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문제 정의
- 본 연구에서는 무기게르마뉴GeB)과 유기 게르마늄(Ge- 132) 을 채소종자(갓, 배추, 청경채)에 처리하여 식물 종자 발아와 유묘생장 특성에 미치는 게르마늄의 효과 및 게르마늄 흡수 특성을 조사하여 새싹채소에 대한 최적 게르마늄 처리조건을 규명하여 기능성 농산물 개발에 대한 자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 게르마늄 농도에 따른 갓, 배추, 청경채의 유묘 생장 특성을 비교하기 위하여 유기 및 무기 게르마늄 각각을 0, 10, 25, 50, 100 mg L4 농도별로 처리 한 후 4일째의 식물생장을 지상부 (shoot)와 지하부 뿌리(root)의 길이를 측정하여 비교 조사하였다(Fig. 1, Fig 2).
- 게르마늄이 채소 종자 발아 및 유묘생장에 미치는 영향을 조사하기 위하여 외간상 상처가 없는 채소종자(갓, 배추, 청경채)를 선별 사용하여 발아시 험을 하였다. 발아시 험은 petri- dish(90xl5 mm) 에 흡습지(ADVANTEC No.
- 발아율은 실온에 방치 후 1일째와 3일째 각각 조사하였다. 발아는 유근이 종피를 뚫고 1 mm 이상 신장한 것을 기준으로 육안으로조사하였다. 식물의 유묘생장조사는 발아시킨 4일째에 40개 식물의 줄기와 뿌리의 길이를 각각 측정하여 비교하였으며, 모든 실험은 3 반복하여 평균값을 나타내었다.
- 선별 사용하여 발아시 험을 하였다. 발아시 험은 petri- dish(90xl5 mm) 에 흡습지(ADVANTEC No. 2, 90 mm) 1 매를 깔고 무기 및 유기 게르마늄을 증류수에 희석한 농도별 (0, 10, 25, 50, 100 mg L-1)로 각각 5 ㎖씩 주입한 다음 각 채소 종자를 40립 씩 치상한 후 4℃ 에서 3일간 저온 처리 한 후 실온(22~24℃)에서 발아시켰다. 수분 유지를 위하여 게르마늄 농도별 용액 3 ㎖를 매 이틀 마다 보충하였다.
- 수분 유지를 위하여 게르마늄 농도별 용액 3 ㎖를 매 이틀 마다 보충하였다. 발아율은 실온에 방치 후 1일째와 3일째 각각 조사하였다. 발아는 유근이 종피를 뚫고 1 mm 이상 신장한 것을 기준으로 육안으로조사하였다.
- 5 g에 HNOs 5 ㎖을 가하여 45℃ over night 시킨 다음, 95℃ 에서 5 시간 분해하였다. 분해 액을 최종으로 10 ㎖ 로 정용한 후 No. 6 여과지로 여과하여 ICP-AES(Inducti- vely coupled plasma atomic emission spectrometer, Optima 3300DV, Perkin-Elmer, USA)로 분석하였다.
- 발아는 유근이 종피를 뚫고 1 mm 이상 신장한 것을 기준으로 육안으로조사하였다. 식물의 유묘생장조사는 발아시킨 4일째에 40개 식물의 줄기와 뿌리의 길이를 각각 측정하여 비교하였으며, 모든 실험은 3 반복하여 평균값을 나타내었다.
- 식물체내 게르마늄 흡수 특성을 조사하기 위하여 무기 및 유기 게르마늄을 각각 0, 10, 25, 50, 100 mgL-1의 농도별로 처리하여 갓, 배추, 청경채의 어린 식물을 이용하여 게르마늄흡수 특성을 조사하였다(Fig. 3).
- 식물체내 게르마늄분석은 Lee®)와 Han끄)의 방법을 변형하여 수행하였다. 발아 6일 후에 표본식물을 채취하여 증류수에 3회 세척한 후 70℃ dry oven에서 36시간 건조 시킨 후 시료 0.
