중금속에 노출된 Rhizophora mangle의 폴리페놀, 항산화 활성 및 지방산 함량 변화 Changes of Phenolics, Antioxidant Activities and Fatty Acid Contents of Rhizophora mangle Exposed to Heavy Metals원문보기
Cu, Ni 및 Cd에 노출된 망그로브 식물의 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 함량의 변화를 분석하였다. Rhizophora mangle의 태생종자를 Cu(0.01 및 1 ppm), Ni(0.1 및 10 ppm) 및 Cd(0.1 및 10 ppm) 스트레스 하에서 12주간 배양하였다. 대조구와 비교하여 볼 때, 12주 동안 망그로브 뿌리의 형태학적 변화는 관찰되지 않았다. 12주간 배양된 태생종자에서 페놀성 화합물의 함량은 통계학적으로 유의하게 변화하지 않았으나, 항산화 활성은 크게 증가하였다. 지방산, C14:1, C15:1 및 C18:2n-6, 함량은 시험된 모든 태생종자에서 변화하였다. 이러한 결과는 DPPH 라디칼 소거능 assay와 지방산 함량분석이 중금속 하에서의 망그로브 식물의 반응을 진단할 수 있는 유용한 바이오마커가 될 수 있음을 보여준다.
Cu, Ni 및 Cd에 노출된 망그로브 식물의 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 함량의 변화를 분석하였다. Rhizophora mangle의 태생종자를 Cu(0.01 및 1 ppm), Ni(0.1 및 10 ppm) 및 Cd(0.1 및 10 ppm) 스트레스 하에서 12주간 배양하였다. 대조구와 비교하여 볼 때, 12주 동안 망그로브 뿌리의 형태학적 변화는 관찰되지 않았다. 12주간 배양된 태생종자에서 페놀성 화합물의 함량은 통계학적으로 유의하게 변화하지 않았으나, 항산화 활성은 크게 증가하였다. 지방산, C14:1, C15:1 및 C18:2n-6, 함량은 시험된 모든 태생종자에서 변화하였다. 이러한 결과는 DPPH 라디칼 소거능 assay와 지방산 함량분석이 중금속 하에서의 망그로브 식물의 반응을 진단할 수 있는 유용한 바이오마커가 될 수 있음을 보여준다.
Changes of phenolics, antioxidant activities and fatty acid contents were determined in the mangrove plant exposed to Cu, Ni and Cd. Propagules of Rhizophora mangle were cultured for 12 weeks under the Cu (0.01 and 1 ppm), Ni (0.1 and 10 oom) and Cd (0.1 and 10 ppm) stresses. In comparison with cont...
Changes of phenolics, antioxidant activities and fatty acid contents were determined in the mangrove plant exposed to Cu, Ni and Cd. Propagules of Rhizophora mangle were cultured for 12 weeks under the Cu (0.01 and 1 ppm), Ni (0.1 and 10 oom) and Cd (0.1 and 10 ppm) stresses. In comparison with control, morphological changes of mangrove root were not observed in 12 weeks. Significant changes of phenolics were not detected and antioxidant activities were dramatically increased in the metal-treated mangroves. Fatty acid, C14:1, C15:1 and C18:3n-6, contents were changed in the all of tested propagules. These results shows that DPPH radical scavenging assay and determination of fatty acid contents could be useful biomarkers for diagnosing responses of mangrove plant under heavy metal stress.
Changes of phenolics, antioxidant activities and fatty acid contents were determined in the mangrove plant exposed to Cu, Ni and Cd. Propagules of Rhizophora mangle were cultured for 12 weeks under the Cu (0.01 and 1 ppm), Ni (0.1 and 10 oom) and Cd (0.1 and 10 ppm) stresses. In comparison with control, morphological changes of mangrove root were not observed in 12 weeks. Significant changes of phenolics were not detected and antioxidant activities were dramatically increased in the metal-treated mangroves. Fatty acid, C14:1, C15:1 and C18:3n-6, contents were changed in the all of tested propagules. These results shows that DPPH radical scavenging assay and determination of fatty acid contents could be useful biomarkers for diagnosing responses of mangrove plant under heavy metal stress.
