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[환경생물학] 황산화물이 식물에 미치는 영향 측정

Ⅰ. Introduction1. 황의 순환황의 순환은 일반적으로 질소의 순환에 의한 것보다는 토양의 산성도 결정에 미치는 영향이 적다. 그러나 일부 환경, 즉 습지에서 물이 빠져나갔을 때 많은 양의 황이 공기와 접촉하면서 산화될 수 있으며, 또한 황철광(pyrite)이 풍부한 토양에서도 역시 황의 산화가 활발히 일어나게 된다. 이러한 환경에 우세하게 존재하는 환원된 상태의 황(S2-)은 호기성의 화학독립영양세균(chemoautotrophic bacteria)에 의하여 황산이온(SO42-)으로 산화되며, 질소의 경우와 유사하게 SO42-가 직접 대기중으로부터 혹은 인위적 요인으로 토양에 유입되어 식물에 이용될 때는 H+의 순소모(net consumption)을 유발하므로 토양 산성도의 감소를 초래한다.2. 각종 이온의 침출투수가 잘 되는 일반적인 토양에서 음이온(SO42-, NO3-, Cl-)들의 침출은 상당히 빠르게 일어나고 결국 지하수로 유입되게 된다. 황산이온(SO42-)의 경우 새로이 생성된 토양일수록 침출이 쉽게 일어나는데 이것은 대기로부터 유입되는 SO42-에 의해 토양의 SO42- 흡착능력(sulfate adsorption capacity)이 쉽게 포화될 수 있음을 의미한다.토양의 NO3- 흡착능력은 SO42- 흡착능력에 비교해 볼 때 거의 무시해도 좋을 정도로 낮다. 그러므로 NO3-가 비록 식물이 흡수할 수 있는 형태의 질소라 할지라도 이러한 형태, 즉 질산염 형태의 비료는 큰 효과를 내지 못하고 침출되어 지하수의 오염만 가중시키게 된다. 그럼에도 불구하고 일부 토양에서는 주어진 질소의 상당부분이 침출되지 않고 토양에 남아 있는 경우가 있는데 이러한 경우 질소는 토양에 직접 흡착된 것이 아니라 유기퇴적물(detritus)을 분해하는 미생물에 흡수되어 유기질소(organic-N)로 변환되었기 때문이다. 일반적으로 유기퇴적물, 즉 동식물의 사체나 배설물들은 탄소/질소 비율 (C/N ratio)이 대단히 높으므로 이를 분해하는 미생물들은 일종의 질소 Mg2+은 각각 CaCO3, MgCO3과 같은 토양성분 또는 실리카 화합물로부터 용해되어 나오거나, H+와의 양이온 교환(cation exchange)에서 유래한다. 이 모든 경우에서 2가(divalent) 양이온의 유실은 결국 토양의 산 중화 능력(acid-neutralizing capacity)을 감소시키고 쉽게 산성화되는 경향을 나타내게 해준다.3. 토양의 완충작용토양은 강우나 담수환경에 비하여 상당한 완충능력(buffering capacity)을 지니고 있으며 이로 인하여 산성 강하물과 함께 유입되는 H+의 영향을 적데 받는 특징을 지니고 있다. 예를 들어 토양의 탄산염 광물질과 알루미늄 성분들은 각각 다음과 같은 반응을 통하여 급속한 산성화를 늦춰주는 완충작용을 한다.CaCO3 + 2H+ -> Ca2+ + CO2 + H2OAlOH2+ + H+ -> Al3+ + H2OpH가 5.0이하인 토양에서는 Al3+이 알루미늄의 주된 형태이므로 이 반응은 산성화가 이미 진행된 토양에서 중요하다. 마찬가지로 pH 완충작용에 관여하는 그 밖의 요인들도 pH에 따라 작용범위가 다르게 나타난다.완충물질pH 작용범위탄산염 미네랄6.2~8.0규산염5.0~6.2토양의 양이온 교환능력4.2~6.2알루미늄3.0~5.0토양의 부식질3.0~5.0철2.4~3.8토양의 완충작용에 관여하는 물질과 작용범위4. 용질의 농도토양 간극수중에 존재하는 용질의 농도가 높을수록 즉, 삼투농도(osmolarity)가 높을수록 토양입자의 양이온 교환기 표면으로부터 많은 양의 H+가 떨어져 나오며 이는 토양의 산성도를 증가시키는 역할을 한다. 따라서 지리적 위치와 계절에 따라 유입되는 용질의 양이 달라지는 자연 토양에서도 pH 변화가 나타나게 되며 해양에 근접한 토양에서 물보라(sea spray)를 통하여 다량 유입된 용질에 의해 내륙토양보다 낮은 pH를 나타내는 현상을 예로 들 수 있다. 이러한 현상은 또한 토양의 pH를 측정하는 방법에 있어서도 차이점을 유발하는데 토양을 증류수로 추출한 경우가 표준화수 없는 자연적 현상이다. 그러나 오랜 기간을 놓고 볼 때 식물에 의한 흡수는 유기물과 결합된 형태의 양이온들이 식물체가 죽으면서 미생물에 의한 분해를 통해 다시 토양으로 되돌아가므로 제거되는 것은 아니다. 하지만 삼림의 천이(succession)가 활발하게 일어나는 기간을 놓고 본다면, 이 기간 중에는 식물의 생체량이 지속적으로 증가하고 있으며 이는 결국 유기물의 축적, 즉 양이온들이 식물체에 순축적(net accumulation)되는 것을 의미하므로 토양의 산성화가 서서히 진행되게 된다. 이때 만약 식물을 수확함으로써 토양으로부터 제거한다면, 식물체에 축적된 양이온들이 토양으로 다시 돌아갈 기회를 영원히 잃게 되고 산성화는 급속도로 진행된다. 이러한 경우 토양 pH의 복구를 위해서는 석회나 비료의 투여가 필수적이다.그러므로 자연적 산성화를 배제한 산성강하물만에 의한 토양의 산성화 정도를 자연상태에서 파악하기란 쉽지 않다. 