KAERI/RR-2340/2002 : 방사선 농업생명공학 기술개발 : 방사선이용 생물활성 증진효과 연구

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1 최종연구보고서 KAERI/RR-2340/2002 방사선농업생명공학기술개발 Development of Agricultural and Biological Engineering Technology by Radiation 방사선이용생물활성증진효과연구 Radiation Hormesis in Plant 연구기관 한국원자력연구소 과학기술부

2 제출문 과학기술부장관귀하 본보고서를 방사선농업생명공학기술개발 과제 ( 세부과제 방사선이용생물활성 증진효과연구 ) 의최종보고서로제출합니다 연구기관명 : 한국원자력연구소 연구책임자 : 김재성 연 구 원 : 이 영 근, 이 상 재 임 용 택, 이 혜 연 백 명 화, 유 준 철 장 준 혁, 황 혜 연 황보준권, 임 지 혁 제 1 위탁연구기관명 : 충남대학교 위탁연구책임자 : 박연일 제 2 위탁연구기관명 : 안동대학교 위탁연구책임자 : 권순태

3 요약문 I. 제목 방사선이용생물활성증진효과연구 II. 연구개발의목적및필요성 1. 연구개발최종목표 저선량방사선에의한작물발아율과수량증가 유용식물자원이용효율증대 방사선내성식물개발 2. 연구개발의필요성 방사선에의한여러가지영향이동 식물등을대상으로오랜기간연구되어왔는데고선량일경우세포의원형질유동과막투과성을변형시키고돌연변이를유발하는등생명체에유해한작용을하여식품멸균, 살충, 육종등의농업적인측면에서많이이용되어왔다. 그러나생물이저선량방사선으로피폭될경우일반적으로자극작용을나타내며고선량방사선에대한고전적인연구에서는예측할수없었던발육의촉진, 질병및조사후방사선에대한저항력상승, 수명연장등이확인되었다. 식물의경우저선량의방사선조사에의해발아, 출아, 생육촉진, 수량구성요소의증가등이보고되었는데특히곡물류의경우저선량방사선조사로상당한자극작용이나타나며무조사한대조구에비해수량과발아및내병성등이증가되었다. 지금까지는국민복지증진을위한식량, 환경, 보건, 의료등생명관련산업의발전에방사선이용기술이한분야를이루고있으며부족한식량자원의증대를위해서공정개선기술개발과함께고선량방사선을이용한변이유발등의품종육성에관심을기울여왔다. 이와더불어방사선에의한생물의생장과활성촉진효과를가져오는저선량방사선처리기술개발은생물자원의생산성향상으로식량공급의안정화와식물의환경재해저항성증가에의한비료와농약사용의감소로환경오염을줄일수있으며유 - i -

4 전물질을활성화하여질병저항성과치료를통해국민보건향상에많은도움이될수있을것으로예상된다. 따라서식물체유전자구조변화를유발시키지않는저선량방사선에의한생물활성촉진기술의개발및응용은관련산업의발전과생명과학관련분야에상당한이용효과가있을것으로사료되며, 돌연변이또는생장장애를유발하는고선량방사선과는달리저선량방사선의생물에대한유익한효과를탐색, 개발함으로써원자력기술의균형적발전과원자력산업의국민이해증진에도크게기여할것으로기대된다. 방사선 hormesis에대한기초연구는과학기술사회에이온화방사선을적절히이용할수있는학문적인지식기반을제공하여보다다양한방사선응용기술의개발을가능하게할것으로판단되며, 방사선 hormesis 응용연구및기술개발을위하여지속적인지원이필요할것으로판단된다. III. 연구개발의내용및범위 본연구에서저선량감마선조사에의한작물의발아와초기생육및포장에서의수량증가효과를다양한품종과방법을통해조사하였고, 항산화효소, 광합성능및양분흡수등생리적활성을분석하여저선량에의한생육촉진효과를설명하고자했다. 이와더불어작물의당대및후대수량을분석하여저선량에의해서는돌연변이가유발되지않으며당대에만그효과가유효하다는것을확인하고자하였다. 또한저선량방사선의생물활성자극효과를이용하여지치의유용색소물질인 shikonin생산을유도함으로써저선량방사선의새로운활용방안을모색하였고, 천연자연방사선을방출하는세라믹을연구에도입하여저선량방사선과비교실험을함으로써저선량방사선의생물유익효과를검증하고자하였다. 그리고종묘산업체와연계하여저선량방사선을이용한폐기종자활성화및그활용방안에관한연구를진행하였다. 이러한연구를기초로하여저선량조사식물의광, 온도, UV-B 스트레스등다양한환경스트레스에대한내성변화를조사하고동시에감마선조사에의한핵 DNA의손상과수선기작및단백질발현을 2-D, Comet assay 등다양한분자생물학적인방법을통하여확인하였다. 이러한연구는앞으로저선량방사선생물활성효과를연구하는데있어중요할뿐만아니라국내의분자생물학발전에기초를제공하여다양한분야에서이를이용할수있도록그기반을제공할수있을것이다. - ii -

5 IV. 연구개발결과 1. 저선량감마선으로조사된대두종자의초기생육과유식물체의후속고선량에대한방사선감수성변화를조사한결과, 작물생장증대효과는 8 Gy에서가장높았으며, 고선량방사선에의한생육장애는사전저선량조사에의해크게감소되었고저항성증가는 8 Gy와 20 Gy에서가장효과적이었다. 2. 조사된배추품종들은조사선량의증가에따라발아율과건물생산량이증가하는경향을보였다. 흑진주배추는 10 Gy 조사구에서 43%, 서림엇갈이배추는 10 Gy에서 38% 증가하였다. 그러나청운무는발아율과건물생산량에있어일관된경향을보이지않았다. 3. 저선량방사선에의한생산년도별흑미종자의수량검정결과, 1년저장 2000년산종자보다 2 3년저장한 1999년산과 1998년산종자에서뚜렷한효과가있었다. 1998년산종자는 20 Gy에서, 1999년산은 1 Gy에서수량이뚜렷한증가를보였다. 4. 감마선조사가작물의후대생육에미치는영향을조사한결과, 흑미와방사콩모품종의경우수량조사시대조구에비해높은값을보였으나유의하지는않았으며초기생육과다른포장수량구성요소또한별다른증가효과를보이지않았고, 방사콩조숙품종도초기생육과포장수량구성요소조사시대조구와비슷한생육을보였다. 또한서리콩과황금콩의품종별수량검정시에도대조구와별다른차이를보이지않았다. 5. 감마선조사에의해콩의총뿌리길이, 평균뿌리두께및총뿌리부피가증가하였고생육조건이제한되었을때자극효과가더욱뚜렷하였다. 온실에서재배한콩의뿌리표면적과길이는선량이증가함에따라증가하였으나 35일재배후에는 16 Gy의선량에서뿌리생장이감소하였다. 시험포장에서재배한콩은저선량자극효과가생육단계에따라다르게나타났으며특히생육초기에자극효과가크게나타났다. 생육단계별감마선자극효과는영양생장기중반에가장크게나타났으며 4, 12, 20 Gy에서뿌리길이와뿌리표면적이증가하였다. - iii -

6 6. 발아율이 70~80% 인시금치종자의경우발아초기단계에는저선량조사구가대체로대조구에비해낮았으나발아후기단계에는 1 Gy를제외한모든선량에서 3~5% 정도증가하였다. 발아율 50% 이하종자의발아율은대조구에비해저선량조사구에서뚜렷한증가효과를보여발아초기단계인파종 8일후에는대조구 3.5% 에비해모든저선량조사구에서 6.5~10.5% 로 2배이상증가하였고파종 9일후에는 1 Gy와 8 Gy에서, 파종 12일후부터는 20 Gy가가장높은발아율을보였다. 최종발아시에는대조구에비해모든저선량조사구에서 2배이상증가하였는데특히 20 Gy에서 61.0% 의발아율을나타내어가장높았다. 7. 발아율이 50% 이하인인동대목의경우최종발아율이 15% 미만이었지만대조구에비해저선량조사구에서뚜렷한증가효과를보였다. 발아초기단계인파종 9일후발아율은 8 Gy에서가장높았고 12일부터는저선량조사구의발아증가폭이낮아졌으며발아율이가장높았던선량은 8 Gy 와 16 Gy이었다. 8. 저온저장한감자괴경에감마선을 0.5~30 Gy 까지조사한결과감자괴경의맹아출현율은 1 Gy와 2 Gy 조사구에서높았고, 맹아길이는 2 Gy 와 4 Gy 조사구에서, 맹아수는 15일저장구의 4, 8, 16 Gy에서유의성있는증가를보였다. 포장생육은 45일저장구의 4 Gy 조사구에서뚜렷한증가를보였다. 항산화효소활성분석결과, 생육이양호했던 45일저장구의 4 Gy에서 peroxidase 활성이증가하였다. 9. 씨감자의맹아생육은저장방법과기간에따라다르게나타났는데 5 암저장보다 20 광저장에서맹아출현이빨랐고 8 Gy와 16 Gy에서높았다. 포장수량은 5 암저장에서, 포장생육및수량은 2, 4, 8 Gy에서증가효과를나타내었다. 유묘생육이양호했던 5 15일암저장구의식물체내항산화효소 catalase 활성은 1, 8, 16 Gy 처리구에서 20% 이상증가하였고, peroxidase 활성은 1, 8, 16 Gy 처리구에서대조구에비해 7~16% 증가하였다. 광계II의광양자수율은대조구에비해 1 Gy와 16 Gy에서 12% 증가되었고, 광계II의흥분압인 1-qP는 1 Gy와 16 Gy에서대조구에비해 32% 정도낮았으며 NPQ는 4 Gy에서 45% 증가하였다. - iv -

7 10. 저선량방사선으로조사된고성재래종옥수수는 2 Gy에서, 영월재래종은 12 Gy에서초기생육이증가하였고, 포장생장과수량에서도저선량조사구에서증가되는경향을보였으며적정선량은고성재래종은 8 Gy, 영월재래종은 4~12 Gy 이었다. 11. 저선량감마선으로조사된방사콩종자의발아율과초기생육은저장기간이길어질수록저선량조사에의한자극효과가높게나타났으나유묘의생육촉진효과는감소하였고초기생육은 0.5~2 Gy에서효과적이었다. 포장수량은 1~2년차종자의경우각각 0.5 Gy와 1 Gy 조사구에서, 3 년차종자는 16 Gy에서생육증대효과가가장높았다. 12. 자연방사선을방출하는천연고형세라믹을토양에주입하여작물발아율과유묘초기생장에대한영향을조사한결과배추와무의발아율과초장생장에저선량방사선조사와유사한자극현상을유도하였지만감마선조사보다발아율및초장생장의반응변이폭의편차가매우컸으며, CAT, POD와같은항산화효소와지베렐린의함량에는거의영향을미치지않았다. 13. 저선량조사한고추유식물체의초기생육촉진과후속고선량내성은품종에따라달랐는데조광고추보다조홍고추에서뚜렷한증가효과가있었고발아율과초기생육촉진은 4, 8, 20 Gy 조사구에서효과적이었다. 조홍고추유식물체의후속고선량에대한내성은사전저선량조사에의해크게증가하였는데이때내성증진에가장효과적인사전조사선량은 4 Gy 이었다. Carotenoid, protein 및 catalase 활성은 4 Gy와 8 Gy 조사구에서높게나타났다. 14. 배추종자의발아와초기생육은신규종자에는유의한효과가없었으나묵은종자에서는촉진효과가있었고적정선량은 1 Gy 와 2 Gy 이었다. 배추유식물체의엽록소함량은대조구에비해저선량조사구에서증가하였고, 항산화효소활성은낮은선량에서는증가하였으나높은선량에서는감소하였다. 15. 감자 대지 품종의경우 2, 4, 8 Gy 에서대조구에비해빠른맹아출 현율을나타내었고온실재배에서는 4, 8, 16 Gy 에서양호한생육과수 - v -

8 량증가를나타내었다. 감자 수미 품종에서의맹아출현은 2 Gy 와 4 Gy 에서촉진되었고, 0.5 Gy 와 4 Gy 에서양호한생육및수량을보였다. 엽록소함량은대조구에비해저선량조사구에서증가하였다. 16. 저선량에의한참박의초기생육촉진효과는품종에따라다른경향을보였는데종자의발아율은 2 Gy와 8 Gy에서효과적이었고, 초기생육은 Partner와 Support 품종의경우 4, 16, 20 Gy 조사구에서, FR용자는 1 Gy 조사구에서증가하였다. 초기생육과항산화효소활성은저선량조사구에서전체적으로증가하는경향을보였다. 17. 묵은배추와무종자의발아율은대조구에비해저선량조사구에서증가하는경향을보였으며특히발아초기단계에서그효과가뚜렷하였다. 배추종자의발아율은 2 Gy와 8 Gy 조사구에서 4~11%, 무의경우는 2, 6, 10 Gy 조사구에서 25~41% 증가하였으며특히배추는 4 Gy, 무는 6 Gy 조사구에서뚜렷한증가효과를나타내었다. 저선량조사구의단백질함량은공시식물모두발아초기단계에서증가하였으며 Peroxidase 와 catalase 활성은 4 Gy와 10 Gy 조사구에서증가하였다. 18. 발아율이 70~80% 인참박종자의발아율은 4~20 Gy에서증가하였으며특히 4 Gy에서가장높았고 80~90% 종자도 4 Gy에서가장효과적이었으며파종 4일후대조구에비해각각 66% 와 26% 증가하였다. 발아율이70~80% 인호박종자는 2 Gy에서, 80~90% 종자는 8 Gy에서발아율이향상되었다. 발아율이 70~80% 인호박종자의유묘생육은 2 Gy에서가장높았다. 단백질과 catalase 활성은참박의경우 4 Gy에서, 호박은 catalase와 peroxidase 활성이 2 Gy와 8 Gy에서각각증가하였다. 19. 저선량조사한고추종자의발아율은특히발아초기에그효과가뚜렷하게나타났으며조광고추품종은 4 Gy에서 74%, 홍광고추품종은 8 Gy에서 11% 증가하였다. 유묘초장도모든저선량조사구에서증가하였고특히조광고추는 4 Gy에서, 홍광고추는 8 Gy 조사구에서유의성있는증가효과를나타내었다. 저선량조사한종자의단백질함량은조광고추는발아후기에, 홍광고추는발아초기에증가하였고, catalase와 peroxidase 활성은조광고추는 4 Gy에서, 홍광고추는 8 Gy 조사구에서각각증가하였다. - vi -

9 20. 저선량 4 Gy가조사된고추의광합성능은대조구에비해 1.5배높은것으로나타났다. 광스트레스에의해 Fv/Fm은감소되는경향을보였으며 4시간처리했을때대조구는 50% 감소된반면, 4 Gy 조사구는 37% 감소되었다. 광계II의광양자수율과광계II 반응중심에의한여기포획율또한광스트레스가진행됨에따라감소되었고 4시간처리했을때대조구는 47%, 4 Gy 조사구는 30% 감소되었다 21. 저선량으로조사된배추유식물의생육촉진효과는 2, 4, 8 Gy에서모두나타났으며특히 4 Gy에서가장뚜렷하였다. 저선량방사선의작물의병저항성에대한상승효과연구결과배추무사마귀병에대한방제효과는 4 Gy에서가장높은것으로관찰되었다. 22. 묵은배추와무종자의발아율은대조구에비해저선량조사구에서증가하였고특히발아초기단계에배추는 4, 10, 50 Gy 조사구에서, 무는 2, 6, 10 Gy 조사구에서증가하였다. 유묘초장도저선량조사구에서증가하였는데배추는 4 Gy와 10 Gy에서, 무는 6 Gy에서뚜렷한증가효과를보였다. 단백질함량은발아초기단계에서대조구에비해증가하였으며 peroxidase와 catalase 활성은 4 Gy와 10 Gy 조사구에서증가하였다. 23. 지치의 callus 생장증가는생장배지에따라달라졌으며저선량방사선의효과또한달라졌다. DLB2IO.2 배지에서 callus생장효과는 2 Gy에서, 천연유용물질인 shikonin 유도체의함량은 30 Gy에서높았다. 그러나 DM-9배지에서는 callus의생장자극효과의경우 1 Gy에서, shikonin유도체의경우 2 Gy 에서매우양호한효과를보였다. 24. 무유식물체의초장은대조구에비해 10 Gy 조사구에서 7% 증가하였고최대광합성능은 1.2배높았다. 효소활성은저선량조사구에서증가하는경향을보였으며 10 Gy 조사구에서 catalase는 30%, peroxidase는 29% 증가하였으며, superoxide dismutase는 130% 증가하였다. 광계II의광화학적효율인 Fv/Fm은 UV-B 스트레스가진행됨에따라감소되는경향을보이며대조구는 4시간처리했을때 75% 감소하였으나 10 Gy 조사구는 69% 감소되어대조구에비해저선량조사구가 UV-B 스트레스에대 - vii -

10 해민감한반응을보이지않는것으로나타났다. 25. 저선량감마선에의한참박의초기생육은대조구에비해 4~16 Gy에서증가하였고자엽의 catalase와 peroxidase 활성은대조구에비해 8 Gy 조사구에서가장높았고본엽의경우 peroxidase 활성이 4 Gy 조사구에서증가하였다. 저선량조사한박식물체의경우광스트레스에대한반응효과는 Fv/Fm이대조구와 8 Gy의경우 50% 감소되었으나 4 Gy 조사구는 40% 정도감소하였다. 광계II의광양자수율 (Φ PSII ) 과광계II반응중심의흥분포획능 (1/Fo-1/Fm) 또한광저해가진행됨에따라감소하여대조구와 8 Gy는 20%, 4 Gy 조사구는 15% 감소를보였고 1/Fo-1/Fm은대조구와 8 Gy 조사구에서모두 55%, 4 Gy 조사구는 45% 의감소를나타냈다. 26. 감자괴경의맹아율과생육에대한저선량감마선효과는저장기간과품종에따라다르게나타났다. 대지품종은 2~8 Gy에서빠른맹아출현율과양호한생육및수량을보였고, 수미품종은 2~4 Gy에서맹아출현이빨랐고온실에서의생육및수량은 4 Gy에서증가효과가있었다. 27. 저선량감마선이조사된콩의초장은대조구에비해 4 Gy 조사구에서 5% 증가하였고최대광합성능은 1.1 배높았다. Catalase 활성은 4 Gy 조사구에서대조구에비해 25% 증가하였다. 저선량감마선이조사된콩식물체의 UV-B 스트레스에대한반응효과는최대광합성능이대조구는 52% 감소되는반면, 4 Gy 조사구는 31% 감소하였다. 광계II의광화학적효율인 Fv/Fm은스트레스가진행됨에따라감소되며대조구는 55% 감소되었으나 4 Gy 조사구는 39% 감소를보여대조구에비해 UV-B 스트레스에대해덜민감한것으로나타났다. 29. 고추잎이나배양세포의단백질이방사선조사 2~3일후일시적으로증가하였으나 20 Gy 이상의고선량에서는방사선조사 7일후감소되었다. 2D 전기영동결과를통해방사선조사에의해식물세포의단백질패턴이변화하는것을알수있었다. 항산화효소활성은감마선선량에비례하여방사선조사 1~5일이내에증가하였다가점차감소되는경향을보였다. 방사선을유식물에조사한후대조구핵에서는발견되 - viii -

11 지않았던긴꼬리를가진핵이관찰되었다. 30. 저선량조사에의해마늘세포의재분화율이증가하였으나캘러스생장에는크게영향을미치지않아지치의생장에대한유익효과와는크게차이가났지만이는배지의종류와작물에다른현상으로판단되었다. 식물세포를방사선과자외선에노출시킨후경과시간별로세포활력의변화를관찰한결과, 방사선처리는정상상태에서시간이경과함에따라세포의활력이회복되는것을뚜렷이관찰할수있었다. 그러나자외선의처리는처리후시간이경과함에따라세포의활력이현저히감소하여궁극적으로세포가고사하게되어방사선처리에대한반응과는대조적인결과를보였다. 31. 자외선과방사선을처리한후잎과배양세포로부터누출되는전해물질의양을측정하였다. 방사선조사는잎및캘러스모두전해물질의누출정도가무처리와차이가없으나자외선처리는잎으로부터의전해물질누출정도가무처리에비해수십배가증가하였다. 캘러스에자외선을처리한경우에도잎에비해서는낮으나자외선의처리시간이증가함에따라전해물질의누출량이증가하였다. V. 연구개발결과의활용계획 저선량방사선의생물활성증진효과연구를통하여개발된작물, 채소종자및발아저조채종종자의발아율향상과생육증대, 수량증대기술을농업관련기관및종묘산업체와연계하여실용화를추진함. 저선량감마선조사식물체의광합성능증진과저온, UV 및후속고선량등환경스트레스에대한내성증진연구결과가현장에적용될경우저선량작물의건전생장에의한비료, 농약의사용의감소를유도할수있으며농경지토양및주변하천오염을저감시킬수있는새로운농업기술로제시할수있음. 지치의천연유용물질인시코닌의생산성을향상시킬수있는세포배양법개발을통해세포배양의대량화가이뤄지면관련산업체에기술이전을추진하여산업재산권확보가능성을제시할수있으며산업체의경제적이익창출에많은기여를예상. 방사선유도단백질및 polypeptide 탐색과동정은생명과학기초연구 - ix -

12 와관련산업체의실용화연구에기여할것이며저선량방사선의생물유익 효과를견고히확립하고적극적인홍보를통하여국민들의원자력에대한 이해의증진과원자력의안정성문제해결에기여할것으로예상됨. - x -

13 S U M M A R Y I. Project Title Radiation Hormesis in Plant II. Objectives and Importance of the Project 1. Objectives Enhancement in crop germination rate and productivity by low dose gamma radiation Improvement of crop utilization by low dose gamma radiation Development of radiation-tolerant crops 2. Importance of the project After Luckey proposed the concept of radiation hormesis, studies on the effects have been carried out with a lot of animals such as virus bacteria, animal and plants. Although high doses of ionizing radiation are obviously harmful to living organisms, low-to-intermediate doses have been observed to enhance growth and survival, and augment the immune response and increase resistance to the mutagenic effects of further irradiation in animals. It was also found that germination, sprouting, growth, development, blooming and resistance of the plants to environmental stresses were accelerated by low dose ionizing radiation. The high dose of gamma radiation has been used as not only one of the tools for the improvement of bio-related industries such as food, environment, etc., and but also the powerful tool to induce mutations for plant breeding. In the case of the low dose of gamma radiation, it was reported to have positive effects on plant growth without causing gene mutation. It is also expected that it could solve environmental problems by the reduction of pesticide, fertilizer uses, being the - xi -

14 essential factor for health and environment improvements. As a result, low-dose irradiation technique has high potential to benefit on bioscience and bio-related industries. Also, this technique is necessary for the better development of atomic technique and public understanding. Radiation hormesis provides the basis for appropriate utilization of ionizing radiation as a useful tool in our technology society. It can improve resource usage and maximize food production, and increase health quality. Utilization of nature's resources can be more efficient and economical through supporting the practical application of radiation hormesis. III. Scope and Contents of the Project This study was to elucidate the effect of low dose gamma radiation on germination, early growth and the yield in the field with various agricultural cultivars. The stimulating effect of low dose gamma radiation was explained by analyzing the physiological activities of antioxidants enzyme, photosynthetic ability, absorption of nutrition. Also, both yields of the irradiated present and its progeny crops were studied to reveal that low dose gamma radiation stimulates the yield of the irradiated present but not that of the progeny, possibly proving that there is no carry-over effects of the low dose of gamma radiation. Induction of increased shikonin production in the plants by low dose gamma radiation was challenged to open up the possibility of applying radiation hormesis to the industrial mass production system of the natural materials useful to humans. Effects of natural radiation emitted from solid ceramics was compared on the plants with those of low dose gamma radiation. Finally, activation of aged seeds by low dose gamma radiation, probably facilitating their commercial circulation in the agriculture, was challenged in association with an industrial seed company. The changes in the resistance of low dose gamma radiation-irradiated - xii -

15 plants to environmental stress, such as high light, low temperature were also investigated. Nuclear DNA damage, recovery mechanism and protein expression by gamma radiation was confirmed with use of various molecular analysis methods. IV. Results of the Project 1. The growth of soybean increased by low dose gamma radiation. The optimal gamma radiation dose for the growth increment was 8 Gy in soybean plants. Growth inhibition of soybean plants by high dose gamma radiation was noticeably reduced by pre-irradiation of low dose gamma radiation. Resistance to subsequent high dose of gamma radiation was effective in 8 Gy and 20 Gy gamma radiation groups. 2. Brassica campestris varieties showed highest germination rate and dry weight production with increasing gamma radiation. Dry weight of Surim and Hckjinju were 43% and 38% in 10 Gy gamma radiation group, respectively, in comparison with the control. There was no differences in germination rate and dry weight production of Raphanus sativas var. 3. Root growth and dry weight of soybean cultivars showed apparently hormetic effects when grown in growth chamber. In the field experiments, yields of pea were not different significantly between gamma radiation irradiated cultivars, but weight of one hundred peas increased in all gamma radiation irradiated cultivars. Increment of yield was assumed to be induced through shortening the maturation stage, which was accounted for by accelerated early growth after gamma radiation. 4. The extent to which germination rate of the spinach with 70-80% of germination capacity was stimulated by low dose gamma radiation was smaller than that with 50% of germination capacity, implying that the poorer the seed vigour was, the more stimulation by low - xiii -

16 dose gamma radiation it occurred. 5. It was clear that low dose gamma radiation stimulated germination of the root stocks with about 50% of germination capacity, although they ultimately showed less than 15% of germination rate. The optimum doses of gamma radiation were 8 and 16 Gy for the promoted germination rates. 6. Low dose gamma radiation exhibited promoting effects on the sprouting rate in the range of 1 and 2 Gy, and the sprout length in the range of 2 and 4 Gy. The number of sprouts, which were reserved for 15 days after production (DAP), were significantly increased under 4, 8 and 16 Gy gamma radiations. The growth of 45 DAP sprouts was extremely stimulated under 4 Gy gamma radiation with increase of peroxidase activity in the plantlet. 7. Though varied with storage duration and conditions, sprouting rate of potato stored at 5 in the dark was promoted at the 8 and 16 Gy gamma radiation compared to 20 in the light. The field growth of potato stored at 5 was highly increased at the 2, 4, 8 Gy gamma radiations. The catalase activity of potato plantlet was increased by about 20% at 1, 8 and 16 Gy gamma radiations. Peroxidase activity was also increased by 7~16% at 1, 8 and 16 Gy gamma radiations compared to the control. The effective quantum yield of PSII was slightly increased by about 12% at 1 and 16 Gy gamma radiations. Seedlings irradiated with low dose gamma radiation showed the lower excitation pressure on PSII (1 - qp), while NPQ was greatly increased by 45% at 4 Gy irradiated plants. 8. High stimulatory effect on early growth of maize was observed in 2 Gy gamma radiation group of kosungjaerae cultivar and in 12 Gy gamma radiation group of youngwoljaerae cultivar. The optimal radiation dose for the enhancement of yield and yield components in maize was 8 Gy in kosungjaerae cultivar and 4~12 Gy in - xiv -

17 youngwoljaerae cultivar. 9. The seed germination of the 3 year-old seed was remarkably stimulated by low dose gamma radiation compared with that of the 2 year-old seed at the dose of 0.5~2 Gy. The characteristics of yield components evaluated significantly were improved in the 0. 5~1 Gy gamma radiation group of 1 year and 2 year old seeds and in the 16 Gy gamma radiation group of 3 year old seed. 10. Natural radiation emitted from solid ceramics produced similar results to those by gamma radiation on the plants, although the extent to which it stimulated germination rate and height growth was far less than gamma radiation. Moreover, unlike gamma radiation, solid ceramics did not affect CAT and POD activities, and GA s contents at all. 11. Germination rate and early growth of Johong cultivar were noticeably increased at 4, 8 and 20 Gy gamma radiation. Resistance to subsequent high dose of gamma radiation of Johong cultivar was increased at all the low dose gamma radiation. Especially it was highest in 4 Gy gamma radiation group. Plant groups of Johong cultivar showing the resistance to subsequent high dose of gamma radiation, which had been pre-irradiated with 4 Gy and 8 Gy, were also higher in the carotenoid contents and enzyme activity than the plants not irradiated previously. 12. Compared to the new, 1-year-old seeds, old seeds irradiated by low does gamma radiation with the range of 1~2 Gy showed vigorous growth as revealed by statistically significant increases in the germination rates and the leaf size and fresh weight. Further, seedlings grown from seeds previously irradiated by low dose gamma radiation showed higher peroxidase and catalase activities than non-irradiated seedlings. - xv -