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문제 정의
망그로브 식물과 관련된 중금속 연구는 염분 스트레스와 침수, 중금속의 분포와 축적 및 광합성에 대한 영향이 대부분을 차지하고 있으며[19-21], 아직 까지 중금속에 노출된 망그로브 식물의 생리 및 생화학적 기작에 관한 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 red mangrove로 알려진 R. mangle의 태생종자(propagules)를 실험실에서 배양하면서 Cu, Ni 및 Cd 노출에 대한 생화학 및 생리학적 반응을 분석하였다. 12주간 배양 후 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 함량의 변화를 분석하여, Cu, Ni 및 Cd 오염의 지시자(indicators)로써의 활용가 능성을 분석하였다.
mangle 태생종자에서 페놀성 화합물의 함량이 변화하지 않았다. 중금속 노출에 대하여 페놀성 화합물의 함량이 변화하지 않은 것은 페놀성 화합물의 항산화 반응에 의해 발생할 수 있는 phenoxyl radicals이 prooxidants로 작용할 수 있기 때문에[29], 고농 도의 중금속에 노출된 식물은 페놀성 화합물의 합성이나 분비를 억제하여 phenoxyl radicals의 생성에 의해 발생할수 있는 악영향을 줄이고자 한다[30]. 중금속 노출에 대하여 페놀성 화합물의 함량이 증가하지 않은 다른 가설은 다른 항산화 물질의 생산을 들 수 있다.
제안 방법
12주간 Cu, Ni 및 Cd에 노출된 R. mangle 태생종자를 노출시키고, 페놀성 화합물의 함량 및 항산화 활성의 변화를 분석하였다. 연구결과 대조구에 비해 함량의 변화는 거의 나타나지 않았다[Fig.
mangle의 태생종자(propagules)를 실험실에서 배양하면서 Cu, Ni 및 Cd 노출에 대한 생화학 및 생리학적 반응을 분석하였다. 12주간 배양 후 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 함량의 변화를 분석하여, Cu, Ni 및 Cd 오염의 지시자(indicators)로써의 활용가 능성을 분석하였다. 얻어진 결과를 통하여 중금속 스트레스 조건하에서의 망그로브 식물의 생리 및 생화학적 이해를 증진시킬 수 있을 것이다.
12주간 중금속 처리한 R, mangle 태생종자를 동결건 조하여 분말화한 후 지질 추출 및 지방산 분석에 사용하 였다. 지질 및 지방산 추출은 Folch 등의 방법[24]에 따라 실시하였으며, 0.
Cu, Ni 및 Cd에 노출된 R. mangle 태생종자로부터 지방산을 추출하고, 조성을 비교하였다. 얻어진 결과는 중금속에 노출되지 않은 대조구에 대한 증감의 정도를 상대적으로 표시하였다.
Day/night cycle과광도는 각각 14/10 hr, 480 μmol ⋅ m-2⋅c-1로 조정하였다.
건조된 시료를 100 μL의 hexane에녹이고, 1 μL를 gas chromatography(GC)에 주입하였다.
항산화 활성은 DPPH 자유 라디칼 소거능을 기반으로 분석하였다. 실험방법은 Lu와 Foo의 방법[23]을 일부 수정하여 측정하였다. DPPH 용액은 100 mM의 DPPH를 80% 메탄올에 녹여 제조하였다.
mangle 태생종자로부터 지방산을 추출하고, 조성을 비교하였다. 얻어진 결과는 중금속에 노출되지 않은 대조구에 대한 증감의 정도를 상대적으로 표시하였다. 중금속 처리에 대하여 크게 변화한 지방산은 C13:0, C14:1, C15:1, C16:0, C18:0 및 C18:3n-6 으로 나타났다.
중금속(Cu, Ni 및 Cd)에 12주간 노출된 R. mangle 태생종자의 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 함량변화를 분석하였다. 12주간 중금속에 노출된 태생종자에서 페놀성 화합물의 함량은 변화되지 않았고, 항산화 활성은 크게 증가하였다.
Day/night cycle과광도는 각각 14/10 hr, 480 μmol ⋅ m-2⋅c-1로 조정하였다. 태생종자 배양기에 Cu(0.01 및 1 ppm), Ni(0.1 및 10 ppm) 및 Cd(0.1 및 10 ppm)을 각각 12주간 처리한 후 시료를 채취하여 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 분석에 사용하였다.
항산화 활성은 DPPH 자유 라디칼 소거능을 기반으로 분석하였다. 실험방법은 Lu와 Foo의 방법[23]을 일부 수정하여 측정하였다.