이러한 실험적 어려움에도 불구하고 유사한 조성을 지니는 토양중에서 산성강하물이 비교적 많이 내리는 지역과 그렇지 않은 지역의 같은 지점을 수 십년에 걸쳐 조사한 결과, 부식질이 풍부한 표층(A horizon)에서의 산성화는 주로 생물에 의한 양이온의 흡수에 의해서, 그리고 저층(B and C horizon)에서의 산성화는 산성강하물에 의해서 일어나는 것으로 나타났다.6. 대기오염이 동식물 및 재물에 미치는 영향1) 동물에 미치는 영향대기오염에 있어서 동물은 사람과 거의 마찬가지로 피해를 받지만, 양과 소는 불소화합물에 대해서 특히 예민하다. 불소가 배출되는 지역에서는 불소가 풀에 축적되어 이러한 목초를 뜯어 먹는 동물의 이가 손상되어 소화효율이 떨어지거 나아가 더 이상 먹을 수가 없게 된다. 또한, 불화수소가 뽕나무 잎에 침착되면 반점이 생겨 누에 사료로서 부적당하고, 이를 먹은 누에는 소화기 장해를 일으켜 발육이 늦어지며 수량이 줄어든다. 공장이 밀집해 있는 지역인 경우, 닭은 사란률과 젖소의 착유량이 저하된다는 보고도 있다.2) 식물에는 급격한 피해를 나타내는 일은 없고, 광합성의 방해 등 만성적인 피해만 준다. 이에 반하여 유해가스는 급격한 반응을 나타내어 큰 피해를 줌으로 크게 문제시 된다. 이러한 가스로서는 SO2, SO3, 황산미스트, 불소 및 그 화합물, H2S, NH3, O3, NOx, 및 HC 등을 들 수 있다. 식물에 영향을 주는 정도는 가스의 종류, 농도, 접촉시간, 식물의 종류 외에 접촉시의 태양광선의 유무, 기온, 습도 등의 기상조건이나 계절차, 또는 낮과 밤의 시간에서 영향을 받는 식물의 활동상황, 식물의 생육기 등에 따라서도 크게 차이가 있다.식물피해의 대부분은 SO2에 의한 것이라고 생각된다. SO2에 의한 피해는 주로 식물의 호흡생리에 관계된다. 잎의 기공과 배수공으로 침입한 SO2는 엽록소를 환원적으로 탈색시켜 광합성작용을 저해하여 유해한 α-Oxysulfonic acid가 형성되어 이 물질이 세포의 파괴작용을 한다. 피해를 입은 부위는 수분을 잃고 건조되어 얇게 되고 황갈색 내지 회백색으로 퇴색한다. 보통은 백화현상에 의하여 잎에 특유의 반점이나 줄무늬 모양이 발생하고 좀 심하면 잎이 떨어지며 말라죽기도 한다. 반점이 나타나는 경향으로는 SO2와 NO2는 맥간반점, Cl2와 HF는 엽록반점, O3는 전면 점반점이 생기는 것으로 알려졌다. 자주개자리(Alfalfa, 목초의 하나)는 SO2에 아주 약하여 SO2의 지표식물로 이용된다. 0.4ppm에서 7시간 접촉시키면 영향이 나타난다. 다른 식물도 1.0ppm이 넘으며 피해가 나타난다.한편, 불소화합물(불화수소 등)은 기공을 통하여 잎의 내부로 들어가 SOx와는 달리 잎의 끝이나 주변으로 운반되어 축적되고 일정량 이상의 되면 탈수작용이 일어나 세포가 파괴된다. 이들은 낮은 농도에서도 식물에 피해를 주며, 새싹에도 현저한 피해를 입힌다. 파괴돈 부분은 건조하여 황갈색 내지 농갈색으로 변화하며, 대기중 농도가 1ppm이 넘으면 식물에 미치는 영향이 크다.광하학적 산화물(photochemical oxidants)로서 O해정도는 기공의 개폐, 증산작용의 대소 등에 관계된다. 오전에 의한 식물의 피해기전은 그 강력한 사화작용에 의한 것으로서 엽록소의 파괴, 동화작용의 억제, 효소작용의 저해를 일으키는 것이 원인이라고 생각된다. 특히 PAN이나 aldehyde(0.2ppm 이상) 등에 의한 시금치, 상치, 샐러리 등 야채류에 피해가 많은데, 처음에는 기공 주위의 해면상 조직이 침해되고 잎의 밑부분이 은색 내지 청동색으로 되며, 점차로 잎 전체로 퍼져 잎의 윗부분에 백색 반점이 나타난다.한편, 대기오염의 원인을 명확하게 하기 위해서는 발생원의 조사와 함께 대기중의 오염 가스농도의 측적이 중요하다. 타지방 식물을 이용하는 감정법도 유력하다. 아황산가스와 Alfalfa나 이끼류, 불화물과 글라디오러스, 에티렌과 토마토의 곷 등은 오염물에 대해서 민감해 정량적인 관계가 있다. 이들은 현지에 심지어 피해징조를 조사해, 환경오염의 지표식물로 이용한다. 이 경우 식물 고유의 병이나 기후의 변화, 토양의 성질 등에 의한 영향을 구별할 필요가 있다.가. 급성피해 증상① 엽록소의 급속한 파괴나 세포 괴사 등의 증상이 나타난다.② 식물의 종류에 따라 피해는 다르나 활엽식물은 0.3~0.5ppm 정도에서 장시간 노출되었을 때 잎의 연벽부나 잎맥 사이가 불규칙적으로 나타난다.③ 침엽수는 잎이 적갈색으로 변하고 조직의 수축 및 낙엽현상이 나타나며, 대체로 수세가 약화되고 성장이 저해되는 현상이 있다.④ 여름에는 잎의 끝부분에서 조직의 괴사가 시작하여 아래쪽으로 진행되면서 잎의 끝 부분, 중간, 기부만이 상해를 입히는 경우가 많다.⑤ 겨울에는 전체적인 황화 현상이 나타나며 피해가 심한 잎은 황갈색 증상이 나타나는데, 이같은 증상은 단자엽식물 또는 활엽수에서 평행막 사이의 조직이 피해를 입어 마치 잎에 줄을 그어놓은 듯한 모양을 나타내는 것이 특징이다.나. 만성적 피해증상만성피해는 저농도의 아황산가스에 장시간 노출되어 엽록소가 서서히 붕괴되어 황화 현상이 나타나는 경우를 말한 것으로 그 증상은 다음과 같다. 본다.