대상 데이터
- 공시작물은 시중에서 판매되고 있는 아카오바타카나 갓(Leaf mustard: Brassica rapa var. glabra Regel), 강력여름배추 (Chinese cabbage: Brassica juncea var. integrifolia), 찐겐사이 청경채(Pak-choi: Brassica campestris L. spp)를 사용하였다.
- 실험에 사용한 게르마늄은 유기 게르마늄[G*13e2, carboxyethyl germanium sesquioxide 3(GeCH2COOH)2, (Sigma Chemical Co., St. Louis, USA)]과 무기 게르마늄[GeC0, (Si- gma Chemical Co., St. Louis, USA)] 2종류를 각각 농도별 (0, 10, 25, 50, 100 mg L-1)로 조제하여 사용하였다.
성능/효과
- 게르마늄 농도별 갓(leaf mustard), 배추(chinese cabbage) 및 청경채(pak-choi)의 종자발아에 미치는 영향을 조사한 결과(Table 1), 무기게르마늄의 경우 초기 발아(1 day) 시에는 50 mg I「까지는 큰 차이를 보이지 않는 반면 100 mg L4 처리시갓, 배추 청경채에서 각각 3.2%, 11.4%, 10%의 저해 현상을 보였으나 발아 3일째에는 모든 조건에서 대조구와 비교 시 큰 차이를 보이지 않았다. 이와는 달리 유기게르마늄의 경우에는 모든 처리 조건에서 대조구와 거의 같은 발아율을 보였다.
- 지상부의 생장은 뿌리의 생장과는 달리 10 과 25 mg U1 처리시에는 각각 약 22% 및 11% 정도 증가되었으나 높은 처리농도인 50 및 100 mgL-1에서는 각각 약 22% 및 32% 정도 저해되는 경향을 보였다. 그리고 유기 게르마늄 10, 25, 50 mg U1 처리시 뿌리의 생장은 대조구에 비해 각각 약 25%, 32%, 28% 정도 증가하는 경향을 보였으며 높은 농도인 100 mg U1 처리시에는 약 32% 정도 저해를 보였다. 지상부의 생장은 모든 처리구에서 저해양상을 보이지 않았으며 25 mg L4 처리시 대조구에 비해 약 44% 정도 생육이 증가되는 경향을 보였다.
- 그리고 청경채의 경우는 갓과 배추와는 다른 경향을 보였으며, 무기 및 유기게르마늄 처리 모두에서 현저한 생장 저해를 보였다(Fig. 1C, Fig. 2C). 무기게르마늄 처리시 뿌리의 생장은 처리 농도에 따라 40~78%의 저해를 보였고 처리량이 증가할수록 저해정도도 증가하는 경향을 보였으며, 지상부의 생장에서도 모든 조건에서 약 25%~47%의 저해를 보였다.
- 따라서 게르마늄의 처리에 대한 작물의 반응은 농도별, 작물의 종류별, 실험 조건 별 등의 다양한 환경조건에 따라 다양한 반응을 보이는 것으로 보고되고 있지만, 본 연구에서는 전반적으로 새싹채소의 초기생장에 있어서 유기게르마늄은 무기 게르마늄에 비해 식물에 대한 독성이 덜하여 무기 게르마늄보다 식물 생장 저해의 정도가 미미한 것으로 생각되어진다.
- 이와는 달리 유기게르마늄의 경우에는 모든 처리 조건에서 대조구와 거의 같은 발아율을 보였다. 따라서 고농도(예, 무기게르마늄 100 mg L-1)를 제외하고는 게르마늄의 종류 및 처리 농도에 따른 갓, 배추, 청경채 발아율은 크게 영향을 받지 않는 것으로 확인이 되었다.
- 따라서 식물체내 게르마늄 흡수정도는 처리농도가 높을수록 전반적으로 높아지고, 무기게르마늄에 비해 유기 게르마늄의 처리시 훨씬 증가하는 것으로 나타났다. 이는 Lee 등20)이 상추에 무기게르마늄을 처리하였을 경우 농도가 증가 할수록 상추 내 흡수된 게르마늄의 함량이 증가하였으며, Han 등22) 이 콩나물에 유기 및 무기게르마늄을 처리하였을 경우 유기 게르마늄 처리 콩나물에서 무기게르마늄처리 콩나물 보다 흡수량이 높았다는 보고와 비슷한 경향을 보였다.
