 척도로 사용될 수 있는 것 중 하나가 토양의 총 중금속 함량 중 exchangeable 부분이라고 제시한 바 있다. [Table 3]에서 보는 바와 같이, 각 식물이 식재된 토양의 중금속 함량은 초기 오염농도에 비해 모든 식물 종의 경우에서 감소한 것을 확인할 수 있었다. 특히 닭의장풀, 옥수수, 피는 300 mg-CuCb/kg에서 각각 47%, 46%, 31% 이상의 구리 함량 감소를 볼 수 있었다.
- 특히 닭의장풀, 옥수수, 피는 300 mg-CuCb/kg에서 각각 47%, 46%, 31% 이상의 구리 함량 감소를 볼 수 있었다. exchan geable 구리의 농도 또한 첨가시킨 구리 농도가 높을수록 그 양이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 이처럼 생물 유용한(bioavaila- ble) 구리 농도가 높아짐 에 따른 각 식물이 흡수 및 축적한 양의 변화를 살펴보기 위하여 식물체 내에서의 구리 함량을 분석하였다[Table 5]
- 반면, 피와 닭의장풀, 알팔파는 각각 대조구의 50%, 52%, 68%로 50% 이상의 생장율을 유지하였다. 또한 지상부 생장을 살펴보면, 어저귀와 해바라기, 옥수수의 지상부 길이는 각각 대조구의15%, 16%, 19% 수준으로 큰 저해를 받는 반면, 피와 닭의장풀, 알팔파는 각각 61%, 96%, 86%로 300 mg-CuCE/kg에서도 높은 생장율을 보였다.
- 식물 생장에 대한 토양 내 구리의 영향을 살펴보기 위하여, 구리 노출 14일 후 각 유식물의 뿌리와 지상부의 길이를 측정한 결과[Fig. 1], 구리농도가 증가할수록 대체로 생장율이 감소한 것을 알 수 있었다. 특히, 300 mg-CuCb/kg에서 옥수수의 뿌리는 대조구의 약 4%, 해바라기는 약 7% 수준으로 큰 저해를 받았다.
- 식물체가 축적한 구리 의 양 또한 노출 농도가 높아짐에 따라 증가한 것을 확인할 수 있었다[Table 5]. 특히 해바라기는 100 mg-CuCb/kg이상에서 2, 000mgCu/kg 이상의 높은 축적 량을 보였다.
- 특히 대조구와 비교해서 모든 농도에서 해바라기와 피는 90% 이상의 높은 발아율을 나타냈으며, 300 mg-CuCb/kg의 고농도에서도 비슷한 발아율을 보였다. 이에 반해 알팔파와 옥수수는 구리 농도가 높아질수록 발아율이 크게 저해를 받는 것으로 나타났다. 특히 알팔파는 50 mg-CuCh/kg에서부터 저해가 뚜렷이 나타났다.
- 이처럼 토양 내 구리에 의한 유식물 내 독성 효과를 살펴본 결과, 옥수수는 뿌리에서 구리에 의한 영향이 민감하게 나타났으며 어저귀의 경우는 상대적으로 지상부에서 민감한 반응이 나타났다. 반면에 해 바라기 는 뿌리 와 지상부 모두에 서 구리 농도에 민감하게 반응하였으며, 닭의장풀 및 피는 뿌리와 지상부 모두 구리에 의한 저해를 가장 적게 받는 식물로 나타났다.
- 2]는 구리 농도 증가에 따른 유식물의 생체량을 조사한 것이다. 토양의 구리 농도가 증가할수록 대체적으로 생체량이 감소하는 경향을 보였으며, 특히 해바라기는 300 mg-Cu Cb/kg에서 대조구 생체량의 약 35%에 불과해 구리에 의한 생체량 감소가 가장 큰 식물이 었으며, 피 와 닭의장풀은 각각 67%, 85%의 생체량을 유지하였다. 또한 알팔파와 어저귀는 300 mg-Cu Cb/L에서도 독성효과가 크게 나타나지 않았다.
- [Table 3]에서 보는 바와 같이, 각 식물이 식재된 토양의 중금속 함량은 초기 오염농도에 비해 모든 식물 종의 경우에서 감소한 것을 확인할 수 있었다. 특히 닭의장풀, 옥수수, 피는 300 mg-CuCb/kg에서 각각 47%, 46%, 31% 이상의 구리 함량 감소를 볼 수 있었다. exchan geable 구리의 농도 또한 첨가시킨 구리 농도가 높을수록 그 양이 증가하는 것을 볼 수 있었다.
- 닭의장풀이었다. 특히 대조구와 비교해서 모든 농도에서 해바라기와 피는 90% 이상의 높은 발아율을 나타냈으며, 300 mg-CuCb/kg의 고농도에서도 비슷한 발아율을 보였다. 이에 반해 알팔파와 옥수수는 구리 농도가 높아질수록 발아율이 크게 저해를 받는 것으로 나타났다.
- (1995) 에 의해 납과 우라늄 제거에 효과적으로 알려진 해바라기는 구리도 높은 양을 축적하는 것으로 나타났다. 피는 토양 내 구리 농도가 증가할수록 축적 량이 꾸준히 늘어 났으며, 300 mg-CuCL/kg에서 kg당 약 1, 020 與의 Cut 축적하는 것으로 나타났다.
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