자연과학| 2008.09.03| 6페이지| 1,500원| 조회(1,309)

식물, 영향, 피해, 황, 산성화

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[환경생물학] 춘화처리

Ⅰ. Introduction1. 춘화처리 : 저온처리에 의한 개화 촉진춘화처리(vernalization)는 충분히 수화한 종자나 자라는 식물체에서 저온처리를 하면 개화가 촉진되는 과정이다. 건조한 종자는 저온처리에 반응하지 않는다. 저온처리를 하지 않으면 춘화처리를 필요로 하는 식물체는 개화가 지연되거나 영양기에 머물게 된다. 많은 경우에 이들 식물들은 줄기가 신장하지 않고 로제트형으로 자란다.로제트는 월년성(越年性) 초본식물에서 볼 수 있다. 가을에 이루어져서 겨울의 추위에 잘 견디면서 생활한다. 이듬해 봄 민들레와 같이 잎이 없는 꽃줄기만을 추출하는 것이 있는가 하면 달맞이꽃이나 개망초류와 같이 높게 뻗어 자란 줄기에 많은 잎을 착생하는 것도 있다.2. 춘화처리는 경단분열조직에 개화 분화수용력을 부여한다.식물들은 춘화처리에 민감하게 되는 나이가 상당히 다르다. (가을에 파종하고 다음해 여름에 개화하는) 곡류의 월동형과 같은 월년생식물들은 생활사 초기에 매운 빨리 저온에 반응한다. 이들은 만약 종자가 침윤되고 대사적으로 활성을 가지면 발아 이전에 춘화처리된다. (파종한 첫 계절 동안에는 로제트형으로 자라고 다음 해 여름에 꽃이 피는) 대부분의 이년생식물들을 포함하는 다른 식물들은 춘화처리를 위해 저온에 민감하게 되기 전에 최소한의 크기에 도달해야 한다.춘화처리를 위한 효과적인 온도 범위는 빙점 약간 미만에서부터 10℃까지이며, 1~7℃ 사이의 넓은 최적치를 갖는다(Lang 1965). 저온의 효과는 반응이 포화될 때까지 저온처리의 기간에 따라 증가한다. 이 반응이 나타나기 위해서는 흔히 저온에 수 주간 노출되어야 할 필요가 있지만 종과 품종에 따라서 정확한 지속기간은 크게 달라진다.춘화처리는 고온과 같은 탈춘화 조건에 노출되면 소실될 수 있으나, 저온에 오랫동안 노출될수록 춘화처리효과는 더욱 영구적이 된다.춘화처리는 경단분열조직에서 주로 일어나는 것 같다. 국부적인 저온처리를 경단에 했을 경우에만 개화를 야기했으며, 이 효과는 식물의 나머지 부분이 겪은 온도와는 무관한 것 같다. 분리한 경단은 성공적으로 춘화처리되었으며, 종자의 춘화처리도 가능할 때는 기본적으로 줄기의 정단을 포함하는 배 부분이 저온에 민감하다.발달로 표현하자면, 춘화처리는 분열조직이 화성전이를 할 수 있는 분화수용력을 획득하는 것이다. 하지만, 이 장에서 미리 논의한 바와 같이 개화의 분화수용만으로 개화가 일어난다는 것은 보장할 수는 없다. 춘화처리의 필요성은 흔히 특별한 광주기의 필요성과 짝지어진다.(Lang 1965) 가장 일반적인 조합은 저온처리의 필요성 다음에 장일의 필요성이 뒤따르는 것이다. 이 조합으로 고위도에서 초여름에 개화가 일어난다. 탈춘화가 일어나지 않는 한 춘화처리된 분열조직은 유도성 광주기 없이도 300일 동안이나 개화할 수 있는 분화수용력을 유지한다.3. 춘화처리에는 유전자 발현의 후성적 변화가 포함된다.춘화처리가 일어나기 위해서는, 저온처리 시 능동적 대사가 필요하다는 점을 명기하는 것이 중요하다. 에너지원(당)과 산소가 필요하며, 대사활성이 억압되는 빙점 이하의 온도는 춘화처리를 위해 효과적이 아니다. 또한 세포분열과 DNA 복제도 필요한 것 같다.춘화처리가 어떻게 분화수용에 영향을 미치는가에 대한 한 모델은 저온처리 후에 분열조직의 유전자 발현 패턴이 안정적으로 변화한다는 것이다. 변화를 일으키는 신호(이 경우에는 저온)가 제거되더라도 안정한 유전자 발현의 변화를 후성적 조절(epigenetic regulaiton)이라고 한다. 효모에서 포유류까지 많은 생물체에서 유전자 발ㄹ현의 후성적 변화가 일어나기 위해서는 춘화처리의 경우와 마찬가지로 세포분열과 DNA 복제가 필요하다.춘화처리 과정에 후성적 조절이 참여한다는 사실은 LDP인 애기장대에서 확인되었다. 개화를 위해서 춘화처리와 상일을 모두 필요로 하는 애기장대의 월년생 생태형에서 FLOWERING LOCUS C(FLC)라고 하는 개화의 억제인자로 작용하는 유전자가 발견되었다. FLC는 춘화처리하지 않은 경단분열조직에서 고도로 발현된다. 춘화처리 후에, 식물 생활주기의 나머지 동안 미지의 메커니즘에 의해 이 유전자는 후성적으로 차단되어 장일에 따른 개화가 일어나게 된다. 하지만, 다음 세대에서 유전자는 다시 켜지고 저온처리에 대한 필요성을 회복한다. 따라서 애기장대에서 FLC 유전자의 발현 상태는 분열조직의 분화수용력의 주요한 결정요인이다.4. 춘화처리의 구분춘화처리는 처리온도와 처리시기 등에 따라 다음과 같이 구분한다. 월동하는 작물의 경우는 대체로 1~10℃의 저온에 의해서 춘화가 되는데 이것을 저온춘화라고하며 콩 같은 단일식물은 비교적 고온인 10~30℃의 온도처리가 유효한데 이것을 고온춘화라고 한다. 일반적으로 고온춘화보다는 저온춘화가 결정적이며 춘화처리라고 하면 보통은 저온춘화를 가리킨다.꽃이 피고 열매가 맺는 것은 식물에게는 생존에 절대적으로 중요한 문제이므로 추운 겨울을 지난 다음에 꽃눈을 형성하여 꽃을 피우는 것은 오랜 기간 동안 살아오면서 터득한 생존수단이다. 이와 같이 식물은 온도에 감응할 수 있는 시기에 따라 종자춘화형과 녹식물춘화형으로 나눌 수 있다.즉 춘화처리에 알맞은 시기는 작물에 따라서 다른데, 종자에 처리하는 것을 종자춘화형식물(種子春花型植物)이라고 하며 추파맥류, 완두, 잠두, 봄무 등이이에 속한다. 녹체기에 처리하는 작물은 녹식물춘화형식물(綠植物春花形植物)이라고 하며, 양배추/히요스등이 이에 속한다.한편 춘화처리의 효과가 안정되지 않는 작물도 있는데 이러한 작물을 비춘화처리형이라고 한다. 추파맥류는 종자춘화형식물로서 최아종자를 저온처리하면 봄에 파종하여도 좌지현상이 방지되고 정상적으로 출수하게 된다.구분채소저온춘화형종자춘화형배추, 무, 순무, 완도, 잠두 등녹식물춘화형양배추, 셀러리, 파, 양파, 당근, 우엉, 콜리플라위, 브로콜리 등고온춘화형상추, 부추, 염교 등※ 배추, 무 등의 종자춘화형 채소는 종자 상태 이후부터 언제라도 저온을 받으면 화아가 분화되고, 양배추, 양파 등의 녹식물춘화형 채소는 식물체가 일정한 크기로 성장한 이후에 저온을 받아야 화아가 분화된다. 상추, 부추 등은 고온에 의하여 화아가 분화되므로 여름재배가 어렵다.? 종자춘화형 (종자반응형, seed vernalization type)은 종자가 물을 흡수하여 배(embryo)가 움직이기 시작한 이후 어느 시기에나 저온에 노출되면 생육상 전환이 일어나 꽃대가 올라오면서 꽃이 피는 형을 말한다.무, 배추, 보리, 밀을 봄 일찍 파종하면 저온에 감응하여 뿌리가 굵거나, 알아 차기도 전에 꽃이 피어 양분이 모두 꽃과 씨앗으로 가기 때문에 먹을 수 있는 부분이 없어지게 되기 때문이었다. 근래에는 온상 육묘와 하우스 재배로 봄무와 봄배추를 재배하여 주년 생산이 가능하게 되었다.이에 더하여 저온 요구도가 큰 만추대성(late-bolting) 품종을 개발하여 무, 배추의 주년 생산이 이루어지고 있다.? 녹식물춘화형 (유식물반응형, green plant vernalization type)은 식물체가 어느 정도 자란 다음에 저온을 받아야 생육상 전환이 일어나는 것을 말한다. 양배추, 양파 등이 이에 해당한다. 양파를 보면 8월하순에서 9월상순에 노지에 파종하여 육묘한 양파 묘를 10월하순에 심으면 이듬해 봄에는 영양기관인 양파의 구(球)만 형성된다. 그러나 너무 굵은 묘를 심으면 이듬 봄에 꽃이 피면서 구 비대가 되지 않는다. 이것을 농가에서는 '숫양파'라고 한다.그런데 저온처리를 않더라도 본잎 1매 정도의 녹채기에 약 한달 동안의 단일처리르 하되 명기에 적외선이 많은 광(비타룩스 A 등의 조명)을 조명하면 춘화처리를 한 것과 같은 효과가 발생하며, 이것을 단일춘화(短日春花)라고 한다.

