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문제 정의
- 산하며 (about 10, 000 seeds per plant), 6~8주의 짧은 생활사를 가지고 있어서 식물학의 여러 연구 분야에서 model plant로 많이 이용되고 있다[2, 5]. 이러한 장점을 이용하여 본 실험에서는 애기장대를 실험재료로 사용하여 인공산성비 처리 후 식물에 직접적인 피해가 나타나는 줄기와 잎의 생장 변화와 외 형적인 손상여부를 조사하였고, 또한 줄기와 잎의 내부 구조 변화를 광학현미경으로 관찰하여 산성비가 식물의 shoot 생장과 내부조직에 어떠한 영향을 미치는가를 연구하였다.
제안 방법
- cm 높이에서 분무기로 분무하여 주었다. shoot 생장을 측정하기 위하여 15일동안 산성비를 처리한 식물 50 개체와 산성비를 처리하지 않은 정상식물 50개체의 줄기 길이와 직경 및 잎 개수와 표면적을 측정하였고 동일한 실험을 3번 반복하여 평균치를 구하였다.
- 05% toluidine blue로 염색하여 광학현미경 관찰하고 사진촬영하였다. 산성비 처리 후 괴사 반점이 나타난 잎은 잘 말려서 주 사전자현미경으로 관찰하여 촬영하였다.
- 애기장대 식물에 인공산성비를 직접 처리한 후 줄기와 잎의 내부구조 변화를 광학현미경으로 관찰하였다. 인공산성비를 처리한 애기장대의 줄기는 외형적으로는 뚜렸한 변화가 관찰되지 않았으나 내부구조에서 변화가 나타났음이 관찰되었다.
- 애기장대 식물에 인공산성비를 직접 처리한 후, 산성비를 처리하지 않은 정상식물과의 전체적인 줄기 생장과 외부 형 태 변화를 조사하기 위하여 줄기 길이와 직경을 측정하였다. pH 3.
- 애기장대 종자를 시판 중인 원예용상토(상품명; 만석꾼)가 담긴 육묘판에 파종한 후 랩을 씌워 2일 동안 4℃에서 저온 처리한 다음 항온항습배양기(growth chamber)에 옮겨서 재배하였다. 항온항습배양기내의 환경조건은 16시간의 명 처리와 8시간의 암처 리로 조정된 광주기하에서 온도는 22±1℃로, 습도는 50~80%로 유지되도록 조절하여 주었다.
- 인공산성비 처리는 식물에 직접 분무하는 방법으로 처리하였다. 파종 후 40일이 경과하여 어느 정도 성숙한 애기장 대에 pH 3.
- 인공산성비를 애기장대 (Arabidopsis thaliana)에 처리하였을 때 나타나는 줄기와 잎의 생장 변화와 내부구조의 형태변화를 광학현미경으로 관찰하였다. pH 3.
- 인공산성비를 애기장대에 처리한 후 정상식물과 전체적인 잎 생장을 비교하기 위하여 잎 개수와 표면적을 측정하였다. 인공산성비를 처리한 식물과 정상식물의 잎 개수를 측정한 결과, pH 3.
- 인공산성비를 처리한 애기장대 줄기와 잎의 내부구조 관찰을 위하여 산성비를 처리한 5일, 10일, 15일 후 줄기와 잎을 0.8 cm 크기로 절단하여 FAA 고정액으로 줄기는 48시간, 잎은 24시간 동안 4℃에서 고정하면서 탈기하였다. 고정 이 끝난 재료는 알코올 상승농도 순으로 탈수하여 잎은 xy- lene으로 치환한 다음 paraffin을 침투, 매몰시켜서 block을 만들었고, 줄기는 LR White를 침투, 매몰시켜 65℃에서 2일 동안 열중합반응시켜 block을 만들었다.
- 제조된 paraffin blocke rotary microtome을 사용하여 10 ㎛ 두께로 절단하였으며, LR White block은 유리칼과 ultramicrotome을 사용하여 2~3 ㎛ 두께로 절단하였다. 절단된 재료들은 0.05% toluidine blue로 염색하여 광학현미경 관찰하고 사진촬영하였다. 산성비 처리 후 괴사 반점이 나타난 잎은 잘 말려서 주 사전자현미경으로 관찰하여 촬영하였다.
