옥수수의 종자발육에 ethylene이 미치는 영향을 알기 위하여 마치종, 단옥수수, 초당옥수의 배와 배유의 발육과 ethylene 발생을 조사하였다. 그리고 초당옥수수에 ethylene 발생과 작용을 조절하는 aminoethoxyvinyl glycine(AVG), silver thiosulfate(STS), ethephon(2-chloroethylphosphonic acid, CEPA)를 출사 후 9 및 21일에 전 식물체와 포엽에 처리하여 ethylene 발생양상과 배와 배유의 발육을 조사하여 채종 시 종자발달을 촉진할 수 있는 방법을 찾고자 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 마치종은 배와 배유 모두 출사 후 56일까지 건물중이 증가하였다. 그러나 단옥수수와 초당옥수수의 배는 출사 후 각각 56일 및 49일까지, 배유는 출사 후 35일 및 28일까지 증가하였다. 2. 종자의 ethylene 발생량은 초당옥수수가 단옥수수나 마치종보다 많았다. 3. 배유조직의 변화는 출사 후 21일부터 배의 끝 부분에서 동공이 생기기 시작하여 마치종은 동공이 유지되나 단옥수수는 출수 후 42일에는 동공이 붕괴되었고, 초당옥수수는 배 위쪽 및 옆쪽까지 동공이 생겼다가 수축되었다. 4. 초당옥수수 품종 Xtrasweet 82에서 AVG와 STS는 ethylene 발생량을 감소시키고 100립중을 다소 증가시켰으나, CEPA는 ethylene 발생량을 증가시키고 100립중을 감소 시키는 경향이었다. 5. CEPA 처리는 배유에 동공이 발생하는 시기가 다소 빨랐으나 AVG와 STS 처리는 큰 효과가 없었다.
옥수수의 종자발육에 ethylene이 미치는 영향을 알기 위하여 마치종, 단옥수수, 초당옥수의 배와 배유의 발육과 ethylene 발생을 조사하였다. 그리고 초당옥수수에 ethylene 발생과 작용을 조절하는 aminoethoxyvinyl glycine(AVG), silver thiosulfate(STS), ethephon(2-chloroethylphosphonic acid, CEPA)를 출사 후 9 및 21일에 전 식물체와 포엽에 처리하여 ethylene 발생양상과 배와 배유의 발육을 조사하여 채종 시 종자발달을 촉진할 수 있는 방법을 찾고자 하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 마치종은 배와 배유 모두 출사 후 56일까지 건물중이 증가하였다. 그러나 단옥수수와 초당옥수수의 배는 출사 후 각각 56일 및 49일까지, 배유는 출사 후 35일 및 28일까지 증가하였다. 2. 종자의 ethylene 발생량은 초당옥수수가 단옥수수나 마치종보다 많았다. 3. 배유조직의 변화는 출사 후 21일부터 배의 끝 부분에서 동공이 생기기 시작하여 마치종은 동공이 유지되나 단옥수수는 출수 후 42일에는 동공이 붕괴되었고, 초당옥수수는 배 위쪽 및 옆쪽까지 동공이 생겼다가 수축되었다. 4. 초당옥수수 품종 Xtrasweet 82에서 AVG와 STS는 ethylene 발생량을 감소시키고 100립중을 다소 증가시켰으나, CEPA는 ethylene 발생량을 증가시키고 100립중을 감소 시키는 경향이었다. 5. CEPA 처리는 배유에 동공이 발생하는 시기가 다소 빨랐으나 AVG와 STS 처리는 큰 효과가 없었다.
In order to investigate the effects of ethylene on the seed development of three corn types (dent, sweet, and super sweet corns), aminoethoxyvinyl glycine (AVG) and silver thiosulfate (STS) and ethephon (2-chloroethylphosphonic acid, CEPA) were applied either on whole plants or shanks of ears at 9 a...