18 13. Though it varied with cultivars and storage duration, the sprouting rate was promoted by 2, 4, 8 Gy gamma radiation in microtuber of "Dejima". Growth and tuber yield were also increased by 4, 8, 16 Gy gamma radiations. In microtuber of "Superior", the sprouting rate was promoted by 2 Gy and 4 Gy gamma radiations, and the growth and tuber yield by 0.5 Gy and 4 Gy gamma radiations. 14. Low dose gamma radiation had promoting effects on the germination at 2 Gy and 8 Gy and on the early growth at 4, 16 and 20 Gy in partner and support cultivar and 1 Gy in FR Yongja cultivar. 15. The germination rate of Chinese cabbage was higher at 2 Gy and 8 Gy gamma radiation group and that of radish was higher at 2, 6 and 10 Gy gamma radiation. The height of Chinese cabbage was noticeably high at 4 Gy and 10 Gy gamma radiation and that of radish at 6 Gy gamma radiation. The enzyme activities of seedlings from seeds irradiated with low dose gamma radiation was high at 4 Gy and 10 Gy. 16. In the case of bottle gourd, the germination rate of 70~80% germinative seed increased at 4~20 Gy gamma radiation. Especially, it was the highest at 4 Gy. The germination rate of 7 0~80% and 80~90% germinative seed at 4 days after sowing increased by 66% and 26% at 4 Gy, respectively. In the case of pumpkin, the germination rate of 70~80% and 80~90% germinative seed increased at 2 Gy and 8 Gy, respectively. Catalase activity of bottle gourd increased at 4 Gy. Catalase and peroxidase activity of pumpkin increased at 2 Gy and 8 Gy. 17. The germination rate at 7 days after sowing in Jokwang and Hongkwang cultivar was high as 74% and 11% at 4 Gy and 8 Gy, respectively. The seedling height of Jokwang cultivar was noticeably high at 4 Gy and that of Hongkwang cultivar at 8 Gy. - xvi -

19 The protein contents of seedlings from seeds irradiated with low dose gamma radiation of Jokwang cultivar increased at the late stage of induction and that of Hongkwang cultivar at the early stage of induction. Catalase and peroxidase activities of seedlings from seeds irradiated with low dose gamma radiation of Jokwang cultivar increased at 4 Gy and that of Hongkwang cultivar at 8 Gy. 18. The O 2 evolution in the 4 Gy was 1.5 times greater than in the control. The photochemical yield of PSII, estimated as Fv/Fm, was decreased with increasing illumination time by 50% after 4 hours while Fo did not change. However, Fv/Fm in the 4 Gy was decreased by 37% of inhibition. Changes in the effective quantum yield of PSII, Φ PSII, and 1/Fo-1/Fm, a measure of the rate constant of excitation trapping by the PSII reaction center, showed similar pattern to Fv/Fm. 19. The stimulating effect in early growth of cabbage and resistance to disease were observed in 4 Gy gamma radiation group. 20. Callus growth of Lithospermum erythrorhizon and radiation induced-hormesis effects were largely dependent on the type of growth medium. Callus growth and production of shikonin precursors on DLB2I0 medium were stimulated at 2 and 30 Gy irradiation, respectively, while being stimulated on DM-9 medium at 1 and 2 Gy irradiation, respectively. 21. The germination rate of Chinese cabbage increased at 4, 10 and 50 Gy and that of radish increased at 2, 6 and 10 Gy. The seedling height of Chinese cabbage was noticeably higher at 4 Gy and 10 Gy and that of radish at 6 Gy. The protein contents of seeds irradiated with low dose gamma radiation was increased compared to that of the control especially at the early stage of induction. The enzyme activity of seeds irradiated with low dose of gamma - xvii -

20 radiation was increased at 4 Gy and 10 Gy. 22. The seedling height of radish was stimulated in plants grown from seeds irradiated with gamma radiation of 10 Gy. The O 2 evolution in the 10 Gy gamma radiation was 1.2 times greater than in the control. The catalase and peroxidase activity of radish leaves grown from seeds irradiated with gamma radiation were increased at 10 Gy as was the case of superoxide dismutase activity in the leaves. The photochemical yield of PSII, estimated as Fv/Fm, was decreased with increasing illumination time by 75% after 4 hours while Fv/Fm in the 10 Gy irradiation group was decreased by 69% of inhibition. 23. The stimulating effects of the low dose gamma radiation on the early growth were not noticeably high, but were increased generally at 4~16 Gy irradiation group. The catalase and peroxidase activity of cotyledon from seeds irradiated with gamma radiation were increased at 8 Gy irradiation group. The photochemical yield of PSII, estimated as Fv/Fm, decreased with increasing illumination time by 50% after 4 hrs in the control and 8 Gy irradiation group, while Fo slightly increased. However, Fv/Fm in the 4 Gy irradiation group decreased by 40% of inhibition. Changes in the effective quantum yield of PSII,Φ PSII and 1/Fo-1/Fm, a measure of the rate constant of excitation trapping by the PSII reaction center, showed similar pattern to Fv/Fm. 24. Though varied with cultivars and storage duration, sprouting rate, growth and tuber yield were promoted by 2~8 Gy gamma radiation in microtuber of "Dejima" stored at low temperature. On the other hand, in microtuber of "Superior", sprouting rate was promoted by 2 and 4 Gy, and the growth and tuber yield by 4 Gy. 25. The seedling height of soybean were stimulated in plants grown - xviii -

21 from seeds irradiated with the low dose of 4 Gy gamma radiation. The O 2 evolution in the 4 Gy gamma radiation was 1.1 times greater than in the control. The catalase activity of leaf was noticeably high at 4 Gy. The photochemical yield of PSII (Fv/Fm) was decreased with increasing illumination time by 55% after 4 hours, while Fv/Fm in the 4 Gy irradiation group was decreased by 39% of inhibition. 26. Protein content in pepper leaves and cultured cells were temporarily increased in two or three days after 1 or 5 Gy irradiation, while higher dose of gamma radiation than 20 Gy decreased protein content at seven days after radiation treatment. Based on protein spot analysis using two dimensional electrophoresis, it was shown that plant cells respond to irradiation stress by changing their protein patterns. Activities of antioxidant enzymes, superoxide dismutase and peroxidase, were temporarily increased within one or five days after treatment depending on the doses of treatment, and the activities were gradually decreased to control level or lower thereafter. After treating the seedling with radiation stress, increased tail moment was observed as the dosages of radiation increased when compared to nuclei of un-irradiated control cells, which means that radiation stress is powerful genotoxic factors for plant cell. 27. Lower dose of gamma radiation such as 1, 5 or 10 Gy promoted the formation of multi-shoot from garlic callus. Even though lower dose of gamma radiation promoted multi-shoot formation from garlic callus, callus growth was not significantly affected by the irradiation. Differential responses of pepper plants and cultured cells to gamma and UV irradiation were investigated. In seed treatment, 1 Gy of gamma radiation increased seedling dry weight up to 19.1%, but 50 Gy irradiation significantly inhibited seed germination, and seedling growth thereafter. In case of UV treatment to seed, gemination, seedling growth was not affected - xix -

22 regardless of duration of UV treatment. 28. Leakage of electrolytes from the leaf by 24 hours of UV stress increased up to 28.8 folds as compared with untreated control, where as gamma irradiation of 50 Gy increased electrolyte leakage by 1.2 fold. V. Proposal for Applications It is necessary to employ radiation technology to agricultural industries. We expect the reduction of chemical manure and pesticide usage through investigating physiological activities and factors that increase resistance to environmental stresses in gamma radiation- irradiated plants. Transfer of radiation technology to related industry is a strong possibility once the value-added product like shikonin is developed and massively produced through low dose gamma radiation technology. The continuous investigation of gamma radiation-inducible proteins or polypeptide will contribute significantly to bio-technology research and application of radiation hormesis to related industries. It is also expected that the development of radiation hormesis will promote a better public understanding of radiation. - xx -

23 CONTENTS Chapter 1. Introduction 1 Chapter 2. State of the Art 3 Chapter 3. Contents and results of the research 8 1. Germination and early growth of various seeds irradiated with low dose gamma radiation Germination and early growth of vegetables seeds with different storage duration by low dose irradiation Yield and growth of crops in the field after low dose gamma irradiation Yield of the progeny from the present irradiated with low dose gamma radiation Growth and dormancy of seed potato irradiated with low dose gamma radiation Shikonin production in Lithspermum erythrorhizon after irradiation of low dose gamma radiation Influence of natural radiation from ceramics on vegetables Influence of low dose gamma radiation on the growth and physiological activity of crops and vegetables Influence of low dose gamma radiation on the reduction of environmental stresses Analysis and utilization of plant antioxidative mechanism by radiation 339 Chapter 4. Objectives of R&D and possible contribution 405 Chapter 5. Application 407 Chapter 6. References xxi -

24 목 차 제 1 장연구개발과제의개요 1 제 2 장국내 외기술개발현황 3 제 3 장연구개발수행내용및결과 8 제 1 절연구내용및방법 8 1. 저선량방사선이조사된종자의발아와초기생육 8 가. 참박과호박종자의발아와초기생육 8 나. 배추와무종자의발아와초기생육 8 다. 대두종자의발아와초기생육 9 라. 고추종자의발아와초기생육 9 마. 채소종자의산업체비교발아실험 9 2. 저장기간에따른저선량조사채소류종자의발아와초기생육 10 가. 신규배추종자와묵은배추종자의발아와초기생육 10 나. 묵은참박종자의발아와초기생육 10 다. 묵은배추와무종자의발아와초기생육 11 라. 묵은고추종자의발아와초기생육 저선량조사한작물의포장생육과수량 11 가. 신규흑미종자와묵은종자의포장생육과수량 11 나. 연도별흑미종자의포장생육과수량 12 다. 저장기간이다른방사콩의포장생육과수량 12 라. 품종별대두종자의포장생육과수량 13 마. 품종별옥수수종자의포장생육과수량 저선량조사작물의후대수량검정 14 가. 흑미종자의후대수량검정 14 나. 다수구흑미종자의후대수량검정 14 다. 방사콩 2계통의후대수량검정 14 라. 품종별대두종자의후대수량검정 14 - xxii -

25 5. 저선량조사한감자의생육및수량 15 가. 씨감자의휴면조절과생육및수량 15 나. 저온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육 15 다. 실온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육 16 라. 씨감자 대지 품종의휴면타파와생육 저선량조사한지치세포배양에서의 shikonin 생산 17 가. 지치의 callus 생육 17 나. 지치의 shikonin 생산 자연방사선을함유한천연세라믹의채소작물생육에대한영향 20 가. 배추와무의발아와초기생육 20 나. 배추와무의효소활성과호르몬함량 저선량조사가작물의생리활성에미치는영향 24 가. 효소활성 24 나. 엽록소함량 24 다. 광합성능 25 라. 양분흡수 26 마. 대두뿌리활성 26 바. 저선량조사에의한작물의단백질발현추이 저선량조사가작물의스트레스경감효과에미치는영향 27 가. 작물의방사선감수성에미치는영향 27 나. 방사선에의한작물의광스트레스경감효과 28 다. UV-B 스트레스경감효과 29 라. 저온과산화스트레스에대한오이의반응 30 마. 병해경감효과 방사선에의한식물의항산화기구해석및이용 32 가. 대상식물및방사선조사 32 나. 단백질정량및전기영동 32 다. 방사선유도성유전자탐색 32 라. 항산화효소의활성측정 33 마. Comet 분석에의한핵 DNA 손상조사 33 바. 방사선과자외선에대한식물의반응차구명 33 사. 방사선조사가고추의생육과수량에미치는영향 33 - xxiii -

26 제 2 절연구결과및고찰 저선량방사선이조사된종자의발아와초기생육 34 가. 참박과호박종자의발아와초기생육 34 나. 배추와무종자의발아와초기생육 39 다. 대두종자의발아와초기생육 42 라. 고추종자의발아와초기생육 44 마. 채소종자의산업체비교발아실험 저장기간에따른저선량조사채소류종자의발아와초기생육 57 가. 신규배추종자와묵은배추종자의발아와초기생육 57 나. 묵은참박종자의발아와초기생육 61 다. 묵은배추와무종자의발아와초기생육 65 라. 묵은고추종자의발아와초기생육 저선량조사한작물의포장생육과수량 74 가. 신규흑미종자와묵은종자의포장생육과수량 74 나. 연도별흑미종자의포장생육과수량 81 다. 저장기간이다른방사콩의포장생육과수량 86 라. 품종별대두종자의포장생육과수량 94 마. 품종별옥수수종자의포장생육과수량 저선량조사작물의후대수량검정 108 가. 흑미종자의후대수량검정 108 나. 다수구흑미종자의후대수량검정 108 다. 방사콩 2계통의후대수량검정 114 라. 품종별대두종자의후대수량검정 저선량조사한감자의생육및수량 126 가. 씨감자의휴면조절과생육및수량 126 나. 저온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육 134 다. 실온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육 146 라. 씨감자 대지 품종의휴면타파와생육 저선량조사한지치세포배양에서의 shikonin 생산 167 가. 지치의 callus 생육 167 나. 지치의 shikonin 생산 자연방사선을함유한천연세라믹의채소작물생육에대한영향 193 가. 배추와무의발아와초기생육 xxiv -

27 나. 배추와무의효소활성과호르몬함량 저선량조사가작물의생리활성에미치는영향 203 가. 효소활성 203 (1) 배추유식물 203 (2) 묵은참박 207 (3) 묵은채소종자 ( 배추와무 ) 213 (4) 묵은고추종자 218 (5) 참박과호박 223 (6) 씨감자 228 나. 엽록소함량분석 231 (1) 배추유식물 231 (2) 묵은참박 231 (3) 감자기내소괴경 232 (4) 참박 236 (5) 씨감자 236 (6) 콩 236 다. 광합성능 240 (1) 씨감자 240 (2) 고추 241 (3) 무 245 (4) 콩 245 라. 방사선에의한건물생산및양분흡수의변화 248 마. 재배환경에따른감마선의자극효과및콩의뿌리활성변화 259 바. 저선량조사에의한작물의단백질발현추이 저선량조사가작물의스트레스경감효과에미치는영향 279 가. 저선량조사가작물의방사선감수성에미치는영향 279 (1) 대두 279 (2) 고추의초기생육과후속고선량 284 나. 방사선에의한작물의광스트레스경감효과 296 (1) 고추 296 (2) 참박 302 다. 방사선에의한 UV-B 스트레스경감효과 307 (1) 무 xxv -

28 (2) 콩 313 라. 저온과산화스트레스에대한오이의반응 318 (1) 저온에대한오이의광합성반응 318 (2) 산화스트레스에대한오이의반응 324 마. 저선량조사에의한배추무사마귀병저항성유기 방사선에의한식물의항산화기구해석및이용 339 가. 방사선유도성인자 ( 단백질및 DNA) 의탐색 339 나. 방사선에대한식물의항산화기작과 DNA 손상 357 다. 방사선의고추생육및수량에미치는영향 372 라. 방사선과자외선에대한고추식물체및배양세포의반응차구명 391 제 4 장연구개발목표달성도및대외기여도 405 제 5 장연구개발결과의활용계획 407 제 6 장참고문헌 xxvi -

29 제 1 장 연구개발과제의개요 인구증가와환경오염등에의한식량자원의고갈과그에따른수요를대처하기위해서는자원의개발과종자의발아력향상및생육증진을통한식량생산성향상방법의개발이필요하다. 따라서이를해결하기위해다양한연구가진행되어져왔는데그중최근많은학자들에의해유해한물질도유해량이하의적정농도에서는생물활성을촉진하는효과즉 hormesis 이용연구가많이수행되고있다. 방사선도이러한작용물질중하나로서오래전부터알려져왔으며저선량의 X선과감마선등에의한식물의발아력향상, 초기생육촉진및작물의수량증가등에관한방사선 hormesis가보고되고있다 1,2). 방사선이란원자핵이나원자가변환을일으키는가운데방출되는빛또는입자를말하는데일반인에게는막연히유해한것으로인식되어왔다. 그러나방사선은다양한형태로항시우리주변에편재해있고생활의편리함을제공한다. 지금까지알려진바와같이고선량의이온화방사선일경우생물체에치명적으로작용할수있으나저선량으로조사되었을때에는오히려생물학적작용을촉진시킨다는연구가보고되고있다 3). 이러한저선량방사선의생물활성촉진효과에대한연구는 1930년대부터 1970년대까지다양한동물과식물에서꾸준히수행되어왔으며 1980년대이르러미주리-콜롬비아대학의 Luckey에의해방사선 hormesis 개념이제시되었다. Hormesis란그리스어로흥분시킨다는의미의 "hormo" 로부터유래한단어로유해한물질도소량일경우생물체에자극효과를보인다는개념이며방사선은이러한작용물질중하나인것이다. 방사선 hormesis 개념이 Luceky에의해제시된이후로바이러스, 원생동물, 척추그리고무척추동물및다양한식물에서연구가진행되고있는데동물의경우저선량방사선조사가방사선적응반응, 항산화제증가, DNA 복구능력의증가, 면역기능의증가, 암발생억제효과등을일으킨다는보고가있다 4). 한편저선량의방사선을식물의종자나유식물에조사하였을경우에는대조구에비해발아율, 생장율, 장기개화유도, 발근력증진, 수량증가등이관찰되었다 5,6). 이러한 hormesis의생물활성메카니즘은아직까지확실히정립되지않았지만몇가지가능성있는이론들이발표되고있다. 예를들면저선량의방사선에의해 DNA 복구과정에관련이있는단백질이생성되거나 DNA합성과정이일시적으로저해를받아조사된세포가회복될수있는충분한시간이제공되고동시에자유라디칼소거종등이형성되어저항성이증가된다는 - 1 -

30 것이다 7,8). 그러나이러한이론들은동물실험결과를토대로정립된것이며식물의경우정확한메카니즘이현재까지제시되고있지않은실정이다. 이는식물에조사되는방사선의적정선량기준이확립되지않았고또한실험의재현성이부족했기때문인것으로생각되고있다. 따라서식물에서 hormesis 현상에대한메카니즘을정립하기위해서는많은통계학적인실험자료와다양한수준에서의연구자료를수집하고분석해야할필요성이있다. 이를위하여본연구에서는충분한연구기간을통하여다양한작물의발아율및생장그리고생리활성을조사한후작물에적용할수있는적정선량을확립하고자하였다. 그리고생리학적, 분자생물학적기술을다양한작물에적용하여실험, 분석함으로써 hormesis 메카니즘에대한기초연구를수행하고자하였다. 또한자연상태에서재배되는작물은생육기간동안다양한환경스트레스를경험하게되고이러한스트레스는결국작물의생산성을감소시키는중요한요인이되므로본연구에서는광, UV-B, 온도, 후속고선량등다양한종류의환경스트레스를인위적으로가하여저선량감마선조사가후속환경스트레스에대한작물의저항성을증가시켜생산성을향상시킬수있는지조사하고자하였다. 이러한기초연구는향후방사선유도내성인자의선별과항산화능향상식물체와같은방사선내성인자를활용한신기능성작물의개발에필수적이며한정된식물자원의효율적인이용을도모하는데중요한연구라할수있다

31 제 2 장국내 외기술개발현황 인류를포함한지구상의모든생명은강한방사선, 특히높은감마선선존재하에서진화하여왔으며일상생활중음식물, 물, 대지, 집, 의류및신체는저수준의방사선을계속방출하고있어사람을포함한모든생체는전리방사선을피할수없다. 전리방사선의외부선원에는원자로와핵폭발이외에석탄연소, 가스연소및석유연소시설등이포함되는데이들에너지원의해결과합리적관리가인류기술사회의발전을결정한다고할수있다. 대부분사람들에대한최대의방사선피폭선원은 X선과감마선에의한진단, 치료등핵의학이용과자연방사선이며이들전체선원에서사람의전신방사선피폭량은지역과생활문화에따라다소차이는있으나평균적으로년간약 500 mr 정도다. 방사선장해에관한우리들의지식은저선량율과저 중선량피폭에대한정보가부족하여고선량급성피폭에관한정보에근거하기때문에저수준의방사선작용을잘못해석하기가쉽다. 생물체가급성조사에서는치사선량에해당하는총선량을장기간에걸친피폭실험을수행해보면중대한장해를나타내지않음을볼수있다. 급성방사선조사에의해잘알려진신체적장해는전리방사선을유해하다는단순화된견해를조장시켜방사선의급성또는만성피폭어느쪽에서도, 저선량과극미량방사선에의한장해의예측과혼동하게하는원인이되고있다. 이러한무서운단점은각각의광자나입자의흡수가치명적으로작용하지않을수도있다는것과모든생명체는최적상태유지를위하여필연적으로환경방사선에항상피폭되고있다는사실과이예측이방사선 hormesis의증거에의해타당치않다는것을보여주는것도무시하고있다. Luckey에의해방사선 hormesis 개념이제시된이후방사선효과에대한많은연구가바이러스, 박테리아, 원생동물, 무척추동물, 척추동물등다양한동물과식물에서수행되어져왔다. Hormesis에서가장중요한점은소량의유해작용물질은다량의같은물질이보여주는영향과는정반대의반응을보여주는것이다. 자극작용과유해작용의전환점은표준상태에서적절한실험계획에의해확정될수있는데이선량-반응곡선의전환점은생리학적으로는영점 (zero) 에가까운것 (ZEP) 이고, 분명한문턱선량값도보여준다. 특정한조건하에서는이문턱값은이론적으로도, 실제적으로도매우중요하며, 어떤측정가능한생리적기능에대해서정의할수있고, 안전기준확정에의해서도고려사항이될수있다. 전리방사선에의해생성된이온, radical 및특이분자들은산소존재시 - 3 -

32 에는더욱복잡해져서과산화물, hydro peroxides 및여러가지산화분자가생성되는데이들속에는비교적유독한화합물질도포함될것이다. 전리방사선의특유의독소로서여러가지 quinone 또는과산화물을들고있는데아마이들물질은저농도에서자극작용을나타낼것이다. 보고되어있는방사선 hormesis에관한다른생화학적요소에는당질대사, 광합성, 영양소농도, 산화적인산화반응및효소활성의변화등이있으나증거가확실치않으며작용기작에관계없이방사선자극작용이 hormesis 일반법칙과일치한다는점에서이의이해와응용을위해통일된이론적근거를제공하는것이가능할것이다. 방사선 hormesis 효과가돌연변이결과일가능성은몇가지이유때문에부적합하다. 즉돌연변이효과는대부분균일하지않으며장해가유발된다. 유발돌연변이에서는균일한반응이일어나지않고조사된수천개중에서 1 개체만이작물생산에서유용한것으로기대된다. 방사선 hormesis에관한실험들은보다균일한효과를보여주며돌연변이유기에실제사용했던선량보다도훨씬낮은선량에서얻어진것이고저선량에서조사된개체의 1% 이하에서돌연변이가나타난다. 또한돌연변이유기효과는대체로첫세대에서나타나지않으나방사선자극효과는조사된개체에서일어나고, 대체로다음세대에서는나타나지않는다. 원생동물과단순환식물에서효과가몇세대걸쳐나타나는보고도있으나지속성은없다. 방사선 hormesis는식물뿐만아니라원생동물, 척추, 무척추동물에서도나타나며측정된효과는측정자의능력에의해서한정되는것으로생각되나호흡, 발아, 성장, 생육과성숙, 생식, 질병과조사후에방사선에대한저항력및평균수명의증가나촉진등으로나타난다. Hormesis는개체에변화를일으켜환경의자극이나 stress에대해서전보다다르게반응시킨다. 이상적상태에있는건강한개체보다도최적이하의상태에있는개체에활력과체력의증가를일으키며허약하거나병약한개체는최대의반응을보이는것으로기대된다 - 4 -

33 1. 국외연구현황저선량이온화방사선은발견된이후짧은연구기간을통해자극작용이있는것으로알려졌으며, Maldiney와 Thourenin 9) 은 X선이종자의발아를촉진하는것을보고하였고, Richet 10) 는저선량방사선이발아를증가시키며식물의생장도촉진시킨다고보고하였다. 방사선중감마선은의학과농학분야에서많이이용되고있는데조사선량은통상원자력작업종자사또는원자력산업관련지역주민들의피폭에비해상당히높은수준이다. 농업분야에서는고선량방사선이식품멸균, 살충, 육종, 해충구제발아억제등을위해사용되고있으며대부분이유해한효과를보이고있다. 방사선자극작용에대한실험은 60 Co, 137 Cs을이용하여소련, 불가리아에서일부수행되고있으며루마니아에서도대규모로다년간실시되고있다 11, 12). 저선량방사선에대한연구는특히일본, 미국, 중국, 인도, 소련등각지에서활발히진행되고있는데 1996년에 Bhattarcharjee는 1 cgy/day를 5 일동안조사한결과쥐의고준위자연방사선에대한저항성이증가되고방사선이피폭된지역에거주한사람들의경우생식력과면역력이증가되고암발생율이감소하였다고보고하였다 13). 일본에서의연구결과예로는어떠한방사선도조사되지않았던 21-ICR 쥐를 8 Gy의 X-선에노출시켰을때조사 30일후쥐의생존율이 30% 였으나, 5 cgy X-선에미리노출되었던쥐들의경우에는 70% 까지증가되는것으로나타났다 14). 일본의 UNSCEAR 보고서 (1994) 에의하면히로시마폭격당시의생존자들은 200 msv의낮은선량에피폭되었지만그후암발생율과 leukemia로인한질병이감소되는것으로나타났다 15). 인디아에서는상대적으로높은방사선지역에살았던사람들의암발생율과사망률이저수준방사선지역의사람들보다더낮게나타나는것을보고하였고, 캐나다의보고에의하면원전지역의주민의암발생율이방사선평균지역의주민들보다 58% 정도더낮게나타나는것으로보고하였다 16). 저선량방사선에대한곡물류종자와식물체연구에서는저선량방사선조사에의한상당한자극작용이관찰되었는데, 대조구에비해 120% 의수량증가와환경조건이좋지않은상태에서의발아증가와병에대한저항성증가등이많이보고되었다 11). 밀종자에저선량방사선을조사하여재배한식물체의경우수량증가는없었으나질소 17) 와인산흡수 18) 가증가된다고보고한반면, Sheppard와 Evenden 12) 은보리와밀종자에저선량방사선을조사하여재배한식물체의경우생육촉진과수량이증가된다고보고하였다. 그러나이러한효과도종자의수분상태나생장온도에따라다르게나타난 - 5 -

34 다는보고도있었다 19,20). 감자괴경에대한저선량감마선과 X선조사는수십년동안일관되게방사선자극효과를보고하고있는데그예로휴면타파 21), 발아촉진 22), 생육기간단축 23), 괴경크기증대 24) 및수량증가 24) 등을들수있다. 또한감자괴경의저선량감마선조사시수량증가와더불어비타민 C 함량이증가된다는보고도있다 25). 채소원예작물에대한연구는상당한다양성을보여주고있는데토마토의발아증가와생육촉진및수량증가에대한보고가있다 26,27,28). 저선량감마선으로조사된종자로부터생육된토마토식물체에서양분함량의증가가보고되었고, 탄수화물과아미노산 28) 및 carotene 함량 26) 이증가되며 Pal 29) 은토마토종자에감마선 5~50 Gy를조사하여재배한식물체에서 190% 의건물중증가와함께물과인산흡수및질소, 탄수화물, 비타민 C 함량이증가한다고보고하였다. Nirale과 Gaur 30) 는고추, 양파, 상추에저선량감마선을조사했을때 5 Gy와 10 Gy에서생육촉진효과가있었다고보고하였다. 저선량방사선조사에의한작물의생장촉진효과외에도당근의광합성과핵산합성증가 28), 겨자의호흡, catalase 활성, 비타민 C와질소함량증가 31), 홍화의 catalase와 lipase 활성증가등이있으며 32), 저선량감마선조사에의해생리활성, 생장및수량이자극된다른식물로는상추 33), 당근 34), 고추 35), 오이 36) 및담배 37) 등농업적으로가치가있는작물이그주류를이루고있다. 방사선의식물자극작용에가장재현성있는연구로는딸기뿌리줄기증식실험을수행한 Hannover 기술대학방사선식물학팀의연구및 Kuzin 27) 의 X 선을조사한호밀, Degner 38) 등의감마선 1 Gy를조사한옥수수종자의생육, 내습성향상및종실수량증가등이있다. Conter 등 39) 에의하면저선량에의한자극에의해광합성세균의세포증식과더불어산화스트레스하에서유도되는항산화효소의활성이증가되는데이는저선량자극효과에있어서항산화효소가환경스트레스에대해방어메카니즘으로작용했다는것을시사한다. 미국, 유럽등에서는식물분자생물학을바탕으로한환경스트레스에더잘견디는개량식물개발에관한연구를수행중에있는데 Texas Tech의 Dr. R.D. Allen은항산화효소의유전자조작에의한환경스트레스내성식물체개발에관한가능성을제시하고활발한연구를수행중에있다 40). 방사선과식물체의연구로는감마선에민감한돌연변이체가애기장대등여러식물체에서분리되고있으나 41,42) 방사선에의해유도되는유전자및방사선적응기구의탐색은미비한 - 6 -

