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문제 정의
- 본 연구는 전국적으로 도시의 화단 및 꽃길 조성용으로 많이 이용되고 있으며, 산성비에 감수성을 보이는 것으로 보고된(김과 김, 2005) 초본식물인 만수국을 대상으로 날로 심각해져 가는 토양 산성화에 의한 식물피해 양상을 조사하고, 토양 산성화가 활성산소 생성에 의한 산화 스트레스를 일으키는지를 조사함과 동시에 토양 산성화에 대한 식물의 생화학적 방어반응을 조사하고자 수행하였다.
제안 방법
- 2% sodium hypochloride 용액으로 만수국(Tagetes patula L.)의 종자표면을 살균하여 발아시킨 후, 500g의 배양상토를 넣은 플라스틱 포트에 1개체씩 파종하여 인공기상실에서 3주간 재배하였다. 인공기상실 내의 온도는 낮(7시~19시이 30℃, 밤 (19시~7시)이 20P이었으며, 습도는 주야간 공히 70 ± 5%를 유지하였다.
- 인공기상실 내의 온도는 낮(7시~19시이 30℃, 밤 (19시~7시)이 20P이었으며, 습도는 주야간 공히 70 ± 5%를 유지하였다. 3주 동안 생육한 만수국의 건전한 식물체를 선발하여, 1,000ml의 황산용액을 처리한 산성 토양이 담긴 플라스틱 포트에 1개체씩 이식하여, 3주간 인공기상실내에서 재배하였다. 생육기간 중 하루에 한번 일정량의 증류수를 관수하였다.
- 3주간 산성 토양에 생육시킨 만수국 잎 30cm2을 채취하여 potassium phosphate buffer(pH 7.8)로 추줄하여 활성 분석에 사용하였다. SOD의 활성은 Schoner과 Krause(1990)의 방법에 따라 cytochrome c의 감소를 Ass에서 측정하였으며, AP 의 활성은 A29o(2.
- Ascorbic acid 함량 변화를 조사하기 위하여 3주간의 산성토양에 생육시킨 만수국 잎 30cnf을 채취하여 10ml의 methaphosphoric acid 용액으로 반응시킨 후 Bolin과 Book(1974)의 방법에 의해 환원형인 ascorbic acid(AsA)와 산화형 인 dehyd-roascorbate(DHA)의 함량을 측정하였다. Glutathione 함량은 Law 등(1983)의 방법에 따라 환원형 glutathione(GSH) 및 산화형 glutathione(GSSG)의 함량을 측정하였다.
- 인위적인 토양 pH 변화가 식물에 미치는 영향과 식물의 생화학적 방어반응을 조사하고자 황산용액을 첨가하여 산 성화시킨 토양(pH 5.3, 4.5, 3.9, 3.5)에 만수국을 이용하여 실험을 수행하였다. 토양 산성화에 의해 MDA 함량이 크게 증가되었다.
- 생육기간 중 하루에 한번 일정량의 증류수를 관수하였다. 토양 산성화에 의한 만수국의 생장반응을 조사하기 위하여 3주 동안 생육한 건전한 식물체를 선발하여 초장 및 건물중을 조사하였다.
- 황 성분에 의한 토양 산성화가 초본식물에 미치는 영향을 조사하기 위하여 이 등(2005)의 방법에 따라 공시토양 1, 000ml에 0.0, 0.4, 0.8, 1.2N의 황산용액 100ml를 첨가하고 혼합하여 산성 토양을 만들었다. 이때 각 처리구의 토양 1,000ml에 첨가된 H+의 양은 긱각 0, 40, 80, 120meq이었다.
대상 데이터
- 대구수목원 인근 비농경지 토양을 대상으로 유기물 층을 제거한 후, 0~10cm 깊이에서 채취한 토양을 표준체aperture: 2mm)로 석력 및 식물 뿌리를 제거하고, 실내에서 2주간 음건 시킨 후 공시토양으로 사용하였다.
이론/모형
- 함량을 측정하였다. Glutathione 함량은 Law 등(1983)의 방법에 따라 환원형 glutathione(GSH) 및 산화형 glutathione(GSSG)의 함량을 측정하였다.