대상 데이터
R. Mangle 태생종자는 망그로브 마켓에서 구입하였으며, 각각 3개체를 해수가 들어 있는 비이커에 담아 항온 실험실(25°C)에서 배양하였다[Fig. 1].
R. mangle 태생종자를 해수에서 배양하였다. 배양 후 2주에 태생종자로부터 뿌리가 자라기 시작하였고[Fig.
건조된 시료를 100 μL의 hexane에녹이고, 1 μL를 gas chromatography(GC)에 주입하였다. 사용한 GC 기종은 Varian CP - 3800을 이용하였으며, detector는 FID을 이용하였고, column은 HP INNOWAX을 이용하여 분석하였다[Table 1]. 실험은 3번 반복 수행 하였으며, 결과는 평균값±SD로 표시하였다.
데이터의 normality와 homogeneity는 ANOVA로 확인하였고, 실험구 간의 차이는 one-way ANOVA와 Duncan’'s multiple range test로 평가하였다.
실험은 3번 반복 수행 하였으며, 결과는 평균값±SD로 표시하였다.
실험은 3번 반복 수행하였으며, 결과는 평균값±SD로 표시하였다.
통계분석은 SPSS 통계 스프트웨어를 사용하여 수행하였다. 데이터의 normality와 homogeneity는 ANOVA로 확인하였고, 실험구 간의 차이는 one-way ANOVA와 Duncan’'s multiple range test로 평가하였다.
이론/모형
망그로브 추출물의 페놀성 화합물 함량은 Capannesi and Palchetti 방법[22]을 따라 Folin-Ciocalteu reagent로측정하였다. 0.
12주간 중금속 처리한 R, mangle 태생종자를 동결건 조하여 분말화한 후 지질 추출 및 지방산 분석에 사용하 였다. 지질 및 지방산 추출은 Folch 등의 방법[24]에 따라 실시하였으며, 0.5 mg의 망그로브 분말에 chloroform: methanol(2:1) 5 mL을 첨가하여 20 분 동안 sonicate시킨후, 0.58% NaCl5mL을 다시 첨가하여 10분간 다시 sonicate시겼다. 2000 rpm에서 5분 동안 원심분리시켜 상층부를 제거하고, 아래층을 pasteur pipet을 이용하여 다른 튜브에 옮겨 N2하에서 건조시켰다.
성능/효과
mangle 태생종자의 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 함량변화를 분석하였다. 12주간 중금속에 노출된 태생종자에서 페놀성 화합물의 함량은 변화되지 않았고, 항산화 활성은 크게 증가하였다. 이러한 결과는 중금속 노출에 대하여 R.
5배 증가하였고, Ni에 노출되었을 때는 감소하였다. C14:1은 중금속을 처리하였을 때 대조구에 비해 감소하는 경향을 나타냈으며, C15:1은 Cu 처리군에서만 증가하 였고, Ni과 Cd 처리군에서는 미량이 검출되었다. C16:0은 중금속 처리에 따라 크게 변화하지 않았으나, 중금속 농도가 증가함에 따라 C16:0의 농도가 증가하는 경향을 보였다.
C16:0은 중금속 처리에 따라 크게 변화하지 않았으나, 중금속 농도가 증가함에 따라 C16:0의 농도가 증가하는 경향을 보였다. C18:0은 Cd 처리군에서만 함량이 증가하였고, 특히 10 ppm의 Cd 농도에서 대조구에 비해 약 3배의 함량 증가를 보였다. C18:3n-6은 대조구에서는 미량이 검출 되었으나, 중금속을 처리하였을 때 약 200-600배 함량이 증가되는 것이 관찰되었다.
C18:0은 Cd 처리군에서만 함량이 증가하였고, 특히 10 ppm의 Cd 농도에서 대조구에 비해 약 3배의 함량 증가를 보였다. C18:3n-6은 대조구에서는 미량이 검출 되었으나, 중금속을 처리하였을 때 약 200-600배 함량이 증가되는 것이 관찰되었다. 종합해 보면, Cu가 처리된 망그로브에서는 C13:0, C14:1, C15:1 및 C18:3n-6의 함량이 변화하였고, Ni 처리군에서는 C14:1, C15:1, C16:0 및 C18:3n-6의 함량이 변화되었다.