자연과학| 2008.09.03| 4페이지| 1,000원| 조회(1,714)

개화, 춘화, 로제트, vernalization, 저온처리

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[환경생물학] 식물의 굴광성

Ⅰ. Introduction1. Auxin식물이 씨에서 발아하여 생장하는 데에는 여러 가지 조절물질이 필요한데 특히 줄기의 신장에 관여하는 식물생장호르몬이다.옥신은 인돌아세트산(IAA)으로 트립토판이라는 아이노산으로부터 합성되었다. 즉 트립토판이 없으면 줄기의 생장점에서 옥신이 생기지 않는다. 사람의 오줌성분에서 처음 분리된 헤테로옥신 [heteroauxin]이나 인공적으로 합성한 제초제나 고엽제로 쓰이는 2,4-D, NA(나프탈렌 아세트산)등은 모두 옥신과 같은 작용을 하므로 이들을 옥신류라 부른다.옥신은 생장이 왕성한 줄기와 뿌리 끝에서 만들어지며 세포벽을 신장시킴으로써 길이 생장을 촉진한다. 옥신이 세포 안으로 들어오면 세포 안에 있던 수소이온들을 세포막 밖으로 내보내게 되어 세포 밖은 pH가 낮아져서 산성을 띄게 된다. 이렇게 PH가 낮아져야만 생장할 수 있는 조건이 된다. 실제로 완충용액을 처리하면 옥신이 있어도 생장을 하지 않는다. 이렇게 산성화가 되면 세포벽의 셀룰로오스의 결합을 이완시킬 수 있으며 세포막 안쪽에서는 액포 속에 원형질이 아니라 물을 채움으로써 세포가 팽창되면서 커지게 되어 세포벽이 늘어나게 되므로 길이 생장이 일어나게 된다. 식물은 동물보다 성장속도가 매우 빠른데, 그것은 세포분열과 더불어 옥신에 의한 이와 같은 세포체적증가가 이루어지기 때문이다.2. 굴광성굴광성은 초본식물의 자엽초에서 가장 광범위하게 연구되어졌다. 자엽초는 빛이 오는 쪽으로 굽는데, 이것은 슈트정단부에서 빠져나오는 옥신의 이동이 빛에 민감하기 때문이다. 자엽초 조직내에 형성된 빛 세기의 차이가 그 조직내에 측면상으로 옥신의 재배치를 초래하는데, 즉 많은 양의 옥신이 상대적으로 복사조도가 적은 쪽으로 이동을 한다. 이 결과 발생되는 차등 생장률로 인해 슈트 축이 빛의 방향으로 휘어진다.굴성 반응에는 양성과 음성 반응이 있다. 만약 식물이 자극의 방향으로 반응을 하면, 그것은 양성이라 한다. 만약 자극 방향과 반대로 자라면 그것은 음성이다. 굴광성 반응이 양성인가 아니면 음성인가는 대체로 기관의 특성 또는 나이에 의존한다. 예를 들면, 줄기와 다른 공중 기관은 대부분 양성 굴광성인 반면, 대부분의 기어오름성 식물의 덩굴손은 음성 굴광성이다. 잎은 보통 경사굴중성적(plagiotropic)인데, 이것은 잎이 빛에 대해 중간 각도로 자리잡음을 의미한다. 뿌리는 그와 반대로, 비록 일부는 약한 음성을 나타낼지라도 대체로 비굴광성적(nonphototropic)이다.3. 굴광성 신호 인지식물은 광의 양과 방향을 인지하는 신호를 청색광에서 얻는다. 청색광에 의하여 관장되는 식물의 반응은 굴광성(phototropism), 기공의 개폐, 줄기신장 억제, 색소체 생성, 빛의 양과 강도에 따른 잎과 세포 내 엽록체의 배열의 변화 등이다.굴광성을 보이는 것은 청색광 신호에 감응하여 줄기가 빛이 오는 방향으로만 자랄 수 있도록 그늘진 쪽이 비대칭적으로 많이 자라기 때문이며, 줄기신장을 억제하는 것은 신장하는 세포막의 퍼텐셜을 청색광이 교란시킴으로써 세포신장을 억제하기 때문이다. 청색광이 기공운동(기공개폐)을 촉진하는 것은 청색광이 공변세포의 삼투압을 조절하는데 관여하기 때문이다.청색광은 공변세포의 원형질막 H+-ATPase의 활성을 촉진하여 양성자 펌프를 가동시켜 전기화학퍼텐셜 기울기를 형성하게 함으로써 이온흡수를 촉진하며, 또한 전분의 분해를 촉진하고 말산의 생성을 촉진한다. 이러한 공변세포 내 용질의 축적은 공변세포로의 물의 유입을 촉진하고, 이로 인한 팽압의 증가는 공변세포가 열리도록 한다. 한편, 공변세포의 설탕농도의 감소는 기공을 닫게 하는 원인이 된다.애기장대(Arabidopsis)에서는 청색광 의존적 줄기신장 억제, 안토시아닌 생합성, 개화조절, 개일리듬 등을 2개의 유전사 Cry1과 Cry2가 관장한다. 이들 유전자의 산물인 CRY1과 CRY2는 플라빈(flavin)을 함유하는 색소단백질로 청색광 수용단백질이다.4. 굴광성 실험① 다윈(Darwin, C.)의 실험- 식물의 굴광성에 대해 실험(1880)▷ 막 싹튼 귀리의 자엽초에 한쪽 방향에서만 빛을 쬐면 → 자엽초의 끝이 빛 쪽으로 굽어 자람▷ 자엽초의 끝을 자른 후 빛을 쬐면 → 자엽초는 곧바로 위로 자람▷ 자엽초의 끝에 은박지를 씌우고 빛을 쬐면 → 자엽초는 곧바로 위로 자람▷ 자엽초의 끝을 노출시키고 그 밑부분을 은박지로 싼 다음 빛을 쬐면 → 빛 쪽으로 굽어자람⇒ 굴광성을 나타내게 하는 자극은 식물의 줄기 끝에서 받으며, 그 자극은 아래로 이동하여 식물에 굴광성을 일으킨다.② 보이슨- 옌젠(Boysen-Jensen)의 실험(1910)▷ 자엽초의 끝을 자르고 빛을 쬐면 → 굽지 않음▷ 자엽초 끝을 끊어 그 사이에 한천을 끼워두고 빛을 쬐면 → 빛의 방향으로 굽어자람▷ 자엽초 끝의 조금 아래에 칼자국을 내고 운모조각을 끼우고 반대쪽에 빛을 쬐면 → 바로 자람▷ 자엽초 끝의 조금 아래에 칼자국을 내고 운모조각을 끼우고 같은 쪽에 빛을 쬐면 → 빛 쪽으로 굽어자람⇒ 자엽초의 끝에서 만들어지는 화학물질이 그늘진 쪽을 통하여 아래로 이동하는 성질이 있으며 생장촉진제로서 작용③ 웬트(Went, F.W.)의 실험(1928)▷ 귀리의 자엽초의 끝을 잘라 한천 조각 위에 올려 놓고 수시간 놓아두었다가 이 한천 조각을 끝이 잘린 자엽초 위의 한쪽 끝에 올려 놓고 생장이 회복되는 것을 관찰▷ 한천 조각을 올려 놓은 부분이 더 자라서 한천 조각을 올려 놓은 쪽과 반대쪽으로 굽어자람⇒ 자엽초 끝 부분에 있던 화학적인 생장 촉진 물질이 한천 조작으로 확산됨(이를 옥신이라함)5. 굴광성은 옥식의 측면 재분포에 의해 일어난다.찰스(Charles Darwin)와 프랜시스 다윈(Francis Darwin)은 인지 부위와 차등생장(굴곡) 부위가 분리되어 있다는 것을 제시함으로써 굴광성 메커니즘과 관련된 최초의 단서를 알려주었다. 빛은 정단에서 인지되지만 굴곡은 정단 밑에서 일어난다. 다윈 부자는 말단에서 생장 부위로 수송된 어떤 ‘영향’이 관찰되는 비대칭 생장반응을 일으키는 가능성을 제안하였다. 이 ‘영향’은 나중에 인돌-3-초산이라는 옥신으로 밝혀졌다.줄기가 수직으로 자랄 때 옥신은 생장 정단에서 신장대로 극성 수송된다. 속신의 정단에서 기부로의 극성 수송은 발달에 따라 결정되는 것이며 중력의 방향과는 무관하다. 하지만 옥신은 또한 측면으로도 수송될 수 있으며, 이는 러시아의 식물생리학자인 니콜라이 콜로드니와 네덜란드의 벤트가 각각 1920년대에 원래 제안한 굴성반응 모델의 핵심이다.굴광성에 대한 고전적인 콜로드니-벤트 모델에 따르면 초본류의 자엽초 말단은 세 가지의 독특한 기능을 갖는다.① 유리 IAA의 생산② 편향적인 광자극의 인지③ 굴광성 자극에 따른 IAA의 측면 수송따라서 방향성이 있는 빛 자극에 따라 정단에서 생산된 옥신은 하향적으로 수송되는 대신 빛이 비추는 쪽으로 측면 수송된다.옥신 생산, 빛의 인지, 그리고 측면 수송의 정확한 부위는 밝히기 어렵다. 옥수수 자엽초에서 옥신은 주로 정단의 1~2mm 상부에서 생산되는 것 같다. 광 인지와 측면 수송 부위는 이보다 연장되어 정단의 상부 5mm 내에 존재한다. 이 반응은 또한 플루언스에 의존적이다.포토트로핀 1과 2라는 두 개의 플라보 단백질은 고플루언스 및 저플루언스 조건 하의 애기장대 하배축과 귀리 자엽초에서 굴광성 굴곡을 유도하는 청색광 신호전달 경로의 광수용체들이다.포토트로핀은 청색광(blue-light)에 의해 활성이 촉진되는 자체 인산화 단백질 키나아제이다. 키나아제 활성의 청색광 활성화의 작용스펙트럼은 청색 부위의 여러 피크를 포함하여 굴광성에 대한 작용스펙트럼과 상당히 일치한다. 포토트로핀 1은 저플루언스의 편향된 청색광을 비추는 동안 측면의 인산화 정도가 기울기를 나타낸다.

