지속적으로 증가하는 식량 수요를 충족시키기 위해 작물 생산량의 확대가 요구되고 있는 실정이다. 따라서 많은 연구자들이 다양한 관점에서 곡물류 식용 작물의 수확량, 품질, 파종 시기, 환경 적응력 등을 향상시키기 위한 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 초미세버블이 보리종자의 발아에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 증류수 내에 생성된 초미세버블의 평균 직경과 개체수는 각각 133 ㎚, 8.59✕108 particles/㎖였으며, 초미세버블 혼합 증류수는 일반 증류수에 비해 보리종자 발아율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
지속적으로 증가하는 식량 수요를 충족시키기 위해 작물 생산량의 확대가 요구되고 있는 실정이다. 따라서 많은 연구자들이 다양한 관점에서 곡물류 식용 작물의 수확량, 품질, 파종 시기, 환경 적응력 등을 향상시키기 위한 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 초미세버블이 보리종자의 발아에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 증류수 내에 생성된 초미세버블의 평균 직경과 개체수는 각각 133 ㎚, 8.59✕108 particles/㎖였으며, 초미세버블 혼합 증류수는 일반 증류수에 비해 보리종자 발아율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
For the last few decades, much research has been tried to improve crop’s characteristics such as crop yield, quality, seeding period and environmental adaptability. In this paper, the effect of nanobubbles on the germination rate of barley seed is experimentally investigated. The air nanobubb...
For the last few decades, much research has been tried to improve crop’s characteristics such as crop yield, quality, seeding period and environmental adaptability. In this paper, the effect of nanobubbles on the germination rate of barley seed is experimentally investigated. The air nanobubble was generated in water by gas-liquid mixing method. The results were shown that the mean diameter and concentration of nanobubble fabricated in DI water are 133 ㎚ and 8.59✕108 particles/㎖, respectively. Also, the seed germination rate for the nanobubble water was approximately 40 % higher than that of pure water.
For the last few decades, much research has been tried to improve crop’s characteristics such as crop yield, quality, seeding period and environmental adaptability. In this paper, the effect of nanobubbles on the germination rate of barley seed is experimentally investigated. The air nanobubble was generated in water by gas-liquid mixing method. The results were shown that the mean diameter and concentration of nanobubble fabricated in DI water are 133 ㎚ and 8.59✕108 particles/㎖, respectively. Also, the seed germination rate for the nanobubble water was approximately 40 % higher than that of pure water.
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문제 정의
확대가 요구되고 있는 실정이다. 따라서 많은 연구자들이 다양한 관점에서 곡물류 식용 작물의 수확량, 품질, 파종 시기, 환경 적응력 등을 향상시키기 위한 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 초미세버블이 보리종자의 발아에 미치는 영향에 대해 살펴보았다.
따라서, 본 연구에서는 증류수 내에 기-액 혼합 방법을 이용해 초미세버블을 생성하고, 생성된 초미세버블 혼합 증류수가 보리 종자의 발아 특성에 미치는 영향을 살펴보았다.
따라서 많은 연구자들이 다양한 관점에서 곡물류 식용 작물의 수확량, 품질, 파종 시기, 환경 적응력 등을 향상시키기 위한 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 초미세버블이 보리종자의 발아에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 증류수 내에 생성된 초미세버블의 평균 직경과 개체수는 각각 133 ㎚, 8.
제안 방법
본 연구에서는 40 ㎖ 바이알(Wheaton, USA)에 3차 증류수 20 ㎖를 넣고, 상온에서 2 시간 동안 초미세버블을 생성하였다. 또한 nanoparticle tracking analysis (NTA) 기법(NanoSight LM10-HSBFT14 with 405 ㎚ blue laser, Quantum Design Korea, Korea)을 통해 생성된 초미세버블의 직경과 개체수를 측정하였다. NTA 기법에서는 초미세버블에 레이저를 조사하여 Brownian motion에 의해 움직이는 초미세버블을 가시화하고, CCD 카메라로 영상을 녹화하였다.
농도가 8 ㎎/L로 일치하는 것을 확인하였다. 또한, 종자를 50개씩 선별해 두 그룹으로 나누어 3반복으로 시험하였고, 각 그룹의 보리종자를 스펀지 위에 고정하였다. 이 후, 한 그룹은 초미세버블 혼합 증류수(40 ㎖)에 침지시켰으며, 다른 그룹은 3차 증류수(40 ㎖)에 침지시켰다.
