[논문]중금속 스트레스에 대한 수생식물 5종의 엽록소형광 반응

오순자; 진국림; 고석찬

중금속 스트레스에 대한 수생식물 5종의 엽록소형광 반응 원문보기

오순자 (제주대학교 생명과학과.기초과학연구소) , 진국림 (제주한림여자중학교) , 고석찬 (제주대학교 생명과학과.기초과학연구소)

중금속에 대한 식물의 내성여부와 중금속 스트레스하에서 식물의 생리적 특성을 파악하기 위해 좀개구리밥, 생이가래, 은행이끼, 수련, 부들 등 5종의 식물을 대상으로 카드뮴(Cd$^{2+}$)의 농도를 달리하여 처리한 후 시간별로 식물의 광합성효율을 분석하였다. 그 결과 좀개구리밥는 카드뮴에 가장 민감하게, 생이가래와 은행이끼 등은 조금 민감하게 반응하였으며, 수련 등은 다른 식물종에 비해 덜 민감한 것으로 나타나고 있다. 좀개구리밥은 카드뮴 농도가 증가할수록 정상적인 O-J-I-P 곡선에서 J, I, P의 값이 큰 폭으로 떨어지고 있으며, 이는 카드뮴 농도가 증가할수록 명반응 중심이 손상을 입거나 어떤 원인에 의해서 불활성됨으로써 광합성 효율 즉 Fv/Fm의 감소를 일으키기 때문이다.

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문제 정의

본 연구에서는 엽록소형광 분석과 형광이미지 분석을 통해 중금속 스트레스 하에서 식물의 내성 여부와 생리적 특성을 파악하기 위해 좀개구리밥, 생이가래, 은행이끼, 수련, 부들 등 5종의 수생식물을 대상으로 카드뮴 (Cd²⁺)의 농도를 달리하여 처리하고 5일 동안 배양하면서 Fv/Fm 형광이미지와 PSⅡ의 광화학 효율을 분석하였다.
본 연구에서는 제주도 자생 수생식물들 - 좀개구리밥, 은행이끼, 부들, 수련, 생이가래 등을 대상으로 카드뮴에 대한 엽록소형광 반응을 관찰하여, 수생식물의 환경 적응성을 알아보고 환경 지 표로서의 활용가능성을 살펴 보았다.

제안 방법

일정한 배양환경에서 생육하고 있는 좀개구리밥을 대상으로 카드뮴의 농도 (0, 10, 50, 100μM)를 달리하여 처리한 후 시간별로 식물의 광합성효율과 엽록소형광의 동력학적 변화를 제시하였다. 그 결과, Fo, Fm, Fv/Fm 형광이미지를 살펴보면 10nM 카드뮴에서는 대조구와 큰 차이를 보이지 않았으나 50μM 이상의 농도에서는 형광이미지가 크게 감소하였으며 전체적으로 파란색을 띄고 있어 식물이 스트레스를 받고 있음을 알 수 있다.
중금속에 대한 식물의 내성여부와 중금속 스트레스하에서 식물의 생리적 특성을 파악하기 위해 좀개구리밥, 생이가래, 은행이끼, 수련, 부들 등 5종의 식물을 대상으로 카드뮴 (Cd²⁺)의 농도를 달리하여 처리한 후 시간별로 식물의 광합성효율을 분석하였다. 그 결과 좀개구리밥는 카드뮴에 가장 민감하게, 생이가래와 은행이끼 등은 조금 민감하게 반응하였으며, 수련 등은 다른 식물종에 비해 덜 민감한 것으로 나타나고 있다.

대상 데이터

좀개구리밥 (Lemna paucicostata), 생 이가래 (Saluinia natans), 은행이끼(Ricciocarpus natans), 수련 (Nymphaea tetragond), 부들 (Typha orientalis) 등의 수생식물들을 대상으로 실험을 수행하였으며, 배양액에 카드뮴 (Cd²⁺)의 농도 (0, 10, 50, 100, 200µM)를 달리하여 처리한 후 배양시간을 달리하여 25±1℃, 14L/10D 조건에서 배양하였다.

이론/모형

Photon System Instruments, Czech)를 이용하여 측정하였다. 그리고, O-J-I-P곡선 (polyphasic rise of Chi a fluorescence transients)은 Strasser와 Strasser(1995)의 방법에 따라 Plant Efficiency Analyzer (PEA; Hansatech Instrument Ltd., UK)를 이용하여 측정하였다.
형광이미지분석은 Nedbal 등 (2000)의 방법에 따라 Imaging Fluorometer (FluorCam 700MF, Photon System Instruments, Czech)를 이용하여 측정하였다. 그리고, O-J-I-P곡선 (polyphasic rise of Chi a fluorescence transients)은 Strasser와 Strasser(1995)의 방법에 따라 Plant Efficiency Analyzer (PEA; Hansatech Instrument Ltd.

성능/효과

농도를 달리하여 처리한 후 시간별로 식물의 광합성효율을 분석하였다. 그 결과 좀개구리밥는 카드뮴에 가장 민감하게, 생이가래와 은행이끼 등은 조금 민감하게 반응하였으며, 수련 등은 다른 식물종에 비해 덜 민감한 것으로 나타나고 있다. 좀개구리밥은 카드뮴 농도가 증가할수록 정상적인 O-J-I-P 곡선에서 J, I, P의 값이 큰 폭으로 떨어지고 있으며, 이는 카드뮴 농도가 증가할수록 명반응 중심이 손상을 입거나 어떤 원인에 의해서 불활성됨으로써 광합성 효율 즉 Fv/Fm의 감소를 일으키기 때문이다.
제시하였다. 그 결과, Fo, Fm, Fv/Fm 형광이미지를 살펴보면 10nM 카드뮴에서는 대조구와 큰 차이를 보이지 않았으나 50μM 이상의 농도에서는 형광이미지가 크게 감소하였으며 전체적으로 파란색을 띄고 있어 식물이 스트레스를 받고 있음을 알 수 있다. 그리고, 여러 카드뮴(Cd²⁺) 농도에서 좀개구리밥의 O-J-I-P 곡선의 패턴을 나타낸 그래프를 보면, 카드뮴 농도가 증가할수록 J, I, P값이 크게 감소하고 있으며, 특히 P-단계에서는 형광세기(Fp)가 큰 폭으로 감소하였다.
그 결과, Fo, Fm, Fv/Fm 형광이미지를 살펴보면 10nM 카드뮴에서는 대조구와 큰 차이를 보이지 않았으나 50μM 이상의 농도에서는 형광이미지가 크게 감소하였으며 전체적으로 파란색을 띄고 있어 식물이 스트레스를 받고 있음을 알 수 있다. 그리고, 여러 카드뮴(Cd²⁺) 농도에서 좀개구리밥의 O-J-I-P 곡선의 패턴을 나타낸 그래프를 보면, 카드뮴 농도가 증가할수록 J, I, P값이 크게 감소하고 있으며, 특히 P-단계에서는 형광세기(Fp)가 큰 폭으로 감소하였다.
배양 5일 후 Fv/Fm 형광이미지를 분석한 결과, 카드뮴에 민감한 순서는 좀개구리밥, 생이가래, 은행이끼, 부들 순이며 수련은 다른 종에 비해 덜 민감한 것으로 조사되었다. 10/μM 카드뮴에서는 대조구와 큰 차이를 보이지 않았으나 50/μM 이상의 농도에서는 종에따라 차이가 있었다.

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