자연과학| 2008.09.03| 5페이지| 1,500원| 조회(2,291)

호르몬, 굴광성, Auxin, Darwin, went

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[동물생리학] Reflex

Ⅰ. Introduction1. 중추신경계중추신경게란 척수와 뇌를 말하는데, 이것은 말초로부터 말초신경을 통해서 들어오는 신체 내외의 모든 변동에 관한 정보를 받아들여 이것을 정리, 분석, 통합한 후 어떠한 결정을 내려 다시 말초신경을 통해 신체 각부에 전달하여 적절한 신체반응과 정신활동까지도 할 수 있게 하는 기능을 발휘하는 곳이다.2. 척수(Spinal cord)의 구조척수는 척추골(vertebra)이 이루는 척추관(vertebral canal)안에 들어 있으며, 어른에서는 척추관 위의 2/3정도를 차지하는데, 이것은 출생시에는 척추관 전체의 길이에 걸쳐 들어 있지만, 그 후 성장함에 따라 척추골은 길어지나 척수는 생후의 성장이 일어나지 않기 때문이다.척수는 두개골의 뒤 밑 부위에 있는 대공(foramen magnum)에서 시작하여 제1 및 제2요추골사이에 있는 추간원판의 높이까지에만 있고, 그 아래 천추 및 미추부에는 척수의 끝 부위에서 시작하여 아래로 내려가는 척수신경(spinal nerve)만이 들어 있다.척수는 해부학적으로 보아 외부에서의 손상을 받지 않도록 잘 보호되어 있다. 즉 척수는 첫째로 추골의 단단한 뼈로 이루어진 관내에 있으며, 관의 직경보다 척수의 직경은 작아서 그 사이에 충분한 공간이 있으므로 척추가 굴곡을 하더라도 손상을 받지 않는다. 둘째로, 척수의 외부에는 3중으로 된 막이 있는데(뇌막, meninges), 이 중 가장 바깥층을 경막(dura mater)이라 부르며, 이것은 섬유질로 된 질기고 단단한 두꺼운 막으로서, 척추관 내면을 덮고 있다. 다음 층의 막은 지주막(arachnoid mambrane)이라 부르는데, 이것은 혈관이 발달되어 있고 영양을 공급하는 일을 한다. 가장 내면, 즉 척수의 표면은 얇고 섬세한 연막(pia mater)으로 싸여 있다. 이들 뇌막은 뇌에 있는 외막에 연속된다.지주막과 연막사이에 공간이 있는데, 이 속에 뇌척수액(cerebrospinal fluid)이 들어 있으며, 척수는 이 액체 내에 떠 있는 .측주에는 대뇌의 운동영역에서 시작하여 아래로 내려오는 측피질척수로(lateral corticospional track)가 있어 수의운동흥분을 전달하고, 또한 온각, 냉각, 통각 등의 감각흥분을 뇌에 전달하는 상행로로서의 측적수시상로(lateral spinothalamic track)가 있다. 이 밖에 근육, 관절 및 피부에 있는 감수체에서 시작하여 신체의 자세 및 위치를 알리는 감각흥분을 소뇌에 전도하는 상행로로서의 척수소뇌로(spinocerebellar track)가 있다.후주에는 상행로만이 있는데, 이는 촉각과 근육 및 관절에서 시작하는 팔, 다리의 위치를 알리는 감각흥분을 전도하는 것으로, 실상속(fasciculus cuneatus)과 박속(fasciculus gracilis)로 구분된다.3. 척수신경(Spinal nerves)척수신경은 모두 좌우 31쌍이 있고, 척추의 각 마디에서 시작한다. 이들은 혼합신경으로서, 앞에서 말한 바와 같이 척수의 전근(운동신경)과 후근(감각신경)이 합쳐서 된 것이다. 위로부터 8쌍의 경신경, 12쌍의 흉신경, 5쌍의 요신경, 5쌍의 천신경 및 맨 밑에 한 쌍의 미신경이 있다. 척수후근에는 전극과 합치기 전에 굵게 된 부위가 있는데, 이것을 척수신경질(spinal ganglion)이라고 하며, 여기에는 척수후근으로 들어가는 감각신경 뉴론의 신경세포체가 모여있다. 그러나 전근을 이루면서 축수신경으로 들어가는 운동신경 뉴론의 세포체는 척수 내에서 회백질인 전각을 이루고 있다.척수신경은 척수관을 나간 후 전지(anterior ramus)와 후지(posterior ramus)의 두 가지로 갈라지고, 각각 신체의 전면과 후면의 운동 및 감각기관에 섬유를 보낸다. 또한 두 가지로 갈라지는 부위에서 일부 신경섬유가 나와 신경절을 이루는데, 이것은 교감신경의 신경세포가 모여 있는 교감신경절(sympathctic ganglion)로서, 이것은 다시 가지를 내어 위아래 마디의 신경절과 서로 연결하여 척추의 전면 좌우에 그물을 이룬다.4. 이상의 중간뉴론(interneuron)이 끼여서 중계역할을 하는 경우가 많다(중복시냅스반사궁, multisynaptic reflex arc). 이과 같이 반사중추는 상당히 복잡한 구조를 가지고 있어서 신체에 가해지는 자극의 종류, 크기 및 빈도에 따라, 또는 신체의 조건에 따라 일어나는 반사활동의 크기나 내용이 달라지는 것은 이 중추가 하는 구실로서 중추신경의 통합기능의 표현이라고 할 수 있다.제4의 요소는 운동뉴론이다. 척수에서 세포체는 척수전각에 있으며, 반사중추에서 통합처리된 흥분을 근육에 전도한다.제5의 요소는 효과기(effector)로서 운동을 일으킬 때는 근육이 되지만 선분비를 일으킬 때는 선세포가 된다.이상에서 척수가 반사중추로 되는 반사활동을 설명하였으나, 뇌에 반사중추가 있는 활동도 많이 있다.5. 