초미세버블 혼합 3차 증류수는 공기와 증류수가 담긴 용기를 혼합하는 기-액 혼합 장치를 통해 생성되었다. 본 연구에서는 40 ㎖ 바이알(Wheaton, USA)에 3차 증류수 20 ㎖를 넣고, 상온에서 2 시간 동안 초미세버블을 생성하였다. 또한 nanoparticle tracking analysis (NTA) 기법(NanoSight LM10-HSBFT14 with 405 ㎚ blue laser, Quantum Design Korea, Korea)을 통해 생성된 초미세버블의 직경과 개체수를 측정하였다.
초미세버블이 보리종자의 발아 특성에 미치는 영향을 살펴보기 위해, 3차 증류수와 초미세버블을 생성시킨 3차 증류수를 사용하였다. 초미세버블 혼합 3차 증류수는 공기와 증류수가 담긴 용기를 혼합하는 기-액 혼합 장치를 통해 생성되었다.
보리종자를 침지시킨 후, 12 시간마다 20 ㎖의 초미세버블 혼합 증류수와 3차 증류수를 보충하여 종자가 마르는 것을 방지하였다. 침지법에서는 수분이 종자의 외피를 뚫고 내부로 침투하는데 12 시간 걸리는 관계로(Yu et al., 2014), 발아 여부 관찰은 침지시키고 12 시간 이후부터 6 시간 간격으로 진행하였다. 또한, 종자의 발아 여부는 유근의 존재가 육안으로 확인하여 그 길이를 측정할 수 있는 종자를 발아한 것으로 판별하였다(Rusan et al.
대상 데이터
여섯 줄 보리의 품종명은 혜강 겉보리이며 파성이 Ⅱ인 춘파형 겉보리이다. 보리 종자는 국립식량과학원에서 제공받았으며, 변색되거나 도정 작업 중 흠결이 발생한 종자를 제외하고, 일정한 크기의 종자들을 선별하였다.
본 연구에서는, 초미세버블이 종자의 발아에 미치는 영향을 조사하기 위해, 여섯줄보리종자를 사용하였다. 여섯 줄 보리의 품종명은 혜강 겉보리이며 파성이 Ⅱ인 춘파형 겉보리이다.
데이터처리
실험 결과의 정확한 분석을 위해 각 측정 시간대 별로 일원 배치 분산분석을 실시하였다. 일원배치분산분석 결과 24 시간을 제외한 나머지 결과에서 p값이 유의수준인 0.
이론/모형
NTA 기법에서는 초미세버블에 레이저를 조사하여 Brownian motion에 의해 움직이는 초미세버블을 가시화하고, CCD 카메라로 영상을 녹화하였다. 결과적으로 획득한 영상으로부터 초미세 버블의 확산 계수, Dt를 측정하고, 이를 Stokes-Einstein 공식 (식 1)에 대입하여 초미세버블의 반지름을 계산하였다.
성능/효과
33%로 약 2배 정도 높은 발아율을 보였다. 또한 36 시간 경과 후에는 초미세버블 혼합 증류수와 일반 증류수에서 각각 85.33%, 56.66% 의 발아율을 보여 초미세버블은 보리종자의 초기 발아과정에서 큰 영향을 미침을 알 수 있다.
저자들은 초미세버블에 의해 발아율이 15-20% 정도 향상됨을 보여주었다. 또한, NMR을 이용하여 초미세버블이 형성된 물의 mobility는 그렇지 않은 물에 비해 높음을 확인하였으며, 이러한 사실이 생명체의 생리 활동을 향상시키는데 기여할 것이라고 결론지었다. 또한 초미세버블 혼합 증류수에는 일반 증류수보다 많은 활성산소가 존재하며, 과농도의 활성산소는 식물 성장에 부정적 영향을 주지만 초미세버블의 활성산소 농도는 종자의 발아속도의 향상에 도움을 준다는 사실이 발표된 바 있다(Liu et al.
, 2014). 마지막으로 보리 종자가 침지된 물의 온도는 보리종자 발아실험이 종료될 때까지 20℃로 일정하게 유지하였다.
(2008)은 발아 과정 중 노출되는 빛의 파장 길이를 달리 하는 실험을 진행하였다. 발아된 종자들을 RT-PCR기법을 사용하여 분석해 노출되는 빛의 종류에 따라 특정 유전 형질의 발현량에 차이가 있고, 유전형질의 발현량 차이가 발아속도에 영향을 준다는 결론을 얻었다. 또한, Högy et al.
보리종자 발아실험을 진행하기에 앞서, 용존산소 농도 측정기(In Lab 605 O2- sensor, 메틀러 토레도 코리아, 한국)를 사용하여 초미세버블 혼합 증류수의 용존산소 농도와 3차 증류수의 용존산소 농도가 8 ㎎/L로 일치하는 것을 확인하였다. 또한, 종자를 50개씩 선별해 두 그룹으로 나누어 3반복으로 시험하였고, 각 그룹의 보리종자를 스펀지 위에 고정하였다.