- MDA 함량은 Heath와 Packer(1968)의 방법에 따라 30atf의잎을 채취하여 6ml의 증류수를 넣어 마쇄하고, 20% trichloroacetic acid와 0.5% thiobarbituric acid로 반응시킨 후, 532nm와 600nm에서의 흡광도를 조사하여 그 함량을 측정하였다. Total carotenoid 함량은 Lichtenthaler(1987)의 등식에 의해 분광광도계를 이용하여 470nm, 648nm 및 664nm에서의 흡광도를 측정하여 함량을 조사하였다.
- , 1982). Monodehydroascotbate reductase(MDHAR)의 활성은 #에서 NADH의 산화를 조사하였으며, dehydroascorbate reductase (DHAR)의 활성은 A29o(2.8mMTcm-')에서 dehydroascorbate에서 ascorbate로의 환원을 조사하는 Tanaka 등(1982)의 방법에 따라 측정하였다. Glutathione reductase(GR)의 활성은 A3w(26.
- 8)로 추줄하여 활성 분석에 사용하였다. SOD의 활성은 Schoner과 Krause(1990)의 방법에 따라 cytochrome c의 감소를 Ass에서 측정하였으며, AP 의 활성은 A29o(2.8mMTcm-‘)에서 HQ에 의한 ascorbic acid의 산화를 조사흐).였다(Tanaka et al.
- 5% thiobarbituric acid로 반응시킨 후, 532nm와 600nm에서의 흡광도를 조사하여 그 함량을 측정하였다. Total carotenoid 함량은 Lichtenthaler(1987)의 등식에 의해 분광광도계를 이용하여 470nm, 648nm 및 664nm에서의 흡광도를 측정하여 함량을 조사하였다.
- 토양 pH 측정은 김 등(1999)의 방법에 따라 음건토양과 증류수를 1:5로 혼합하여 30분간 진탕한 후 여과지(Whatman NO. 44)로 여과시 켜, pH 측정기 (Fisher 230 A)로 측정하였다.
성능/효과
- 이는 토양 산성화에 의해 식물 체내에 superoxide가 생성되고 이를 무독화 시키기 위해 SOD의 활성이 증가한 것으로 사료된다. AP의 활성도 토양의 H* 부하량의 증가에 따라 크게 증가하는 것으로 나타나, SOD에 의해 생성된 H2O2의 무독화를 위하여 AP의 활성이증가된 것으로 사료된다. MDHAR과 GR의 활성은 pH 3.
- AP의 활성도 토양의 H* 부하량의 증가에 따라 크게 증가하는 것으로 나타나, SOD에 의해 생성된 H2O2의 무독화를 위하여 AP의 활성이증가된 것으로 사료된다. MDHAR과 GR의 활성은 pH 3.9 처리부터 크게 증가하는 경향을 보인 반면, GP의 활성은 pH 4.5의 처리부터 크게 증가하는 것으로 나타났다. 전체적으로 볼 때 H+ 부하량 증가에 따라 토양 산성화가 진행될수록 항산화 효소의 활성도 증가하는 것으로 나타났다.
- 3 처리에 비해 각각 13% 및 29%의 초장 감소를 나타내었다. 건물중도 pH 4.5의 산성 토양 처리에 의하여 큰 변화는 나타나지 않았으나, pH 3.9 및 pH 3.5 처리에서 대조구인 pH 5.3 처리에 비하여 각각 18% 및 41%의 건물중 감소를 나타내었다. 이 결과로 볼 때 만수국은 토양의 H+ 부하량 증가에 따른 직접적인 생육 억제의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.
- 증가하는 것으로 나타났다(Table 2). 또한 산화 스트레스에 의한 피해 정도를 나타내는 DHAWAsA의 비율이 pH 3.9 및 pH 3.5 처리에서 무처리인 pH 5.3에 비해 각각 2.0배 및 2.2배로 증가되는 것으로 나타났다(Table 2). 이와 같은 산화형의 증가 경향은 glutathione 함량에서도 나타났다.