반사활동의 특징(Reflex characteritics)1) 척수 쇼크(Spinal shock)반사중추가 척수에 있는 반사를 연구할 때는 뇌와 척수사이 또는 척수의 한 곳을 절단한 후 실험할 때가 많다. 이것은 뇌에서 척수에 미치고 있는 여러 가지영향(반사에 대하여 촉진적이거나 억제적인 영향)을 없이 함으로써 축수반사가 일정하게 일어날 수 있게 하기 위한 것이다. 그러나 이러한 절단 후에는 일정한 기간 반사가 전연 일어나지 않는데, 이런 상태를 척수쇼크라고 부른다. 척수쇼크가 지속되는 기간은 동물의 종에 따라 크게 다르고 일반으로 고등동물일수록 길다. 인간에서는 약2주간 계속되고 고양이는 2~3일간이며, 개구리는 수초간이다. 사람의 경우는 전상이나 교통사고로 척수가 완전히 절단되는 경우가 있는데, 척구쇼크기간에는 절단부 이하에서는 모든 반사가 완전히 없어지므로 치료상 유의할 점이 많다. 예를 들면 내장에서 일어나는 반사도 없어지므로 방광에 소변이 과도하게 축적되어 방광파열을 일으키는 일도 있다.척수쇼크에서 반사가 없어지는 것은 상위에 있는 중추기구로부터 소통성(facilitatory)인 신경흥분이 도달할 수 없으므로 구심흥분이 원심뉴론을 흥분시키지 실재로 흥분할 것이지만(이 뉴론들은 흥분발사범위 discharge zone에 들어있다 한다.) 비교적 적은 수의 시냅스단추를 받고 있는 시냅스후뉴론들의 무리는 실재로 흥분에는 이르지 못하고 다만 약간씩 저분극을 하고 있어서 흥분성만 높아져 있는 상태(이 뉴론들은 역하흥분범위 subliminal fringe of excitation에 들어 있다 한다.)에 있게 된다. 다시 말하면 흥분발사범위 내의 뉴론들은 EPSP가 충분히 크기 때문에 실재로 흥분하였고 역하흥분범위 내의 뉴론들은 EPSP가 충분히 크지 못하기 때문에 흥분성만 높아진 상태가 얼마간 계속된다. 그러나 만일 구심신경에서 처음 흥분에 잇따라서 다음 흥분이 짧은 시간내에 척수에 도달하면 역하흥분범위에 있는 뉴론들에서도 차례로 일어난 두개의 EPSP가 겹쳐져서(시간의 가중, temporal summation) EPSP의 값이 커지기 때문에 이것 또한 흥분을 하게 되므로 결과적으로 척수뉴론에서의 흥분발사범위가 넓어진다. 따라서 반사에서 효과기의 활동도 크게 또는 넓은 범위에 일어난다. 또한 이와는 달리 A, B 두개의 구심신경이 있어서 이들의 흥분발사범위와 역하흥분범위가 각각 따로 있으나 A의 역하흥분범위와 B의 역하흥분범위가 얼마간 겹쳐있으면, A,B 두 신경에 동시에 흥분이 일어날 때 A, B의 각각 흥분발사범위내의 뉴론이 흥분하는 것은 물론이고 A, B의 겹쳐진 역하흥분범위내의 뉴론들도 EPSP가 겹쳐져서 흥분에 참가하게 되므로 일어나는 반사의 크기는 A 및 B를 각각 따로 자극하여 얻어지는 흥분을 합친 것, 즉 A+B보다는 커진다. 이 두가지 경우에서 보는 바와 같이 시간적 또는 공간적 가중에 의하여 반사활동이 크게 일어나는 것을 소통(facilitation)이라고 한다.이와 반대방향의 일도 척수내뉴론에서 일어날 수 있다. 가령 A,B 두개의 구심신경이 각각흥분반살범위와 역하흥분범위를 가졌으나 그들의 흥분발사범위가 일부분 겹쳐져 있는 경우이다. 즉 A신경과 B신경을 따로 따로 자극하였을 때 각각 1nnervation)이라 한다.이러한 상반지배는 반사활동에만 있는 것이 아니고 의식적인 운동에서도 많이 볼 수 있다. 보행운동이 원활하게 되는 것도 그 예이며 중추신경의 정교한 기능의 하나라 할 것이다.7. 반사(reflex)의 정의생체의 내외에 일어나는 자극은 종종 비교적(완전히는 아니지만) 일정한 반응을 유발한다. 이들 반응은 진화 또는 개체발생의 과정에 있어서 특히 합목적적 반응으로서 발달해 왔다. 감각성 자극에 대한 중추신경계의 이와 같은 일정한 반응을 ‘반사’라고 한다. 반사의 예는 아주 많다. 뜨거운 것을 만질때 열에 의한 통증을 인식하고 의식적 행동을 취하기 이전에 대상물로부터 손을 뗀다. 눈의 각막에 접촉되면 항상 깜박임이 일어난다.(각막반사 corneal reflex). 이물이 기도로 들어가면 기침이 일어난다. 음식물이 인두후벽에 이르면 연하반사(swallowing reflex)를 일으키는 것 등이다.대부분의 반사는 무의식적으로 일어난다. 예를 들면 위와 장관내에서의 음식물의 이동 및 처리에 관한 반사, 또는 순환과 호흡을 늘 필요한 수준으로 적합시키는 반사 등이다. 모든 운동반사도 보통 무의식적으로 이루어진다. 예를 들면 일상 직립자세유지, 평형유지 및 적절한 조절반사에 의해 수의운동의 실시를 확실하게 하는 반사 등이 있다. 여기에서는 운동계 조절에 관여하고 있는 다수의 반수궁의 경우 중 가장 간단한 신장반사의 단일연접성 반사궁에 대하여 설명한다. 이것은 단순한 기구이지만 가장 중요한 운동반사 중의 하나이다.의사의 진찰의 일부로 종종 행하고 있는 다음의 방법을 잘 알고 있는 것이다. 슬개골 바로 아래의 건을 망치로 가볍게 두드리면 하퇴를 신전시키는 대퇴사두근이 약간 수축을 일으킨다. 이 검사에 의해 대퇴사두근을 포함한 단일연접성 신장반사의 반사궁이 정상인지 아닌지 알 수 있다. 다음에 반사궁의 개개의 요소의 경우 중 먼저 수용기인 근방추에 대하여 고찰한다.8. 근방추(Muscle spindle)골격근 속에는 보통의 근육섬유보다도 가늘고 짧은 ).

