방향성 식물은 식물체 특정부위에 분비구조를 발달시켜 활성물질을 세포의 외부 또는 세포간극으로 방출한다. 민간에서 약용으로 활용되는 좀목형 (Vitex negundo var. incisa)은 독특한 향기를 강하게 발산하는 식물로 향의 근원은 표피조직에 발달하는 분비모 등에 의한 것으로 추정되고 있다. 이에 본 연구에서는 좀목형의 잎 및 줄기 표피조직에 발달하는 모용에 대하여 생장단계별로 형태 및 세포수준에서의 구조분화 양상을 연구하였다. 좀목형에 발달하는 분비모는 4개의 분비세포(ca. $50{\mu}m$ 직경)와 병세포(ca. $5{\mu}m$ 길이)로 분화하는 peltate 유형 (Type 1), 2개의 분비세포$(ca.\;15{\mu}m)$), 병세포$(5{\sim}10{\mu}m)$), 기저세포로 이루어진 capitate유형 (Type 2), 정단의 분비세포가 초기단계에서부터 퇴화되는 degraded capitate 유형 (Type 3)으로 분화하였다. 비분비모는 특히 하피 전체에 더 발달하는 장상의 다세포성 모용($110{\sim}190{\mu}m$, Type4)과 상 하피 전체에 밀생하는 단세포성 모용($20{\sim}30{\mu}m$, Type 5)으로 대별되었다. 분화초기 분비모 정단의 분비세포에서는 큐티클층이 세포벽으로부터 서서히 분리되어 팽창되면서 분비강이 형성되었다. 분비세포 세포질에서 생성된 물질은 세포벽을 통해 운반되어 분비강에 형성된 많은 분비소포에 저장되고, 이들 소포가 팽창된 분비강을 가득 채우며 생성되는 물질들을 축적한 후 방향성분 및 관련 물질을 누출상 분비방식으로 세포간극 또는 외부로 방출하는 것으로 추정된다. 이와 같이 좀목형에서는 peltate및 capitate유형 (Type 1, 2)이 분비기작에서 매우 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다. 본 연구에서 밝혀진 좀목형의 분비구조에 대한 정보는 방향성 약용식물이 함유하는 특정물질의 기능성 성분 추적 연구 등에서 매우 유용하게 활용될 수 있는 자료가 될 것이다.
방향성 식물은 식물체 특정부위에 분비구조를 발달시켜 활성물질을 세포의 외부 또는 세포간극으로 방출한다. 민간에서 약용으로 활용되는 좀목형 (Vitex negundo var. incisa)은 독특한 향기를 강하게 발산하는 식물로 향의 근원은 표피조직에 발달하는 분비모 등에 의한 것으로 추정되고 있다. 이에 본 연구에서는 좀목형의 잎 및 줄기 표피조직에 발달하는 모용에 대하여 생장단계별로 형태 및 세포수준에서의 구조분화 양상을 연구하였다. 좀목형에 발달하는 분비모는 4개의 분비세포(ca. $50{\mu}m$ 직경)와 병세포(ca. $5{\mu}m$ 길이)로 분화하는 peltate 유형 (Type 1), 2개의 분비세포$(ca.\;15{\mu}m)$), 병세포$(5{\sim}10{\mu}m)$), 기저세포로 이루어진 capitate유형 (Type 2), 정단의 분비세포가 초기단계에서부터 퇴화되는 degraded capitate 유형 (Type 3)으로 분화하였다. 비분비모는 특히 하피 전체에 더 발달하는 장상의 다세포성 모용($110{\sim}190{\mu}m$, Type4)과 상 하피 전체에 밀생하는 단세포성 모용($20{\sim}30{\mu}m$, Type 5)으로 대별되었다. 분화초기 분비모 정단의 분비세포에서는 큐티클층이 세포벽으로부터 서서히 분리되어 팽창되면서 분비강이 형성되었다. 분비세포 세포질에서 생성된 물질은 세포벽을 통해 운반되어 분비강에 형성된 많은 분비소포에 저장되고, 이들 소포가 팽창된 분비강을 가득 채우며 생성되는 물질들을 축적한 후 방향성분 및 관련 물질을 누출상 분비방식으로 세포간극 또는 외부로 방출하는 것으로 추정된다. 이와 같이 좀목형에서는 peltate및 capitate유형 (Type 1, 2)이 분비기작에서 매우 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다. 본 연구에서 밝혀진 좀목형의 분비구조에 대한 정보는 방향성 약용식물이 함유하는 특정물질의 기능성 성분 추적 연구 등에서 매우 유용하게 활용될 수 있는 자료가 될 것이다.
Plants of Vitex negundo are known to develop numerous trichomes throughout their body, where certain trichome types have been believed to be one of the plausible structures for the unique scents. In the current study. structural aspects of the trichomes have been examined in leaves and stems of Vite...