In order to investigate the effects of ethylene on the seed development of three corn types (dent, sweet, and super sweet corns), aminoethoxyvinyl glycine (AVG) and silver thiosulfate (STS) and ethephon (2-chloroethylphosphonic acid, CEPA) were applied either on whole plants or shanks of ears at 9 and 21 days after silking. Ethylene production of developing super sweet corn seeds was much higher than those of sweet and dent corns. The cavity in the endosperm tissues of the super sweet corn started earlier and endosperm was collapsed more severely compared to those of sweet and dent corns. Ethylene production seemed to be related to the death of endosperm cells to form a cavity. Application of AVG and STS reduced ethylene production and delayed cavity formation in endosperm of super sweet corn seeds, while CEPA increased ethylene production and enhanced the time of cavity formation. AVG and STS increased 100-seed weight, while CEPA decreased.
In order to investigate the effects of ethylene on the seed development of three corn types (dent, sweet, and super sweet corns), aminoethoxyvinyl glycine (AVG) and silver thiosulfate (STS) and ethephon (2-chloroethylphosphonic acid, CEPA) were applied either on whole plants or shanks of ears at 9 and 21 days after silking. Ethylene production of developing super sweet corn seeds was much higher than those of sweet and dent corns. The cavity in the endosperm tissues of the super sweet corn started earlier and endosperm was collapsed more severely compared to those of sweet and dent corns. Ethylene production seemed to be related to the death of endosperm cells to form a cavity. Application of AVG and STS reduced ethylene production and delayed cavity formation in endosperm of super sweet corn seeds, while CEPA increased ethylene production and enhanced the time of cavity formation. AVG and STS increased 100-seed weight, while CEPA decreased.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
초당옥수수 배유조직의 괴사가 ethylene의 영향이라면 ethylene 발생을 억제하는 물질을 처리하였을 때 배유의 발육을 촉진하고, 반면 ethylene 발생을 조장하는 물질을 처리하였을 때 배유의 발육을 억제할 것이다. Ehtylene 발생을 억제하는 AVG와 STS, 그리고 ethylene 발생을 조장하는 CEPA을 처리하여 이들 물질이 초당옥수수의 ethylene 발생량과 종자발육 관계를 규명하여 초당옥수수 종자 채종 시 종자의 무게를 증가시킬 수 있는 방법을 알고자 하였다.
본 연구에서는 옥수수 종류별 종자발육 과정 중 etylene 의 발생과 종자 내부형태의 변화를 보고, 또 ethylene 생합성을 억제하는 aminoethoxyvinyl glycine(AVG), 식물체에서 ethylene의 작용을 억제하는 silver thiosulfate(STS), ethylene 을 발생시키는 ethephon(2-chloroethylphosphonic acid, CEPA) 을 처리하여 ethylene 발생과 배유조직의 괴사와의 관계를 구명하고, 나아가 초당옥수수 채종시 종자의 저장양분의 함량을 높일 수 있는 가능성을 알아보고자 하였다
제안 방법
시험 품종은 sh2 유전자에 지배되는 Xtrasweet 82을 이용하였다. Ethylene 발생조절물질은 1) 1 -aminocyclopropane-1 - carboxylic acid(ACC)에서 ethylene이 생합성될 때 ACC synthase의 작용을 억제하는 AVG, 2) 식물체에서 Ag+에 의하여 ethylene의 작용을 억제하는 STS, 3)ethylene 발생을 조장하는 CEPA(Taiz and Zeiger, 2002)를 처리하였다. 처리농도 및 시기는 AVG는 10 nM, STS는 10 mM, CEPA는 10 mM을(Young et al.