35 실정이다. 따라서방사선유도내성인자의선별과항산화능증가식물체와 같은방사선내성인자를활용한신기능성작물의개발은한정된자연자원 의효율적인이용을도모하는데중요한연구과제라할수있다. 2. 국내연구현황국내의방사선의생물에대한영향및이용기술연구는생물과농업분야에서방사성동위원소와방사선을이용하여생리, 영양, 대사과정의구명과방사선돌연변이육종으로다수의변이체를선발하여직접품종으로이용하거나교배모본으로이용하고있으며고선량방사선의생물영향에관한연구도많이수행되어왔으나저선량방사선에의한생물의생리활성촉진에관한연구는거의보고되어있지않은실정이다. 방사선 hormesis는인간의과학기술사회에유용한도구로서전리방사선을적절하게이용할수있는기반을제공하며, 자원의보다효과적인이용, 야채와식량의최대한생산및건강증진과수명연장을가능하게할것이다. 자연자원의효율적인이용을위해서방사선 hormesis의실용적인응용과연구에대해서한층지원할필요가있겠다

36 제 3 장연구개발수행내용및결과 제 1 절연구내용및방법 1. 저선량방사선이조사된종자의발아와초기생육 가. 참박과호박종자의발아와초기생육본실험에사용된재료로는시판용으로채종한종자이었으며발아율이각각 70~80% 와 80~90% 라고명시된 1999년에인도에서생산한 OK 참박 (Lagenaria siceraria Standl.) 과 2000년중국에서생산한흑종호박 (Cucurbita ficifolia Bouche) 품종을농우바이오 Co.Ltd. 에서분양받아사용하였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 1, 2, 4, 8, 20 Gy의감마선을실온에서건조종자에직접조사하였고, 방사선조사직후직경 15 cm petridish에흡습지 (Whatman No. 2) 를 5장씩펴고 50립씩 5반복으로종자를치상하여멸균수를공급한후 20 광상태의 incubator에서발아시켰다. 발아율조사는종자를치상한후 6일까지 12시간간격으로실시하였고발아개체판정은유근이 2 mm 이상신장된것으로하였다. 유묘초장과생체중은종자치상 8일후에측정하였다. 조사선량율은 Fricke dosimeter로측정하였다 43). 나. 배추와무종자의발아와초기생육 1998년산흑진주배추 (BC; Brassica campestris var. Surim), 1995년산서림엇갈이배추 (SC; Brassica campestris var. Hckjinju), 1998년산청운무 (CR; Raphanus sativas var. Chung-un) 종자를공시재료로하였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소의저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 2, 4, 6, 8, 10 Gy 수준으로건조종자에직접조사하였고, 방사선을조사한건조종자를 1998년 9월 20일 pot당 10립씩 5반복으로파종하고고려대학교자연자원대내유리온실에서재배하였다. 파종후 3, 4, 5, 6, 7일째에발아수를측정하였고, 17일째와 59일째에공시식물을각각수확하여생중량, 초장을측정하였다. 수확한식물체를흐르는물에깨끗이세척하고 105 에서 48시간 oven-dry 한후건중량을측정하였으며, 분쇄하여무기성분분석시료로사용하였다. 총인함량과전질소함량은 H 2 O 2 -H 2 SO 4 법으로 - 8 -

37 습식분해후각각 molybdenium청법 (P) 과 salicylate 발색법 (N) 을측정원리로하는 autoanalyser(bran- LEUBBE) 를이용하여정량하였고, 기타무기성분 (K, Na, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn) 에대해서는상기한분해액을사용하여 ICP(GBC Integra XL) 로측정하였다. 다. 대두종자의발아와초기생육공시재료로사용한대두 (Glycine max L.) 품종은한국원자력연구소시험농장의포장에서생산하여 6개월간실온에서저장한황금콩을선정하였다. 저선량조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선을 0, 4, 8, 12, 20 Gy 5수준으로건조종자에직접조사하였다. 온실재배실험은감마선조사당일에종자 100립씩을배양토와모래가 1:1로충진된 100공 plug tray에파종하여유리온실에서발아시키고파종 7일후에는발아율을, 파종 15일후에는초장과생체중등초기생육을조사하였다. 생육조사직후각선량별로비슷한크기의유묘를선발하여동일한토양으로충진된직경 15cm의비닐 pot 30개에 3주씩이식하여후속고선량조사시료로사용하였다. 라. 고추종자의발아와초기생육시험용종자로는흥농종묘의 1996년산조광고추 (Capsicum annuum L. cv. Jokwang) 와중앙종묘의 1999년산조홍고추 (Capsicum annuum L. cv. Johong) 를선정하였다. 방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선 0, 4, 8, 20, 50 Gy 수준으로건조종자에직접조사하였다. 온실재배실험은감마선조사당일에종자 100립씩을배양토와모래가 1:1로충진된 100공 plug tray에파종하여유리온실에서발아시켜파종 18일후발아율, 초장, 생체중등초기생육을조사하였다. 생육조사직후각각의선량별로비슷한크기의유묘를선발하여동일한토양으로충진된직경 15 cm의비닐 pot 30개에 3주씩이식하여후속고선량조사시료로사용하였다. 마. 채소종자의산업체비교발아실험실험에사용된공시재료는 1999년에인도에서생산한 OK 참박, 2000년에중국에서생산한흑종호박, 2000년국내생산한발아율 50% 이하인인동대목, 1996년중국에서생산한태양고추, 1999년덴마크에서생산한발아율이 70~80% 와 50% 이하인바이오시금치등총 5종의종자이었으며한국원자력 - 9 -

38 연구소에보유중인저준위조사시설을사용하여감마선을조사하였다. 조사선량은 OK 참박, 흑종호박, 인동대목의경우 0, 1, 2, 4, 8, 16, 20 Gy 7수준이었으며, 태양고추와시금치는 0, 1, 4, 8, 12, 20 Gy 6수준이었다. 방사선조사후 ( 주 ) 농우바이오시험포장에파종하였으며발아율을각종자발아시기에맞추어조사하였다. 2. 저장기간에따른저선량조사채소류종자의발아와초기생육 가. 신규배추종자와묵은배추종자의발아와초기생육시험재배용배추품종 (Brassica campestris L.) 으로는 1998년생산한서울종묘의만점배추와 1994년생산하여 5년간저온저장한농진종묘의서림엇갈이배추종자를사용하였다. 저선량방사선조사에사용한조사시설은한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 이었으며감마선을 0, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 8.0, 12.0, 16.0, 20.0 Gy의 9수준으로건조종자에직접조사하였다. 온실재배실험은 1999년 5월 3일에감마선을조사한직후에종자 150립을배양토와마사토가 1:1로섞인소형 50구연결 pot에 1립씩 3반복으로파종한후온실에서발아시켜발아율을조사하였고파종 10일후인 5월 13일과 20일후인 5월 23일에엽장 엽폭을조사하였다. 엽장 엽폭은제 2본엽을택하여실시하였으며, 1차조사시엔떡잎의엽장을, 2차조사시엔지상부생체중을추가조사하였다. 나. 묵은참박종자의발아와초기생육시험재배용참박품종 (Lagenaria siceraria L.) 으로는농우종묘의 Partner와 Support 2품종과중앙종묘의내병FR용자품종을종묘회사로부터직접분양받았는데이들종자는발아율이저조하여폐기하려는묵은종자였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소의저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선을 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 12, 16, 20, 30 Gy의 10수준으로건조종자에직접조사하였다온실재배실험은 1999년 3월 31일에감마선을조사한직후에종자 150립을배양토와마사토가 1:1로섞인소형 50구연결 pot에 1립씩 3반복으로파종하여온실에서발아시켜발아율을조사한후파종 35일만인 5월 4일에식물체시료중일부는초장, 생체중, 직경등의생육을조사하였고일부는엽록소와효소활성시료로사용하였다

39 다. 묵은배추와무종자의발아와초기생육일반적으로종묘산업체에서시판중인채소종자는대체로 2년까지유통시키며그이상된것은시중에서회수하나저장방법에따라다소연장되기도한다. 본실험에서는시판중인 2년차종자를구입하여묵은종자용으로사용하고자 5년간냉장 (4 ) 저장한 7년묵은서울종묘의 1993년산한여름배추 (Brassica campestris L. cv. Hanyoreum) 와실온저장한 5년묵은흥농종묘의 1995년산청수궁중무 (Raphanus sativus L. cv. Chungsukoungzoung) 를선정하였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선 0, 2, 4, 6, 8, 10, 50 Gy 7수준으로건조종자에직접조사하였고방사선조사직후직경 9 cm petridish에여과지 (Whatman No. 2) 2장을깔고 50립씩 5반복으로치상하여멸균수 5 ml을공급한후 2 0 광상태의 incubator에서한여름배추는파종후 4일 (4 days after sowing ; 4 DAS) 부터 6일간, 청수궁중무는파종후 3일 (3 DAS) 부터 4일간발아양상과유묘생육을조사하였다. 라. 묵은고추종자의발아와초기생육시험용재료로는시판중인고추종자를구입하여실온에서 4년간저장한흥농종묘의조광고추 (Capcicum annuum L.) 와 3년간저장한농진종묘의홍광고추품종을각각선정하였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 2, 4, 6, 8, 10, 50 Gy의감마선을실온에서건조종자에직접조사하였다. 발아실험은방사선조사직후직경 9 cm petridish에여과지 (Whatman No. 2) 2장을깔고 50립씩 5반복으로치상하여멸균수 5 ml을공급한후 2 0 광상태의 incubator에서 12일동안발아양상과유묘생육을조사하였다. 3. 저선량조사한작물의포장생육과수량 가. 신규흑미종자와묵은종자의포장생육과수량포장재배를위한흑미 (Oryza sativa L.) 품종은 1999년에수확한신규종자와 1998년에수확하여 1년저장한종자를사용하였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설

40 ( 60 Co) 을이용하여 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 12, 16, 20 Gy의선량수준으로건조종자에직접조사하였다. 포장재배실험은방사선조사다음날인 2000년 4월 22일에파종하여 40일간육묘한후 30 cm X 15 cm의재식거리로 1주 2본씩원자력시험농장의포장에손이앙하였으며이앙후남은묘를 30개체선별하여초기생육을조사하였다. 재배는표준재배법으로관리하였고 10월 10일에후기생육을조사하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에가운데 3 열에서 20주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였다. 나. 연도별흑미종자의포장생육과수량 1998년과 1999년, 2000년에수확하여실온저장한흑미 (Oryza sativa L.) 종자를포장재배를위한공시재료로사용하였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 12, 16, 20 Gy의선량수준으로건조종자에직접조사하였다. 포장재배실험은방사선조사다음날인 2001년 4월 20일에파종하여 40일간육묘한후 30 cm X 15 cm의재식거리로 1주 2본씩원자력시험농장의포장에손이앙하였다. 재배는표준재배법으로관리하였고 9월 24일에후기생육을측정하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에가운데 3열에서 20주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였다. 다. 저장기간이다른방사콩의포장생육과수량포장재배를위한대두 (Glycine max L.) 품종은한국원자력연구소시험농장의포장에서 1997년 (3년저장 ), 1998년 (2년저장 ), 1999년 (1년저장 ) 에재배, 수확하여보존하던콩나물용장려품종인방사콩계통을선정하였다. 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16 Gy의선량수준으로풍건종자에직접조사하였다. 온실재배실험은방사선조사당일인 2000년 5월 16일에종자 100립씩을배양토와마사토가 1:1로섞인 15구연결 pot에 20립씩 5반복으로파종한후온실에서발아시켜 2주후에발아율을조사하였고파종 3주후에유묘초장과생체중을조사하였다

41 포장재배실험은방사선조사다음날인 2000년 5월 17일에원자력시험농장의포장에서이랑나비 60 cm, 주간거리 30 cm, 이랑길이 3 m의 5열 3반복으로파종하였고, 비료는전량기비로, 재배는표준재배법으로관리하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에가운데 3열에서 20주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였다. 라. 품종별대두종자의포장생육과수량포장재배를위한대두 (Glycine max L.) 품종은서리콩과황금콩을사용하였으며저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 12, 16, 20 Gy의선량수준으로건조종자에직접조사하였다. 포장재배실험은방사선조사다음날인 2000년 5월 17일에원자력시험농장의포장에서이랑나비 60 cm, 주간거리 30 cm, 이랑길이 3 m의 5열 3반복으로파종하였고, 비료는전량기비로, 재배는표준재배법으로관리하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에가운데 3열에서 20주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였다. 마. 품종별옥수수종자의포장생육과수량저선량방사선을조사하여포장에서의수량구성요소에미치는영향을조사하기위한옥수수 (Zea mays L.) 품종은일반농가에서재배하여 1년간보존한영월재래종과고성재래종을선정하였다. 방사선조사는 60 Co을이용하여선량율 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 12, 20 Gy의 8수준으로건조종자에직접조사하였다. 포장재배실험은방사선조사다음날인 4월 7일에종자 150립을배양토와마사토가 1:1로섞인소형 50구연결 pot에 1립씩 3반복으로파종한후온실에서발아시켜발아율을조사하였다. 파종 20일후에식물체일부는초장과생체중의조사시료로, 일부는시험포장에재식거리 cm 간격으로 2열 20주씩, 3반복으로이식하였으며, 그외의경종법은농촌진흥청표준경농법에준하였다. 3요소 (N-P 2 O 5 -K 2 O) 시비량은 kg/10a 이었으며전량기비로사용하였다. 파종 20일후발아율과유묘초장및생체중을조사하였고, 파종한뒤 3개월후에생육상황을포장에서직접조사하였다. 옥수수품종별로각열중앙의 10주씩 30주에서옥수수이삭을수확하여수량과수량구성요소를측정하였다

42 4. 저선량조사작물의후대수량검정 가. 흑미종자의후대수량검정저선량조사한흑미종자의후대수량검정을위해 1999년에수확한종자를방사선무조사상태로 2000년 4월 22일에파종하여 40일간육묘한후 30 cm X 15 cm의재식거리로 1주 2본씩원자력시험농장의포장에손이앙하였으며이앙후남은묘를 30개체선별하여초기생육을조사하였다. 재배는표준재배법으로관리하였고 10월 10일에후기생육을조사하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에가운데 3열에서 20주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였다. 나. 다수구흑미종자의후대수량검정저선량조사하여수확한흑미다수구선량에서의후대수량검정을위해 2000년에수확하여수량이대조구보다증가한 3선량을선정하여방사선무조사상태로 2001년 4월 20일에파종하여 40일간육묘한후 30 cm X 15 cm 의재식거리로 1주 2본씩원자력시험농장의포장에손이앙하였다. 재배는표준재배법으로관리하였고 9월 24일에후기생육을조사하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에가운데 3열에서 20주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였다. 다. 방사콩 2개통의후대수량검정저선량조사한대두 (Glycine max L.) 의계통별후대수량검정을위해 1999 년에수확한방사콩 2계통종자를방사선무조사상태로 2000년 5월 17일에원자력시험농장의포장에서이랑나비 60 cm, 주간거리 30 cm, 이랑길이 3 m의 5열 3반복으로파종하였고, 비료는전량기비로, 재배는표준재배법으로관리하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에가운데 3열에서 20주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였다. 라. 품종별대두종자의후대수량검정저선량조사한대두 (Glycine max L.) 의풍종별후대수량검정을위해 2000 년에수확한서리콩과황금콩종자를방사선무조사상태로 2001년 5월 24일에시험농장의포장에서이랑나비 60 cm, 주간거리 30 cm, 이랑길이 3 m의 5열 3반복으로파종하였고, 비료는전량기비로, 재배는표준재배법으로관리하였다. 수량구성요소는등숙기에포장에서직접조사하였고, 수확기에

43 가운데 3 열에서 20 주씩건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산하였 다. 5. 저선량조사한감자의생육및수량 가. 씨감자의휴면조절과생육및수량시험재배용감자 (Solanum tuberosum L.) 는생명공학연구소인공씨감자실에서기내배양한 microtuber를재배하여생산한대지 (Dejima cultivar) 품종씨감자를분양받아저장방법을 24시간 5 암상태 ( 습도 20±5%) 와 20 광상태 ( 습도 80±5%) 로 incubator에서저장하면서생산후 15일 (15 DAP; days after production), 30일 (30 DAP), 45(45 DAP) 일간격으로방사선을조사하였다. 방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 1, 2, 4, 8, 16 Gy의감마선을저장중인씨감자에실온에서직접조사하였다. 맹아율과맹아생육은방사선조사후 20 광상태 ( 습도 80±5%) 의 incubator에감자괴경을저장하면서맹아생성최초일로부터 4일간격으로맹아율을측정하였고맹아길이와맹아수는감마선조사후 90일에측정하였다. 포장재배실험은종서생산약 5개월후인 2001년 3월 29일에한국원자력연구소시험포장에 80cm 30cm 간격으로파종하여일반관행에따라재배한후파종 30일후에초기생육을조사하였고파종 85일후에수확하여포장생육과수량구성요소를조사하였다. 나. 저온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육시험재배용감자 (Solanum tuberosum L.) 품종은생명공학연구소인공씨감자실에서기내배양한대지 (cv. Dejima) 와수미 (cv. Superior) 품종의소괴경을분양받아 5, 암상태의 incubator에서저장하면서대지품종은생산후 15일 (15 DAP; days after production), 30일 (30 DAP), 45일 (45 DAP) 간격으로, 수미품종은생산후 30일, 60일, 90일간격으로감마선을조사하였다. 방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선을 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 30 Gy의 8 수준으로저장중인씨감자에직접조사하였다. 맹아율과맹아생육은방사선조사후 18ꡈ25 의실온, 암상태에서감자

44 괴경을저장하면서대지품종의 15일저장구는맹아생성최초일로부터 7일간격으로, 30일과 45일저장구는 5일간격으로맹아율을확인하였다. 수미품종의 30일저장구는 7일간격으로, 60일과 90일저장구는 5일간격으로맹아율을관찰하였다. 맹아출현률이 80% 이상이되면광상태로바꾸어저장하면서방사선조사후 60일에맹아길이를측정하였다. 저선량감마선을조사하여맹아율과맹아길이를조사한소괴경은생명공학연구소온실에각각의저선량조사수준별로 pot( cm) 에 10립씩 3반복으로파종하여일반관행에따라재배하여파종 30일후에초기생육을, 파종 90일후에수확하여생육과수량구성요소를조사하였다. 다. 실온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육시험재배용감자 (Solanum tuberosum L.) 품종으로는생명공학연구소인공씨감자실에서기내생산한대지 (Dejima cultivar) 와수미 (Superior cultivar) 품종의 microtuber를분양받아 18~25 의실온에서저장하면서대지품종은생산후 15일 (15 days after production; DAP), 30일 (30 DAP), 45일 (45 DAP) 간격으로, 수미품종은생산후 30일 (30 DAP), 60일 (60 DAP), 90일 (90 DAP) 간격으로감마선을조사하였다. 방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 30 Gy의감마선을저장중인씨감자에실온에서직접조사하였다. 방사선조사후실온에서감자괴경을저장하면서대지품종의 15일저장구는맹아생성최초일로부터 7일간격으로, 30일과 45일저장구는 5일간격으로맹아율을측정하였고, 수미품종의 30일과 60일저장구는 7일간격으로, 90일저장구는 5일간격으로측정하였다. 맹아길이는두품종모두방사선조사후 90일에측정하였다. 온실생육과수량조사는저선량감마선을조사하여맹아율과맹아길이를측정한소괴경을생명공학연구소온실에각각의저선량조사수준별로 pot(15 cm 18 cm 60 cm) 에 10립씩 3반복으로파종하고일반관행에따라재배하여파종 30일후에초기생육을, 파종 90일후에생육과수량구성요소를조사하였다. 라. 씨감자 대지 품종의휴면타파와생육 실험재배용감자 (Solanum tuberosum L.) 품종으로는생명공학연구소인공 씨감자실에서기내배양한 microtuber 를재배하여생산한대지 (Dejima

45 cultivar) 품종씨감자를분양받아 5, 암상태의 incubator에서저장하면서생산후 15일 (15 DAP; days after production), 30일 (30 DAP), 45일 (45 DAP) 간격으로방사선을조사하였다. 방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선을 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 30 Gy 8수준으로저장중인씨감자에직접조사하였다. 맹아생육조사는방사선조사후맹아출현적온인 20, 암상태의 incubator에서맹아생성최초일로부터 5일간격으로맹아율을, 방사선조사후 90일에맹아길이와맹아수를확인하였다. 포장재배실험으로는씨감자생산약 4개월후인 2000년 4월 1일에한국원자력연구소시험포장에 80 cm 20 cm 간격으로파종하여일반관행에따라재배한후, 파종 30일후에초기생육을조사하였고파종 95일후에수확하여포장생육과수량구성요소를조사하였다. 6. 저선량조사한지치세포배양에서의 shikonin 생산 가. 지치의 callus 생육 (1) 공시재료충남금산에서구입한지치 (Lithospermum erythrorhizon) 뿌리를수세한후 70% ethyl alcohol로소독한다음 sodium hypochlorite(cl농도 10%) 용액에 20분간침지소독하였다. 소독이끝난후멸균증류수로 3회세척한뿌리로부터유관속부위의조직절편을채취하여공시재료로사용하였다. 조직절편은 NAA가 5 mg /L 첨가된 MS(Muras -hige and Skoog, 1962) 기본배지에치상하여 25, 16시간장일조건과광도는 20,000lux하에서배양하여캘러스를분화시켰다. 이에의해분화된 callus를실험전과정에공시재료로사용하였다. (2) 방사선조사저선량방사선조사에사용한조사시설은한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co, 선원강도 150 TBq) 을이용하여감마선을 0, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16, 30 Gy의 8수준으로 callus에직접조사하였다. 조사선량율은 Fricke dosimeter로측정하였다

46 (3) 감마선조사한 callus의생장효과실험에사용한시료는기내에치상하여증식된 callus 중배양한지 3~4주된 callus에서생육이양호한것을선별하여 1~2g 정도의크기로배지에치상한다음감마선을조사하였다. 조사는 petridish당 1~2g 정도의 callus를 petridish의정중앙에수평치상하였으며, 반복수는 3반복으로하였다. 모든실험은 3회에걸쳐수행하였다. 배지는 phytagel 0.2% 와 sucrose 3% 가첨가된고체배지를사용하였고, ph는 phytagel 첨가전에 5.8로조정하였다. 감마선을조사한 callus를 25 의 growth chamber( 한일, G100D) 에서배양한후 3, 7, 14, 21일간의간격으로생체중을측정하였다. 본연구에서사용한배지는실험의여건에따라 LS(Linsmyer and Skoog,1965) 배지, MS배지, 및 M-9배지를사용하였다. 지치의 callus의증식에효과적인생장조절물질의조건을구명하기위해 cytokinin으로는 BA(benzylaminopurine) 와 Kinetin(furfurylaminopurine) 을, auxin으로는 NAA(α -naphthaleneacetic acid) 와 IAA(indoleacetic acid) 를가지고 cytokinin과 auxin 의혼용처리를하였으며, 아울러전체의실험에서광과암처리에의한효과의차이를비교하였다. 광처리에서의일장은 16시간으로하였고, 광도는 20,000lux 로하였다. B2N2배지와 K2I0.2 배지에서의 Callus 생장실험에서는 LS배지에 BA 2 mg/l 및 NAA 2mg/l 를첨가한배지 ( 이하 LB2N2배지로표시함 ) 와 Kinetin 2mg/l 및 IAA 0.2mg/l 가첨가된 LS배지 ( 이하 LK2I0.2배지로표시함 ) 를사용하여 callus의생장효과를비교검토하였고, callus의생장에미치는명암의영향에관하여도검토하였다. 명조건은 20,000lux의광도로 16시간광처리, 8시간암처리하였으며, 이하의모든실험의명암처리의표시는배지의약자명앞에광처리시는 'L', 암처리시는 'D' 를붙여표기하였다. Kinetin과 BA의 Callus생장효과를위한실험에서는 LK2I0.2배지와이등 (1999) 에의해발표된바와같이 BA의우수성을고려하여 Kinetin 대신에 BA 2mg/l 및 IAA 0.2mg/l 가첨가된 LS배지 ( 이하 LB2I0.2배지로표시함 ) 를사용하여 callus의생장에있어서동일농도에서의 kinetin 과 BA의효과와동시에감마선처리에의한생장효과를비교검토하였고, callus의생장에미치는명암의영향에관하여도검토하였다. BA와 NAA의농도차이에의한 Callus생장효과실험에서는 LB2N2배지와 BA의농도간의차이에의한 callus의생장효과를비교하기위하여 BA와 NAA 의농도를각각 1mg/l로낮추어첨가한 LS배지 ( 이하 LB1N1배지로표시함 ) 를사용하였고, 또한 callus의생장에미치는명암의영향과감마선처리에의한

47 생장효과에관하여도검토하였다. LS배지와 MS배지의 Callus생장효과실험에서는 Kinetin 2 mg/l, IAA 0.2 mg/l의농도하에서배지조성의차이에의한 callus의생장효과를비교하기위하여 LS배지와 MS배지 ( 이하 MK2I0.2배지로표시함 ) 를사용하여 callus의생장에미치는효과를비교검토하였고, 아울러감마선처리에의한생장효과에관하여도검토하였다. M-9배지의 Callus생장실험에서는생장조절물질이첨가되지않은 M-9배지를사용하고, 감마선처리에의한 callus의생장에미치는명암의영향에관하여도검토하였다. 나. 지치의 shikonin 생산 (1) 방사선조사저선량방사선조사에사용한조사시설은한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co, 선원강도 150 TBq) 을이용하여감마선을조사하였으며, 조사량을생육이양호한선량과저조한선량을각각 2선량을선별하여이에중복된 0, 1, 2, 16, 30 Gy의 5수준으로 callus에직접조사하였다. 조사선량율은 Fricke dosimeter로측정하였다. (2) 감마선조사한 callus의배양실험에사용한시료는기내에치상하여증식된 callus 중배양한지 3~4주된 callus에서생육이양호한것을선별하여 1~2g 정도의크기로배지에치상한다음감마선을조사하였다. 처리는 petridish당 1~2 g 정도의 callus를 petridish의정중앙에수평치상하였으며, 반복수는 3반복으로하였다. 모든실험은 3회에걸쳐수행하였다. 배지는 phytagel 0.2% 와 sucrose 3% 가첨가된고체배지를사용하였고, ph는 phytagel 첨가전에 5.8로조정하였다. 감마선을조사한 callus를 24 의 growth chamber( 한일, G100D) 에서배양한후 3, 10, 14, 21일간의간격으로생체중을측정한후 shikonin 생성량을분석하였으며, 추가로암배양조건에서 2개월간배양한 callus를공시하여 shikonin 생성량을분석하였다. 본연구에서사용한배지는실험의여건에따라 LS배지및 M-9배지를사용하였다. 지치의 callus의증식에효과적인생장조절물질의조건을구명하기위해 cytokinin으로는 BA를, auxin으로는 NAA와 IAA를가지고 cytokinin과 auxin의혼용처리를하였으며, 아울러전체과정에서광과암처리에의한효과의차이를비교하였다. 광처리에서의일장은 16시간으로하였고, 광

48 도는 20,000lux 로하였다. (3) Shikonin유도체의함량분석선별한감마선을조사한후각 3, 10, 14, 21일간배양한 callus조직을처리기간마다 mortar에서잘마쇄한후 30ml의 chloroform용액으로암상태 (4 ) 에서 24시간추출한다음, 여과지 (Watman No.2) 로여과하였다. 추출물은 MgSO 4 를첨가하여건조시킨후 evaporator를이용하여 5 ml로진공으로농축시켰다. 5 ml의농축액으로부터 0.05 ml를채취하여약 30분간건조시킨다음 2.5% KOH 1 ml를첨가한후약 15분간강하게흔들어용해시킨후 spectrophotometer(parmacia Biotech, Ultrospec) 로 622nm에서 shikonin유도체의함량을측정하여단위그람당함량치로환산하여표시하였다. LLB2N2배지에서의 Shikonin 생산실험에서는광에서생장이가장양호하였던 LS배지에 BA 2 mg/l 및 NAA 2 mg/l를첨가한배지 ( 이하 LLB2N2배지로표시함 ) 를선별하여동일한배양조건하에서감마선조사에의한 shikonin의함량을조사하였다. LM-9배지에서의 Shikonin 생산실험은 M-9 배지를선별하여명조건에서의감마선조사에의한 shikonin의함량을조사하였다. DLB2I0.2 배지에서의 Shikonin 생산실험은암조건에서생장이가장양호하였던 LS배지에 BA 2 mg/l 및 IAA 0.2 mg/l를첨가한 ( 이하 DLB2I0.2배지로표시함 ) 배지를선별하여동일한배양조건하에서감마선조사에의한 shikonin의함량을조사하였다. DM-9배지에서의 Shikonin 생산실험은생장조절물질이첨가되지않은 M-9배지를이용하여암조건에서의감마선조사에의한 shikonin의함량을조사하였다. 암조건하에서장기간배양한 Callus의생장및 shikonin 생산실험은 LB2N2, LB2I0.2, M-9배지에서암조건으로 60일동안장기간배양한후, 감마선조사에의한 shikonin의함량을조사하였다. 7. 자연방사선을함유한천연세라믹의채소작물생육에대한영향 가. 배추와무의발아와초기생육공시재료로는농우바이오종묘회사로부터분양받은매력배추 (Brassica campestris L.) 와백옥무 (Raphanus sativus L.) 품종을사용하였다. 또한실험에사용된자연방사선을방출하는고형의원형세라믹 ( 직경 1.7cm, 높이 3mm) 은 Pollyanna Ltd. 로부터공급받았으며 specific activity는 Bq/ea 이었다. 온실재배실험은 2002년 5월 15일에 15구 pot( 높이 9cm) 에토