Plants of Vitex negundo are known to develop numerous trichomes throughout their body, where certain trichome types have been believed to be one of the plausible structures for the unique scents. In the current study. structural aspects of the trichomes have been examined in leaves and stems of Vitex negundo using TEM and SEM. Trichome types as well as structural changes that occurred in certain trichomes during secretion have been mainly focused. Three type of glandular trichomes and two types of non-glandular trichomes were developed in the epidermis of young and mature Vitex negundo plants. The glandular trichomes included the peltate type (Type 1), the capitate type (Type 2), and degraded capitate type (Type 3), whereas the non-glandular warty trichomes contained the multicellular (Types 4) and unicellular type (Type 5). Type 1 and 2 consisted of head and stalk cells, but their number and size were different. One secretory cavity was formed from the four head cells in the former, but only two head cells were involved in the latter. The cytoplasmic density in the head cell was quite high and in particular, sER and Golgi bodies were well developed. At initiation of their development, the cuticle layer of the head cells separated from the outer tangential wall to form a secretory cavity. Subsequently the cavity expanded acropetally and a large number of secretory vesicles continuously produced from the head cells until they filled the entire cavity. The cavity contained materials that would be soon discharged into intercellular spaces and/or into the air. The cavity began to decrease the volume by contracting at initial secretion but degrade rapidly within short time. It has been suggested that the mode of secretion in V. negundo is probably the eccrine secretion, since no break or rupture of the cavity has been observed during examination. Contrastingly Type 3 exhibited deterioration of the head cell at early stage. Type 4 was about $110{\sim}190{\mu}m$ long, consisting of $2{\sim}3$ cells, and distributed more in the adaxial epidermis compared to the abaxial surface. However, $20{\sim}30{\mu}m$ long Type 5 was extremely dense in both epidermis. Among several trichome types, Type 1 and 2 probably play an important role in discharging unique aromatic scents in plants of V. negundo.
Plants of Vitex negundo are known to develop numerous trichomes throughout their body, where certain trichome types have been believed to be one of the plausible structures for the unique scents. In the current study. structural aspects of the trichomes have been examined in leaves and stems of Vitex negundo using TEM and SEM. Trichome types as well as structural changes that occurred in certain trichomes during secretion have been mainly focused. Three type of glandular trichomes and two types of non-glandular trichomes were developed in the epidermis of young and mature Vitex negundo plants. The glandular trichomes included the peltate type (Type 1), the capitate type (Type 2), and degraded capitate type (Type 3), whereas the non-glandular warty trichomes contained the multicellular (Types 4) and unicellular type (Type 5). Type 1 and 2 consisted of head and stalk cells, but their number and size were different. One secretory cavity was formed from the four head cells in the former, but only two head cells were involved in the latter. The cytoplasmic density in the head cell was quite high and in particular, sER and Golgi bodies were well developed. At initiation of their development, the cuticle layer of the head cells separated from the outer tangential wall to form a secretory cavity. Subsequently the cavity expanded acropetally and a large number of secretory vesicles continuously produced from the head cells until they filled the entire cavity. The cavity contained materials that would be soon discharged into intercellular spaces and/or into the air. The cavity began to decrease the volume by contracting at initial secretion but degrade rapidly within short time. It has been suggested that the mode of secretion in V. negundo is probably the eccrine secretion, since no break or rupture of the cavity has been observed during examination. Contrastingly Type 3 exhibited deterioration of the head cell at early stage. Type 4 was about $110{\sim}190{\mu}m$ long, consisting of $2{\sim}3$ cells, and distributed more in the adaxial epidermis compared to the abaxial surface. However, $20{\sim}30{\mu}m$ long Type 5 was extremely dense in both epidermis. Among several trichome types, Type 1 and 2 probably play an important role in discharging unique aromatic scents in plants of V. negundo.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 방향성 관목인 Vitex negundo var. incisa 좀목형 식물체에서 분비기능에 매우 중요한 역할을 수행하는 것으로 추정되는 모용, 특히 여러 유형의 분비모에 대하여 세포 및 조직 수준에서의 형태와 구조, 분비강의 형성, 분비소포 축적 및 분비 과정 등을 연구하고자 하였다. 이를 위해 각 유형별 모용을 발생 초기에서부터 성숙한 단계에 이르기까지 추적 조사하여 연구하였다.
제안 방법
TEM 방법으로 연구될 시료들은 위의 SEM 방법과 동일한 전고정 및 후고정, 그리고 acetone 탈수과정을 거쳐 acetone과 resin의 일정한 비율 혼합용액에서 단계별로 각각 1시간씩 실온의 rotator 상에서 처리되었다 이때 resin은 low-viscosity resin 제조법으로 혼합하여 치환 및 포매되었다. Resin block은 Reichert Ultra- cut-S ultramicrotome 상에서 glass knife에 의한 0.