옥수수의 종자발육에 ethylene이 미치는 영향을 알기 위하여 마치종, 단옥수수, 초당옥수수의 배와 배유의 발육과ethylene 발생을 조사하였다. 그리고 초당옥수수에 ethylene 발생과 작용을 조절하는 aminoethoxyvinyl glycine(AVG), silver thiosulfate(STS), ethephon(2-chloroethylphosphonicacid, CEPA)> 출사 후 9 및 21일에 전 식물체와 포엽에 처리하여 ethylene 발생양상과 배와 배유의 발육을 조사하여 채종시 종자발달을 촉진할 수 있는 방법을 찾고자 하였으뗘, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
배와 배유의 내부형태는 수확 후 즉시 종자 30립을 폭이 좁은 쪽을 길이로 2 mm 두께로 잘라 0.02% Brilliant blue R 250(Sigma & Aldrich, U.S.A.)으로 30초간 염색한 후 증 류수로 세척하여 사진을 촬영하였다.
배와 배유의 발달은 종자 30립의 과피를 제거한 후 배와 배유를 분리하여 80°C 송풍식 건조기에서 3일간 건조시킨 후배와 배유의 무게를 측정하였다. 100립중은 탈곡한 종자를 고르게 섞어 80°C 송풍식 건조기에서 48시간 건조한 후 무게를 측정하였다.
옥수수의 종자발육에 ethylene이 미치는 영향을 알기 위하여 마치종, 단옥수수, 초당옥수수의 배와 배유의 발육과ethylene 발생을 조사하였다. 그리고 초당옥수수에 ethylene 발생과 작용을 조절하는 aminoethoxyvinyl glycine(AVG), silver thiosulfate(STS), ethephon(2-chloroethylphosphonicacid, CEPA)> 출사 후 9 및 21일에 전 식물체와 포엽에 처리하여 ethylene 발생양상과 배와 배유의 발육을 조사하여 채종시 종자발달을 촉진할 수 있는 방법을 찾고자 하였으뗘, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
종자 15립을 50 mL 주사기에 넣고, 50 mL로 부피를 맞춘 후 고무마개로 막아 27°C 에서 3시간 발생하는 ethylene을 포집하였다. 주사기 내의 공기 1mL을 뽑아 gas chromatography(GC)(DS 6200, Donam Ins truments, Korea)로 분석하였다. GC의 조건은 Porapak- Q column, FID detector, injector 온도 110°C, oven 온도 70°C, detector 온도 170°C 이었으며, flow rate는 N? 30 mL/sec, H2 30 mL/sec, air 300 tnL/sec이었다.
Ethylene 발생조절물질은 1) 1 -aminocyclopropane-1 - carboxylic acid(ACC)에서 ethylene이 생합성될 때 ACC synthase의 작용을 억제하는 AVG, 2) 식물체에서 Ag+에 의하여 ethylene의 작용을 억제하는 STS, 3)ethylene 발생을 조장하는 CEPA(Taiz and Zeiger, 2002)를 처리하였다. 처리농도 및 시기는 AVG는 10 nM, STS는 10 mM, CEPA는 10 mM을(Young et al., 1997) 출사 후 9일과 21일 2회 처리하였다. 약제처리 부위는 전 식물체와 포엽이었고, 처리량은 처리부위에 약제가 완전히 묻도록 500 mL 분무기로 처리하였다.
출사 후 21, 28, 35, 42, 49, 56일에 종자를 수확하여 ethylene 발생, 배와 배유의 발달과 내부형태의 변화를 조사 하였다.
대상 데이터
옥수수 종류별 시험품종 및 계통을 보면 마치종은 NC7117, 단옥수수(sugary su)는 Early Sunglow * GCB70 의 교잡종, 초당옥수수(shurunken-2, s"2)는 Xtrasweet82 x Fortune의 교잡종을 이용하였다.
시험 품종은 sh2 유전자에 지배되는 Xtrasweet 82을 이용하였다. Ethylene 발생조절물질은 1) 1 -aminocyclopropane-1 - carboxylic acid(ACC)에서 ethylene이 생합성될 때 ACC synthase의 작용을 억제하는 AVG, 2) 식물체에서 Ag+에 의하여 ethylene의 작용을 억제하는 STS, 3)ethylene 발생을 조장하는 CEPA(Taiz and Zeiger, 2002)를 처리하였다.