49 양을 5cm 충진한후고형세라믹을 1개에서 10개까지채우고전체높이가 8cm가되도록하였다. 각 pot에 15립씩 9반복으로파종을하였으며토양은상토와밭흙을 1:1로혼합하여사용하였다. 파종후 1주일간격으로발아율및초장을조사하였다. 나. 배추와무의효소활성과호르몬함량파종 6주후에배추와무의잎 0.3 g을액체질소를사용하여막자사발에서마쇄한후 0.05 M 인산완충액 (ph 7.0) 0.6 ml을첨가한다음 rpm으로 15분간, rpm으로 10분간원심분리하여얻은상등액을조효소액으로사용하였다. 단백질정량은 BSA(bovine serum albumin) 를표준단백질로사용하였다. Catalase 활성은기질인과산화수소 (H 2 O 2 ) 의감소량을측정하는방법을사용하였다. 효소측정을위한반응용액은 M H 2 O 2 1 ml, 효소액 0.1 ml, 0.05 M 인산완충액 (ph 7.0) 1.9 ml의혼합액으로하여, 효소활성은 cuvette 내에서효소에의한 H 2 O 2 의분해를 240 nm의흡광도에서 1분간측정하여다음의식으로계산하였다. Catalase 활성 (unit/g)=( A 240 /min 희석배율 )/( * ). 여기서 43.6 * 은 240 nm에서 H 2 O 2 의흡광계수이다. Peroxidase 활성은 pyrogallol을기질로사용한 Sigma사의방법에따라측정하였다 14). 조효소액 100 μl를 3 ml cuvette에넣고 0.1 M 인산완충액 (ph 6.0) 0.32 ml, M H 2 O ml, 5% pyrogallol 용액 0.32 ml과증류수 2.1 ml을함께섞은후, 420 nm의상온에서 20초간흡광도변화를측정하였다. Peroxidase 활성 (unit/g)=[( A 420 /20sec) ( 희석배율 )]/(12 * g시료 /ml 반응액 ). 여기서 12 * 는 420 nm에서의흡광계수이다. 지베렐린류의화합물은현재까지 126종이상이보고되고있을정도로그종류가많고이들화합물의구조또한아주유사하여 HPLC상에서의완전한분리가어렵고, GC에서의 retention time도유사할뿐만아니라일부지베렐린의경우 mass spectrum도유사하여하나의분석기기로는정확한분리동정이불가능하다. 또한식물호르몬지베렐린 (GAs) 의정확한분리동정및정량을위해서는식물체내의여러화학적성질이비슷한다른성분들의간섭현상을최소화할수있는분리방법의개발이선행되어야한다. 따라서이들여러기기상의분리특성을이용하여 HPLC로먼저일부 GA류들을분리한후 GC/MS로각 GA류를분리동정하였다. 내생지베렐린함량측정을위한시료는액체질소로동결한후냉동건조하여 -20 냉장고에보관하면서시료로사용하였다. 지베렐린추출의일

50 반적인과정은다음과같다. 마쇄한시료를 80% 와 100% MeOH을차례로가하여충분히추출한후추출여액을 60% MeOH용액이되게증류수를가한다음 -70 냉장고에 1~2시간동안엽록소를침전여과하여엽록소를제거하였다. 내부표준물질 (Internal standard, ISTD) 로는 30ng의 2 H 2 GA 1, 2 H 2 GA 3, 2 H 2 GA 2 4, H 2 GA 8, 2 H 2 GA 2 9, H 2 GA 12, 2 H 2 GA 2 15, H 2 GA 19, 2 H 2 GA 20, GA 2 24, H 2 GA 2 36, H 2 GA 44, 2 H 2 GA 53 을추출하기전에첨가하였다. 추출여액의 ph를 2N NH 4 OH를이용해 8.0~8.3으로조정한다음 5g의 davisil C 18 (9 0~130 μm, 60A pore size, Alltech) column을통과시킨후감압농축하였다. 농축된잔사를 1g의 celite에건조시킨후 5g의 SiO 2 (ICN Silica , aktiv 60A) 컬럼에 loading하여 formic acid로포화된 95:5 EtOAc : Hexane 을이용해서통과시켰다. 통과시킨여액을감압농축한후인산완충액 (ph 8.0) 에녹인다음 2N NaOH를이용해서 ph를 8.0~9.0으로조정하고 EtOAc 를이용하여 3회분획하였다. 여액 ( 인산완충액 ) 에 1g의 polyvinylpolypyrrolidone (PVPP) 을첨가하여 1시간동안진탕시켰다. 진탕시킨여액을여과시킨다음 6N HCl을이용해 ph 2.5로조정한후 ethyl acetate로 3회분획한후감압농축하였다. 농축한잔사를 100% MeOH에용해시켰으며, HPLC에서각지베렐린의정확한머무름시간을결정하여분획화하기위하여 [1,2 3 H] GA 20 와 [1,2 3 H]GA 9 를첨가하여질소가스건조시킨후 HPLC용분석시료로사용하였다. HPLC 시스템은 Waters model 680 automated gradient controller, U6K injector, model 510 pump와 Isco fraction collector로구성되었다. HPLC column 은 μ Bondapak C18( mm ) 을사용하였으며각 GA는 1% 의 acetic acid를포함한 28% MeOH와 100% MeOH 용액의농도구배로분리하였다. 유속은분당 1.5 ml로유지하였으며 1.5ml씩총 45분획으로나누었다. 각각의지베렐린정확한머무름시간은각분획당소량 (15μl) 을취하여 Liquid Scintillation Counter(Beckman, LC 1801) 로 3 H-GA 표준물질의유무를확인하여결정하였다. 각분획을 Savant Automatic Environmental Speedvac(model, AE 2000) 으로건조한후동일 GA를포함한분획을합하여 1ml의 reaction vial로옮긴후 40 에서질소가스로건조시켰다. GA 분획중불순물을많이함유한분획은 NH 2 cartridge를사용하여 GA외의불순물을제거한후 reaction vial로옮겼다. GA를포함한분획을건조시킨다음 1ml의 reaction vial로옮긴후 40 에서질소가스로건조시킨다음각 GA를 2차례 60μl ethereal diazomethane으로 methyl ester를유도한후질소가스로건조하였다. 2 H

51 Silylation이필요한 GA류는 30μl의 pyridine과 30μl의 N-D-bis(trimethyl silyl)-trifluoroacetamide (BSTFA, 1% TMCS 포함 ) 로 70 에서 30분간반응시킨후질소가스로건조하였다. 시료는무수 dichloromethane에녹인후 1μl를 30m 0.25 mm (i.d.) HP-1 capillary column이장착된 GC-MS에주입하였다. 5973N Mass Selective Detector (Hewlett-Packard) 가부착된 GC(Hewlett-Packard model 6890) 를사용하였으며 date는 HP 5970C Chemstation(Hewlett-Packard) 을사용하여처리하였다. 지베렐린류의동정은 KRI 값과 mass spectrum을비교하여확인하였다. 정성과정량을분석하기위해 hydrocarbon standard를이용해 Kovats Retention Index(KRI) 를구하였으며, 각 GA와 [ 2 H 2 ]GA ISTD의 3개주요 ion mass를비교하여확인하였다. 모든 GA류의동정은 KRI값과 mass spectrum을비교함과동시에 Australian National University 의 Lewis N. Mander 교수로부터구입한 deutrated 된각 GA 표준품의 KRI 및 mass spectrum을비교하여확인하였다. Calculation of Kovats Retention Index(KRI) = 100 Rt(unknow) - Rt(preceding n-alkane) Rt(following n-alkane) - Rt(preceding n-alkane) + Cn(preceding n-alkane) 100 또한, 지베렐린의정량은 deutrated GAs와 endogenous peak 면적의비율을기본으로하여정량하였다. 즉, GA 53, GA 12, GA 19, GA 20, GA 1 의내생함량은 448/450, 300/302, 434/436, 418/420, 506/508의 peak 면적의비율로계산하였다. Calculation of endogenous GAs = Endo peak area ISTD peak area amount of ISTD / weight (DW or FW)

52 8. 저선량조사가작물의생리활성에미치는영향 가. 효소활성조효소액의추출은유식물체잎조직 0.5 g을액체질소를사용하여얼린다음막자사발에서마쇄한후 0.05 M 인산완충액 (ph 7.0) 1.0 ml을첨가한다음 4 에서 10,000 rpm으로 10분간, 11,000 rpm에서 15분간원심분리하여얻은상등액을조효소액으로사용하였다. 단백질정량은 BSA를표준단백질로사용한 Bradford 44) 의방법에따라측정하였다. Peroxidase (POD) 활성은 pyrogallol(sigma, Cot# P-0381) 을기질로사용한 Sigma사의방법에따라측정하였다. 배양세포조효소액 100 μl를 3 ml cuvette에넣고 0.1 M 인산완충액 (ph 6.0) 0.32 ml, M H 2 O ml, 5% pyrogallol 용액 0.32 ml과증류수 2.1 ml을함께섞은후, 420 nm에서 20초간상온에서흡광도변화를측정하여구하였다. UV 측정시반응액의흡광도가 0.4~0.7이되도록조효소액을희석하여효소활성을측정하였다. POD 활성은다음의식으로구하였다. POD 활성 (unit/g 건물중 )=[( A 420 /20sec) ( 희석배율 )]/(12 * g시료 / ml반응액 ). 여기서 12 * 은 420 nm에서의흡광계수이다 45). Catalase(CAT) 활성은기질인 H 2 O 2 의감소량을측정하는방법 46) 을사용하였다. 효소측정을위한반응용액은 M H 2 O 2 1 ml, 효소액 0.1 ml, 0.05M 인산완충액 (ph 7.0) 1.9 ml의혼합액으로하였으며, 효소활성 (unit) 은 cuvette내에서효소에의한 H 2 O 2 의분해에의한 240 nm의흡광도감소를 1분간측정하여다음의식으로계산하였다. CAT 활성 (unit/g 건물중 )=( A 240 /min 희석배율 )/( * ). 여기서 43.6 * 은 240 nm에서 H 2 O 2 의흡광계수이다. 나. 엽록소함량엽록소함량은 Arnon 47) 방법을참조하여생육조사시유식물체잎조직 0.5 g을채취한후, 액체질소를사용하여얼린다음막자사발에서마쇄하여 15 ml falcon tube에옮긴후 10 ml의 80% acetone으로암상태 (4 ) 에서 24시간추출한다음여과지 (Watman No.41) 로여과하여 80% acetone으로 10배희석한후 Shimazu사의 UV-1601PC spectrophotometer를사용하여파장 652 nm에서흡광도를측정하였다

53 다. 광합성능엽록소형광은 Xe-PAM flurometer(heinz Walz, Effeltrich, Germany) 를이용하여측정하였다. 광저해유도후잎절편을잎디스크전극 chamber안에서 30분동안암적응시킨후 Fo( 반응중심이열려있을때의형광 ) 와 Fm( 암적응후최대형광 ) 을측정하였다. 일정형광측정광은 xenon-measuring flash lamp를통하여조사하였고 (0.5 μmol/m 2 /s), actinic light(600μmol/m 2 /s) 와 saturation light(3700 μmol/m 2 /s) 로는 main control unit에의해조절되는 actinic-/saturation light unit(xe-al) 을통하여조사하였다. 엽록소형광소멸은 actinic light 조건에서잎절편이지속적으로광합성을수행하는동안포화광을조사하여분석하였다. 광합성이수행되는동안포화광을가함으로써광계II의환원정도를분석할수있다 48). 비광화학소멸계수는 Schreiber 등 49) 의정의에따라계산하였다. 환원되어있던 Q A 가산화되면서엽록소형광이감소하는성분을광화학소멸 (photochemical quenching, qq) 이라하고, 틸라코이드막의에너지화에의한소멸을에너지의존성소멸 (energy-dependent quenching, qe), 광계II 복합체의광저해에따른소멸을광저해소멸 (photoinhibitory quenching, qi) 이라하며, 이때 qe 와 qi를함께비광화학소멸 (non-photochemical quenching, NPQ) 이라한다 50,51,52,53). NPQ(nonphotochemical quenching) = (Fm-Fm')/Fm' Φ PSII (effective quantum yield of PSII) = (Fm'-F)/Fm' Fm = maximal fluorescence (dark), 암상태에서모든광계II 반응중심이닫혀있을때의최대형광 F = actual fluorescence, 광합성이유도되고있는동안의실제형광 F'm = maximal fluorescence (light), 빛이있는상태에서모든광계II 반응중심이닫혀있을때의최대형광 산소발생은잎절편을 Hansatech 산소전극 chamber, Model LD2 (Hansatech Instrument Ltd., King's Lynn, Norfolk, U.K.) 에넣어 25 기체상태에서측정하였다. 광합성을위한기질로사용되는이산화탄소는 1 M carbonate/bicarbonate 완충용액 (ph 9) 을스폰지에적셔공급하였다 54). Pmax 는 1000 μmol/m 2 /s에서측정하였으며낮은광에서의광합성율은 neutral density filters를사용하여조절하였다

54 라. 양분흡수총인함량과전질소함량은 H 2 O 2 -H 2 SO 4 법으로습식분해후각각 molybdenium 청법 (P) 과 salicylate 발색법 (N) 을측정원리로하는 autoanalyser(bran- LEUBBE) 를이용하여정량하였고, 기타무기성분 (K, Na, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn) 에대해서는위분해액을가지고 ICP(GBC Integra XL) 를이용하여측정하였다. 마. 대두뿌리활성감마선의조사가뿌리의생육에미치는영향을조사하기위하여황금콩을공시하고한국원자력연구소의감마선조사시설을이용하여종자에 0.5, 1, 2, 4, 8, 12, 16, 20 Gy 수준으로감마선을조사하였다. 재배환경이감마선에의한자극효과의발현에미치는영향을파악하기위하여감마선을조사한콩품종의종자를온도, 습도, 빛이제어되는 growth chamber와고려대학교자연자원대학내유리온실과시험포장, 그리고원자력연구소시험포장에서각각재배하였다. 뿌리생육의측정은뿌리가손상되지않도록조심스럽게수거하고흐르는물로세척하였으며스케너 (AGFA; Snapscan1236) 를이용하여수거한뿌리의형태를영상화하였다. 영상화한뿌리의이미지는영상분석프로그렘 (WinRhizo V4.0B) 을이용하여분석하고, 뿌리표면적, 뿌리길이, 뿌리두께등을측정하였다. 바. 저선량조사에의한작물의단백질발현추이배추및애기장대를실온에서 2일간침윤시킨후, 온도 28/23, 습도 80 % 및 14/10시간의광주기 (200 μmol photon m -2 s -1 ) 조건혹은온실에서생장시켰다. 저선량방사선처리는배추및애기장대종자는저선량준위에서노출시켰다. 광합성율측정은준비된잎원형절편 (diameter 2.5 cm 2 ) 을취한후 Clark type 산소전극을포함한가스측정동화상 (LD2, Hansatech, LK) 을이용하여측정하였다. 광계Ⅱ의광화학적효율측정은방사선처리, 저온및 10 μm paraquat 처리된잎절편을광계Ⅱ가전자를받을준비가되게끔완전히열린상태의조건으로 30분간암처리한다. 그리고 Plant Efficiency Analyser(Hanstech instrument Ltd,. UK) 를이용하여측정하였다. 광계1의산화환원크기결정은 PD700DW(PAM, Walz, Germany) 를이용하여830 nm에서

55 흡광도변화를측정함으로써광계I의전자전달능및광계II와 I 사이의전자및스트로마성전자푸울크기를결정하였다. 이차원전기영동은잎 1.5 g을 harvesting 하여 0,07% 2-mercaptoethanol이포함된 chloroform 1 ml로현탁하였다. 이를액체질소에서 5분동안처리한후 10% trichloroacetic acid와 0.07% mercaptoethanol 이포함된 acetone 10 ml을첨가한후 -20 에서 1hr 동안방치한후 45,000g에서 15min 윈심분리하여침전물을수확하였다. 단백질침전물을 0.07% 2-mercaptoethanol이포함된 aceton으로 2회 washing한후 vacuum 에서 drying하였다. 단백질파우더를 1 ml의 electrofocusing buffer(9 M urea, 2% NP-40, 2% 2-mercaptoethanol, 0.8% carrier ampholytes (Pharmalyte, ph , Pharmacia, Uppsala, Sweden), 0.01% bromophenol blue) 로용해한후 19,000g에서 10 min간윈심분리한후상징액을 IPG pho system으로 IEF한후 SDS-PAGE로 2D를수행하였다. 단백질은 spot은 silver staining을통해서염색한후 image system(biorad) 를이용하여분석하였다. 9. 저선량조사가작물의스트레스경감효과에미치는영향 가. 작물의방사선감수성에미치는영향공시재료로사용한대두 (Glycine max L.) 품종은한국원자력연구소시험농장의포장에서생산하여 6개월간실온에서저장한황금콩을선정하였다. 저선량감마선조사에사용한시설은한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선을 0, 4, 8, 12, 20 Gy 5수준으로건조종자에직접조사하였다. 조사선량율은 Fricke dosimeter로측정하였다. 온실재배실험은감마선조사당일에종자 100립씩을배양토와모래가 1:1로충진된 100공 plug tray에파종하여유리온실에서발아시켜파종 7일후에는발아율을, 파종 15일후에는초장과생체중등초기생육을조사하였다. 생육조사직후각각의선량별로비슷한크기의유묘를선발하여동일한토양으로충진된직경 15cm의비닐 pot 30개에 3주씩이식하여후속고선량조사시료로사용하였다. 후속고선량조사는저선량조사하여재배한대두식물체를이식한다음날임의선택한각각의저선량조사구 10개 pot에후속고선량으로 50, 100, 200 Gy의감마선을조사하여 45일후에초장과생체중및엽록소함량을측정하였다. 엽록소함량분석은후속고선량조사 45일후에 Arnon 방법을 47) 참조하여조사선량별로동일부위의대두식물체잎을채취하였다. 잎시료

56 0.5 g씩을액체질소로얼린다음막자사발에서마쇄하여 15 ml falcon tube 에옮긴후 10 ml의 80% acetone으로암상태 (4 ) 에서 24시간추출한다음여과지 (watman No. 41) 로여과하여 80% acetone으로 10배희석한후 shimazu사의 UV-1601pc spectrophotometer를사용하여파장 652 nm에서흡광도를측정하였다. 공시재료로사용한고추 (Capsicum annuum L.) 품종은흥농종묘의 1996년산조광고추 (Capsicum annuum L. cv. Jokwang) 와중앙종묘의 1999년산조홍고추 (Capsicum annuum L. cv. Johong) 를선정하였다. 한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선 0, 4, 8, 20, 50 Gy 수준으로건조종자에직접조사하였다. 감마선조사당일에종자 100립씩을배양토와모래가 1:1로충진된 100공 plug tray에파종하여유리온실에서발아시켜파종 18일후발아율, 초장, 생체중등초기생육을조사하였다. 생육조사직후각각의선량별로비슷한크기의유묘를선발하여동일한토양으로충진된직경 15 cm의비닐 pot 30개에 3주씩이식하여후속고선량조사시료로사용하였다. 저선량으로조사하여재배한고추유식물체를이식한 4일후임의선택한각각의저선량조사구 10개 pot에후속고선량으로 50 Gy와 100 Gy의감마선을각각 40시간과 80시간에걸쳐조사하여생육시기별로 1차 (50 Gy 조사구 ; 조사 21일후, 100 Gy 조사구 ; 조사 16일후 ) 와 2차 (50 Gy 조사구 ; 조사 28일후, 100 Gy 조사구 ; 조사 23일후 ) 로나누어초장과생체중을조사하였다. 후속고선량처리는이식한 4일후임의선택한각각의저선량조사구 10 개 pot에후속고선량으로 50 Gy와 100 Gy의감마선을각각 40시간과 80시간에걸쳐조사하여생육시기별로 1차 (50 Gy 조사구 ; 조사 21일후, 100 Gy 조사구 ; 조사 16일후 ) 와 2차 (50 Gy 조사구 ; 조사 28일후, 100 Gy 조사구 ; 조사 23일후 ) 로나누어초장과생체중을조사하였다. 나. 방사선에의한작물의광스트레스경감효과시험용고추 (Capsicum annuum L.) 는농우바이오에서 96년중국에서생산하여실온에서저장한태양품종을, 참박 (Lagenaria siceraria) 은농우바이오에서 99년인도에서시판용종자로생산한 OK 품종을분양받아사용하였다. 방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여건조종자에직접조사하고방사선무조사구와비교하였다. 조사선량율은 Fricke dosimeter로측정하였다

57 온실재배실험은방사선조사다음날종자 100립을배양토와모래가 1:1로충진된직경이 15 cm인 pot에 20 립씩 5반복으로파종하여유리온실에서재배하면서발아율을조사하였고 30~40일동안자란고추의초장을조사한후제 3엽을잘라지름이 1.5 cm인코르크보러로원모양의잎절편을낸후실험에사용하였다. 광저해처리는일정한온도 (25 ) 를유지할수있는아크릴통에 100 ml의증류수를넣은후원판모양의잎절편을띄웠다. 광처리로인한열을차단하기위하여수돗물이흐르는원통형의유리수조 (Ф 15 cm, 높이 15.5 cm) 를아크릴통위에올려놓았다. 광저해처리를위한광원으로는텅스텐할로겐램프 (Itami Protex Co. Ltd., Japan) 를사용하였으며 900 μmol/m 2 /s의광에서 0~6시간동안광저해를유도하였다. 다. UV-B 스트레스경감효과시험용무종자는농우바이오에서시판하고있는신규품종인백옥무를분양받아사용하였고, 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선 0, 2, 4, 8, 10 Gy 수준으로건조종자에직접조사하였다. 방사선조사직후종자를배양토와모래가충진된 105공플러그에 1립씩 3반복으로파종하여유리온실에서발아시켰다. 파종 7 일후발아율을조사하였고발아율조사후동일한토양이충진된직경 15 cm pot에 4주씩 20 반복으로이식하였으며 12일후초장을조사하였다. 콩종자로는 2000년수확한황금콩을사용하였고, 저선량방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여감마선 0, 2, 4, 8, 16 Gy 수준으로건조종자에직접조사하였다. 방사선조사다음날종자 100립을배양토와모래가 1:1로충진된직경이 15cm pot에 10립씩 10 반복으로파종하여유리온실에서발아시켜파종 7일후에발아율을조사하고, 20일후에는초장을조사하였다. UV-B 처리는일정한온도 (25 ) 가유지되는생장기 (growth chamber) 에서 petridish에원판모양의잎절편을띄운후빛이있는상태에서유도하였다. UV-B 처리를위한광원으로는 UV-B 램프 (XX-15B, Spectronics Corporation, USA) 를사용하였으며 0~4 시간동안유도하였다. UV-B의광도는 Digital Radiometer (DRC-100X, Spectronics Corporation, USA) 로측정하였고본실험에사용된광도는 1W m -2 였다

58 라. 저온과산화스트레스에대한오이의반응시료의배양과유지는저온감수성작물로알려진오이, 벼, 및우리나라주요작물인배추및고추, 박을실온에서 2일간침윤시킨후, 온도 28/25, 습도 80 % 및 14/10시간의광주기 (200 μmol photon m -2 s -1 ) 조건혹은온실에서생장시켰다. 저선량감마선조사에사용한시설은한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여종자에직접조사하였다. 저선량방사선, 온도및 Paraquat 처리는저온스트레스를주기위해완전히생장한오이 1엽의직경 1 cm잎절편을 60 μmol photon m -2 s -1 광도하에서 5, 10, 15, 20 로온도를각각달리하여 6시간처리하였다. 완전히생장한오이 1 엽의직경 1 cm잎절편을 25, 60 μmol photon m -2 s -1 광도하에서 10 μm paraquat에시간별 (1, 2, 3, 6, 9 hr) 로처리하였다. 광합성율측정은준비된잎원형절편 (diameter 2.5 cm) 을취한후 Clark type 산소전극을포함한가스측정동화상 (LD2, Hansatech, LK) 을이용하여측정하였고광계Ⅱ의광화학적효율측정은방사선처리, 저온및 10 μm paraquat 처리된잎절편을광계Ⅱ가전자를받을준비가되게끔완전히열린상태의조건으로 30분간암처리한다. 그리고 Plant Efficiency Analyser(Hanstech instrument Ltd,. UK) 를이용하여측정하였다. 광계I의산화환원, intersystem 및스트로마전자푸울크기결정은 PD700 DW(PAM, Walz, Germany) 를이용하여 830 nm에서흡광도변화를측정함으로써광계1의전자전달능및광계2와 1 사이의전자및스트로마성전자푸울크기를결정하였다. Native gel을이용한활성산소방어계효소, SOD 및 APX 활성도측정에서 Superoxide dismutase(sod) 의활성도는잎절편을액체질소와함께냉각시킨유발에서마쇄한후 0.3 ml의추출용완충용액 (50mM K-Pi 완충용액 (ph7.8), 0.1 % ascorbic acid, β-mercaptoethanol, 1 mm PMSF) 을첨가하여같이마쇄하였다. 이를 4, r.p.m. 으로 5분동안원심분리하여얻은상장액을분석에사용하였다. SOD 동위효소는 Non-denaturating PAGE(10, 15 %) 로 200 V에서 2시간전기영동하여분리한후 nitroblue tetrazolium (NBT) 으로발색하였다 55). MnSOD, FeSOD 및 Cu/ZnSOD는 2 mm KCN, 5 mm H 2 O 2 에의한저항성유무로판별하였다 55. Ascorbate peroxidase(apx) 의활성도는잎절편을액체질소와함께냉각된유발에서마쇄한후 0.3 ml의추출용완충용액 (50 mm Na-Pi 완충용액 (ph7.0), 0.1 % ascorbic acid, 1 % PVPP(w/v), 1 mm PMSF) 을첨가하여같이마쇄한다. 그런다음 4, r.p.m. 으로 5분동안원심분리하여얻은상

59 장액을사용하였다. APX 동위효소는 Non-denaturating PAGE(10, 15 %) 로 200 V에서 2시간전기영동함으로써분리한후 nitroblue tetrazolium (NBT) 으로염색하였다 56). Random Arbitrarily Primed PCR (RAP-PCR) 에의한저온처리된오이에서의 gene expression 변화를조사하기위하여먼저 5, 10, 25 조건에서 6시간동안 light chilling stress를받은벼잎으로부터 TRIzolTM (GIBCO BRL) 용액을이용하여 total RNA를분리하였다. 각처리구로부터추출한 RNA 9 ug에 oligo d(t) 를 primer(b1 primer: GTTTCGCTCC, B12 : CCTTGACGCA) 를첨가하고 revers transcriptase (Promega) 를이용하여 50 ul reaction volume으로 42 에서 1시간동안 cdna를합성하였다. 합성된 cdna 1/10 ul를주형으로하고 random primer set을이용하여 PCR을수행하였다. PCR 조건은 92 에서 1분간 denaturation, 35 에서 1분간 annealing, 72 에서 1분간 polymerization하여 40 cycle을수행하였다. 이후 1% agarose gel에전기영동하여 band pattern을분석하였다. 이차원전기영동은잎 1.5 g을 harvesting 하여 0,07% 2-mercaptoethanol 이포함된 chloroform 1 ml로현탁하였다. 이를액체질소에서 5분동안처리한후 10% trichloroacetic acid와 0.07% mercaptoethanol이포함된 acetone 10 ml을첨가한후 -20 에서 1hr 동안방치한후 45,000g에서 15min 윈심분리하여침전물을수확하였다. 단백질침전물을 0.07% 2-mercaptoethanol이포함된 aceton으로 2회 washing한후 vacuum에서 drying하였다. 단백질파우더를 1 ml의 electrofocusing buffer(9 M urea, 2% NP-40, 2% 2-mercaptoethanol, 0.8% carrier ampholytes (Pharmalyte, ph , Pharmacia, Uppsala, Sweden), 0.01% bromophenol blue) 로용해한후 19,000g에서 10 min간윈심분리한후상징액을 IPG pho system으로 IEF한후 SDS-PAGE로 2D를수행하였다. 단백질 spot은 silver staining을통해서염색한후 image system (Biorad) 를이용하여분석하였다. 마. 병해경감효과시험용배추 (Brassica campestris L.) 는만나배추를사용하였으며방사선조사는한국원자력연구소에서보유중인저준위조사시설 ( 60 Co) 을이용하여 0, 2, 4, 8, 16 Gy를건조종자에직접조사하였고방사선조사직후직경 4cm연결폿트에점파하여본포에이식하였다. 무사마귀병저항성유기여부, 배추크기, 무게를측정하였다