이들 절편을 meshed copper grid로 옮기기 전 수면상의 초박절편들 위로 chloroform fume 처리를 하여 발생한 compression을 최소화시켰다. 시료는 2% uranyl acetate와 lead citrate로 실온에서 각각 45분씩 이중염색되었다. 염색된 시료는 한국기초과학지 원연구원 대구센터의 Hitachi H-7100 TEM을 이용하여 75 kV에서 연구조사되었고, Artix Scan 4500t Microtek, Mitsubishi CP9500DW 등을 거쳐 image data에 대한종합적인 image processing이 실시되었다.
시료는 2% uranyl acetate와 lead citrate로 실온에서 각각 45분씩 이중염색되었다. 염색된 시료는 한국기초과학지 원연구원 대구센터의 Hitachi H-7100 TEM을 이용하여 75 kV에서 연구조사되었고, Artix Scan 4500t Microtek, Mitsubishi CP9500DW 등을 거쳐 image data에 대한종합적인 image processing이 실시되었다.
incisa 좀목형 식물체에서 분비기능에 매우 중요한 역할을 수행하는 것으로 추정되는 모용, 특히 여러 유형의 분비모에 대하여 세포 및 조직 수준에서의 형태와 구조, 분비강의 형성, 분비소포 축적 및 분비 과정 등을 연구하고자 하였다. 이를 위해 각 유형별 모용을 발생 초기에서부터 성숙한 단계에 이르기까지 추적 조사하여 연구하였다.
대상 데이터
치환 및 포매되었다. Resin block은 Reichert Ultra- cut-S ultramicrotome 상에서 glass knife에 의한 0.5〜 1.0 ㎛ 후박절편 (semi-thick section)과 diamond knife 에 의한 60〜90nm의 초박절편 (ultrathin section)으로 제작되었다. 이들 절편을 meshed copper grid로 옮기기 전 수면상의 초박절편들 위로 chloroform fume 처리를 하여 발생한 compression을 최소화시켰다.
본 실험에 사용된 (Vitex negundo var. incisa, Lee, 1996)은 대구광역시 달서구 다사읍 박곡리에 자생하는 식물로 수차례 sampling 되었다. 실험실로 옮겨진 직후 1 〜8cm 길이의 잎과 직경 2〜7mm의 줄기는 미성숙 단계에서부터 성숙한 단계에 이르기까지 채취되어 아래의 SEM 및 TEM 실험에 사용되었다.
incisa, Lee, 1996)은 대구광역시 달서구 다사읍 박곡리에 자생하는 식물로 수차례 sampling 되었다. 실험실로 옮겨진 직후 1 〜8cm 길이의 잎과 직경 2〜7mm의 줄기는 미성숙 단계에서부터 성숙한 단계에 이르기까지 채취되어 아래의 SEM 및 TEM 실험에 사용되었다.
고정된 시료는 graded acetone series로 탈수된 후 isoamyl acetate로 3회 치환하여 4℃에서 보관되었다. 이후 liquid CO2에 의한 임계점건조 (critical point drying, CPD) 과정을 거쳐 약 10nm의 금속피막 (Au gold coating)을 입힌 후 한국기초과학지원연구원대구센터 소재 Hitachi S-4200 SEM으로 15kV에서 분석되었다. 이를 통해 촬영된 image data는 PCI program에 입력된 후 image processing되었다.
성능/효과
분비세포 내에서 생성된 물질은 세포벽을 통해 운반되어 분비강에 형성된 무수히 많은 막성계 구획(membraneous compartments)인 소포들 (vesicles)에 의해 저장되었다. 이들 구획이 팽창된 분비강을 가득 채우며 생성되는 물질들을 축적하여 이후 분비강을 용해시키지 않고 방향성분을 외부로 방출하는 것으로 보이며, 이는 SEM 연구를 통해 분비세포벽이 파열되지 않고 함입이 일어나 수축되는 현상으로 알아낼 수 있었다. 따라서 좀목형 분비모에서 일어나는 분비 형태는 누출상 분비 (eccrine secretion)라고 생각되며, 식물체에 각 부위에 발달하는 peltate형 Type 1 및 capitate형 Type 2 유형의 분비모들이 이들 식물의 분비 현상에서 매우 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다.
좀목형 (Vhex negundo var. incisa, Figs. 1-3)의 잎과 줄기의 표피조직에는 총 5가지 유형의 모용이 발달하였으며, 특히 어린 잎의 표피조직에는 성숙한 잎에 비해 더욱 많은 분비모가 매우 조밀하게 밀생하였다. 잎과 줄기의 어린 조직 및 성숙한 조직에 형성된 모용 세포들의 유형별 특성과 발달양상에 대한 구조적 연구 결과는 다음과 같다.
