Paraquat은 비선택성 제초제로 녹색의 모든 식물체를 고사시키는 용도로 사용된다. 엽록체 내 광합성의 명반응에서 전자전달로 생긴 환원력을 지닌 여기 전자에 의해 paraquat 유리기로 변환되는데 그것이 다시 빛, 물, 산소가 있는 상태에서 이온형태로 자동산화하고, 이 과정에서 활성산소가 발생하여 식물체를 고사시킨다. 관련 실험결과에 따르면 고구마는 SOD의 활성이 높은 종인데 낮은 종인 인동에 비해 paraquat 처리에 대한 내성이 높은 것으로 확인되었다. 고구마와 인동 배양세포의 전해물질 누출은 paraquat 농도가 높아질수록 증가하였으며 인동세포의 경우 SOD 활성은 paraquat 처리농도와 무관하게 낮은 상태로 유지되었다.
<h1>결과 및 고찰</h1><h2>SOD의 활성과 생장 비교</h2><p>본 연구는 고구마 및 인동 배양세포로부터 엽록소가 함유된 녹화세포(chlorophyllous cell)를 유도하여 실험하였다. 고구마와 인동 배양세포의 SOD 활성을 보면, Table 1과 같다. 고구마는 단위세포당 활성도(\(\mathrm{unit/g}\) · fresh weight)가 흰색세포는 \(3,037 \mathrm{unit}\), 녹화세포는 \(3,736\mathrm{unit}\)였고, 비활성도(\(\mathrm{unit/mg} \cdot \) protein)는 흰색세포 \(407 \mathrm{unit}\), 녹화세포 \(547 \mathrm{unit}\)였다. 인동은 단위세포당 활성도는 흰색세포 \(19 \mathrm{unit}\), 녹화세포 \(23 \mathrm{unit}\)였고, 비활성도는 흰색세포 \(12 \mathrm{unit}\), 녹화세포 \(13 \mathrm{unit}\) 였다. 고구마와 인동 SOD의 단위세포당 활성도는 흰색세포와 녹색세포 간에 유의한 차이는 없었다. 비활성도는 인동은 흰색세포가 \(12 \mathrm{unit}\), 녹화세포가 \(13 \mathrm{unit}\)로 비슷하였으나, 고구마는 녹화세포(\(547 \mathrm{unit}\))가 흰색세포(\(407 \mathrm{unit}\)) 보다 높았다. 전체적으로 보아 고구마세포가 인동세포에 비해 SOD의 활성이 월등히 높은 것으로 나타났다(Table 1). Kwak 등은 여러 종류의 배양세포로부터 추출한 SOD의 활성 비교한 결과 고구마는 단위세포당 활성도가 \(673 \mathrm{unit}\), 비활성도가 \(1,300 \mathrm{unit}\)이라고 보고 하였는데, 본 실험에서는 고구마, 인동 공히 단위세포당 활성도가 비활성도보다 높은 것으로 조사되었고, SOD의 활성이 높았던 녹화세포를 이용하여 계속적인 실험을 수행하였다.</p><p>고구마와 인동의 녹화배양세포의 배양시기별 생체중과 세포활력의 변화를 조사하였다. 세포의 생체중을 비교해 보면, 이들 세포는 모두 계대배양 후 5일에서 10일사이가 최대생장기로 나타났으며, 그 이후는 생장의 증가가 거의 일어나지 않거나 감소하는 정체기로 추정되었다. 배양세포의 활력은 배양 1일째에는 두 세포 모두 최저 수준을 보이나 계속적으로 증가하여 생체중이 최대에 도달하는 10일째에 최고의 세포활력을 보였다. 정체기인 15일째에는 두 세포 모두 세포활력이 급격히 감소하나 고구마가 인동세포보다 활력의 감소가 적었다. 계대배양 후 배양기간별로 조사한 SOD의 단위세포당 활성도는 보면 고구마 배양세포의 경우 세포의 생체중 증가곡선과 거의 비슷하게 증가하여 10일 및 15일째에 최대에 도달하였다. 그러나 인동세포는 배양기간 중 SOD 활성의 변화가 거의 나타나지 않았고 아주 낮은 상태를 유지하였다. 또한, 본 연구에서는 이들 녹화식물세포를 대상으로 세포에 산화적 스트레스를 유발하는 것으로 알려진 paraquat에 대한 반응을 조사하였다.</p><h2>Paraquat에 대한 반응</h2><p>Paraquat을 농도 0, 10, 50 및 \( 100 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \)이 되도록 배양세포에 처리하여 세포활력과 전해물질의 누출정도를 조사하였다. 