60 10. 방사선에의한식물의항산화기구해석및이용 가. 대상식물및방사선조사실험대상식물은고추의종자, 유식물및배양세포 ( 캘러스덩이또는현탁배양세포 ), 벼식물체등을대상으로하였다. 방사선의소스는 60 Co 감마선으로종자, 일정시기의유식물및배양세포의경우는최대생장기인계대배양 4 일째에 0, 1, 5, 10, 50, 100 Gy를처리하였다. 처리한식물재료는즉시액체질소에보존하거나일정시간이지난후시료를채취하였고, 종자및유식물의경우는 pot에재배하기도하였다. 나. 단백질정량및전기영동식물재료는고추현탁배양세포와실생묘를이용하였으며배양세포는계대배양후 4일째된최대생장기에, 실생묘는생장조절실에서자란 6-8엽기에감마선을각각 0, 1, 5, 10, 20, 50 Gy씩처리하였다. 처리후 0, 12, 24, 48, 72시간후에 Biorad Protein assay kit44에의한단백질함량측정과 SDS-PAGE에의한 1차원전기영동 과 SDS-PAGE 및 IEF에의한 2차원전기영동을실시하여방사선처리에의하여특이적으로유도되는단백질혹은 polypeptide를탐색하였다. 이차원전기영동을위해단백질은그성질에따라친수성 (hydrophilic) 단백질, 소수성 (hydrophobic) 단백질과막결합 (membrane bound) 단백질등세개의층으로분리하였다. 이차원전기영동은먼저단백질을산도 (pi) 로분리하는 IEF( 등전점전가영동, isoelectric focusing) 와분자량별로분리하는 SDS-PAGE를수행하였다. 전기영동이끝난 gel은 Bio-Rad사로부터구입한은염색 (silver staining) kit로발색하여단백질의 spot를관찰하였다. 다. 방사선유도성유전자탐색무처리와방사선을처리한식물체로부터 total RNA를추출하고이로부터 poly(a) + RNA를분리하여 cdna library screening을실시하였다. 60여종의 random oligonucleotide primer를이용하여방사선처리식물체로부터추출한 poly(a) + RNA로 RT-PCR을실시하여방사선유도성 cdna의탐색을시도하였다. 라. 항산화효소의활성측정

61 분석한항산화효소는 superoxidase dismutase(sod), peroxidase(pod) 이었다. SOD의활성은 xanthine/xanthine oxidase system을 superoxide radicle(o 2 ) 의공급원으로 superoxide radicle에의한 cytochrome c의환원속도를흡광도로측정하였다. POD와활성은 pyrogallol을기질로사용하여조효소와 assay buffer로측정하였다 57,58,59). 마. Comet 분석에의한핵 DNA 손상조사현탁배양세포와유묘에일정선량의방사선을처리한후경과한시간별로시료를채취하였다. Comet 분석은식물체로부터완전한핵의분리, agarose 에핵의고정, 전기영동, 형광염색및현미경관찰, 핵의손상정도의계산등의순으로실시하였다 60). 한편 random primer에의한 DNA 변이성조사를위해방사선을처리한벼의 F2식물체로부터 genomic DNA를추출하여 60종의 primer를이용하여 RAPD 분석으로방사선에의한유전자의변화를조사하였다 바. 방사선과자외선에대한식물의반응차구명고추종자, 유묘및배양세포에방사선과자외선을처리하여발아및초기생장, 식물의고사및가시적피해정도, 전해물질의누출및세포의활력및 phytoalexin의생성등을조사하였다. 방사선은 1에서 50 Gy 까지처리하였고자외선은 Sankyo GL20 등 ( 燈 ) 을사용하여식물체와 30 cm 거리에서 0.5 에서 48시간까지노출하였다. 사. 방사선조사가고추의생육과수량에미치는영향고추종자에 0, 1, 10, 50 Gy의방사선을처리한후파종하여발아된실생묘의일정시기에다시방사선처리를하였다. 식물체는 1/2,000a pot에이식하여일정시기에생육상황과수량등을조사하였다

62 제 2 절연구결과및고찰 1. 저선량방사선이조사된종자의발아와초기생육 가. 참박과호박종자의발아와초기생육참박과호박의발아율과초기생육에미치는저선량방사선의효과를알아보고자발아율이각각 70~80% 와 80~90% 라고명시된 OK 참박과흑종호박종자에감마선을조사한후 incubator에서발아시켜발아개시일로부터 3일동안의발아율을관찰한결과는다음과같다. 참박종자의발아는파종 4일후부터시작되었는데종자상태에따라차이가뚜렷하여, 파종 4일후에 70~80% 종자의경우는대조구의발아율이 25.3% 인데반해 4~20 Gy 수준에서 30. 7%~42.0% 로 21~66% 증가하였는데특히 4 Gy에서가장높았고, 80~90% 종자는모든저선량조사구에서대조구 58.7% 에비해 62.0~74.0% 로 6~26% 증가하여그중 4 Gy에서가장높았다. 70~80% 종자의파종 5일후관찰한발아율은 4~20 Gy 수준에서 57.3~64.7% 로대조구 47.3% 에비해 21~37% 증가하였고파종 6일후에도대조구 53.3% 에비해 4~20 Gy 수준에서 66.7~ 74.0% 로 25~39% 증가하였으며 4 Gy에서가장높았다. 80~90% 종자의경우는파종 5일후와 6일후에 4 Gy에서각각대조구 73.3% 와 76.7% 에비해 80.7% 와 81.3% 로 10% 와 6% 증가한것을제외하곤별다른증가를보이지않았다 ( 그림 1). 저선량조사한호박종자의발아는참박종자에비해뚜렷한증가효과를보이지는않았으나종자상태별로차이가뚜렷하였다. 파종 4일후의발아율은 80~90% 종자에서만 8 Gy에서 79.3% 로대조구 77.3% 에비해 3% 증가하였고, 파종 5일후엔 70~80% 종자는 2 Gy에서대조구 78.7% 에비해 81.3% 로 3%, 80~90% 종자는 8 Gy에서 83.3% 로대조구 80.7% 에비해 3% 증가하였다. 파종 6일에도각각 2 Gy와 8 Gy에서가장높은발아율을보여 70~80% 종자의경우는 86.7% 로, 80~90% 종자는 84.7% 로대조구에비해각각 8% 와 5% 증가하였다 ( 그림. 2). 파종 8일후측정한유묘초장과생체중은표 1에서와같다. 참박의경우 70~80% 종자의유묘초장과생체중은각각대조구 5.48 cm와 0.30 g에비해 4~20 Gy 조사구에서 7~13% 증가하여유의성있는증가효과를보였는데특히 4 Gy에서각각 6.18 cm(p<0.05) 와 0.34 g(p<0.05) 으로가장높았다. 80~90% 의경우는대체로 4 Gy에서만증가효과를보여대조구의유묘초장과생체중이 8.42 cm와 0.40 g에비해 9.49 cm(p<0.05) 와 0.42 g으로 13% 와 4% 증가하였다. 호박 70~80%

63 종자의유묘초장과생체중은 2 Gy에서각각 cm(p<0.001) 와 0.90 g(p<0.01) 으로대조구 9.69 cm와 0.71 g에비해 47% 와 26% 증가하였고, 8 0~90% 종자의경우는대조구 cm와 0.76 g에비해 8 Gy에서각각 cm(p<0.05) 와 0.93 g(p<0.01) 로가장높은효과를보였다. 이상의결과로참박과호박종자의저선량감마선조사시발아율과유묘초장이증가됨을알수있었는데특히발아율이낮은 70~80% 종자에서그효과가뚜렷하게나타남을알수있었다. 김과이 61) 및 Luckey 3) 는저선량방사선에의해채소종자의발아율과초기생육촉진및생장증대에대해종합적으로고찰하였고, 이등 62) 은저선량방사선이조사된채소의신규종자와묵은종자의발아실험에서비교적낮은선량인 1~10 Gy에서초기발아가향상되었고그효과는묵은종자에서높았다고보고하였다. 또한김등 63) 은참박종자의발아율이 2 Gy와 8 Gy에서, 초기생육은 4~20 Gy에서증가하였다고보고하였다. 이에본실험에서는저선량감마선에의한참박과호박종자의발아율향상과생육촉진은발아율이비교적낮은 70~80% 종자에서더욱효과적이었으며이에대한적정선량은 2~8 Gy인것으로나타났다

64 Germination (%) A 4 DAS 5 DAS 6 DAS Dos e (Gy) Germination (%) B 4 DAS 5 DAS 6 DAS Dos e (G y) Fig. 1. Germination rate of bottle gourd developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. A ; 70-80% germinative seed. B ; 80-90% germinative seed. DAS ; days after sowing

65 Germination (%) A 4 DAS 5 DAS 6 DAS Do s e (Gy) Germination (%) B 4 DAS 5 DAS 6 DAS Do s e (Gy) Fig. 2. Germination rate of pumpkin developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. A ; 70-80% germinative seed. B ; 80-90% germinative seed. DAS ; days after sowing

66 Table 1. Growth response of bottle gourd and pumpkin developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Gourd Pumpkin Dose (Gy) Seedling height (cm) Fresh weight (g/plant) Seedling height (cm) Fresh weight (g/plant) 70~80% 80~90% germinative germinative seed seed 70~80% germinative seed 80~90% germinative seed 70~80% germinative seed 80~90% germinative seed 70~80% 80~90% germinative germinative seed seed ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.83 *** 13.39± ±0.05 ** 0.77± ±0.32 * 9.49±0.32 * 0.34±0.01 * 0.42± ± ± ± ± ±0.19 * 8.34± ± ± ± ±0.84 * 0.73± ±0.04 ** ±0.27 * 8.77± ± ± ± ± ± ±0.03 : Mean ± standard error. *, **, *** : Significant at 5%, 1% and 0.1% level, respectively

67 나. 배추와무종자의발아와초기생육저선량감마선조사가 98년산흑진주배추 (BC) 와 95년산서림엇갈이배추 (SC), 98년산청운무 (CR) 의발아율에미치는영향을파악하기위하여 10립씩 6pot에파종한각각의종자의발아수를파종후 3일부터계수하여발아율을구하였는데그결과는표 2와같다. 98년산흑진주배추의경우조사선량의증가에따라발아율이 10~18% 정도증가하는경향을보였다. 95년산서림엇갈이배추의발아율은특징적인변화는보이지않았으나 6 Gy 조사구에서약간높게나타났으며청운무의발아율은감마선조사에의한발아율의감소를보였고 10 Gy조사구에서무처리구와비슷한정도의발아율을보였다. Kuzin 32) 의배추에서발아와생육촉진에관한보고와 Pal 64) 의무종자에서감마선 10 Gy 조사구의발아와생장의촉진효과에관한보고도본실험의결과와유사하였다. 저선량감마선조사가흑진주배추, 서림엇갈이배추, 그리고청운무의건물생산량에미치는영향은그림3과같다. 파종후 59일째에수거한작물의건중량은 98년산흑진주배추의경우감마선 4 Gy, 10 Gy 조사구에서각각무처리구에대하여 48%, 43% 의건물생산량증가를보이면서그밖의감마선조사구에서도무처리에비해증가된건물생산량을보여감마선조사에의한자극효과가가장잘나타났으며, 95년산서림엇갈이배추는 10 Gy에서 38% 의건물생산의증가를보였다. 청운무는 8 Gy에서 16% 로건물생산량이증가되었을뿐그밖의감마선조사구에서는무처리와비슷한량을보였다. 본실험에의하면배추종자가무에비하여저선량의감마선조사에더민감하게반응하는것으로보이며특히묵은종자에비해햇종자가감마선에더민감한것으로생각된다

68 Table 2. Germination rate according to the dose of gamma radiation. Plants Brassica campestris var. Surim Brassica campestris var. Hckjinju Raphanus sativas var.chung-un Germination(%) Days after sowing Dose(Gy)

69 Relative ratio of dry weight to control Dose(Gy) Fig. 3. Dry weight at 59 days after germination according to the dose of gamma radiation( Brassica campestris var. Surim ꋪ Brassica campestris var. Hckjinju Raphanus sativas var. Chung-un)

70 다. 대두종자의발아와초기생육저선량조사하여비닐 pot에파종하여온실에서재배한대두신규종자의발아율은표 3에서보는바와같이대조구와저선량조사구모두비슷하게 98% 이상으로양호하였으며방사선조사에따른어떤차이를보이지않았다. 파종 15일후에조사한초기생육중초장또한대조구 20.0 cm에비해저선량조사구모두대조구보다 2~4% 증가하여다소양호한생육양상을보였으나뚜렷한차이를보이지는않았다. 생체중에서는대조구의 2.27 g에비해저선량조사구가다소양호한경향을보였는데 8 Gy 조사구가 2.44 g 으로 7% 정도증가하였으며 12 Gy 조사구가 2.34 g으로저선량조사구에서는가장낮은 3% 정도증가효과를보였다. 파종 60일후에조사한초장은저선량조사구모두가대조구에비해통계적으로유의성있는양호한생육을보였다. 저선량조사구중 20 Gy 조사구가가장높은 84.5 cm로대조구 67.2 cm에비해 26% 정도의고도의유의성있는 (p<0.001) 생육증가를보였고 4 Gy와 8 Gy 조사구에서도비슷한유의성있는 (p<0.001) 효과를보였으며, 12 Gy 조사구에서는 75.5 cm로대조구에비해 12% 정도증가하였으나유의성은없었다. 생체중에서도저선량조사효과가나타났으나초장과는다른경향을보였다. 8 Gy 조사구가가장높은 74.7 g의생체중으로대조구의 55.1 g에비해 36% 정도유의성있는 (p<0.05) 증가효과를보였고다음이 4 Gy 조사구가 72.5 g으로 32% 정도유의성있게 (p<0.05) 증가하였으나저선량조사구중초장이가장낮았던 12 Gy 조사구는생체중에서도대조구보다 3% 정도감소한 53.6 g으로가장낮았다. 김등 65) 은 4 Gy의감마선조사구에서대두종자의발아율과초기생육이촉진되었으며 Stan과 Jinga 1) 도 10 Gy 이하의감마선조사에의해대두종자의발아율이증가되었다고하였으나저선량조사한종자의재배환경과토양조건 3) 및종자의상태와품종 65) 에따라서저선량조사효과가다르게나타났는데본실험에서는저선량조사에의해발아율증가효과는나타나지않았다. Luckey 3) 와 Miller 6) 는작물종자에저선량방사선을조사하면초기생육촉진과수량증가에대한효과가있었다고하였고, Stan과 Croitoru 66) 는대두종자에감마선 3~9 Gy 조사에서생육과 pod 형성이증가되었다고보고하였다 1). 저선량의 χ선을대두종자에조사한 Gaur와 Desai 67) 도대두의생장과수량증가효과를인정하였다. 본실험에서는 8 Gy 조사구에서대두작물의생장증대효과가가장높게나타났다

71 Table 3. Growth response of soybean developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Traits Germination rate (%) Irradiation dose (Gy) ± ± ± ± ±0.6 Plant height (cm) 20.0± ± ± ± ±0.3 Fresh weight (g/plant) 2.27± ± ± ± ±0.06 Plant height (cm) 67.2± ±2.4 *** 84.0±2.2 *** 75.5± ±2.5 *** Fresh weight (g/plant) 55.1± ±4.1 * 74.7±6.1 * 53.6± ±4.0 *, **, *** : Significant at 5%, 1% and 0.1% level, respectively. : mean ± standar errror. : before high dose gamma radiation (15 days after sowing) : after high dose gamma radiation (60 days after sowing)

72 라. 고추종자의발아와초기생육고추품종의시판종자에저선량감마선을조사하고온실재배하여생육상황을관찰한결과, 조광고추의경우는대조구에비해별다른증가효과를보이지않았으나 ( 표 4), 조홍고추의경우발아율은 4 Gy와 20 Gy 조사구에서각각 95.5% 와 94.8% 로대조구 92.7% 에비해 2~3% 정도증가하였고유묘초장은 8 Gy와 20 Gy 조사구에서대조구 7.59 cm에비해 4% 정도증가한 7.85 cm(p<0.001) 와 7.87 cm(p<0.001) 로유의성있는증가효과를보였으며유묘생체중은모든저선량조사구가대조구 0.20 g에비해 8~18% 정도증가하였는데특히 20 Gy 조사구에서 0.24 g(p<0.01) 으로가장높은증가효과를보였다 ( 표 5). 파종 44일후와 51일후관찰한식물체의초장과생체중은조광고추의경우저선량조사구가대조구에비해대체로저조한생육을보였으나, 조홍고추의경우는저선량조사구에서뚜렷한생육증가효과를보였다. 조홍고추의파종 44일후의초장은 4 Gy 조사구에서대조구 38.8 cm에비해 41.7 cm(p<0.001) 로 7% 정도증가하였고, 파종 51일후의초장은 4 Gy 와 20 Gy 조사구에서대조구 41.8 cm에비해 44.5 cm(p<0.01) 로 7% 정도증가하였으며생체중은대조구 7.6 g에비해모든저선량조사구가 10~24% 정도유의성있는증가효과를보였는데특히 4 Gy 조사구에서 9.3 g(p<0.01) 으로가장높은증가효과를보였다. Luckey 3) 와 Miller & Miller 6) 는작물종자에저선량방사선조사시초기생육촉진과수량증가효과를보고하였고, 김과 이 61) 및김등 68) 이채소류등의종자에저선량감마선을조사하여발아와초 기생육촉진효과를인정하였으나작물과품종에따라그효과가다르다고하였다. 이등 62) 은고추종자에감마선 1~20 Gy 조사하여발아율과초장이대조구에비해크게증가하였다고하였으며 Izvorska 69) 는고추종자에감마선조사시생육촉진과수량증가등의효과가있었다고보고하였다. 본실험에서도고추종자에저선량감마선조사시생육촉진효과를보였는데품종에따라다르게나타났으며조홍고추품종의발아율과초기생육이 4, 8, 20 Gy 조사구에서크게증가하였다

73 Table 4. Growth response of pepper(produced in 1996, Jokwang) developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Traits Germination rate (%) Irradiation dose (Gy) ± ± ± ± ±2.3 Seedling height (cm) 7.48± ± ± ± ±0.05 Seedling fresh weight (g/plant) 0.23± ± ± ± ±0.01 Plant height (cm) 41.4± ± ± ± ±0.6 Plant height (cm) 43.5± ± ± ± ±0.6 Fresh weight (g/plant) 8.3± ± ± ± ±0.3 ; Mean±SE. ; 18 days after sowing. ; 44 days after sowing. ; 51 days after sowing

74 Table 5. Growth response of pepper(produced in 1999, Johong) developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Traits Germination rate (%) Irradiation dose (Gy) ± ± ± ± ±1.3 Seedling height (cm) 7.59± ± ±0.05 * 7.87±0.07 * 7.56±0.07 Seedling fresh weight (g/plant) 0.20± ± ±0.01 * 0.24±0.01 ** 0.22±0.01 * Plant height (cm) 38.8± ±0.4 *** 37.2± ± ±0.4 Plant height (cm) 41.8± ±0.5 ** 41.6± ±0.7 ** 42.2±0.7 Fresh weight (g/plant) 7.6± ±0.5 ** 8.3± ±0.5 ** 8.7±0.5 * ; Mean±SE. ; 18 days after sowing. ; 44 days after sowing. ; 51 days after sowing. *, **, *** : Significant at 5%, 1% and 0.1% level, respectively

75 마. 채소종자의산업체비교발아실험참박종자의발아율은발아초기에저선량방사선에의한효과가뚜렷하게나타나파종 10일후에 4 Gy에서대조구 47.8% 보다 20% 증가하여 57.3% 를나타냈으며최종발아율은 1~3% 정도증가하였다 ( 그림 4, 5). 흑종호박의발아율이거의모든선량에서대조구보다낮았고최종발아율증가효과를보이지않았다 ( 그림 6). 발아율이 50% 이하인인동대목의경우최종발아율이 15% 미만이지만대조구에비해저선량조사구에서뚜렷한증가효과를보였다. 발아초기단계인파종 9일후발아율은 8 Gy에서가장높았고 12일부터는저선량조사구의발아증가율이 150% 미만으로낮아졌으며발아율이가장높은선량은 8 Gy 와 16 Gy였다 ( 그림 7). 저선량조사한태양고추의발아율은뚜렷한증가효과를보이지않았으나대체로대조구에비해 8, 12, 20 Gy에서 2~5% 정도증가하였다 ( 그림 8). 발아율이 70~80% 인시금치종자의경우발아초기단계에는저선량조사구가대체로대조구에비해낮았으나발아후기단계에는 1 Gy를제외한모든선량에서 3~5% 정도증가하였다. 발아율 50% 이하종자의발아율은대조구에비해저선량조사구에서뚜렷한증가효과를보여발아초기단계인파종 8일후에는대조구 3.5% 에비해모든저선량조사구에서 6.5~10.5% 로 86~200% 증가하였는데특히 1 Gy가가장높았고파종 9일후에는 1 Gy와 8 Gy가 13.5% 로대조구 6.5% 에비해 108% 증가하였으며파종 12일후부터는 20 Gy가가장높은발아율을보였다. 최종발아시에는대조구 17.5% 에비해모든저선량조사구에서 31~249% 정도증가하였는데특히 20 Gy에서 61.0% 의발아율을나타내어가장높았다 (Fig. 9, 10, 11, 12)

76 Germination (%) DAS 14 DAS 13 DAS 12 DAS 11 DAS 10 DAS 9 DAS Dose (Gy) Fig. 4. Germination rate of gourd grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

77 Fig. 5. Growth of gourd grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

78 Germination (%) DAS 12 DAS 10 DAS 9 DAS 8 DAS 7 DAS Dose (Gy) Fig. 6. Germination rate of pumpkin grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing. This experiment was conducted by Nongwoobio Co.Ltd

79 Germination (%) DAS 14 DAS 13 DAS 12 DAS 10 DAS 9 DAS 8 DAS Dose (Gy) Fig. 7. Germination rate of root stock grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

80 Germination (%) DAS 18 DAS 17 DAS 16 DAS 15 DAS 14 DAS 13 DAS 12 DAS Dose (Gy) Fig. 8. Germination rate of red pepper grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

81 Germination (%) DAS 14 DAS 13 DAS 12 DAS 10 DAS 9 DAS 8 DAS 7 DAS 6 DAS Dose (Gy) Fig. 9. Germination rate of spinach grown from 70~80% germinative seeds irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

82 Germination (%) DAS 14 DAS 13 DAS 12 DAS 10 DAS 9 DAS 8 DAS 7 DAS 6 DAS Dose (Gy) Fig. 10. Germination rate of spinach grown from 50% germinative seeds irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

83 Fig. 11. Growth of spinach grown from 70-80% germinative seeds irradiated with different doses of gamma radiation. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

84 Fig. 12. Growth of spinach grown from 50% germinative seeds irradiated with different doses of gamma radiation. This experiment was conducted by Nongwoobio Co. Ltd

85 2. 저장기간에따른저선량조사채소류종자의발아와초기생육 가. 신규배추종자와묵은배추종자의발아와초기생육저선량방사선이시판중인배추신규종자 만점 배추와묵은종자인 서림엇갈이 배추의초기생육에미치는영향을보고자저선량감마선을조사하여온실의소형 pot에파종하여파종 10일과 20일후에생육상황을관찰하였다. 신규종자인만점배추의경우는표 6에서와같이발아율은대조구의발아율이 98% 로높아 8.0 Gy의 99% 와 16.0 Gy의 98% 를제외하고는저선량조사구모두가대조구보다다소낮은경향을보여저선량방사선에의한발아율증가효과를볼수없었다. 파종 10일후에조사한떡잎의폭은저선량조사구모두가대조구의 2.11 cm보다낮은값을보였다. 엽폭에서도떡잎과같은경향이었다. 엽장의경우는 1.0 Gy와 0.5 Gy조사구가각각 5.01 cm와 4.98 cm로대조구의 4.90 cm보다다소증가하였다. 파종 20일후에조사한엽폭은 1.0 Gy조사구만이 4.80 cm로대조구의 4.73 cm보다높고나머지조사구는모두낮았다. 엽장의경우는 1.0 Gy와 4.0 Gy조사구가각각 9.90 cm와 9.64 cm로높은통계적유의성있는 (p<0.01) 증가효과를보였고 0.5 Gy조사구에서도 9.43 cm로대조구의 9.26 cm보다높은생육을보였다. 유식물체생체중에서는 1.0 Gy조사구만이 3.46 g으로대조구의 3.28 g보다높았고나머지조사구에서는모두낮은생체중을보여신규종자에서는저선량감마선조사에의한발아율과초기생육에서뚜렷한증가효과를볼수없었으나다만감마선 1.0 Gy조사구가초기생육을다소촉진하는효과를보여주었다. 묵은종자인서림엇갈이배추 ( 표 7) 에서는만점배추와는다르게저선량조사에의한뚜렷한효과를보여주었다. 발아율의경우 84% 을보인 8.0 Gy조사구를제외한저선량조사구모두가대조구 85% 보다다소높은발아율을보였는데 2.0 Gy조사구가 89% 로가장높았으나통계적유의성은없었다. 파종 10일후의떡잎의폭은대조구 2.18 cm에비해 2.27 cm를보인 0.5 Gy (p<0.01) 와 2.0 Gy (p<0.05) 조사구가높은통계적유의성있는생육증가를보였고다음이 1.0 Gy조사구의 2.25 cm (p<0.05) 였으나저선량조사구중높은수준인 12.0 Gy이상조사구에서는대조구보다낮은값을보였다. 엽폭에서는 20.0 Gy조사구를제외한전체저선량조사구가대조구의 2.35 cm보다높아통계적으로유의성있는생육증가효과를보였는데 8.0 Gy조사구가 2.61 cm (p<0.001) 로가장높은 11% 정도증가효과를보였고다음이 2.0 Gy조사구의 2.57 cm (p<0.001) 였다. 엽장에서도엽폭과비슷한경향으로 20.0 Gy조사구를제외한전체조사구에서대조구 3.97 cm보다높은

86 값을보였고 2.0 Gy조사구의 4.67 cm (p<0.001) 와 8.0 Gy조사구의 4.65 cm (p<0.001) 가고도의유의성있는 18% 정도의증가효과를나타내었다. 파종 20일후의생육조사에서도 20.0 Gy조사구만을제외한저선량조사구전체가대조구보다양호한생육양상을보였다. 엽폭의경우대조구의 4.24 cm에비해 1.0 Gy와 2.0 Gy조사구가 4.68 cm로 10% 이상의고도의유의성있는 (p<0.001) 증가효과를보였고다음이 12.0 Gy조사구의 4.62 cm (p<0.001) 와 0.5 Gy조사구의 4.57 cm (p<0.001) 순이었다. 엽장에서도엽폭과같은경향을보였는데 1.0 Gy조사구가 9.08 cm로대조구의 7.96 cm보다고도의유의성있는 (p<0.001) 가장높은 14% 의생육증가를보였고 2.0 Gy와 12.0 Gy조사구가각각 8.97 cm (p<0.001) 와 8.66 cm (p<0.001) 로다음순이였다. 유식물체생체중에서도유사한경향으로 2.66 g의 1.0 Gy조사구가 2.29 g의대조구에비해 16% 정도유의성있는 (p<0.001) 증가효과를보였고다음이 12.0 Gy조사구의 2.64 g(p<0.001) 과 2.0 Gy조사구의 2.53 g(p<0.01) 순이었다. 이상의결과로볼때저선량감마선조사가배추종자의발아와초기생육에미치는효과는신규종자에서는별효과가없었으나묵은종자에서는발아와초기생육을상당히촉진하는효과를보였다. 김 70) 과Luckey 3) 는저선량방사선조사에의한채소종자의발아율과초기생육촉진및생장증대에관해종합고찰하였고, Kuzin 71) 은배추종자에 5.0~10.0 Gy의 X선을조사하여발아와생육촉진및 20% 이상의수량증가효과를보고하였다. 김등 72) 은시판중인몇가지배추와무의종자에저선량감마선을조사하여 0.2~4.0 Gy범위에서발아와초장등이증가하였으나품종에따라적정선량이다르다고하였다. 이 등 73, 62) 은고추와파종자에저선량감마선을조사하여발아율과초기생육을 조사한보고에서신규종자보다도묵은종자에서그효과가뚜렸하였다. 본실험에서도신규종자인만점배추에서는 1.0 Gy를제외하고는저선량효과는미미하였으나묵은서림엇갈이배추에서는저선량에의한발아율과초기생육촉진효과를보여주었고감마선 1.0 Gy와 2.0 Gy가가장효과적이었다

87 Table 6. Early growth of Chinese cabbage grown from seeds(produced in 1998, cv. Manjeom) irradiatied with different doses of gamma radiation. Dose ( Gy ) Traits Germination rate (%) 10 DAS 20 DAS Cotyledon Leaf Leaf width width length Leaf Leaf width length ( cm ) ( cm ) Fresh weight (g/plant) ** ** DAS ; days after sowing. ; Figure represents mean of 30 plants. ** ; Significant at 1% level