좀목형 표피조직에 발달하는 분비모는 직경 50 ㎛의 큰 분비세포와 길이 5 ㎛의 병세포로 분화하는 peltate 유형 (Type 1), 직경 15Rm의 작은 분비세포 및길이 5〜 10㎛의 병세포와 기저세포로 이루어진 capitate 유형 (Type 2), 분비세포가 초기단계에서부터 퇴화되는 degraded capitate 유형 (Type 3)으로 분화하였다. 반면, 비분비모는 하피 전체에 더 발달하는 길이 110 ~190㎛의 장상 다세포성 모용(Type 4)과 상•하피 전체에 밀생하는 길이 20〜30㎛의 단세포성 모용(Type 5)으로 대별되었다.
후속연구
이상에서와 같이 좀목형에서 밝혀진 분비구조에 대한 데이터는 첫째, 다른 방향성 분비식물에서 일어나는 세포수준에서의 독특한 구조분화 특성 연구에 도움을 줄 것이며, 둘째, 방향성 약용식물이 함유하는 물질에 대한 기능성 성분함유 제품개발이나 천연물질을 이용한 신소재 개발 등의 영역에서 매우 유용하게 활용될 수 있는 기초 자료가 될 것이다.
참고문헌 (31)
Abu-Asab MS, Cantino PD: Phylogenetic implications of leaf anatomy in subtribe Melittidinae (Labiatae) and related taxa. J Arnold Arbor 68 : 1-34, 1987
Amancharla PK, Muthuraj PS, Rao GV, Singh OV: Isolation of a potent mosquito repellent from Vitex negundo L.: an alternative source of rotundial. Nat Product Sci 5 : 104- 106, 1999
Beak SH, Lee SW: A study of the aucubin on the pulp tissue after pulpotomy in dogs. J Kor Acad Conserv Dent 24: 554-559, 1999
Cho BS: Ultrastructural studies of glandular trichomes and antibacterial activity of ethanolic extracts in Pelargonium peltatum 'Dale Queen'. MS Thesis, Konkuk University, pp. 1-58, 2001
Cho BS, Ko KN, Kim ES: Ultrastructural study of glandular trichomes in Pelargonium peltatum. Kor J Electron Microsc 29 : 125-136, 1999
Duke SO, Paul RN: Development and fine struture of the glandular trichomes of Artemisia annua L. Intl J Plant Sci 154 : 107-118, 1993
Jirovetz L, Buchbauer G, Puschmann C, Shafi MP, Nambiar MKG: Analysis of the essential oils of the leaves of the medicinal plants Vitex negundo var. negundo and Vitex negundo var. purpurescens from India. Acta Pharm 48 : 179-186, 1998
Kim ES, Mahlberg PG: Histochemical study of secretory lipids by imidazole staining. Kor J Electron Microsc 30 : 113-119, 2000
Kim ES, Oh SE, Yu SC: Ultrastructure and activity pattern of peroxidase in secretory trichomes of Drosera capensis. Kor J Electron Microsc 28 : 399-414, 1998
Kim HS: Ultrastructure of glandular trichomes in Rosmatinus officinalis L. MS Thesis, Konkuk University, pp. 1-33, 1999
Kim IS, Lee SH: Trichome type and development in leaves of Althaea rosea. Kor J Electron Microsc 35 : 97-104, 2005
Ko KN: Development and ultrastructure of glandular trichomes in Pelargonium x fragrans 'Mabel Gray'. MS Thesis, Konkuk University, pp. 1-72, 1998
Lee WL, Kho HS, Lee SG: The effect of iridoid compounds on wound healing. J Kor Acad Oral Med 24 : 137-143, 1999
Lee YN: Flora of Korea. p. 666, Kyohak Publishing Co., Seoul, 1996
Oross JW, Thomson WW: The ultrastructure of the salt glands of Cydonon and Distichlis. Amer J Bot 69 : 939-949, 1982
Platt-Aloia KA, Oross JW, Thomson WW: Ultrastructural study of the development of oil cells in the mesocarp of avocado fruit. Bot Gaz 144 : 49-55, 1983
Sacchetti G, Ballero M, Serafini M, Muzzoli M, Tosi B, Poli F: Morphological and histochemical investigation on glandular trichomes of Orobanche ramosa subsp. nana (Orobanchaceae). Phyton 43 : 207-214, 2003
Sohn K, Song JS, Kim KS: Morphological observation of glandular trichomes of Elsholtzia ciliata (Thunb.) Hylander by scanning electron microscope. J Kor Soc Hort Sci 39 : 814-818, 1998
Son JH: A study on effect of allelopathy of Vitex negundo var. incisa leaf extracts. MS Thesis, Chonbuk National University, pp. 1-29, 1999
Vrachnakis T: On the epidermal elements of Origanum cakaratum Juss. (Labiatae). Phyton 42 : 39-67, 2002
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.