자연과학| 2008.09.03| 11페이지| 2,000원| 조회(500)

신경, 중추신경계, 반사, 척수, Reflex

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[식물생리학] 형질전환 식물의 제작 (discussion 포함)

Ⅰ. IntroductionAgrobacterium으로부터 plasmid 분리1. 식물숙주식물세포 배양은 농업과 식물생리학 연구에 널리 사용되고 있으며, 농작물 생육의 개선을 실제로 많이 사용되고 있다. 식물세포 배양의 눈에 띄는 현상은 적당한 조건하에서 하나의 식물체로는 완전한 식물로 될 수 있고, 또한 이드로부터 종자를 얻을 수도 있다는 것이다. 그러므로 원하는 형질의 유전자를 유전공학적으로 삽입하며 커다란 상업적 가능성을 가져올 것이다.유전공학의 피수적인 부분으로서 식물유전자 클로닝벡터가 필요하다. 한 가지 시도로서 식물 DNA 바이러스를 이용하여 왔다. 약간의 식물바이러스는 DNA를 포함하고, 한 가닥(Deminiviruses) 또는 두 가닥의 DNA 바이러스(Caulimoviruses)가 알려져 있다. 식물바이러스에 대한 연약한 지식과 식물세포의 배양 생장속도가 느리므로 유전공학이 별로 진전을 보지 못하고 있다. 그러나 또다른 시도로서는 Agrobacterium tumefaciens같은 식물병원성 세균을 사용하는 것이다 이 미생물은 종양의 형성으로 기인하는 질병인 crown gall을 일으킨다. 이 세균은 병독성(virulence)을 가지는 Ti plasmid 중의 T-DNA가 식물세포의 게놈에 결합되면 식물세포가 제어를 받지 않고 분열을 계속하여 종양을 유도하게 된다. 이것을 이용하여 유전자를 도입하려는 시도가 활발히 진행되고 있는 것이다.식물체에서 tumor의 발생은 시물세포내에서 opine이 합성되기 때문이다. Opine은 특이한 아미노산 유도체로서 정상조직에서는 발견되지 않는다. Opine 중에 가장 흔한 것이 octopine와 nopline이 있다. 이 세균은 이들을 합성할 수도 있고, 그것을 사용하여 에너지원으로 사용할 수도 있다. 그러므로 octopine을 이용하는 세균은 octopine을 합성하여 tumor를 만들고, nopaline을 이용하는 세균은 nopaline을 합성하여 tumor을 만들게 된다. 식물세포에 감염되면 세균은 Ti 기초는 비초나선형(unsupercoiled) DNA가 좁은 pH 범위 내에서 변성(denaturation)되는 반면, 초나선형 플라스미드는 그렇지 않다는 것이다. NaOH를 세포 추출물, 혹은 투명 용해질에 첨가하여 pH가 12.0~12.5로 되면 비초나선형 DNA의 수소결합이 깨어져 이중 나선 구조가 풀리게 되고 두 개의 폴리뉴클레오티드 사슬이 풀리게 된다. 만약 산이 첨가되면 이러한 변성된 박테리아 DNA 사슬이 헝클어진 상태로 다시 모아질 것이다. 불용성 물질이 원심 분리에 의해 뭉쳐지면 순수한 플라스미드 DNA가 상등액에 남게 된다. 어떤 경우에 (특별히 SDS에 의한 세포 용해와 아세트산나트륨에 의한 중화) 대부분의 단백질과 RNA가 불용성이 되어 원심분리 단계에 의해 제거될 수 있다는 것이 이 방법의 잇점이다. 그러므로 페놀 추출과 리보뉴클레아제처리는 알칼리 변성법이 사용될 때는 필요없다.② Ethidium bromide-CsCl 밀도 기울기 원심 분리법(caesium chloride density gradient centrifugation)이것은 평형 혹은 밀도기울기 원심분리법인 일반적인 기술이 세분화된 것이다. 아주 높은 속도로 CsCl 용액을 원심 분리함으로서 밀도기울기가 생성된다. 고원심력이 튜브바닥으로 세슘이온과 염소이온을 당기기 때문에 기울기가 생긴다. 바닥으로의 이동은 확산에 의해 균형 잡히게 되며, 그래서 CsCl 밀도가 튜브의 아래로 커지면서 농도 기울기가 생기게 된다.원심분리 될 때, CsCl 용액에 존재하는 거대분자는 밀도 기울기의 특정한 지점에서 띠를 형성할 것이다.(그림 1.6b) 특별한 분자 띠가 어디에 있는가는 그 분자의 부력 밀도(buoyant density)에 달려있다. DNA의 부력 밀도는 약 1.7g/㎤이므로 CsCl 밀도가 1.7g/㎤인 기울기 지점으로 이동한다. 반대로 단백질 분자는 훨씬 낮은 부력밀도를 가지므로 튜브의 상브에 뜨게 되고, RNA는 바닥에서 뭉쳐지게 된다. 그러므로 밀도 기울기 원심 분리법으로 D 있는데 이것은 병원성 부위(vir region)라고 불리워진다. 사실 식물 세포에 외부 유전자를 도입하는 데에는 이 T-DNA와 병원성(vir)부위만 있으면 족하다.그러므로 종양을 형성하는데 필요한 다른 DNA부위는 잘라내 버리고 운반체를 재구성하여 이용하게 된다. 특히 T-DNA부분도 T-DNA 오른쪽 일부 DNA와 왼쪽 일부 DNA만 있으면 DNA 전이에 충분하다. 따라서 이 T-DNA 양쪽 끝만 남기고 가운데 부분은 잘라낸 뒤 외부 유전자의 발현을 높이는 프로모터 DNA와 전사를 끝내는 신호를 가진 Terminate DNA, 그리고 항생제 저항성과 같은 마커 유전자(mark gene)도 삽입해 넣어 이 유전자가 도입되었을 때, 그 도입여부의 판별을 용이하게 해주도록 DNA 운반체가 디자인된다. T-DNA의 도입을 돕는 병원성(vir) 부위는 따로 떼어 다른 작은 플라스미드로 옮겨도 한 세포 내에 존재하기만 한다면, T-DNA가 존재하는 같은 DNA상에 없더라도 작용을 한다고 알려져 있다. (fig2.2)[fig.2.2 pBI 121]사실 Ti plasmid는 너무 크기가 커서 유전자 조작에 어려움이 많으므로 병원성(vir) 부위와 T-DNA 부분을 나누어 두 개의 플라스미드가 한 Agrobacterium 속에 존재하도록 하면 유리한 점이 있다. 