88 Table 7. Early growth of Chinese cabbage grown from seeds(produced in 1994,cv. Sulim eockari) irradiated with different doses of gamma radiation. Traits 10 DAS 20 DAS Germination Cotyledon Leaf Leaf Leaf Leaf Fresh rate Dose width width length width length weight (%) ( Gy ) ( cm ) ( cm ) (g/plant) ** ** 4.57 *** 8.51 *** * 2.55 *** 4.55 *** 4.68 *** 9.08 *** 2.66 *** * 2.57 *** 4.67 *** 4.68 *** 8.97 *** 2.53 ** ** 4.52 *** 4.44 * 8.56 *** *** 4.65 *** 4.43 * 8.46 ** ** 4.62 *** 8.66 *** 2.64 *** ** 4.43 *** ** DAS ; days after sowing. ; Figure represents mean of 30 plants. *, **, *** ; Significant at 5%, 1% and 0.1% level, respectively

89 나. 묵은참박종자의발아와초기생육저선량방사선에의한식물자극촉진규명의일환으로묵은참박의폐기종자에저선량감마선을조사하여온실에서조사한발아율은표 8에서보는바와같이시험한세품종모두발아율이저조하였다. 품종 Patner의경우세품종중에서가장높은발아율을보였는데 8 Gy 조사구만이 68.3% 로대조구의 63.3% 에비해 5% 정도높은반면나머지저선량조사구모두가대조구보다낮은발아율을보여방사선에의해발아율이억제되는경향을보였다. Support 품종과 FR용자에서는저선량조사에의한발아율증가효과가대부분의저선량조사구에서나타났는데, Support의경우 2 Gy 조사구가 66.7% 로대조구의 41.7% 에비해통계적으로높은유의성있는 (p<0.01) 증가효과를보였고다음이 0.5 Gy 와 16 Gy 조사구의 55.0% 순이었다. FR용자에서도대조구가 30.0% 로매우낮은발아율이였는데 4 Gy 조사구에서 53.3% 로통계적으로유의성있는 (p<0.05) 증가를보였고, 다음이 2 Gy와 12 Gy 조사구의 43.3% 였다 ( 표 8). 파종 35일후에조사한유묘초장의경우세품종모두거의모든저선량조사구에서대조구에비해양호한생육을보였다 ( 표 9). Patner의경우 30 Gy 조사구만이 14.2 cm로대조구의 14.9 cm보다낮은초장을보였으나 16 Gy, 12 Gy, 20 Gy 조사구에서는각각 19.3 cm, 19.2 cm, 18.8 cm로통계적으로고도의유의성있는 (p<0.001) 초기생육촉진효과를보였다. Support 품종에서는저선량조사구모두가대조구 17.1 cm에비해높은초장을보였는데 20 Gy 조사구가 22.6 cm로가장높았고다음이 2 Gy와 16Gy의 22.5 cm와 0.5 Gy의 20.9 cm 순으로통계적으로고도의유의성있는 (p<0.001) 증가효과를나타내었다. FR용자의초장에서도저선량조사구모두가대조구 15.2 cm에비해높았는데 1 Gy 조사구가 22.0 cm(p<0.001) 로가장높았고, 다음이 30 Gy 조사구의 20.9 cm(p<0.001) 와 0.5 Gy와 4 Gy 조사구의 19.8 cm(p<0.01) 순으로통계적으로유의성있는초장증가를보여주었다. 유묘의생체중에서도저선량조사구가세품종모두에서대조구보다높은값을보였다. Patner 품종에서는대조구 2.7 g에비해 16 Gy 조사구가 4.5 g(p<0.01) 으로가장높았으며다음이 12 Gy와 20 Gy 조사구가 4.3 g (p<0.001) 순이였고, Support 품종에서는 20 Gy와 16 Gy 조사구가각각 4.6 g (p<0.001) 과 4.5 g(p<0.01) 으로대조구의 3.0 g에비해유의성있는증가를보였다. FR용자에서는대조구의 3.6 g에비해 1 Gy와 2Gy 조사구가각각 5.7 g과 5.1 g으로높은증가를보였으나통계적으로유의성은없었다. 참박의줄기직경에서도저선량조사에의해대체로증가하는경향을보였

90 는데, Patner 품종에서는 4 Gy와 12 Gy 및 20 Gy 조사구가모두 3.8 mm로대조구의 3.3 mm에비해유의성있는생장증가를보였고 1 Gy와 8 Gy 조사구가 3.7 mm로다음순이였다. Support 품종에서는 4 Gy와 16 Gy 조사구가 4.0 mm로가장높았고다음이 0.5 Gy 조사구가 3.9 mm로대조구의 3.7 mm에비해높았으나통계적유의성은없었다. FR용자에서는대조구의 3.7 mm에비해 1 Gy 조사구가 5.1 mm로통계적으로높은유의성있는증가효과를보였고 (p<0.01), 다음이 4 Gy와 30 Gy 조사구가 4.8 mm로유의성있는증가를나타내었다 (p<0.05). 이상의결과로볼때저선량에의한참박의생육효과는품종에따라다른경향을보였는데종자발아율의경우는 2 Gy와 8 Gy에서효과가있었고초기생육은 Patner와 Support 품종에서는 4 Gy, 16 Gy, 20 Gy가 FR용자에서는 1 Gy가효과적이었다. 김 70) 과 Luckey 3) 는저선량방사선조사에의한채소종자의발아율과초기생육촉진및생장증대에관해종합고찰하였고, Kuzin 32) 은배추종자에 5~ 10 Gy의 X선을조사하여발아와생육촉진및 20% 이상의수량증가효과를보고하였다. 김등 72) 은시판중인몇가지배추와무의종자에저선량감마선을조사하여 0.2~4 Gy 범위에서발아와초장등이증가하였으나품종에따라적정선량이다르다고하였다. 이등 62,73) 은고추와파종자에저선량감마선을조사하여발아율과초기생육을조사한보고에서신규종자보다도묵은종자에서그효과가뚜렷하였다

91 Table 8. Germination rate of gourd developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation in the pot experiment. Dose (Gy) Partner 63.3± ± ± ± ± ± ± ± ± ±11.5 Support 41.7± ± ± ** ± ± ± ± ± ± ±12.0 FR Yongja 30.0± ± ± ± * ± ± ± ± ± ±7.3 ; Figure represents the mean and the standard error of 3 repetitions. *, ** ; Significant at 5% and 1% level, respectively

92 Table 9. Growth response of gourd developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation in the pot experiment. Dose (Gy) Seedling height (cm) Fresh weight (g/plant) Stem diameter (mm) Partner Support FR Yongja Partner Support FR Yongja Partner Support FR Yongja ± ± ± ± ± ± ± ± ± ** ± *** ± ** ± * ± ** ± ± ± ± ± *** ± *** ± *** ± ** ± * ± ± * ± ± ** ± *** ± *** ± * ± *** ± * ± ± ± ± ± * ± *** ± *** ± ± * ± ± ** ± ± ** ± *** ± ± ± ** ± ± ± * ± ± ± *** ± *** ± * ± *** ± * ± ± * ± ± * ± *** ± *** ± * ± ** ± ** ± ± ± ± ± *** ± *** ± ± *** ± *** ± ± * ± ± ± ± ** ± *** ± ± ± ± ± ± * ±0.3 ; Figure represents the mean and the standard error of 30 plants. *, **, *** ; Significant at 5%, 1% and 0.1% level, respectively

93 다. 묵은배추와무종자의발아와초기생육저선량방사선이한여름배추와청수궁중무묵은종자의발아에미치는효과를보고자저선량감마선을조사한종자를 incubator에서발아시켜한여름배추는발아개시일로부터 6일동안, 청수궁중무는 4일동안의발아율과초기생육을조사하였다. 한여름배추의발아율은최종발아율관찰시 ( 파종후 9일 ) 엔대조구 54.6% 에비해 2 Gy와 8 Gy 조사구에서각각 60.5% 와 56.8% 로 4~11% 정도증가하였는데특히발아개시일 ( 파종후 4일 ) 에는 2 Gy, 6 Gy, 8 Gy 조사구에서대조구 9.5% 에비해각각 13.3%, 12.0%, 12.2% 로 26~39% 정도, 파종 5일후에는 4 Gy, 10 Gy, 50 Gy 조사구에서대조구 24.0% 에비해 26.4%, 33.0%. 31.4% 로 10~38% 정도증가하여저선량조사에의해초기발아가촉진됨을알수있었고, 파종 6일후에는 8 Gy 조사구가가장높은 51.3% 의발아율로대조구에비해 32% 정도증가하였다 ( 그림 13). 청수궁중무의최종발아율 ( 파종후 6일 ) 은모든저선량조사구에서대조구 25.8% 에비해증가하였는데특히 2 Gy, 6 Gy, 10 Gy 조사구에서각각 35.1%, 36.5%, 32.2% 로 25~41% 정도증가하였다. 또한발아개시일 ( 파종후 3일 ) 에도모든저선량조사구가대조구 14.0% 에비해발아율이증가하였는데특히 2 Gy, 6 Gy, 10 Gy 조사구에서각각 22.9%, 22.1%, 23.2% 로 51~ 65% 정도증가하였고파종 4일후에도대조구 21.9% 에비해 2 Gy, 6 Gy, 10 Gy 조사구에서 37~45% 정도증가하였다 ( 그림 14)

94 Germination rate (%) DAS 8 DAS 7 DAS 6 DAS 5 DAS 4 DAS Dose (Gy) Fig. 13. Germination rate of Chinese cabbage grown from seeds(harvested in 1993, cv. Hanyoreum) irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing

95 Germination rate (%) DAS 5 DAS 4 DAS 3 DAS Dose (Gy) Fig. 14. Germination rate of radish grown from seeds(harvested in 1995, cv. Chungsukoungzoung) irradiated with different doses of gamma radiation. DAS ; days after sowing

96 발아조사마지막날에조사한한여름배추 ( 파종후 9일 ) 와청수궁중무 ( 파종후 6일 ) 의유묘초장은, 한여름배추의경우모든저선량조사구에서대조구 1.96 cm에비해 13~43% 정도증가하였는데특히 2 Gy, 4 Gy, 8 Gy, 10 Gy 조사구에서각각 2.35 cm(p<0.01), 2.67 cm(p<0.01), 2.31 cm(p<0.05), 2.83 cm(p<0.001) 로유의성있는촉진효과를보였다 ( 그림 15A). 청수궁중무의유묘초장도한여름배추와같이모든저선량조사구에서뚜렷한증가로대조구 3.07 cm에비해 27~47% 정도증가하였는데특히 2 Gy, 6 Gy, 10 Gy 조사구에서각각 4.09 cm(p<0.001), 4.50 cm(p<0.001), 4.10 cm(p<0.001) 로매우유의성있는초기생육촉진효과를보였다 ( 그림 15B). 이상의결과로묵은배추와무종자에저선량감마선조사시발아율과유묘초장이증가됨을알수있었는데특히발아율이낮은청수궁중무에서그효과가뚜렷하게나타났고비교적낮은선량에서초기발아가촉진되었다. 김과이 61) 및 Luckey 3) 는저선량방사선에의해채소종자의발아율과초기생육촉진및생장증대에대해종합적으로고찰하였고, Kuzin 등 71) 은배추종자에 5~10 Gy의 X선조사시발아와생육촉진및수량증가효과를보고하였다. 김등 74,75) 은배추의시판신규종자와묵은종자에저선량감마선조사시발아율이 10% 정도증가하였으나품종과저장기간에따라적정선량이다르다고하였고, Pal 64) 은무종자에 10 Gy의감마선조사시발아와생장촉진효과를얻었다고발표하였다. 이등 62) 은저선량방사선조사한고추의신규종자와묵은종자의발아실험에서비교적낮은선량에서초기발아가향상되었고그효과는묵은종자에서높았다고보고하였다. 이에본실험에서도저선량감마선조사가묵은채소종자발아율향상과생육촉진등에긍정적인영향을미치는것으로나타났으며이에대한적정선량은 2~10 Gy인것으로나타났다. 그러나그촉진기작은앞으로밝혀져야할것이다

97 A : Chineses cabbage Seedling height (cm) B : Radish Dose (Gy) 6 Seedling height (cm) Dose (Gy) Fig. 15. Growth of seedlings from Chinese cabbage and radish seed irradiated with different doses of gamma radiation. Data represents mean±se. A ;harvested in 1993, cv. Hanyoreum. B ; harvested in 1995, cv. Chungsukoungzoung

98 라. 묵은고추종자의발아와초기생육저선량방사선이묵은고추종자의발아에미치는영향을알아보기위해종묘회사와생산년도가다른두품종을선정하여저선량감마선을조사한종자를 incubator에서발아시켜발아개시일로부터 6일동안발아율을관찰한결과는그림 16과같다. 발아개시일 ( 파종 6일후 ) 에조사한조광고추품종의발아율은 2 Gy 조사구를제외한모든선량에서대조구가 8.0% 인데비하여 A 6~49% 증가하였는데, 특히 4 Gy 조사구에서 12.0% 로가장높았다. 홍광고추품종의경우는 4 Gy 조사구를제외한모든선량에서증가하였고특히, 2 Gy와 8 Gy 조사구에서대조구 1.9% 에비해 4.2% 로 118% 증가하였다. 파종 7일후에는홍광고추품종에비해조광고추품종이뚜렷한발아촉진효과를보였는데, 조광고추품종의경우는 4 Gy조사구에서대조구 37.8% 에비해 65.7% 로 74% 증가하였으며, 홍광고추품종은 8 Gy 조사구에서대조구 10.3% 에비해 11.4% 로 11% 증가하였다. 파종 8일후의발아율은조광고추품종은 4 Gy 조사구에서대조구 58.4% 에비해 36% 증가한 79.6% 를나타냈으며, 홍광고추품종의경우는대조구 24.5% 에비해 8 Gy 조사구에서 3% 증가하여 25.3% 를나타냈다. 또한파종 9일후발아율에서는조광고추품종은 4 Gy 조사구에서대조구 70.0% 에비해 84.1% 로 20% 증가하였으며, 홍광고추품종은 8 Gy 조사구에서대조구 32.3% 에비해 10% 증가하였다. 저선량방사선에의한고추의발아율관찰시파종 9일후부터는대조구에비해저선량조사구에서뚜렷한증가효과가없었으며, 최종발아율조사일인파종후 12일에는조광고추품종은 4 Gy 조사구에서, 홍광고추품종은 8 Gy 조사구에서각각대조구 88.5% 와 45.1% 에비해 3% 와 6% 증가한 91.5% 와 47.9% 를나타내어발아후기보다발아초기에저선량방사선에의한발아촉진효과가뚜렷하게나타남을알수있었다

99 Germination (%) A 12 DAS 11 DAS 10 DAS 9 DAS 8 DAS 7 DAS 6 DAS Dose (Gy) Germination (%) B 12 DAS 11 DAS 10 DAS 9 DAS 8 DAS 7 DAS 6 DAS Dose (Gy) Fig. 16. Germination rate of red pepper seed irradiated with different doses of gamma radiation. A ; produced in 1996, cv. Jokwang. B; produced in 1997, cv. Hongkwang. DAS ; days after sowing

100 최종발아관찰시고추의유묘초장을측정한결과는그림 17과같다. 조광고추품종의경우는대조구 2.31 cm에비해 4% 정도증가한 50 Gy 조사구를제외하곤모든저선량조사구에서고도의유의성있는증가효과를보였다. 특히, 초기발아율에서뚜렷한증가효과를보인 4 Gy조사구에서 3.50 cm (p<0.001) 로 52% 증가하였으며, 다음으로 8 Gy, 10 Gy, 6 Gy, 2 Gy 조사구순으로각각 33.2 cm(p<0.001), 3.30 cm(p<0.001), 3.14 cm(p<0.001), 3.10 cm(p<0.001) 로 34~43% 증가하였다. 홍광고추품종의경우에도 50 Gy 조사구를제외한거의모든선량에서증가효과를보였다. 초기발아율이높았던 8 Gy 조사구에서대조구 2.06 cm에비해 2.80 cm(p<0.001) 로 36% 증가하였고, 다음으로 10 Gy, 2 Gy, 4 Gy 조사구순으로각각 2.61 cm(p<0.01), 2.50 cm(p<0.01), 2.44 cm(p<0.01) 로 18~27% 증가하였다. 이상의결과로묵은고추종자에저선량감마선조사시발아율과유묘초장이증가됨을알수있었는데그효과는품종과생산년도에따라다르게나타났다. 김등 76,75) 은배추시판종자에저선량감마선을조사한결과발아율이 10% 정도증가하였으나품종과저장기간에따라적정선량이다르다고보고한바있다. 또한김과이 61) 및 Luckey 3) 는저선량방사선에의해채소종자의발아율과초기생육촉진및생장증대효과에대해종합적으로고찰하였고, 이등 62,77) 은고추와파종자에저선량감마선을조사하여발아율과초기생육을조사한보고에서신규종자보다묵은종자에서그효과가뚜렷하다고하였는데, 본실험에서도 3년저장한종자보다 4년저장한종자에서저선량감마선에의한효과가뚜렷함을확인할수있었다. 또한이등 62) 은저선량방사선조사한고추의발아실험시비교적낮은선량에서초기발아가향상되었다고보고하였다. 이에본실험에서도저선량감마선조사에의해묵은고추종자발아율향상에긍정적인영향을미치는것으로나타났으며, 발아율향상을위한적정선량은 4 Gy와 8 Gy인것으로나타났다

101 Seedling height (cm) A Dose (Gy) Seedling height (cm) B Dose (Gy) Fig. 17. Seedling height of red pepper at 12 days after sowing. Seeds were irradiated with different doses of gamma radiation. A ; produced in 1996, cv. Jokwang. B ; produced in 1997, cv. Hongkwang. Data represent mean±se

102 3. 저선량조사한작물의포장생육과수량 가. 신규흑미종자와묵은종자의포장생육과수량흑미종자파종 40일후관찰한유묘의초기생육은다음과같다. 신규종자의경우는유묘초장과생체중에서별다른증가를보이지않았으나 ( 그림 18a,b), 1년저장한묵은종자의경우는유묘초장은 1~20 Gy 수준에서 3~ 9%, 생체중은 1~17% 증가하였는데그중 1 Gy와 16 Gy에서가장높은증가를보였다 ( 그림 19a,b). 포장에서생육시킨후 10월 10일에후기생육을비교하였다. 신규종자의경우, 초장은 0.5 Gy와 8 Gy에서만대조구 84.5 cm에비해 85.8 cm와 86.3 cm 로 2 % 정도증가하였고간장은 0.5 Gy와 8~20 Gy 수준에서 2% 정도증가하였다. 또한분얼수에서는효과가뚜렷하여모든저선량조사구에서 3~ 12% 증가하였는데그중 4 Gy가가장높았다 ( 표 10). 묵은종자의초장은 1, 2, 16, 20 Gy에서대조구 81.4 cm에비해 3~4 % 증가하였고간장은 4~5% 증가하였으며분얼수도 2~11% 증가하였는데그중 1 Gy의생육이가장높았다. 건물중은 16 Gy와 20 Gy에서만 3~4% 증가하였다 ( 표 11). 수확기에건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산한결과는다음과같다. 신규종자의경우는 Gy에서대조구 37.0 g에비해 3~9% 증가하였는데그중 0.5 Gy가 40.3 g으로가장높았다 ( 그림 20). 그에반해묵은종자는수량이 2 Gy에서만 42.5 g으로대조구 41.5 g에비해 2% 증가하였다 ( 그림 21)

103 Seedling height (cm) (a) Dos e (Gy) Fresh weight (g/plant) (b) Dos e (Gy) Fig.18. Early growth of Heckmi developed from seeds(harvested in 1999) irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors. a ; seedling height, b ; fresh weight

104 Seedling height (cm) (a) Do s e (Gy) Fresh weight (g/plant) (b) Do s e (Gy) Fig.19. Early growth of Heckmi developed from seeds(harvested in 1998) irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors. a ; seedling height, b ; fresh weight

105 Table.10. Growth response of Heckmi developed from seeds(harvested in 1999) irradiated with different doses of gamma radiation. Dose Plant height Culm length No. of Panicle No. of Dry weight (Gy) (cm) (cm) tillers length (cm) panicles (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±2.9 ; mean±se

106 Table.11. Growth response of Heckmi developed from seeds(harvested in 1998) irradiated with different doses of gamma radiation. Dose (Gy) Plant height (cm) Culm length (cm) No. of tillers Panicle length (cm) No. of panicles Dry weight (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±2.9 ; mean±se

107 50 Grain yield (g/plant) Do s e (Gy) Fig. 20. Grain yield of Heckmi developed from seeds(harvested in 1999) irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

108 50 Grain yield (g/plant) Do s e (Gy) Fig. 21. Grain yield of Heckmi developed from seeds(harvested in 1998) irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

109 나. 연도별흑미종자의포장생육과수량포장에서생육시킨후 9월 24일에후기생육을비교하였다. 1998년종자의경우, 초장은대조구 82.1 cm에비해 20 Gy에서만 5% 증가한 85.8 cm를보였고간장은모든저선량조사구에서대조구 61.3 cm에비해 3~8% 증가하였는데그중 20 Gy가가장높아 66.4 cm를나타냈다. 또한분얼수는대조구 21.8 cm에비해모든저선량조사구에서 5~43% 증가하였으며이삭수도 2~ 16 Gy에서 6~17% 증가하였다 ( 표 12). 1999년종자의경우는초장과간장은별다른증가를보이지않았으며분얼수는 0.5, 1, 12, 16 Gy에서대조구 28.6 개에비해 4~7% 증가하였는데그중 8 Gy가가장높았다. 또한건물중에서는 0.5 Gy와 8 Gy에서 97.6 g으로대조구 91.7 g에비해 6% 증가하였다 ( 표 13). 2000년종자의포장생육은 1998년과 1999년종자에비해뚜렷한증가를보이지않았다 ( 표 14). 수확기에건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산한결과는다음과같다. 1998년종자수량의경우 0.5 Gy와 12 Gy를제외하곤증가하는경향을보였는데그중 20 Gy가가장높아대조구 38.3 g에비해 55.0 g을나타내었다.1999년종자의수량은 1 Gy가 53.3 g으로대조구 42.5 g에비해가장높았다 ( 그림 22)

110 Table. 12. Growth response of Heckmi developed from seeds(harvested in 1998) irradiated with different doses of gamma radiation. Dose Plant height Culm length No. of Panicle No. of Dry weight (Gy) (cm) (cm) tillers length (cm) panicles (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.1 ; mean±se

111 Table. 13. Growth response of Heckmi developed from seeds(harvested in 1999) irradiated with different doses of gamma radiation. Dose (Gy) Plant height (cm) Culm length (cm) No. of tillers Panicle length (cm) No. of panicles Dry weight (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±6.3 ; mean±se

112 Table. 14. Growth response of Heckmi developed from seeds(harvested in 2000) irradiated with different doses of gamma radiation. Dose Plant height Culm length No. of Panicle No. of Dry weight (Gy) (cm) (cm) tillers length (cm) panicles (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±3.3 ; mean±se

113 60 (a) Grain yield (g/plant) Dose (Gy) 60 (b) Grain yield (g/plant) Dose (Gy) 60 (c) Grain yield (g/plant) Dose (Gy) Fig. 22. Grain yield of Heckmi developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means±standard errors. a, b, c ; seeds harvested in 1998, 1999,

114 다. 저장기간이다른방사콩의포장생육과수량저장기간이다른대두방사콩종자에저선량방사선을조사하여초기생육에미치는영향을조사한결과, 파종 2주후에조사한종자발아율의경우는그림 23에서보는바와같이 3년저장한 1997년산종자의발아율은대조구 43.3% 에비해저선량조사구모두가높은발아율을보였는데 2 Gy 조사구가 66.7%(p<0.05) 로가장높았고다음이 1 Gy와 4 Gy 조사구가 58.9% (p<0.05) 로통계적으로유의성있는증가효과를보였다. 2년저장한 1998년산종자의발아율에서는 76.7% 의 8 Gy 조사구가가장높았고다음이 0.5 Gy와 2 Gy 조사구가 71.1% 로대조구 68.9% 에비해높았으며 1년저장종자인 1999년종자는 16 Gy 조사구만이 100% 의발아율로대조구 98.9% 보다높아신규종자인대조구자체의높은발아율때문에높아저선량조사에의해증가효과가적은것으로나타났다. 파종 20일후에조사한유묘초장의경우는 ( 그림 24), 1997년산은 0.5 Gy 조사구만이 10.6 cm로대조구 8.8 cm에비해 20% 정도고도의유의성있는 (p<0.001) 증가효과를보였으나나머지저선량조사구에서는초장이감소하여발아율과는반대경향을보였다. 1998년종자에서는대조구 9.6 cm에비해 0.5 Gy와 1 Gy 조사구가각각 10.0 cm로 4% 정도증가하였고다음이 2 Gy 조사구의 9.8 cm순이였으며나머지조사구에서는감소하였다. 1999년종자에서는발아율에비해유묘초장은 4 Gy 조사구만을제외하고저선량조사에의해증가하는경향을보였는데 1 Gy 조사구가 15.8 cm(p<0.001) 로가장높았고다음이 8 Gy 조사구의 14.4 cm (p<0.001) 와 0.5 Gy 조사구의 14.1 cm(p<0.01) 로대조구 13.2 cm에비해고도의유의성있는증가를나타내었다. 이상의결과를볼때저선량조사에의한종자발아율증가효과는자체발아율이높은 1~2년차신규종자보다는발아율이다소떨어지는묵은종자에서더욱효과적인것으로나타났다. 김등 65) 은감마선 4 Gy 조사에서대두종자의발아율과초기생육이촉진되었으나종자의상태와품종에따라서저선량효과가달랐으며, Stan과 Jinga 1) 도 10 Gy 이하의감마선조사에의해대두종자의발아율이증가되었다고하였다. 저장기간이다른종자의조사에서는김등 78) 과이등 77) 이배추와파종자에서 1~2년차종자에서는발아율증가효과가적었으나 3~5년차묵은종자에서는높은증가효과를보고하였는데본실험에서도유사한결과를나타냈었다

115 Germination rate (%) (a) Dose (Gy) Germination rate (%) (b) Dose (Gy) 120 (c) Germination rate (%) Dose (Gy) Fig. 23. Germination rate of soybean developed from storage seeds irradiated with different doses of gamma radiation in the pot experiment. Bars represent means±standard errors. a, b, c ; seeds harvested in 1997, 1998,

116 Seedling height (cm) (a) Dose (Gy) Seedling height (cm) (b) Dose (Gy) 18 (c) Seedling height (cm) Dose (Gy) Fig. 24. Seedling height of soybean developed from storage seeds irradiated with different doses of gamma radiation in the pot experiment. Bars represent means ± standard errors. a, b, c ; seeds harvested in 1997, 1998,

117 저장기간이다른방사콩종자에저선량방사선을조사한후포장재배하여수량구성요소를조사하였다. 3년저장한 1997년산종자에서생육한대두의초장은표 15에서보는바와같이 4 Gy 조사구를제외하고는전체저선량조사구에서대조구 70.3 cm보다양호한생육을보였으며 16 Gy 조사구가가장높은 77.9 cm로통계적으로유의성있는 (p<0.05) 증가를보였고다음이 1 Gy 조사구와 0.5 Gy 및 8 Gy 조사구로각각 75.7 cm와 74.7 cm 순이였다. 식물체의가지수와마디수에서는 16 Gy 조사구가각각 9.6개와 14.1개로가장효과적인증가를보였다. 식물체주당 pod수에서는 16 Gy 조사구의 개를제외한저선량조사구전체가대조구 275.3개보다적은값을나타내었다. 주당종자수량에서는대체로저선량조사구가대조구 49.7 g보다높은값을보였는데 8 Gy 조사구가대조구에비해 27% 나증가한 63.2 g으로가장높았고다음이 0.5 Gy와 16 Gy 조사구로각각 58.9 g과 54.9 g순으로저선량조사구중 16 Gy 조사구가 3년저장종자에서는가장효과적인생장증대를가져왔다. 2년저장한 1998년산방사콩의초장 ( 표 16) 은 4 Gy 조사구가 71.1 cm로대조구 69.1 cm보다 3% 정도증가하였고다음이 0.5 Gy와 16 Gy 조사구가각각 70.9 cm와 70.1 cm 순이였다. 가지수와마디수에서는 1 Gy 조사구와 16 Gy 조사구가각각 9.0개와 14.0개로대조구의 8.3개와 13.6개에비해가장높은값을보였다. 주당 pod수에서는 1 Gy 조사구만이 279.9개로대조구의 290.0개에비해 4% 정도증가하였고나머지저선량조사구는모두대조구보다낮은값을보였다. 주당종자수량에서도 1 Gy 조사구가 58.6 g으로대조구 55.2 g보다 6% 정도증가하여가장높았고다음이 4 Gy와 2 Gy 조사구가각각 57.1 g과 56.0 g 순이었다. 2년저장종자에서는대체로저선량조사구중낮은 1 Gy 조사가수량증대에가장효과적이었다. 신규종자인 1년저장종자의생육특성은표 17에서와같이초장은 0.5 Gy와 2 Gy 조사구만이대조구 76.2 cm보다높은값을보였으며 0.5 Gy 조사구는 7% 정도증가한 81.8 cm로통계적으로도유의성있는 (p<0.05) 효과를보였다. 식물체의가지수에서는저선량조사구전체가대조구 7.3개보다높았는데 0.5 Gy와 8 Gy 조사구는각각 9.9개 (p<0.01) 와 9.6개 (p<0.05) 로통계적으로유의성있는증가효과를보였다. 식물체주당 pod수에서는 16 Gy 조사구가 299.8개로가장높아대조구 274.1개에비해 9% 정도증가하였고다음이 8 Gy와 0.5 Gy 조사구로각각 294.1개와 292.9개순이였다. 주당종자수량에서는저선량조사구전체가대조구 49.5 g보다높았는데 8 Gy 조사구가 61.1 g으로대조구에비해 23% 나증가하였으며다음이 2 Gy와 0.5 Gy 조사구로각각 59.8 g과