고구마와 인동 배양세포의 전해물질 누출정도는 처리한 paraquat의 농도가 높아질수록 증가하였다. 고구마는 paraquat 10 및 \( 50 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \) 처리에서 누출정도가 무처리에 비해 3.5배 및 6배가 종가한 반면, 인동세포는 각각 8.5배 및 11배가 증가하여 고구마에 비해 인동이 전해물질의 누출정도가 심한 것으로 나타났다. 그러나 고농도인 paraquat \( 100 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \)를 처리한 세포의 전해물질의 누출정도는 고구마가 무처리에 비해 22배, 인동이 14배로 고구마가 인동에 비해 오히려 높았다. 배양세포의 활력은 paraquat 농도가 높아질수록 현저한 억제를 보였다. 저농도인 10 및 \( 50 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \) 처리에서는 고구마가 인동보다 세포활력이 높으나 고농도인 \( 100 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \)에서는 고구마가 오히려 인동보다 낮게 나타났다. Paraquat은 비선택성 제초제로 과수원 등에서 \( 500 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \) 내외의 농도로 사용되고 있다. 따라서 본 실험에 사용된 paraquat \( 100 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \)은 배양세포 수준에서는 세포를 완전히 고사시키는 농도인 것으로 간주되며, 이 농도에서는 세포의 항산화능이나 저항성과 관계없이 모든 세포가 고사되는 것으로 추정된다. 고농도인 paraquat \( 100 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \) 처리에서는 고구마가 인동에 비해 전해물질의 누출정도가 심하였다.</p><p>Paraquat처리 농도별 두 식물세포의 SOD의 효소활성을 조사한 결과, 고구마 배양세포는 \( 10 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \) 처리까지는 효소활성이 거의 변화가 없었으나 \( 50 \mathrm{mg} / \ \mathrm{l} \) 처리에서는 단위세포당 활성도가 \(1,021 \mathrm{unit}\)로 무처리(\(3,976 \mathrm{unit}\)) 대비 \( 75 \% \)가 억제되었으며, \( 100 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \) 처리에서는 \(498 \mathrm{unit}\)로 무처리보다 \( 87 \% \)가 억제되었다. 인동세포는 paraquat의 처리농도에 관계없이 SOD 활성이 아주 낮은 상태로 유지되었다.</p><p>Paraquat은 녹색을 띠는 모든 식물체를 고사시키는 비선택성 제초제로 사용되고 있다. 주요 작용기작은 엽록체 내 광합성의 명반응에서 전자전달로 생긴 환원력을 지닌 여기 전자에 의해 paraquat 유리기로 변환된다. 그것은 다시 빛, 물, 산소가 있는 상태 하에서 이온형태로 자동산화하게 되며, 이 과정에서 활성산소가 발생하여 식물체를 고사시키는 것으로 알려져 있다. Furusawa 등은 담배 배양세포에 수차례의 계대배양을 통하여 paraquat에 저항성인 세포를 선발하였는데, 이들 세포는 타 세포에 비해 SOD 활성이 14-159배가 높다고 하였다. 또한, 최근에는 \( \mathrm{CuZn}\)-SOD 유전자를 형질전환한 담배식물체에 paraquat를 처리하면 담배의 내성이 증가한다는 것을 확인한 바 있다. 본 실험에서는 SOD의 활성이 높은 종인 고구마가 낮은 종인 인동에 비해 \( 10-50 \mathrm{mg} / \mathrm{l} \) paraquat 처리에 대한 내성이 높은 것으로 확인되었다.</p>