성능/효과
1. 마치종은 배와 배유 모두 출사 후 56일까지 건물중이 증가하였다. 그러나 단옥수수와 초당옥수수의 배는 출사 후 각각 56일 및 49일까지, 배유는 출사 후 35일 및 28일까지 증가하였다.
2. 종자의 ethylene 발생량은 초당옥수수가 단옥수수나 마치종보다 많았다.
3. 배유조직의 변화는 출사 후 21일부터 배의 끝 부분에서 동공이 생기기 시작하여 마치종은 동공이 유지되나 단옥수수는 출수 후 42일에는 동공이 붕괴되었고, 초당옥수수는 배 위쪽 및 옆쪽까지 동공이 생겼다가 수축되었다.
5. CEPA 처리는 배유에 동공이 발생하는 시기가 다소 빨랐으나 AVG와 STS 처리는 큰 효과가 없었다.
AVG와 STS 처리는 ethylene 발생을 현저히 억제시켰고 (Fig. 3), 종자의 발육 중 배유에 동공 발생을 지연시켜(Photo 2) 100립중도 증가하였다(Fig. 2). AVG는 ACC에서 ethylene을 합성하는 ethylene synthase 의 활성을 억제하므로 ethylene 발생을 감소시켰지만 ethylene 발생보다는 Ag+에 의하여 ethylene의 작용을 억제한다고 알려진 STS도(Taiz & Zeiger, 2002) ethylene 발생에 효과적이었으며 (Fig.
Ethylene 발생 억제제(AVG, STS) 처리는 어느 부위에서나 ethylene 발생양상은 무처리와 비슷하였지만 발생량을 현저히 감소시켰고, ethylene 발생억제제인 AVG가 ethy lene 작용을 억제하는 STS보다 ethylene 발생 억제효과가 더 컸다.
출사 후 21 일에는 ethylene 발생량은단옥수수 < 마치종 < 초당옥수수의 순으로 많았으나 옥수수 종류 간 차이는 적었다. 그 이후에는 옥수수 종류에 따라 경향이 현저히 달랐는데 마치종은 출사 후 21일에서 35일 까지는 ethylene 발생량이 감소하였다가 42일에는 급격히 증가하였고, 49일 이후에는 다시 급격히 감소하였으며, 56일에는 거의 발생하지 않았다. 출사 후 42일에 급격히 증가하는 ethylene 발생은 마치종에서 정부의 denting과 관계가 있는 것 같다.
출사 후 12일에는 모든 처리에서 종자의 내부 형태가 비슷하였다. 그러나 출사 후 18일에는 CEPA 처리에서만 종자의 중앙에 가로로 동공이 발생하였고, 무처리와 AVG 및 STS 처리에는 모두 정상적이었다. 출사 후 24일에는 무처리, AVG 및 STS 처리에서도 약간의 동공이 생기기 시작하였는데 무처리가 약간 더 심한 경향이었고, CEPA 처리에서는 동공이 확대되었다.
종자 중 배가 차지하는 비율을 보면 마치종은 출사 후 49일까지, 단옥수수와 초당옥수수는 출사 후 56일까지 계속 증가하였다. 그리고 종자가 성숙된 후 배가 종자 중 차지하는 비율은 마치종은 약 11%, 단옥수수는 약 21%, 초당옥수 수는 33%이었다. 이것은 마치종은 배의 크기는 작지만 배유에 저장 양분이 많고, 초당옥수수는 배유의 발달은 적지만 상대적으로 배의 크기는 다른 옥수수보다 더 컸기 때문 이다.
단옥수수는 출사 후 21일에서 42일까지는 ethylene 발생량이 6~7 nM g-1fr.wt.hr-1로 마치종보다는 높게 유지되었지만 초당옥수수보다는 낮았다. 그리고 49일 이후에는 ethylene이 거의 발생하지 않았는데 배유의 건물중은 출사 후 42일 까지 증가하였기 때문에(Table 1) 이때는 이미 전분축적이 끝난 시기이기 때문으로 생각된다.