- 3C). 무기게르마늄 10-100 mg L1 처리시 약 0.19-0.94 mg g4dw 범위의 축적량을 보였고, 유기게르마늄의 처리 시에는 약 0.36—2.19 mg g-1dw 범의의 게르마늄 흡수량을 보여 유기 게르마늄의 처리에서 무기게르마늄 처리에 비히여 약 1.9 ~2.7배 정도 높은 흡수 특성을 보였다. 전반적으로 게르마늄 종류에 따른 식물체내 게르마늄 흡수특성은 유기 게르마늄 처리에서 무기게르마늄처리에 비하여 높았으며 식물체내 게르마 늄 흡수율은 유기게르마늄처리에서 무기게르마늄 처리에비해 약 1.
- 2C). 무기게르마늄 처리시 뿌리의 생장은 처리 농도에 따라 40~78%의 저해를 보였고 처리량이 증가할수록 저해정도도 증가하는 경향을 보였으며, 지상부의 생장에서도 모든 조건에서 약 25%~47%의 저해를 보였다. 유기게르마늄 처리에서도 갓과 배추의 경우와는 달리 모든 처리 조건에서 뿌리의 생장은 25%~45% 정도 저해를 보였고 지상부의 생육 정도도 대조구와 비교 시 12%-27% 범위에서 저해양상을 보였다.
- 지상부의 생장정도는 낮은 농도(10 and 25 mg L-1)에서는 약 10%의 생장증가를 보였으며, 높은 농도에서는 10% 정도 저해를 보였지만 큰차이가 없는 것으로 확인되었다. 반면 유기게르마늄(Ge-132) 을 같은 농도(10, 25, 50, 100 mg L-1)로 처리 하였을 때 뿌리의 생장은 25 mg 처리시 무기게르마늄의 결과와는 달리 오히려 대조구에 비해 10%정도 증가하는 결과를 보였고, 높은 농도 처리시에도 생장에는 크게 저해를 받지 않았다. 지상부(shoot) 생장정도는 25 mg L1 처리 시 까지는 대조구에 비해 약 20% 정도 증가하다가, 50 mg L-1이상 처리 시에는 대조 구에 비해 오히려 약 10% 정도 감소되었다.
- 배추의 경우에는 동일 농도의 무기게르마늄과 유기 게르마늄의 처리시 식물체내 게르마늄함량은 갓에 비하여 약간 낮은 경향을 보였으며, 무기게르마늄 처리시 약 0.18-0.83 mg g4dwz 그리고 유기게르마늄 처리시 약 0.34 - 2.72 mg g4dw 으로 전반적으로 처리 농도가 높을수록 증가하는 경향을 보였고 무기게르마늄 처리에 비하여 약 1.89~3.28배 정도 높은 흡수 특성을 보였다(Fig. 3B).
- 유기 게르마늄 처리에서는 전반적으로 무기 게르마늄에 비해 식물 생장저해정도가 미미하였으며 갓과 배추의 경우에는 낮은 처리 농도(25 및 50 mg L-1)에서는 게르마늄 무처리에 비하여 오히려 뿌리 및 지상부의 생장이 증가하는 경향을 보였다. 그러나 청경채의 경우는 갓과 배추와는 달리 유기 게르마늄의 농도가 증가할수록 생장 저해가 크게 나타났다.
- 무기게르마늄 처리시 뿌리의 생장은 처리 농도에 따라 40~78%의 저해를 보였고 처리량이 증가할수록 저해정도도 증가하는 경향을 보였으며, 지상부의 생장에서도 모든 조건에서 약 25%~47%의 저해를 보였다. 유기게르마늄 처리에서도 갓과 배추의 경우와는 달리 모든 처리 조건에서 뿌리의 생장은 25%~45% 정도 저해를 보였고 지상부의 생육 정도도 대조구와 비교 시 12%-27% 범위에서 저해양상을 보였다.