- 토양의 H+ 부하량 증가에 따라 환원형인 GSH의 함량이 감소하고 산화형인 GSSG의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 산화 스트레스에 의한 피해 정도를 나타내는 GSSG/GSH의 비율이 pH 3.9 및 pH 3.5 처리에서 무처리인 pH 5.3에 비해 각각 2.1 배, 2.3배로 증가되는 것으로 나타났다(Table 2). 이와 같은 산화형/환원 형의 비율 증가는 O3 및 UV-B 등의 스트레스 실험에서도 보고되어 있으며(Elstner 1982; Kim et al.
- 무처리 토양은 pH 5.3이었으며, 황산용액의 첨가량이 40mepH+, 80mepH+, 120mepH+으로 증가할수록 토양 pH 는 낮아져 각각 pH 4.5, pH 3.9, pH 3.5로 나타났다.
- (Heath and Packer, 1968). 본 실험에서 MDA 함량 증가는 생체 막지질이 토양 산성화의 잠재적인 표적임을 시사하며, 토양의 H* 부하량 증가가 만수국 잎에 산화 스트레스를 일으키며 그로 인해 막지질의 조성이 크게 변화된 것으로 사료된다.
- 본 실험에서 토양의 H* 부하량 증가에 따라 환원형인 AsA 함량이 감소하고 DHA 및 total ascorbic acid(AsA+DHA) 함량이 증가하는 것으로 나타났다(Table 2). 또한 산화 스트레스에 의한 피해 정도를 나타내는 DHAWAsA의 비율이 pH 3.
- 3 처리에 비하여 각각 18% 및 41%의 건물중 감소를 나타내었다. 이 결과로 볼 때 만수국은 토양의 H+ 부하량 증가에 따른 직접적인 생육 억제의 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 현재까지 토양 산성화 과정과 식물 피해에 관하여 많은 연구가 수행되어져 왔으며, 크게 양이온 결핍설과 A1 독성설이 유력하게 이해되어 지고 있다(장과 이, 1995).
- 5의 처리부터 크게 증가하는 것으로 나타났다. 전체적으로 볼 때 H+ 부하량 증가에 따라 토양 산성화가 진행될수록 항산화 효소의 활성도 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 항산화 효소의 활성 증가는 대기오염 물질이나 여러 가지환경 스트레스에 의해서도 보고되어 있으며(Kim et al.
- 토양 산성화에 따른 만수국 잎의 MDA(지질과산화물) 함량변화를 조사한 결과, 토양 pH가 낮아질수록 MDA 함량이 증가되는 것으로 나타났으며, pH 3.9 및 pH 3.5 처리에서 무처리인 pH 5.3에 비하여 각각 54% 및 60%의 MDA 함량 증가를 나타내었다(Fig. 2). 식물은 여러 종류의 환경 스트레스에 노출되었을 때 활성산소 생성에 의한 산화 스트레스를 받으며, 생체 막지 질은 산화 스트레스에 민감하게 반응하는 부분으로 알려져 있다.
- 토양 산성화에 따른 만수국 잎의 SOD의 활성은 토양의 H+ 부하량이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며 pH 3.9 및 pH 3.5 처리에서 공히 무처리에 비하여 약 80%의 활성 증가를 나타내었다(Fig. 3). 이는 토양 산성화에 의해 식물 체내에 superoxide가 생성되고 이를 무독화 시키기 위해 SOD의 활성이 증가한 것으로 사료된다.
- 토양 산성화에 의해 MDA 함량이 크게 증가되었다. 토양의 H+ 부하량 증가에 따라 산화형인 DHA 및 GSSG의 함량이 크게 증가되었다. 항산화 효소의 활성도 토양의 H+ 부하량의 증가에 따라 증가하는 것으로 나타났다.
- 이와 같은 산화형의 증가 경향은 glutathione 함량에서도 나타났다. 토양의 H+ 부하량 증가에 따라 환원형인 GSH의 함량이 감소하고 산화형인 GSSG의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 산화 스트레스에 의한 피해 정도를 나타내는 GSSG/GSH의 비율이 pH 3.
- 토양의 H+ 부하량 증가에 따라 산화형인 DHA 및 GSSG의 함량이 크게 증가되었다. 항산화 효소의 활성도 토양의 H+ 부하량의 증가에 따라 증가하는 것으로 나타났다.
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