Cd이 처리된 망그로브에 서는 조사된 모든 지방산의 함량이 변화하였다. 따라서 Cu, Ni 및 Cd 모두에 반응하는 C14:1, C15:1 및 C18:2n-6은 중금속에 대한 R. mangle의 반응을 검출할 수 있는 바이오마커로써의 가능성이 있는 것으로 판단된다.
중금속에 노출된 태생종자에서 지방산 C13:0, C14:1, C15:1, C16:0, C18:0 및 C18:3n-6의 함량이 증감하였는데, 3가지 중금속에 공통적으로 반응하는 지방산은 C14:1, C15:1 및 C18:2n-6으로 나타났다. 따라서 DPPH assay와 지방산 함량분석은 R. mangle의 중금속 반응을 진단할 수 있는 바이오마커로써 활용가능한 것으로 판단된다.
카드뮴에 노출된 Spartina densiflora는 항산화 물질로 페놀성 화합물을 생산하지 않고, ascorbic acid나 glutathione 등 다른 항산화 물질을 생산함으로써 중금속에 반응한다[31]. 본 연구의 결과, 페놀성 화합물의 함량 변화를 R. mangle 태생 종자의 중금속 오염에 대한 바이오마커로써 활용될 수 없는 것으로 판단된다.
C18:3n-6은 대조구에서는 미량이 검출 되었으나, 중금속을 처리하였을 때 약 200-600배 함량이 증가되는 것이 관찰되었다. 종합해 보면, Cu가 처리된 망그로브에서는 C13:0, C14:1, C15:1 및 C18:3n-6의 함량이 변화하였고, Ni 처리군에서는 C14:1, C15:1, C16:0 및 C18:3n-6의 함량이 변화되었다. Cd이 처리된 망그로브에 서는 조사된 모든 지방산의 함량이 변화하였다.
mangle은 중금속 유발 ROS에 대한 반응으로 페놀성 화합물 대신 다른 항산화물질을 생산한다는 것을 의미한다. 중금속에 노출된 태생종자에서 지방산 C13:0, C14:1, C15:1, C16:0, C18:0 및 C18:3n-6의 함량이 증감하였는데, 3가지 중금속에 공통적으로 반응하는 지방산은 C14:1, C15:1 및 C18:2n-6으로 나타났다. 따라서 DPPH assay와 지방산 함량분석은 R.
후속연구
12주간 배양 후 페놀성 화합물, 항산화 활성 및 지방산 함량의 변화를 분석하여, Cu, Ni 및 Cd 오염의 지시자(indicators)로써의 활용가 능성을 분석하였다. 얻어진 결과를 통하여 중금속 스트레스 조건하에서의 망그로브 식물의 생리 및 생화학적 이해를 증진시킬 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
중금속은 어떤 생리과정을 저해하는가?
고농도의 중금속은 식물의 성장을 저해하며, 생물량을 감소시키고 궁극적으로는 사멸에 이르게 한다[5]. 중금속은 호흡, 광합성, 세포증식, 식물-물 연관관계, 질소대사 및 미네럴 섭취 등과 같은 생리과정을 저해한다[6].
중금속 중 필수 미소영양성분은 무엇이 있는가?
중금속은 무게가 5 g/cm3이상인 elements의 그룹으로 정의된다. 중금속 중 Co, Fe, Mn, Ni, Zn, Cu 등은 필수 미소영양성분이며, 식물의 정상적인 성장에 필요하고, 산화환원반응, 전자전달 및 다른 중요한 물질대사 과정에 참여한다[1]. 한편 Pb, Cd, Cr 및 Hg 등은 필수영양성분이 아니며, 생물학적 기능을 가지지 않고, 잠재적으로 식물에 독성영향을 미친다[2-4].
중금속에 의한 활성산소을 저항하는 식물의 반응은 무엇인가?
일반적으로 중금속 독성은 조절되지 않는 과량의 활성산소(reactive oxygen species, ROS) 의 생성이며, 생성된 ROS는 지질을 peroxidation시키고, 효소를 비활성화시키며, DNA 및 세포의 다른 구성성분의 손상을 유발한다[7]. 중금속에 의한 ROS 생성에 대한 반응으로, 식물은 catalase, peroxidase, superoxide dismutase 등 다양한 항산화 효소 뿐만 아니라 glutathione, 페놀성 화합물, 카로티노이드, ascorbate 및불포화지방산 등 이중결합을 포함하는 다양한 항산화 물질을 생산하여 중금속 독성에 저항하게 된다[8-11].
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