즉 T-DNA 부분이 있는 작은 플라스미드만 분리하여 프로모토, 유용유전자, 터미네이터, 그리고 형질 전환 여부의 판별을 용이하게 하는 마커 유전자 등을 적당한 위치에 조합하는 작업을 할 경우, T-DNA가 있는 이 플라스미드를 미니 플라스미드이기 때문에 조작하기 편리하다.조작이 끝난 이 미니 플라스미드를 병원성(vir) 부위를 가진 비교적 큰 Ti 플라스미드를 가진 아그로박테리움에 넣어 공존시킬 경우, 미니 플라스미드의 T-DNA는 공존하는 다른 플라스미드의 병원성(vir) 부위의 유전자의 도움을 받아 식물 염색체 DNA로 삽입하는 데는 어려움이 없게 된다. 이런 형태의 플라스미드 즉, 두 개의 플라스미드로 구때 OD이 0.8이 되도록 하는데 이는 cell 나이로써, 식물체로 잘 도입될 수 있는 가장 적당한 값이기 때문이다. 또한 카나마이신 첨가된 이유는 전 실험에서 Agrobacterium의 T-DNA에 카나마이신 내성 유전가가 있기 때문이에 뒤의 과정에서 selection하여 실험에 편리를 주기 위해서이다.[Inoculation / co-culture]① 균주배양액에 precultured explant를 5분에서 10분간 접종한 후 멸균된 filter paper에서 절편체에 남아있는 과잉의 균주배양액을 흡수시켜 제거한다. 그리고 pre/ co-culture에 절편체를 치상한다.② 이를 다시 3000lux, 25℃, 16/8 광주기에서 5일간 배양한다.[Shoot induction / Selection - shoot elongation]① 5일간 co-culture 이후 절편체를 claforan이 첨가된 증류수에서 씻고 과잉의 물을 멸균된 filter paper에서 흡수시킨 후 Shoot induction/Selection plate에 치상한다. 여기서 claforan은 Agrobacterium을 죽이기 위해서이다.② 이를 다시 33000lux, 25℃, 16/8 광주기에서 2~3주간 배양한다. 약 2주정도면 shoot가 발생하기 시작하다.[fig2.7 Antibiotic assay-카나마이신][Root induction]① 발생한 shoot 중 녹색이고 정상적인 shoot 를 선별하여 NAA가 침전된 Root induction media에 옮겨준다.(여기서 NAA는 뿌리를 유도하는 물질임.)② 3000lux, 25℃, 16/8 광주기에서 2~4주간 배양한다.[fig. 2.8 High efficiency transformation of Brassica napus using Agrobacterium vector.-Brassica napus plantelts transformed with pBI121-based construct regenerating in the p는 특히 효소의 활성에 영향을 미치는 몇 가지 변수들이 있기 때문에 항상 일정한 실험 조건을 유지하도록 한다. 식물체의 조직을 0.3% formaldehyde를 포함하는 0.1M sodium phosphate buffer(pH7.0)에 45분 동안 고정시킨다.(fixation solution:20ml의 0.5M sodium phosphate buffer pH7.0, 50ml의 0.6Mmannitol, 2ml의 0.5M MES, 28ml H2O). 이 과정은 많은 경우 단순한 활성 존재여부 확인을 위해 생략할 수 있다. 조직을 고정 시킨 후에 여러 번 Washing 용액(50mM sodium phosphate, pH7.5)에서 씻은 후에, 염색 용액(0.6mM-1.2mM X-Glu, 50mM sodium phosphat, pH7.5, 10 mM EDTA, 추가로 0.5mM Potassium ferricyanide(시안화제2철) , 0.5mM potassium ferrocyanide(시안화제1철)을 첨가할 수 있다.)에서 4시간에서 하룻밤 동안 염색한다. X-GIu에 대한 β-glucuronidase의 반응산물은 색깔이 없고, 대신에 생성된 indolyl 유도체가 진한 청색의 dye를 형성하기 위해 oxidative dimerization이 되어야만 한다. X-Glu 용액은 간단한 실험의 경우 재사용이 가능하므로 사용 후 냉동시켜 둔다.3. GUS test의 문제점과 대안β-glucuronidase(GUS) 유전자는 식물에서 유전자 발현연구를 위한 리포터로서 광범위하게 사용되고 있다. 형질 전환된 조직 또는 유전자의 발현양상을 조직학적인 염색을 통하여 확인할 수 있다. 그러나 이 방법은 식물조직을 파괴하여야 하기 때문에 초기 형질 전환체를 분석하기에는 적합한 방법이 아니다. 또한 살아있는 식물조직에서 시간대별 유전자 발현을 조사할 수 없다는 단점이 있다. 해파리에서 분리된 녹색형광단백질(GFP)은 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 보고 유전자이다.형질 전환된 이다.

자연과학| 2008.09.03| 20페이지| 3,500원| 조회(852)

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