118 59.6 g 순이였다. 조사구중가장낮은 0.5 Gy 조사가신규종자의생육증대에가장효과적으로나타나종자저장기간에따라서저선량에의한생육촉진효과는다르게나타났다. Luckey 3) 와 Miller 6) 는작물종자에저선량방사선을조사하면초기생육촉진과수량증가효과가있다고보고하였으며 Stan과 Croitoru 66) 는대두종자에감마선 3~9 Gy 조사에서생육촉진과 pod 형성이증가되었다고하였다. 김등 5) 은저선량감마선을조사한대두의생육촉진효과는품종에따라다르며포장발아율이 0.5 Gy 조사에서최고 30% 정도, 수량은 2~4 Gy 조사에서 20~30% 정도증가하였다고보고하였다. 본실험에서는동일품종이라도종자의저장기간에따라서저선량방사선에의한생육촉진효과가다르게나타남을알수있었다

119 Table 15. Growth characters of soybean developed from seeds(produced in 1997)irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Agronomic traits Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches /plant No. of nods /plant No. of pods /plant Grain yield (g/plant) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±2.4 * 9.6± ± ± ±12.1 ; Mean±SE. * ; Significant at 5% level

120 Table 16. Growth characters of soybean developed from seeds(produced in 1998)irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Agronomic traits Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods No. of pods Grain yield (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.7 ; Mean±SE. * ; Significant at 5% level

121 Table 17. Growth characters of soybean developed from seeds(produced in 1999)irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Agronomic traits Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods No. of pods Grain yield (g) ± ± ± ± ± ±1.8 * 9.9±0.8 ** 14.7± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.8 * 13.4± ± ± ± ± ± ± ±5.2 ; Mean±SE. * ; Significant at 5% level

122 라. 품종별대두종자의포장생육과수량저선량방사선조사에의한품종별대두의포장생육비교실험을한결과는다음과같다. 발아율의경우황금콩종자는 12 Gy를제한모든선량에서대조구 84.3% 에비해 2~8% 증가하였고파종 3주후측정한초기생육에서황금콩의유묘초장은 1, 2, 20 Gy에서대조구 15.6 cm에비해 3~4%, 생체중은 1 Gy를제외한모든저선량조사구에서대조구 3.4 g에비해 4~ 11% 증가하였다 ( 표 18). 서리콩의경우는발아율은별다른증가를보이지않았고유묘초장은대조구 14.9 cm에비해 1 Gy를제외한모든저선량조사구에서 3~6%, 생체중은대조구 2.7 g에비해모든저선량조사구에서 4~14% 증가하였다 ( 표 19). 포장에서생육시킨후 10월 10일에조사한후기생육은다음과같다. 황금콩의초장은모든저선량조사구에서대조구 65.8 cm에비해 1~5% 증가하였고, 가지수는 1 Gy와 20 Gy를제외한선량에서 1~8%, 마디수는 20 Gy 제한선량에서 1~5% 증가하였다. 또한 pod수의경우도 20 Gy를제외한모든저선량조사구에서대조구 101.1개에비해 1~8% 증가하였는데그중 8 Gy 가가장높았다 ( 표 20). 서리콩의경우는초장은대조구 75.1 cm에비해 1~ 3%, 가지수는 8 Gy를제외한저선량조사구에서 1~22% 증가하였는데그중 16 Gy가 7.7개로대조구 6.3개에비해가장높았다 ( 표 21). 수확기에건조탈곡한후수확하여주당수량으로환산한결과는다음과같다. 황금콩의경우는대조구 45.3 g에비해 2, 16, 20 Gy에서각각 48.6, 49.9, 51.0 g으로 7~13% 증가하였고 ( 그림 25), 서리콩은 16 Gy에서 25.1 g으로대조구 23.1 g에비해 9% 증가한것을제하곤별다른증가효과를보이지않았다 ( 그림 26)

123 Table 18. Early growth of soybean developed from seeds(cv. Hwangkeumkong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose Germination rate Seedling height Fresh weight (Gy) (%) (cm) (g/plant) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.1 ; meam±se

124 Table 19. Early growth of soybean developed from seeds(cv. Soelikong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose Germination rate Seedling height Fresh weight (Gy) (%) (cm) (g/plant) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.1 ; mean±se

125 Table 20. Growth response of soybean developed from seeds(cv. Hwangkeumkong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods No. of pods ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±5.0 ; meam±se

126 Table 21. Growth response of soybean developed from seeds(cv. Soelikong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods No. of pods ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±4.1 ; meam±se

127 60 Grain yield (g/plant) Do s e (Gy) Fig. 25. Grain yield of soybean developed from seeds(cv. Hwangkeumkong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment

128 30 Grain yield (g/plant) Dos e (Gy) Fig. 26. Grain yield of soybean developed from seeds(cv. Soelikong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment

129 마. 품종별옥수수종자의포장생육과수량저선량방사선조사가일반농가에서재배하고있는재래종옥수수의생육에미치는영향을보고자감마선을조사하여온실의소형 pot에파종하여 20일후에발아율과초기생육을조사한결과저선량효과는품종별로다소차이를보였다. 발아율의경우그림 27에서보는바와같이고성재래종은 0.5 Gy 조사구를제외하고는저선량조사구모두가대조구 90% 보다높은발아율을보였는데 20 Gy 조사구가 100% 로가장높았다. 영월재래종에서는대조구 92% 에비해저선량조사구모두가높았으며 1 Gy, 8 Gy, 12 Gy 조사구가같은 100% 의발아율을보였다. 유묘초장 ( 그림 28) 과생체중 ( 그림 29) 에서도고성재래종의경우 0.5 Gy 조사구를제외하고는저선량조사구가모두대조구보다높았는데 2 Gy 조사구가 30.5 cm의초장으로대조구 29.0 cm보다 10% 정도증가하였고, 생체중도대조구 3.0 g에비해 2 Gy 조사구와 20 Gy 조사구가각각 4.3 g과 4.1 g으로대조구보다 4% 정도통계적으로유의성있는 (p<0.05) 증가효과를보였다. 영월재래종의유묘초장은 12 Gy와 20 Gy 조사구가 30.6 cm로대조구 28.0 cm보다 10% 정도증가하였고, 생체중은 0.5 Gy, 12 Gy, 20 Gy 조사구가모두 4.1 g으로대조구 3.8 g보다 8% 정도증가하였으나유의성은없었다. 옥수수종자에저선량방사선을조사하여발아율증가 79) 와생육촉진 80) 효과에관한보고가있으며김등 65) 도작물과채소종자에저선량감마선을조사하여종자발아율과초기생육촉진효과를보고하였다 76). 저선량방사선조사가옥수수생장과수량에미치는영향을조사한결과방사선을조사하여포장재배한옥수수의생장에서도초기생육과비슷하게생장촉진효과를보였으나적정선량은품종에따라다른경향을보였다. 고성재래종의경우표 22에서보는바와같이저선량조사구의간장과엽면적 ( 엽장 X 엽폭 ) 등이대조구에비해생장이증대되었다. 간장은대조구 cm에비해저선량조사구모두가높았는데 8 Gy 조사구가 cm로가장높았고다음이 2 Gy 조사구의 cm이었다. 엽면적에서도대조구 63.5 cm 2 에비해 20 Gy 조사구를제외하고저선량조사구가높았으며 8 Gy 조사구가 72.1 cm 2 로대조구에비해 10% 이상증가하였으나통계적유의성은없었다. 수량구성요소중이삭길이는 0.5 Gy와 1 Gy 조사구가가장높은 18.7 cm로대조구 17.8 cm에비해 5% 정도증가하였고이삭두께와열수는 8 Gy 조사구가각각 4.72 cm와 12.6개로대조구의 4.40 cm와 10.8개에비해통계적으로유의성있는 (p<0.05) 증가효과를보여주었다. 수량구성요소중열당종실수만이저선량조사구모두가대조구 32.2개에비해적은값을보여주

130 었으며 100립중은 8 Gy 조사구가 38.5 g으로대조구의 34.2 g에비해 13% 정도통계적으로유의성있게 (p<0.05) 증가하였다. 옥수수주당이삭수는 1 Gy 조사구가 1.9개로가장높았고다음이 0.5 Gy 조사구의 1.8개이었으며 8 Gy와 20 Gy 조사구는대조구와같은 1.7개를나타내었다. 고성재래종의생장과수량증대효과는 8 Gy 조사구가적정선량으로나타났다. 저선량조사에의한영월재래종의생장과수량증대효과는고성재래종같이뚜렷한적정선량을보여주지않았으나 4~12 Gy 범위로나타났다 ( 표 23). 간장의경우 4 Gy 조사구가대조구 cm에비해 6% 정도증가된 cm로가장높았고다음이 0.5 Gy 조사구의 cm이었다. 엽면적에서는 8 Gy 조사구가 cm 2 로가장높았고다음이 12 Gy 조사구의 cm 2 였으나나머지저선량조사구는대조구 cm 2 보다낮은값을보였다. 수량구성요소중이삭길이는 2 Gy 조사구가 20.4 cm로대조구의 20.0 cm와비슷한경향이었고나머지저선량조사구는모두대조구보다낮았다. 이삭두께와열수는 4 Gy 조사구가각각 5.09 cm와 13.3개로가장높았고, 0.5 Gy 조사구가각각 5.4 cm와 13.2개로, 8 Gy 조사구가각각 5.03 cm와 13.0개로다음순이였으며, 나머지저선량조사구는대조구의 5.01 cm와 12.6개보다낮은값을보였다. 옥수수종실 100립중에서도 12 Gy 조사구의 4.01 g을제외하고는저선량조사구모두가대조구의 39.9 g보다낮은값을보였고주당이삭수에서는저선량조사구모두가대조구보다높은수량을보였는데 12 Gy 조사구가대조구의 1.1개에비해 36% 정도높은 1.5개로통계적으로유의성있는 (p<0.05) 증가효과를보였고다음이 8 Gy 조사구의 1.4개였다. Caldera 81) 는옥수수종자에저선량방사선을조사하여수량이증가되었다고보고하였으며 82), Berezina 등 80) 은옥수수종자에 5 Gy의감마선을조사하여초장과수량등이증대되었다고하였으나본실험에서는품종에따라다소차이를보이나 8 Gy를전후한선량에서생장촉진효과를나타내었다

131 Germination rate (%) kosung youngwol Dose (Gy) Fig. 27. Germination rate of corn developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means± standard errors

132 Seedling height (cm) kosung youngwol Dose (Gy) Fig. 28. Seedling height of corn developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

133 Fresh weight (g/plant) kosung youngwol Dose (Gy) Fig. 29. Fresh weight of corn developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means± standard errors

134 Table 22. Growth response of corn(cv. Kosungjaerae) developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Dose Stem height Ear height Leaf area Ear length Ear width Kernel No. of 100 kernel No. of (Gy) (cm) (cm) (cm 2 ) (cm) (cm) row/ear Kernel/row weight(g) ear ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± * ± * ± ± * ± ± ± ± ± ± * ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± * ± ± ± ±0.2 ; Figure represents the mean and the standard error of 30 plants. * ; Significant at 5% level

135 Table 23. Growth response of corn(cv. Youngwoljaerae) developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Dose Stem height Ear height Leaf area Ear length Ear width Kernel No. of 100 kernel No. of (Gy) (cm) (cm) (cm 2 ) (cm) (cm) row/ear Kernel/row weight(g) ear ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± * ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.1 ; Figure represents the mean and the standard error of 30 plants. * ; Significant at 5% level

136 4. 저선량조사작물의후대수량검정 가. 흑미종자의후대수량검정저선량조사한흑미종자의후대수량검정을위해흑미종자파종 40일후관찰한유묘의초기생육은다음과같다. 유묘초장의경우는대조구 16.7 cm 에비해 20 Gy에서 17.6 cm로 6% 증가하여가장높았지만유의성은보이지않았고 ( 그림 30a), 생체중은모든저선량조사구에서감소하였다 ( 그림 30b). 포장에서생육시킨후 10월 10일에후기생육을조사한결과, 초장과간장은모든조사구에서감소하였고분얼수는 8 Gy에서건물중은 1~16 Gy에서대조구에서증가를보이지했지만통계적으로유의성은보이지않았고 ( 표 24), 수확기에건조탈곡한후수확하여조사한주당수량에서도 8 Gy를제외한모든조사구에서대조구 34.8 g에비해 2~15% 증가하였지만유의적인차이를보이지않았다 ( 그림 31). 나. 다수구흑미종자의후대수량검정 2000년에수확한흑미종자의다수구선량을선별하여후대수량을검정한결과는다음과같다. 초장의경우는대조구 83.4 cm에비해 0.5, 2, 20 Gy에서각각 83.9, 82.2, 84.8 cm로별다른증가를보이지않았고간장에서도같은결과를보였다. 또한분얼수의경우는대조구 20.7개에비해 0.5, 2, 20 Gy에서각각 21.7, 22.5, 21.3개를나타내 3~5% 증가하였고건물중도대조구에비해 1~12% 증가하였지만통계적유의성은보이지않았다 ( 표 25). 수확기에건조탈곡한후수확하여조사한주당수량은 0.5 Gy와 2 Gy에서 39.0 g과 40.8 g으로대조구 37.0에비해 5~10% 증가하였으나유의적인차이를보이지는않았다 ( 그림 32)

137 Seedling height (cm) (a) Dose (Gy) Fresh weight (g/plant) (b) Dos e (Gy) Fig. 30. Early growth of progeny of Heckmi developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors. a ; seedling height, b ; fresh weight

138 Table. 24. Growth response of progeny of Heckmi developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Dose Plant height Culm length No. of Panicle No. of Dry weight (Gy) (cm) (cm) tillers length (cm) panicles (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±9.6 ; mean±se

139 50 Grain yield (g/plant) Do s e (Gy) Fig. 31. Grain yield of progeny of Heckmi developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

140 Table. 25. Growth response of progeny of Heckmi developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Dose (Gy) Plant height (cm) Culm length (cm) No. of tillers Panicle length (cm) No. of panicles Dry weight (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±11.5 ; mean±se

141 60 Grain yield (g/plant) Dos e (Gy) Fig. 32. Grain yield of progeny of Heckmi developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

142 다. 방사콩 2개통의후대수량검정대두의계통별후대수량검정을위해 1999년에수확한방사콩모품종과조숙품종종자를방사선무조사상태로포장에파종하여생육시킨결과는다음과같다. 방사콩모품종의경우는발아율이대조구에 92.9% 에비해모든저선량조사구에서감소하였으며유묘초장과생체중도별다른증가를보이지않았다 ( 표 26). 방사콩조숙품종의발아율은 2 Gy와 4 Gy에서대조구 87.2% 에비해 91.3% 와 92.1% 로 5% 와 6% 증가하였고유묘초장은 0.5 Gy에서만 12.6 cm로대조구 12.1 cm에비해 4% 증가하였으며생체중도 0.5 Gy에서만 3% 증가하였으나유의한차이를보이지는않았다 ( 표 27). 포장에서생육시켜조사한후기생육은다음과같다. 방사콩모품종의초장은대조구 65.8 cm에비해모든저선량조사구에서감소하였으며간장도 4 Gy에서 2% 증가한것을제하곤별다른증가를보이지않았다. Pod수의경우는 0.5 Gy만제외하고모든선량에서대조구 205.1개에비해 3~13% 증가하였으나통계적유의성은보이지않았다 ( 표 28). 방사콩조숙품종의경우는초장은대조구 69.8 cm에비해모든저선량조사구에서 1~6% 증가하였고가지수는 2 Gy만제외한선량에서 1~12% 증가하였으나유의적인차이를보이지않았다. Pod수의경우는대조구 198.8개와비교시모든저선량조사구에서차이를보이지않았다 ( 표 29). 수확기에건조탈곡한후수확하여조사한주당수량은다음과같다. 방사콩모품종의경우는 0.5, 2, 4 Gy에서대조구 34.6 g에비해각각 35.7, 35.9, 37.9 g으로 3~9% 증가하였으나유의적인차이를보이지않았고 ( 그림 33), 조숙품종의경우는대조구 39.2 g에비해모든저선량조사구에서감하는경향을보였다 ( 그림 34)

143 Table 26. Early growth of progeny of soybean developed from seeds(cv. Bangsakong, mother variety) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Germination rate (%) Seedling height (cm) Fresh weight (g/plant) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.04 ; meam±se

144 Table 27. Early growth of progeny of soybean developed from seeds(cv. Bangsakong, early maturing var.) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose Germination rate Seedling height Fresh weight (Gy) (%) (cm) (g/plant) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.1 ; meam±se

145 Table 28. Growth response of progeny of soybean developed from seeds(cv. Bangsakong, mother variety) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods No. of pods ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±7.1 ; meam±se

146 Table 29. Growth response of progeny of soybean developed from seeds(cv. Bangsakong, early maturing var.) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods No. of pods ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±9.0 ; meam±se

147 45 40 Grain yield(g/plant) Dose (Gy) Fig. 33. Grain yield of progeny of soybean developed from seeds(cv. Bangsakong, mother var.) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment

148 45 Grain yield(g/plant) Dose (Gy) Fig. 34. Grain yield of progeny of soybean developed from seeds(cv. Bangsakong, early maturing var.) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment

149 라. 품종별대두종자의후대수량검정대두의품종별후대수량검정을위해황금콩과서리콩을포장에파종하여생육한결과는다음과같다. 파종 3주후측정한초기생육에서황금콩의유묘초장은대조구 23.1 cm에비해별다른증가를보이지않았고근장의경우는 0.5 Gy를제외한조사구에서대조구 9.5 cm보다 3~17% 증가하였으나초장과연관성을보이지않았으며생체중에서도별다른증가를보이지않았다 ( 표 30). 서리콩의유묘초장은대조구 21.3 cm과거의비슷한생육을보였고근장과생체중도같은결과를보였다 ( 표 31). 포장에서생육시킨후 9월 18일에조사한후기생육은다음과같다. 황금콩의초장은 2 Gy에서 73.3 cm로대조구 72.2 cm에비해 2% 증가한것을제하곤대조구와비슷한생육을보였으며가지수와마디수도비슷한경향을보였다. 수확기에건조탈곡한후수확하여조사한주당수량은 16 Gy에서 54.0 g으로대조구 48.3 g에비해 12% 증가하였으나통계적유의성은보이지않았다 ( 표 32). 서리콩의경우는초장에서대조구 52.1 cm에비해 0.5 Gy 를제한조사구에서 1~6% 증가하였고가지수는 16 Gy와 20 Gy에서 2~ 9% 증가하였으나뚜렷한차이를보이지는않았으며건조탈곡한후수확하여조사한주당수량은 2~12 Gy 수준에서대조구 15.4 g에비해증가하는경향을보이기는했으나유의적인차이를보이지는않았다 ( 표 33)

150 Table 30. Early growth of progeny of soybean developed from seeds(cv. Hwangkeumkong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Germination rate (%) Seedling height (cm) Root length (cm) Fresh weight (g/plant) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.2 ; meam±se

151 Table 31. Early growth of progeny of soybean developed from seeds(cv. Soelikong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose Germination rate Seedling height Root length Fresh weight (Gy) (%) (cm) (cm) (g/plant) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.1 ; meam±se

152 Table 32. Growth response of progeny of soybean developed from seeds(cv. Hwangkeumkong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods Grain yield (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.5 ; meam±se

153 Table 33. Growth response of progeny of soybean developed from seeds(cv. Soelikong) irradiated with different doses of gamma radiation in the field experiment. Dose (Gy) Plant height (cm) No. of branches No. of nods Grain yield (g) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±1.9 ; meam±se

154 5. 저선량조사한감자의생육및수량 가. 씨감자의휴면조절과생육및수량저선량감마선조사가대지씨감자의휴면조절에미치는영향을알아보기위하여저장방법을 5 암상태 ( 습도 20±5%) 와 20 광상태 ( 습도 80±5%) 로하여 15일, 30일, 45일동안저장한후저선량감마선을조사하여 20 광상태 ( 습도 80±5%) 의 incubator에서경과일수별로맹아발생율을조사하였다. 5 암저장한 15일저장구는괴경생산후 66일 (66 DAP-days after production) 에 1~4 Gy에서대조구 59.3% 에비해 66.7~81.5% 로 13~38% 증가하였고 30일저장구도생산후 66일 (66 DAP) 에 1 Gy와 2 Gy에서각각 27.6% 와 24.1% 로대조구 17.2% 에비해 40~60% 증가하였으며 45일저장구의경우는생산후 74일 (74 DAP) 에 1 Gy와 2 Gy에서 61.5% 로대조구 46.2% 보다 33% 증가하였다. 저장기간별맹아발생율을괴경생산후 70일 (70 DAP) 을기준으로볼때 15일저장구는 80~90%, 30일저장구는 40~60%, 45일저장구는 3~15% 정도발아되어저장기간이짧을수록맹아발생이빨라짐을알수있었다 ( 그림 35). 20 광저장한씨감자의맹아발생율은초기에효과가뚜렷하여 15일저장구는괴경생산후 40일 (40 DAP) 에대조구 31.3% 에비해 1~16 Gy에서 40.6~46.9% 로 30~50% 증가하였고, 30일저장구도생산후 40일 (40 DAP) 에 2~16 Gy에서 32.4~41.2% 로대조구 23.5% 에비해 38~75% 증가하였다. 45일저장구에서는생산후 48일 (48 DAP) 에 1~ 16 Gy에서대조구 48.6% 에비해 54.3~65.7% 로 12~35% 증가하였으며모든저장구에서높은증가효과를보인저선량조사구는 8 Gy와 16 Gy였다. 저장기간별맹아율은괴경생산후 48일 (48 DAP) 을기준으로볼때 15일과 30일저장구는 70~85%, 45일저장구는 45~66% 정도발아되어저장기간이짧을수록맹아발생이빨라졌다 ( 그림 36). 씨감자의맹아발생율은저장방법과기간에따라다르게나타났으며 5 암저장에서보다 20 광저장에서맹아발생율이 15일저장구는 18일, 30일과 45일저장구는 22일빨랐으며대체로 5 암저장의맹아율은 1~4 Gy에서, 20 광저장은 8 Gy와 16 Gy 에서저선량감마선에의한효과가뚜렷함을확인할수있었다. 감마선조사 90일후측정한맹아생육은표 34에서보는바와같이맹아길이보다맹아수에서증가효과가뚜렷하게나타났는데, 5 암저장한 15일저장구의경우는 8 Gy와 16 Gy에서대조구의맹아수 1.85개에비해각각 2.52개와 2.59개로 36%(p<0.01) 와 40%(p<0.01) 증가하였다. 30일저장구는맹아길이가 1 Gy와 2 Gy 조사구에서 7~13% 증가한것을제외하곤별다른

155 증가가없었고맹아수는 4~16 Gy에서대조구 1.83개에비해 2.34~2.55개로 28~40% 유의성있는증가를보였으며, 45일저장구의맹아수는 8 Gy와 16 Gy에서 2.23개로대조구 1.73개에비해 29%(p<0.05) 증가하였다. 20 광저장한 15일저장구의맹아수는대조구 1.72개에비해 4~16 Gy에서 16~29% 증가하였는데, 특히 16 Gy에서 2.22개 (p<0.05) 로가장높았다. 30일저장구는맹아길이가 2 Gy에서 1.19cm로대조구 1.04cm에비해 15% 증가하였고맹아수는 4~16 Gy에서대조구 1.76개에비해 7~28% 증가하였는데특히 16 Gy 가 2.26개 (p<0.05) 로가장높았으며, 45일저장구는 1 Gy와 16 Gy 에서대조구 1.51개에비해 15~17% 증가하였다. 감마선조사한씨감자의맹아생육은저장기간에관계없이대체로 4~16 Gy에서효과적이였으며, 특히 16 Gy 에서가장높았다. Kim 등 83) 도저선량감마선을조사한감자괴경의맹아출현율과길이가대조구에비해높았으며맹아수에서는 15일저장구의 4, 8, 16 Gy에서유의성있는증가효과가나타났다. Luckey 3) 는저선량방사선조사에의해채소종자의발아율과초기생육이촉진되는것을관찰하였고, Caldera 84) 는저선량감마선조사에의해감자의수량증가및발아촉진, 휴면기간의단축으로인해 1년에여러번에걸친수확이가능함을확인할수있었다

156 58 DAP 62 DAP 66 DAP DAP 74 DAPI Sprouting rate (%) DAP Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 62 DAP 66 DAP 70 DAP 74 DAP 78 DAP Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 70 DAP 74 DAP 78 DAP 82 DAP Dose (Gy) Fig. 35. Effect of low dose gamma radiation on the sprouting rate of minituber of "Dejima" with different storage duration. Minitubers were stored at 5 20±5% under dark condition. DAP ; days after production

157 40 DAP 44 DAP 48 DAP DAP 56 DAP Sprouting rate (%) DAP Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 40 DAP 44 DAP 48 DAP 52 DAP 56 DAP Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 48 DAP 52 DAP 56 DAP 60 DAP Dose (Gy) Fig. 36. Effect of low dose gamma radiation on the sprouting rate of minituber of "Dejima" with different storage duration. Minitubers were stored at 20 80±5% under light condition. DAP ; days after production

158 Table 34. Effect of low dose gamma radiation on the sprout growth of minituber of "Dejima" with different storage duration. Sprout length (cm) No. of sprouts/tuber Dose (Gy) CD HL CD HL * ** 2.38 * 2.23 * ** 2.55 ** 2.23 * * 1.74 CD ; Minitubers were stored at 5 20±5% under dark condition. HL ; Minitubers were stored at 20 80±5% under light condition. *, ** ; Significant at 5% and 1% level, respectively

159 포장수량에대한저선량감마선효과는파종 30일후조사한유묘초장의경우 5 암저장한 15일저장구는 4 Gy와 16 Gy에서 12.4cm로대조구 11.5cm보다 8% 증가하였고, 30일저장구는 1~4 Gy에서 3~9% 증가하였는데, 특히 4 Gy가 12.9cm로가장높았으며, 45일저장구는 4 Gy에서만 6% 증가하였다 ( 표 35). 파종 85일후조사한포장수량의경우 15일저장구는초장과생체중이 1, 2, 그리고 8 Gy에서 2~7% 증가하였고괴경수는 2 Gy에서대조구 10.3개에비해 11.6개로 12% 증가하였으며, 괴경중은 2 Gy와 8 Gy에서각각 402.4g과 547.6g으로대조구 364.3g 보다 10% 와 50% 증가하였다. 30일저장구의초장과생체중은거의모든선량에서 3~20% 증가하였으며, 괴경수도모든저선량조사구가대조구 9.2개에비해 13~48% 증가하였고특히 4 Gy에서 13.6개 (p<0.01) 로가장높았고, 괴경중도 4 Gy에서 476.2g 으로대조구 390.5g에비해 22% 증가하여가장높았다. 45일저장의경우는초장과생체중이 8 Gy를제외한모든저선량조사구에서 3~34% 증가하였는데, 특히초장은 4 Gy와 16 Gy에서각각 77.4cm와 77.8cm로대조구 71.5cm보다 8% 와 9% (p<0.01) 증가하였고생체중은 1~4 Gy에서 616.7~ 678.6g으로대조구 507.5g에비해유의성있는증가를보였다. 괴경수는 1 Gy와 4 Gy에서대조구 11.7개에비해각각 12.4개와 13.3개로 6% 와 14% 증가하였으며괴경중도 1 Gy와 4 Gy에서 9~13% 증가하였다 ( 표 35). 파종 30일후조사한 20 광저장의유모초장의경우 30일저장구의 2 Gy와 4 Gy에서대조구 14.0cm에비해 4% 증가한것을제외하곤별다른증가효과를보이지않았다 ( 표 36). 20 광저장에서 15일저장구의포장생육은거의차이가없었으나 30일저장구초장과생체중은모든저선량조사구에서 2~28% 증가하였는데, 특히 8 Gy에서각각 74.2cm, 와 742.3g (p<0.05) 으로가장높았으며, 괴경수와괴경중은별다른증가를보이지않았다. 45일저장구도초장과생체중이거의모든선량에서증가하였는데, 특히 2Gy에서 69.9cm와 644.4g (p<0.01) 으로가장높았고괴경수와괴경중은증가효과를보이지않았다 ( 표 36). 씨감자의휴면조절에서는 20 광저장이효과적이였으나포장수량은 5 암저장에서저선량감마선에의한효과를더뚜렷하게보여주었다. Sheppard 와 Evenden 12) 은적정선량의저선량조사에의해작물의초기생육촉진및생장증대, 수량증가등을보고하였고, Avakyan 등 23) 도저선량 X선 3 Gy와 10 Gy에서감자괴경의크기증대와수량증가효과에대해보고하였다