- 고정 이 끝난 재료는 알코올 상승농도 순으로 탈수하여 잎은 xy- lene으로 치환한 다음 paraffin을 침투, 매몰시켜서 block을 만들었고, 줄기는 LR White를 침투, 매몰시켜 65℃에서 2일 동안 열중합반응시켜 block을 만들었다. 제조된 paraffin blocke rotary microtome을 사용하여 10 ㎛ 두께로 절단하였으며, LR White block은 유리칼과 ultramicrotome을 사용하여 2~3 ㎛ 두께로 절단하였다. 절단된 재료들은 0.
- 인공산성비 처리는 식물에 직접 분무하는 방법으로 처리하였다. 파종 후 40일이 경과하여 어느 정도 성숙한 애기장 대에 pH 3.0의 인공산성비 용액(Table 1)을 25개 식물이들 어있는 육묘판에 250 mL씩 하루에 한번, 15일 동안 식물체의 선단으로부터 50.cm 높이에서 분무기로 분무하여 주었다. shoot 생장을 측정하기 위하여 15일동안 산성비를 처리한 식물 50 개체와 산성비를 처리하지 않은 정상식물 50개체의 줄기 길이와 직경 및 잎 개수와 표면적을 측정하였고 동일한 실험을 3번 반복하여 평균치를 구하였다.
대상 데이터
- 애기장대(Arabidopsis thaliana) 종자는 미국 Ohio State University의 Arabidopsis Biological Resource Center (ABRC)에서 분양받아 실험재료로 사용하였다.
성능/효과
- 애기장대 식물에 인공산성비를 직접 처리한 후, 산성비를 처리하지 않은 정상식물과의 전체적인 줄기 생장과 외부 형 태 변화를 조사하기 위하여 줄기 길이와 직경을 측정하였다. pH 3.0의 인공산성비를 15일 동안 처리한 애기장대의 줄기 길이는 산성비를 처리하지 않은 정상식물의 줄기보다 약 0.8% 정도 감소되어 전체적으로 거의 차이가 없는 것으로 나 타났다(Fig. 1). 또한 줄기 직경을 측정한 결과, pH 3.
- 이와 같이 인공산성비를 처리한 식물의 잎에서 황화현상이 나타나는 것은 인공산성비가 잎의 엽록소를 파 괴한 결과로 생각된다μ1]. 따라서 산성비를 처리한 식물과 정상식물과의 잎 생장과 외부형태 변화를 관찰한 결과, 잎 생장은 전체적으로 큰 차이가 관찰되지 않았으나 외부 형태 에는 황화현상과 괴사반점이 관찰되는 등 뚜렷한 변화가 나 타났음을 알 수 있었다. 애기장대에 인공산성비를 처리하였 을 때 줄기보다는 잎이 외형적으로나 내부적으로 변화가 뚜 렷하게 관찰되었는데, 이는 잎이 줄기보다 산성비에 직접 노 출되는 면적과 빈도가 상대적으로 매우 높기 때문인 것으로 생각된다.
- 산성비를 처리한 식물과 정상식물의 줄기 외부형태도 거의 차이가 없는 것으로 관찰되었다. 따라서 산성비를 처리한 식물과 정상식물과의 줄기 생장과 외부 형태 변화를 관찰한 결과, 줄기 생장은 전체적으로 큰 차이는 .관찰되지 않았으며 외형적인 형태 변화도 나타나지 않았 음을 알 수 있었다.
- 3). 또한 잎 표면적을 측정한 결과, pH 3.0의 인공산성비를 15일 동안 처리한 애기 장대의 잎 표면적은 산성비를 처리하지 않은 정상식물의 잎 표면적에 비하여 약 4.8% 정도 감소되어 약간의 차이가 있는 것으로 나타났다(Fig. 4). 애기장대 식물에 15일 동안 pH 3.