- 이상의 결과로 볼 때 게르마늄의 종류에 따라 채소종자 발아와 식물 생장효과는 다르게 나타났으며, 유기게르마늄에 비해 무기게르마늄에서 식물 생육 저해 현상이 높은 것으로 확인되었다. 유기 게르마늄 처리에서는 전반적으로 무기 게르마늄에 비해 식물 생장저해정도가 미미하였으며 갓과 배추의 경우에는 낮은 처리 농도(25 및 50 mg L-1)에서는 게르마늄 무처리에 비하여 오히려 뿌리 및 지상부의 생장이 증가하는 경향을 보였다.
- 7배 정도 높은 흡수 특성을 보였다. 전반적으로 게르마늄 종류에 따른 식물체내 게르마늄 흡수특성은 유기 게르마늄 처리에서 무기게르마늄처리에 비하여 높았으며 식물체내 게르마 늄 흡수율은 유기게르마늄처리에서 무기게르마늄 처리에비해 약 1.89~4.5배 정도 높았다.
- 반면 유기게르마늄(Ge-132) 을 같은 농도(10, 25, 50, 100 mg L-1)로 처리 하였을 때 뿌리의 생장은 25 mg 처리시 무기게르마늄의 결과와는 달리 오히려 대조구에 비해 10%정도 증가하는 결과를 보였고, 높은 농도 처리시에도 생장에는 크게 저해를 받지 않았다. 지상부(shoot) 생장정도는 25 mg L1 처리 시 까지는 대조구에 비해 약 20% 정도 증가하다가, 50 mg L-1이상 처리 시에는 대조 구에 비해 오히려 약 10% 정도 감소되었다.
- 그리고 유기 게르마늄 10, 25, 50 mg U1 처리시 뿌리의 생장은 대조구에 비해 각각 약 25%, 32%, 28% 정도 증가하는 경향을 보였으며 높은 농도인 100 mg U1 처리시에는 약 32% 정도 저해를 보였다. 지상부의 생장은 모든 처리구에서 저해양상을 보이지 않았으며 25 mg L4 처리시 대조구에 비해 약 44% 정도 생육이 증가되는 경향을 보였다.
- 무기게르마늄의 경우 대조구에 비해 뿌리 생장이 10 mg L4 처리시 약 24%, 25 mg L1 처리시 약 40%, 50 mg L4 처리시 약 52% 그리고 100 mg L1 처리시에는 약 67%의 생장 저해를 보였다. 지상부의 생장은 뿌리의 생장과는 달리 10 과 25 mg U1 처리시에는 각각 약 22% 및 11% 정도 증가되었으나 높은 처리농도인 50 및 100 mgL-1에서는 각각 약 22% 및 32% 정도 저해되는 경향을 보였다. 그리고 유기 게르마늄 10, 25, 50 mg U1 처리시 뿌리의 생장은 대조구에 비해 각각 약 25%, 32%, 28% 정도 증가하는 경향을 보였으며 높은 농도인 100 mg U1 처리시에는 약 32% 정도 저해를 보였다.
- 1A, Fig 2A), 저해 정도는 대조 구에 비해 무기게르마늄 io mg L1 처리시 약 22%, 25 mg U1 처리시 약 37%, 50 mg L4 처리시 52%, 그리고 100 mg U1 처리시 62% 정도의 생장저해를 보였다. 지상부의 생장정도는 낮은 농도(10 and 25 mg L-1)에서는 약 10%의 생장증가를 보였으며, 높은 농도에서는 10% 정도 저해를 보였지만 큰차이가 없는 것으로 확인되었다. 반면 유기게르마늄(Ge-132) 을 같은 농도(10, 25, 50, 100 mg L-1)로 처리 하였을 때 뿌리의 생장은 25 mg 처리시 무기게르마늄의 결과와는 달리 오히려 대조구에 비해 10%정도 증가하는 결과를 보였고, 높은 농도 처리시에도 생장에는 크게 저해를 받지 않았다.
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