배와 배유의 발달 : 출사 후 21일부터 56일까지 초당옥수 수, 단옥수수, 마치종의 배와 배유의 발달 양상을 관찰한 결과는 Table 1과 같다. 배(胚)의 건물 중 변화를 보면 마치종 과 단옥수수는 출사 후 56일까지, 초당옥수수는 49일까지 배의 무게가 증가하여 초당옥수수가 마치종과 단옥수수보다 배가 더 빨리 성숙되었다. 출사 후 56일에 조사한 배의 무게는 단옥수수가 가장 컸고, 그 다음은 초당옥수수였으 며, 마치종의 배가 가장 작았다.
배와 배유의 무게를 합한 종자의 무게는 마치종은 출사 후 56일, 단옥수수는 49일, 초당옥수수는 출사 후 35일까지 증가하였다. 이것은 마치종 종자의 건물중은 출사 후 49-56일, 단옥수수는 49일, 초당옥수수는 출사 후 28〜42일까지 계속 증가한다는 다른 연구자의 보고와 비슷한 경향을 보였다(Lee et al.
종자 중 배가 차지하는 비율을 보면 마치종은 출사 후 49일까지, 단옥수수와 초당옥수수는 출사 후 56일까지 계속 증가하였다. 그리고 종자가 성숙된 후 배가 종자 중 차지하는 비율은 마치종은 약 11%, 단옥수수는 약 21%, 초당옥수 수는 33%이었다.
종자의 발육단계에서 초당옥수수는 단옥수수와 마치종보다 ethylene 발생량이 많고, 출사 후 35일부터는 ethylene 발생량이 급격히 증가하였고(Fig. 1), 이때 배 위와 옆으로 도 배유 조직이 괴사되어 동공이 크게 생겼다(Photo 1). 그리고 배유의 건물중도 더 이상 증가하지 않으므로(Table 1) ethylene 발생과 조직의 괴사, 배유의 생장억제 등이 서로 연관이 있는 듯하다.
초당옥수수는 어느 시기에서나 마치종과 단옥수수보다ethylene 발생량이 현저히 높았고, 출사 후 49일까지 ethylene 발생량이 계속 증가하였으나 56일에는 다소 감소하였다.
1과 같다. 출사 후 21 일에는 ethylene 발생량은단옥수수 < 마치종 < 초당옥수수의 순으로 많았으나 옥수수 종류 간 차이는 적었다. 그 이후에는 옥수수 종류에 따라 경향이 현저히 달랐는데 마치종은 출사 후 21일에서 35일 까지는 ethylene 발생량이 감소하였다가 42일에는 급격히 증가하였고, 49일 이후에는 다시 급격히 감소하였으며, 56일에는 거의 발생하지 않았다.
그러나 출사 후 18일에는 CEPA 처리에서만 종자의 중앙에 가로로 동공이 발생하였고, 무처리와 AVG 및 STS 처리에는 모두 정상적이었다. 출사 후 24일에는 무처리, AVG 및 STS 처리에서도 약간의 동공이 생기기 시작하였는데 무처리가 약간 더 심한 경향이었고, CEPA 처리에서는 동공이 확대되었다. 출사 후 30일에는 모든 처리에서 배유에 가로로 동공이 크게 발달하였고, 출사 후 36일부티는 모든 처리에서 배 주위의 모든 배유조직이 심하게 수축되었다.
배(胚)의 건물 중 변화를 보면 마치종 과 단옥수수는 출사 후 56일까지, 초당옥수수는 49일까지 배의 무게가 증가하여 초당옥수수가 마치종과 단옥수수보다 배가 더 빨리 성숙되었다. 출사 후 56일에 조사한 배의 무게는 단옥수수가 가장 컸고, 그 다음은 초당옥수수였으 며, 마치종의 배가 가장 작았다.