- 5의 인공산성비를 처리한 실험에서 는 표피세포와 유관속 조직세포가 현저히 파괴되었다는 보고[16]도 있는데, 유관속 조직의 파괴 원인은 아직까지 명확하게 설명되지 않고 있다. 산성비를 처리하지 않은 정상식물 잎과 pH 3.0의 인공산성비 처리에 의하여 괴사반점이 나타난 잎의 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 결과, 정상식물 의 잎에서는 상표피와 모용이 정상적인 구조를 하고 있었으 나(Fig. 8A), 괴사 반점은 산성비에 직접적으로 노출되는 상 표피의 모용 부위에서 주로 나타났으며, 그 부위는 조직이 파괴되어 움푹 패인 것으로 관찰되었다(Fig. 8B). 산성비에 의한 조직 상해의 일종인 이러한 괴사반점은 잎 표면에 나타나는 특징적인 현상으로 해바라기 및 밀이나 옥수수와 같은 작물의 잎에서도 유관속 조직, 모용과 기공 가까운 부 위에서 나타났다는 보고와 일치하는 결과이다[8, 13, 14].
- 7B). 산성비를 처리한 10일 후의 잎에서는 책상조직과 해면조직의 붕괴가 관찰되었으며(Fig. 7C), 산성비를 처리한 15일 후의 식물에서 괴사반점이 나타난 잎의 내부구조를 관찰한 결과, 표피세포는 압착되었고 책상조직을 포함한 엽육조직의 세포들도 심하게 파괴되어 수축된 반면에 유관속 조직의 구조적 변화는 거의 관찰되지 않았다(Fig. 7D). 이러한 결과는 산성비에 노출된 잎에 피해를 일으키는 산성비의 pH는 일반적으로 3.
- 4). 애기장대 식물에 15일 동안 pH 3.0의 인공산성비를 직접 처리한 후, 산성비를 처리하지 않은 정상식물의 잎과 외부형태를 비교한 결과, 인공산성비를 처 리한 식물의 대다수 잎에서는 표면에 직경 약 1 ㎛ 크기의 괴사반점이 여러개 뚜렸하게 관찰되었다(Fig. 5). 산성비 처 리에 의해 잎에 형성된 괴사반점은 병원성 미생물에 의한 생 물학적 요인이나 오존과 같은 무생물학적인 요인에 의해서 관찰되는 현상인데, 이 과정에 관여하는 유전자의 발현양상 과 신호전달물질에 의해서 유도되는 것으로 추측된다μ9丄 정상적인 잎에 비해 인공산성비를 처리한 식물의 잎은 잎 표 면이 매우 거칠었으며 엽신의 끝부분에 황화현상이 관찰되 기도 하였다.
- 인공산성비를 처리한 애기장대의 줄기는 외형적으로는 뚜렸한 변화가 관찰되지 않았으나 내부구조에서 변화가 나타났음이 관찰되었다. 인공산성비를 처리하지 않은 정상식물의 줄기 내부구조를 관찰한 결과, 표피와 피층, 유관속 및 수(pith) 등 모든 조직이 정상적인 구조를 하고 있었다(Fig. 6A). 반면에 pH 3.
- 인공산성비를 애기장대에 처리한 후 정상식물과 전체적인 잎 생장을 비교하기 위하여 잎 개수와 표면적을 측정하였다. 인공산성비를 처리한 식물과 정상식물의 잎 개수를 측정한 결과, pH 3.0의 인공산성비를 15일 동안 처리한 애기장대의 잎 개수는 산성비를 처리하지 않은 정상식물과 전체적으로 거의 차이가 없는 것으로 나타났다(Fig. 3). 또한 잎 표면적을 측정한 결과, pH 3.
- 인공산성 비를 처리한 식물의 잎 표면에서는 상표피의 많은 부위에서 흰 괴사반점이 뚜렸하게 관찰되었다. 인공산성비에 의하여 괴사반점 이 나타난 잎의 내부조직을 광학현미 경으로 관찰한 결과, 잎 표피세포는 큐티클층이 파괴되어 압착되었고 엽육조직의 세포들도 역시 심하게 파괴되어 수축된 반면에 유관 속 조직의 구조적 변화는 거의 관찰되지 않았다.
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