이 후, 한 그룹은 초미세버블 혼합 증류수(40 ㎖)에 침지시켰으며, 다른 그룹은 3차 증류수(40 ㎖)에 침지시켰다. 보리종자를 침지시킨 후, 12 시간마다 20 ㎖의 초미세버블 혼합 증류수와 3차 증류수를 보충하여 종자가 마르는 것을 방지하였다. 침지법에서는 수분이 종자의 외피를 뚫고 내부로 침투하는데 12 시간 걸리는 관계로(Yu et al.
세부적인 시간대별 초미세버블과 보리종자의 발아간의 관계를 비교하면 18 시간 전후의 유의성이 실험 기간 중 가장 높은 수치(p=0.001)로 나타났으나 바로 다음 측정 시간대인 24 시간에서는 가장 낮은 유의성(p=0.157)을 보임을 알 수 있다. 이후, 시간이 경과할수록 유의성을 회복하는 경향을 확인할 수 있으며, 30 시간(p=0.
89✕108 particles/㎖로 나타났다. 이로부터, 생성된 초미세버블은, 보리종자 발아실험이 진행되는 36 시간 동안, 완전히 사라지지 않고 안정적으로 존재하고 있음을 알 수 있었다.
157)을 보임을 알 수 있다. 이후, 시간이 경과할수록 유의성을 회복하는 경향을 확인할 수 있으며, 30 시간(p=0.0481), 36 시간(p=0.030)에는 p<0.05 범위 내로 측정되어 초미세버블이 보리종자의 발아 속도 향상과 연관되어 있음을 나타낸다. 이러한 결과들로부터 초미세버블의 존재는 보리종자의 발아초기 단계에서 종자의 발아속도와 깊은 상관관계를 가짐을 알 수 있다.
분산분석을 실시하였다. 일원배치분산분석 결과 24 시간을 제외한 나머지 결과에서 p값이 유의수준인 0.05보다 낮게 나타남을 확인할 수 있었다. 이는 초미세버블의 존재가 보리 종자의 발아 속도 향상에 유효한 효과를 미치고 있음을 의미한다.
(2013)은 초미세 버블을 먹인 쥐와 그렇지 않은 쥐를 이용해 초미세버블이 동물 성장에 미치는 효과를 실험하였다. 저자들은 산소 초미세 버블을 마시며 자란 쥐들이 일반 물을 마신 쥐들보다 빠르게 성장함을 확인하였으며, 이로부터 산소 초미세버블이 동물의 성장에 긍정적 작용을 한다는 결론을 내렸다. 이렇듯 초미세버블이 생명체의 생리현상에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 현상이 거듭 보고되고 있음에도 불구하고, 아직까지 관련 현상에 대한 명확한 메커니즘이 밝혀지지 않고 있다.
(2013)에 의해 초미세 버블이 보리종자의 발아율을 증가시킨다는 결과가 보고된 바 있다. 저자들은 초미세버블에 의해 발아율이 15-20% 정도 향상됨을 보여주었다. 또한, NMR을 이용하여 초미세버블이 형성된 물의 mobility는 그렇지 않은 물에 비해 높음을 확인하였으며, 이러한 사실이 생명체의 생리 활동을 향상시키는데 기여할 것이라고 결론지었다.
본 연구에서는 초미세버블이 보리종자의 발아에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 증류수 내에 생성된 초미세버블의 평균 직경과 개체수는 각각 133 ㎚, 8.59✕108 particles/㎖였으며, 초미세 버블 혼합 증류수는 일반 증류수에 비해 보리종자 발아율을향상시킬 수 있음을 확인하였다.
초미세버블 혼합 증류수와 일반 증류수의 발아율을 살펴보면, 초미세버블 함유 증류수의 경우에서 일반 증류수보다 더 높은 발아율을 나타내는 것을 알 수 있다. 초미세버블 혼합 증류수의 경우, 일반 증류수에 비해 처리 18 시간 경과 후에는 초미세버블 혼합 증류수 처리에서 30.66%, 일반 증류수 처리에서 15.33%로 약 2배 정도 높은 발아율을 보였다. 또한 36 시간 경과 후에는 초미세버블 혼합 증류수와 일반 증류수에서 각각 85.
후속연구
, 2014). 그러나 아직까지 초미세버블이 종자의 발아 메커니즘에 미치는 영향에 대해 명확하게 알려진 바가 없어 관련 분야에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
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