한편 배유의 무게는 마치종은 출사 후 56일, 단옥수수는 35일, 초당옥수수는 28일까지 증가하였다. 출사 후 56일의 종자 무게는 초당옥수수 < 단옥수수 < 마치종 순으로 커서 배유의 발육이 가장 빨리 정지되는 초당옥수수의 배유 무게가 가장 적었고, 발육기간이 가장 긴 마치종의 배유 무게가 가장 무거웠다.
후속연구
따라서 초당옥수수의 발육 중 ethylene 발생은 종자 발육 을 억제하는 하나의 원인으로 보인다. 그리고 AVG와 STS 등 ethylene 발생 억제제의 처리는 어느 부위에 처리하나 다소의 긍정적인 효과가 인정되지만 종자의 활력을 검정하지 않았음으로 더욱 검토가 필요하다.
참고문헌 (14)
Chang, S. M. and J. M. Sung. 1998. Deteriorative changes in primed sweet com seeds during storage. Seed Sci. & Technol, 26 : 613-626
Lee, S. S., S. H. Yun, and J. H. Kim. 1999. Sugars, soluble solids, and flavor of sweet, super sweet, and waxy corns during grain filling. Korean J. Crop Sci. 44(3) : 267-272
Lee, S. S., S. H. Yun, and J. M. Seo, 2004. Optimum harvest time for high quality seed production of sweet and super sweet com hybrids. Korean J. Crop Sci. 49(5) : 373-380
Lee, S. S., T. J. Kim, and J. S. Park. 1987. Sugars, soluble solids and flavor as influenced by maturity of sweet com. Korean J. Crop Sci. 32(1) : 86-91
Moreno-Martinez, E., S. Jimenez, and M. E. Vazquez. 2000. Effect of Sitophilus zeamais and Aspergillus chevalierl on the oxygen level in maize stored hermetically. J. Stored Products Research 36(1) : 25-36
Parera, C. A. and D. J. Cantliffe. 1991. Improved germination and modified imbibition of shrunken-2 sweet com by seed disinfection and solid matrix priming. J. Amer. Soc. Hart. Sci. 116(6) : 942-945
Park, K. Y., B. H. Choe, S. K Jong, S. S. Lee, and S. U. Park. 1988. Current status of quality improvement in maize. Korean J. Crop Sci. 33 Special Issue(Crops Quality Vol. 1) : 49-63
Peterson, J. M., J. A. Perdomo, and J. S. Burris. 1995. Influence of kemel position, mechanical damage and controlled deterioration on estimates of hybrid maize seed quality. Seed Sci. & Technol. 23 : 647-657
Seo, J. M., S. H. Yun, and S. S. Lee. 2002. Performance of imported sweet com hybrids in Korea. Korean J. Crop Sci. 47(4) : 305-310
Styer, R. C., D. J. Cantliffe, and L. C. Hannah. 1980. Differential seed and seedling vigor in shrunken-Z compared to three other genotypes of com at various stages of development. J. Amer, Soc. Hart. Sci. 105(3) : 329-332
Taiz, L. and E. Zeiger. 2002. Plant Physiology (3rd ed.). Sinauer Associates, Inc., Publishers, Sunderland, Massachusetts. p. 690
Young, T. E., D. R. Gallie, and D. A. DeMason. 1997. Ethylene-mediated programmed cell death during maize endosperm development of wild-type and shurunken2 genotypes. Plant Physiol, 115 : 737-751
Wilson, D. O. and S. K Mohan. 1992. Effect of seed rnoisturization and fungicide treatment on final stand of low vigor shrunken-2 sweet com inbreds, J. Prod. Ago. 5(4) : 510
Woltz, J. M., D. M. TeKrony, D. B. Egli, and P. Vincelli, 1998. Com cold test germination as influenced by soil moisture, temperature, and pathogens. Seed Technol. 20(1) : 56-70
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.