160 Table 35. Effect of low dose gamma radiation on the growth of minituber of "Dejima(CD)" with different storage duration. Dose (Gy) Seedling height (cm) Plant height (cm) Foliage weight (g/plant) No. of tubers /plant Tuber weight (g/plant) * * ** ** * ** ** * ** 77.8 ** CD ; Minitubers were stored at 5 20±5% under dark condition., ; 30 and 85 days after planting, respectively. *, ** ; Significant at 5% and 0.1% level, respectively

161 Table 36. Effect of low dose gamma radiation on the growth of minituber of "Dejima(HL)" with different storage duration. Dose Seedling height (cm) Plant height (cm) Foliage weight (g/plant) No. of tubers /plant Tuber weight (g/plant) (Gy) ** * * * * HL ; Minitubers were stored at 20 80±5% under light condition., ; 30 and 85 days after planting, respectively. *, ** ; Significant at 5% and 1% level, respectively

162 나. 저온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육저선량감마선이저온저장한대지소괴경의휴면타파에미치는영향을알아보고자저온에서 15일, 30일, 45일동안저장하여저선량감마선을조사한후의맹아율을조사한결과는그림 37과같다. 대지감자소괴경의 15일저장구에서는 0.5~8 Gy에서대조구에비해빠른맹아율을보였는데특히방사선조사후 29일에 0.5~4 Gy에서 77.8~80.6% 로대조구의 63.9% 보다 21.8~26.1% 증가하였다. 30일저장구는 0.5, 4, 8 Gy에서빠른출현률을보였는데방사선조사후 10일에 4 Gy와 8 Gy에서 91.9% 로대조구의 70.3% 에비해 30.7% 증가하였다. 45일저장구는 1~8 Gy에서대조구에비해빠른맹아출현률을보였는데특히방사선조사후 7일에 1, 2, 8 Gy에서 72.0~ 76.% 로대조구의 68.0% 보다 5.9~11.8% 정도증가하였다. 대지감자소괴경의맹아생장에미치는저선량감마선의효과는그림 38 에서와같다. 15일저장구에서는 0.5 Gy와 2 Gy에서대조구에비해 9% 정도의증가효과를보였고 30일저장구에서는모든선량에서 7~14% 의증가를보였는데특히 2 Gy와 4 Gy에서 14%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 45일저장구에서는 0.5~4 Gy에서대조구에비해 3~9% 의증가를보였으며특히 4 Gy에서가장높은 9% 의증가를보였다. 저온저장한수미감자소괴경의휴면타파에미치는저선량감마선효과를조사한결과는그림 39과같다. 30일저장구에서는 2~16 Gy에서대조구에비해빠른맹아출현률을보였는데방사선조사후 41일에 2~16 Gy에서 86.5~91.9% 로대조구의 78.4% 에비해 10.3~17.2% 의증가를보였다. 60일저장구는 0.5~4 Gy에서빠른맹아출현을보였는데방사선조사후 27일에 85.2~88.9% 로대조구의 81.5% 보다 4.5~9.1% 증가하였다. 90일저장구는 0.5 Gy를제외한모든선량에서대조구에비해빠른맹아출현률을보였는데특히 1~16 Gy에서방사선조사후 18일에 79.3~82.8% 로대조구의 69.0% 에비해 14.9~20.0% 의증가를보였다. 수미감자소괴경의맹아생장에미치는저선량감마선효과는그림 40에서와같다. 30일저장구에서는 2~30 Gy에서대조구와비교하여 13~24% 의증가를보였는데특히 8 Gy와 16 Gy에서각각 22%(p<0.05) 와 20%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 60일저장구는 1~16 Gy에서 7~14% 증가하였는데특히 4 Gy에서대조구에비해 14% 의증가를보였다. 90일저장구에서는모든선량에서 3~20% 증가하였는데특히 4 Gy에서 20%(p<0.01), 2 Gy에서 18%(p<0.05), 8 Gy에서 16%(p<0.05), 1 Gy에서 15%(p<0.05) 의통계적으로유의성있는증가를보였다

163 Sprouting rate (%) DAP 8 DA I 15 DA I 22 DA I 29 DA I 36 DA I Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 5 DA I 10 DA I 15 DA I 20 DA I Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 2 DA I 7 DA I 12 DA I 17 DA I Dose (Gy) Fig. 37. Effect of low dose gamma radiation on the sprouting rate of microtuber of "Dejima" with different storage duration. Microtubers were stored at 5 under dark condition. DAP ; days after production. DAI ; days after gamma irradiation

164 Sprout length (cm) DAP 30 DAP 45 DAP Dose (Gy) Fig. 38. Effect of low dose gamma radiation on the sprout length of microtuber of "Dejima" with different storage duration. Microtubers were stored at 5 under dark condition. DAP ; days after production. Bars represent means ± standard error

165 Sprouting rate (%) DAP 20 DA I 27 DA I 34 DA I 41 DA I 48 DA I Dose (Gy) DA I 17 DA I 22 DA I 27 DA I Sprouting rate (%) DAP Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 8 DA I 13 DA I 18 DA I 23 DA I Dose (Gy) Fig. 39. Effect of low dose gamma radiation on the sprouting rate of microtuber of "Superior" with different storage duration. Microtubers were stored at 5 under dark condition. DAP ; days after production. DAI; days after gamma irradiation

166 Sprout length (cm) DAP 60 DAP 90 DAP Dose (Gy) Fig. 40. Effect of low dose gamma radiation on the sprout length of microtuber of "Superior" with different storage duration. Microtubers were stored at 5 under dark condition. DAP ; days after production. Bars represent means ± standard error

167 온실생육과수량에대한저선량방사선효과는다음과같다. 저선량감마선조사가저온저장한대지감자소괴경의생육에미치는영향을조사한결과 ( 표 37), 파종 30일후에조사한유묘초장에서 15일저장구는 2 Gy에서 15.0 cm로대조구의 13.2 cm에비해 14%(p<0.01) 의유의성있는증가를보였으며 0.5 Gy와 4 Gy에서도각각 14.4 cm와 14.5 cm로 9% 와 10% 의증가를보였다. 30일저장구에서는 4 Gy에서 4.9 cm로대조구의 4.7 cm에비해다소증가하였으나 45일저장구는별다른증가효과가없었다. 생육조사에서 15 일저장구의초장은 30 Gy를제외한모든저선량조사구에서대조구의 cm에비해다소증가하였으나지상부생체중은별다른증가를보이지않았다. 마디수에서도 0.5~8 Gy 조사구에서대조구의 17.9 마디에비해 2~ 4% 의증가를보였다. 30일저장구의초장은 2~8 Gy에서대조구의 26.0 cm 에비해 27.3~27.8 cm로 5~7%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였으며생체중은 2 Gy와 4 Gy에서대조구의 17.4 g에비해다소증가하였다. 45일저장구의초장은 1~8 Gy에서대조구의 17.8 cm에비해 4~9% 증가하였는데특히 2 Gy에서 19.4 cm로 9%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 생체중은 1~4 Gy에서대조구의 13.1 g과비교해 3~6%, 마디수는 1~8 Gy에서 2~5% 증가하였다. 저선량감마선이대지감자소괴경의수량에미치는영향을조사한결과 ( 표 38), 15일저장구의식물체당괴경수는 0.5 Gy에서 4.6개로대조구의 4.0 개와비교하여 13% 증가하였고 2 Gy와 4 Gy에서도각각 7% 와 12% 증가하였으나유의성은없었다. 지름이 2 cm 이상되는괴경의수는식물체당괴경의수와같은경향을보였는데 0.5 Gy에서 2.6개로대조구의 2.3개에비해 15% 증가를보였고, 2 Gy와 4 Gy에서도각각 6% 와 14% 증가하였다. 식물체당괴경중에서는 0.5 Gy에서 74.3 g으로대조구의 63.1 g에비해 18% (p<0.05) 의유의성있는증가를보였고다음이 4 Gy 조사구로 10% 증가하였다. 30일저장구의괴경수는 2~8 Gy 조사구에서대조구의 4.8개와비교하여 5~12% 증가하였는데특히 4 Gy에서 12%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였고지름 2 cm 이상되는괴경수는 2~16 Gy 조사구에서 3~10% 증가를보였는데특히 4 Gy가 3.0개로가장높게대조구에비해 10% 증가하였다. 괴경중에있어서는대조구의 32.9 g에비해 4 Gy 조사구에서 23%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였고 2 Gy와 8 Gy에서도 9% 와 7% 증가하였다. 45일저장구의식물체당괴경수는 2 Gy에서 5.4개로대조구의 4.8개에비교하여 11%(p<0.05) 정도유의성있는증가를보였고 4 Gy에서도 5% 정도증가하였다. 지름 2 cm 이상되는괴경수는 4 Gy에서 2.3개로대조구의 2.0개와비교

168 해 13% 증가하였고 1 Gy와 2 Gy에서도각각 5% 와 8% 의증가를보였다. 괴경중에있어서는대조구의 24.2 g에비해 2 Gy와 4 Gy에서각각 26.9 g과 27.2 g으로 11% 와 13% 증가하였다. 저선량감마선조사가저온저장한수미감자소괴경의생육에미치는영향을조사한결과 ( 표 39), 파종 30일후에조사한유묘초장에서 30일저장구는 4 Gy 조사구에서대조구에비해 9% 의증가를보였고, 60일저장구에서는 0.5 ~4 Gy에서 3~7%, 90일저장구에서는 4 Gy와 16 Gy 조사구에서대조구보다 6% 의증가를보였다. 생육조사에서 30일저장구의초장은 2 Gy와 4 Gy 에서대조구보다각각 4% 와 5% 증가하였고생체중은 2~8 Gy에서대조구의 6.0 g에비해 11~14% 의증가를보였다. 60일저장구에서초장은 0.5~4 Gy 조사구에서 6~13% 의증가를보였는데특히 0.5 Gy에서 11.7 cm로대조구의 10.4 cm에비해 13%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 생체중은 0.5 Gy 에서 5.7 g으로대조구의 4.5 g에비해 27%(p<0.05) 로유의성있게증가하였고, 1 Gy와 2 Gy에서도각각 15% 와 13% 증가를보였다. 90일저장구의초장은 4 Gy와 8 Gy에서대조구의 12.7 cm에비해서각각 5% 와 4% 의증가를보였고생체중도 4 Gy와 8 Gy에서각각 5.5 g과 5.3 g으로대조구의 5.1 g에비해서 9% 와 6% 정도증가하였으나통계적으로유의성은없었다. 저선량감마선이수미감자소괴경의수량에미치는영향을조사한결과는표 40에서와같다. 30일저장구의경우식물체당괴경수는 2 Gy와 4 Gy에서각각 3.8개와 3.5개로대조구의 3.3개와비교해 14% 와 7% 의증가를보였고지름이 2 cm 이상되는괴경수에있어서도 2 Gy와 4 Gy에서각각 1.14개와 1.16개로대조구의 1.0개와비교해 14% 와 16% 의증가를보였다. 괴경중은 2~8 Gy 조사구에서대조구의 14.5 g에비해 9~12% 증가하였는데특히 4 Gy에서 16.2 g으로가장높은 12% 증가하였으나통계적으로유의성은없었다. 60일저장구에서식물체당괴경수는 0.5 Gy와 1 Gy에서각각 4.4개와 4.3 개로대조구의 3.4개와비교해 29%(p<0.05) 와 25%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 지름 2 cm 이상되는괴경수에있어서는 0.5~4 Gy에서대조구에비해 5~8% 의증가를보였고괴경중에있어서도 0.5~4 Gy 조사구에서대조구의 12.4 g에비해 10~26% 의증가를보였으며특히 0.5 Gy 조사구에서 15.7 g으로 26%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 90일저장구의식물체당괴경수는 4 Gy에서 4.1개로대조구의 3.6개에비해 15% 증가하였고, 2 Gy 와 16 Gy에서도각각 8% 와 11% 증가하였다. 지름 2 cm 이상되는괴경수에있어서는 4 Gy와 16 Gy에서대조구에비해 8% 의증가를보였고괴경중에서는 4 Gy에서 16.9 g으로대조구의 15.1 g에비해 12% 증가하였는데

169 2 Gy와 16 Gy에서도각각 11% 와 10% 의증가를보였으나유의성은없었다. Kuzin 등 32) 은저선량감마선을조사한채소원예작물에대한연구에서발아와생육촉진효과를보고하였다. Kaindl과 Rosner 79) 는옥수수종자에저선량방사선조사시종자의발아율이증가한다고보고하였으며, Caldera 81) 는옥수수식물체의생육촉진및수량증가를보고하였다. Sparrow와 Christensen 2) 의저선량수준인 3 Gy의감마선이감자의수확량을증가시킨다는보고이후, Caldera 84) 는 1~6 Gy의감마선조사에서, Suess와 Grosse 20) 는 4~8 Gy 조사에서감자의발아촉진, 휴면기간단축, 수량증가에대한효과를보고하였으며, Avakyan 등 23) 과 Johson 24) 은저선량 X선조사에서감자괴경의크기증대및수량의증가에대한보고를하였다. 본실험에서도저선량감마선에의한감자의맹아율촉진과생육및수량의증가효과를보여주었는데, 대지품종은 2, 4, 8 Gy에서맹아율의촉진및생육과수량의증대를가져왔고, 수미품종의맹아율은 2 Gy와 4 Gy에서촉진되고 4 Gy에서생육및수량의증가효과를가져왔다

170 Table 37. Effect of low dose gamma radiation on the growth of microtuber of "Dejima" with different storage duration Dose (Gy) Seedling height (cm) Plant height (cm) No. of nodes /plant Foliage weight (g/plant) * ** * 19.4 * * * * Microtubers were stored at 5 under dark condition. Planting date ; 15 - Mar , 30 - Dec , 45 (days of storage duration) - Dec , ; 30 and 90 days after planting, respectively. *, ** ; Significant at 5% and 1% level, respectively

171 Table 38. Effect of low dose gamma radiation on number of tubers and yield of microtuber of "Dejima" with different storage duration Dose (Gy) No. of tuber/plant ( 2 cm) No. of tuber/plant (Total) Tuber weight (g/plant) * * * * Microtubers were stored at 5 under dark condition. Planting date ; 15 - Mar , 30 - Dec , 45 (days of storage duration) - Dec * ; Significant at 5% level

172 Table 39. Effect of low dose gamma radiation on the growth of microtuber of "Superior" with different storage duration Dose (Gy) Seedling height (cm) Plant height (cm) No. of nodes /plant Foliage weight (g/plant) * * Microtubers were stored at 5 under dark condition. Planting date ; 30, 60, 90 (days of storage duration) - Dec , ; 30 and 90 days after planting, respectively. * ; Significant at 5% level

173 Table 40. Effect of low dose gamma radiation on number of tubers and yield of microtuber of "Superior" with different storage duration Dose (Gy) No. of tuber/plant ( 2 cm) No. of tuber/plant (Total) Tuber weight (g/plant) * * * Microtubers were stored at 5 under dark condition. Planting date ; 30, 60, 90 (days of storage duration) - Dec * ; Significant at 5% level

174 다. 실온저장한감자기내소괴경의휴면타파와생육파종적기에생산하지못한기내유기감자소괴경은여러가지물리적 화학적방법으로휴면타파하여파종시기를조절하고있다. 저선량방사선이대지감자소괴경의휴면조절에미치는영향을알아보고자실온에서 15일, 30 일, 45일동안저장한후저선량감마선을조사하여실온저장하면서맹아발생율을조사한결과는그림 41과같다. 15일저장한소괴경에서는발아초기에 0.5, 8, 16, 30 Gy 조사구에서빠른맹아출현을보였으며방사선조사후 28일에는 2 Gy 조사구에서맹아출현율이 85.7% 로대조구 71.4% 보다 20.0% 증가하였다. 또한 30일저장구의경우 4 Gy와 8 Gy 조사구에서초기에대조구보다빠른맹아출현을보였는데방사선조사후 8일에각각 63.3% 와 60.0% 로대조구 50.0% 보다 20.0% 와 26.6% 증가하였으며, 45일저장구에서는방사선조사후 13일에 8 Gy와 16 Gy에서각각 71.4% 로대조구 57.1% 에비해 25.0% 증가하였다. 소괴경의맹아생장에미치는감마선조사효과는 ( 그림 42), 15일저장구의경우 8 Gy와 16 Gy에서대조구 0.41 cm에비해각각 20%(p<0.05) 와 11% 의생장촉진효과를보였다. 30일저장구에서는 2~16 Gy 조사구가대조구 0.49 cm에비해 8~12% 증가하였는데특히 4 Gy와 16 Gy에서각각 12%(p<0.05) 와 11%(p<0.05) 로유의성있는생장촉진효과를보였으며, 45일저장구는 2 Gy와 16 Gy 조사구에서대조구 0.61 cm 에비해 7~8% 증가하였다. 대지감자소괴경의저장기간에따른맹아율과맹아신장에미치는저선량감마선의조사효과는 15일저장구의경우는 8 Gy 조사구가, 30일저장구에서는 2 Gy와 4 Gy 조사구가, 45일저장구는 2 Gy와 16 Gy 조사구가가장높았으나저장기간별로는비슷한증가효과를보여뚜렷한경향을알수없었다

175 Sprouting rate (%) DAP 14 DA I 21 DA I 28 DA I 35 DA I 42 DA I Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 3 DA I 8 DA I 13 DA I 18 DA I 23 DA I Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 3 DA I 8 DA I 13 DA I 18 DA I 23 DA I Dose (Gy) Fig. 41. Effect of low dose gamma radiation on the sprouting rate of microtuber of "Dejima" with different storage duration. Microtubers were stored at 18~25 under light condition after gamma irradiation. DAP ; days after production. DAI ; days after gamma irradiation

176 Sprout length (cm) DAP 30 DAP 45 DAP Dos e (Gy) Fig. 42. Effect of low dose gamma radiation on the sprout length of microtuber of "Dejima" with different storage duration. Microtubers were stored at 18~25 under light condition after gamma irradiation. Bars represent means ± standard errors. DAP ; days after production. * ; Significant at 5% level

177 수미감자소괴경의휴면조절에미치는저선량감마선조사효과를조사한결과 ( 그림 43), 30일저장구의경우대조구를비롯한모든저선량조사구에서저조한맹아율을보였다. 맹아출현은대조구에비해 0.5, 4, 8 Gy 조사구에서빠르게나타났고방사선조사후 38일에는 0.5 Gy와 4 Gy 조사구에서 72.4% 로대조구 65.5% 보다 10.5% 증가하였다. 또한 60일저장구는 4 Gy 조사구에서빠른맹아출현을보여방사선조사후 24일에맹아율이 80.0% 로대조구 70.0% 에비해 14.3% 증가하였다. 90일저장구에서도 4 Gy 조사구에서방사선조사후 17일에대조구 75.0% 에비해 13.3% 증가한 85.0% 로저선량조사구중가장높았다. 수미감자소괴경의맹아생장에미치는 γ선조사효과는그림 44에서와같다. 30일저장구의경우는 0.5 Gy에서대조구 0.29 cm와비교하여 12% 증가하였고, 60일저장에서는 2 Gy와 4 Gy에서대조구 0.53 cm에비해각각 7% 와 15%(p<0.05) 증가하였다. 90일저장구에서의맹아길이는 2~8 Gy에서대조구의 0.74 cm에비해 8~16% 증가하였는데특히 4 Gy에서유의성있는증가효과를보였다. 수미품종소괴경의저장기간에따른맹아율과맹아신장에미치는저선량조사효과는 30일저장구의경우 0.5 Gy 조사구가, 60일과 90일저장구에서는 4 Gy 조사구가가장높았으나각선량별로는비슷한증가효과를보여저장기간에따른뚜렷한경향을알수없었다. 김등 65) 과 Luckey 3) 는저선량방사선조사에의한채소종자의발아율과초기생육촉진에대하여보고하였으며, 그적정선량은작물종과종자상태에따라서다르다고하였다. Sparrow 21) 와 Caldera 84) 는저선량감마선 3 Gy 조사에의해감자괴경의발아와맹아생장촉진등의효과를보고하여감자의휴면조절가능성을시사하였다. 또한 Metlitskii 85) 는 10 Gy 이하의저선량감마선은감자발아를촉진시키나 20~30 Gy 정도의중간선량은지연시키며 100 Gy 이상의고선량은저해한다고하였고, Avakyan 등 23) 은 3 Gy와 10 Gy의 X선조사가감자괴경의휴면타파에효과가있음을보고하였다. 본실험에서도저선량방사선조사에의해맹아율과맹아길이가증가하였는데대지품종은대체로 2, 4, 8 Gy에서맹아율이촉진되고수미품종은 2 Gy와 4 Gy에서촉진되어저선량방사선에의한감자휴면조절의가능성을보여주었다

178 DA I 24 DA I 31 DA I 38 DA I 45 DA I Sprouting rate (%) DAP Dose (Gy) DA I 17 DA I 24 DA I 31 DA I 38 DA I Sprouting rate (%) DAP Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 2 DA I 7 DA I 12 DA I 17 DA I 22 DA I Dose (Gy) Fig. 43. Effect of low dose gamma radiation on the sprouting rate of microtuber of "Superior" with different storage duration. Microtubers were stored at 18~25 under light condition after gamma radiation. DAP ; days after production. DAI ; days after gamma radiation

179 Sprout length (cm) DAP 60 DAP 90 DAP Dose (Gy) Fig. 44. Effect of low dose gamma radiation on the sprout length of microtuber of "Superior" with different storage duration. Microtubers were stored at 18~25 under light condition after gamma radiation. Bars represent means ± standard errors. DAP ; days after production. * ; Significant at 5% level

180 온실생육과수량에대한저선량방사선효과는다음과같다. 저선량감마선조사가실온저장한대지감자소괴경의온실생육에미치는영향을조사한결과는표 41에서와같다. 파종 30일후에조사한유묘초장에서 15일저장구는 8 Gy와 16 Gy에서 14.5 cm로대조구 13.8 cm에비해 5% 증가하였으나 30일저장구와 45일저장구에서는별다른증가효과가없었다. 파종후 90일에측정한생육조사에서 15일저장구의초장은 4 Gy와 8 Gy에서각각 49.1 cm와 50.9 cm로대조구 44.4 cm에비해 11% 와 15% 증가하였다. 지상부생체중은 8 Gy에서 7.4 g으로대조구 7.0 g과비교해 5% 증가하였으며, 마디수는 8 Gy에서 15.9 마디로대조구 14.9 마디보다 7%(p<0.05) 정도유의성있는증가를보였다. 또한 30일저장구의경우, 초장은 16 Gy에서대조구 94.6 cm 비해 98.1 cm로 4% 증가하였고생체중은 4 Gy와 8 Gy에서대조구 42.4 g에비해 5~6% 증가하였다. 45일저장구의초장은 30 Gy를제외한모든저선량조사구에서 2~7% 의증가를보였는데특히 16 Gy에서 42.9 cm로대조구 40.1 cm에비해 7% 증가하였다. 저선량감마선조사가대지감자소괴경의온실재배시수량에미치는영향을조사한결과 ( 표 42), 15일저장구의식물체당괴경수에있어서는 4 Gy 와 8 Gy에서각각 3.5개와 3.6개로대조구 3.1개에비해 13% 와 16%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 씨감자용으로사용하는지름이 2 cm이상되는괴경수는 8 Gy에서 0.94개로대조구 0.75개와비교해 25% 정도증가하였으며 4 Gy와 16 Gy에서는각각 0.86개와 0.88개로 14% 와 17% 의증가를보였다. 각식물체의괴경중은 4~16 Gy에서대조구 10.0 g에비해 17~21% 증가하였는데특히 8 Gy에서 12.1 g으로 21%(p<0.05) 의유의성있는증가효과를보였다. 30일저장구의괴경수에있어서는 0.5, 4, 8, 16 Gy에서대조구 3.5개에비해 5~15% 증가하였는데특히 4 Gy에서 4.0개로 15% 증가하였다. 2 cm 이상의괴경수는 4~16 Gy에서대조구에비해 7~9% 증가하였다. 괴경중에서도괴경수에서와비슷한증가를나타내어 4 Gy에서 34.7 g으로대조구 30.3 g에비해서가장높은 15% 의증가를보였다. 45일저장구의수량조사에서괴경수는 4 Gy와 16 Gy에서 3.5개로대조구 3.2개에비해 10% 증가하였으며 2 cm 이상되는괴경수는 16 Gy에서 0.82개로대조구 0.71개에비해 14%(p<0.05) 정도유의성있는증가를보였다. 괴경중에서도 4~16 Gy 에서대조구 10.1 g에비해 9~13% 증가하였는데특히 4 Gy에서 11.5 g으로 13%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 저장기간에따른대지감자소괴경의생육에미치는저선량감마선조사효과는 15일저장구의경우는 8 Gy 조사구가, 30일저장구에서는 2 Gy와

181 Gy 조사구가, 45일저장구는 4 Gy와 16 Gy 조사구에서가장높아저장기간에따라적정선량은달랐으나비슷한생장증가효과를보여괴경의저장기간에따른뚜렷한차이를나타내지않았다. 저선량감마선을조사하여실온저장한수미품종의온실생육을조사한결과는표 43에서와같다. 파종 30일후에조사한유묘초장에서 30일저장구는 0.5 Gy에서 19.5 cm로대조구 18.1 cm에비해 8%(p<0.05) 유의성있게증가하였고 60일저장구에서는 4 Gy에서 9.7 cm로대조구 9.0 cm에비해 8% 증가하였다. 또한 90일저장구는 4 Gy에서 5.7 cm로대조구 5.0 cm에비해서 14%(p<0.05) 유의성있는증가를보였다. 파종 90일후의생육조사에서 30일저장구의초장은 0.5 Gy에서 84.4 cm로대조구 80.5 cm에비해 5%(p<0.05) 유의성있게증가하였고지상부생체중도 0.5 Gy에서 36.4 g으로대조구 33.5 g에비해 8% 정도증가했다. 60일저장구에서의초장은 30 Gy를제외한모든저선량조사구에서양호한생육을보였는데특히 4 Gy 에서 27.5 cm로대조구 23.5 cm에비해 17%(p<0.05) 유의성있는증가를보였으며, 생체중도 4 Gy에서가장양호하게 4.5 g으로대조구 4.1 g에비해 9% 증가하였다. 90일저장구의경우초장은 0.5 Gy와 4 Gy에서각각 16.2 cm와 16.7 cm로대조구 14.8 cm와비교해서 9% 와 12% 증가하였고생체중에서도초장과마찬가지로 4 Gy에서 7.7 g으로대조구 6.6 g에비해 16%(p<0.05) 유의성있는증가를하였다. 저선량감마선조사가수미감자소괴경의온실수량에미치는영향을조사한결과 ( 표 44), 30일저장구의경우식물체당괴경수는 0.5 Gy에서 4.5개로대조구 3.8개에비해 19% 증가하였고지름이 2 cm 이상되는괴경수에서도 0.5 Gy에서 1.13개로대조구 0.86개에비해 31% 증가하였다. 괴경중에서는 0.5, 1, 8 Gy에서양호한증가를보였는데, 특히 0.5 Gy에서 18.9 g으로대조구 14.2 g에비해 33%(p<0.05), 다음이 8 Gy에서 18.0 g으로 27%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였다. 60일저장구의식물체당괴경수는 4 Gy에서 3.2개로대조구 2.7개와비교해 18%(p<0.05) 의유의성있는증가를보였으며 2 cm 이상의괴경수도 4 Gy에서 0.58개로대조구 0.50개와비교해 17% 증가하였다. 괴경중에서는 2 Gy와 4 Gy에서대조구 9.8 g에비해각각 10.9 g과 12.0 g으로 12% 와 23% 증가하였다. 90일저장구의수량은 0.5 Gy와 4 Gy에서양호한증가를나타내었는데괴경수는 0.5 Gy에서 5.0개로대조구 3.9개에비해 26%(p<0.05) 유의성있는증가를하였고 2 cm 이상의괴경수는 4 Gy에서 1.52개로대조구 1.32개에비해 15% 증가하였다. 괴경중에서도 0.5 Gy에서 23.3 g으로대조구의 18.6 g에비해 26% 증가하였고

182 4 Gy에서는 21.6 g으로 16% 증가하였다. 저장기간에따른수미감자소괴경의생육에미치는저선량감마선조사효과는 30일저장구의경우는 0.5 Gy 조사구가, 60일저장구에서는 4 Gy 조사구가, 90일저장구는 0.5 Gy와 4 Gy 조사구가가장높아저장기간에따라적정선량은다른경향을보였으나비슷한생육증가효과를나타내어소괴경의실온저장기간에따른저선량의조사효과는볼수없었다. Miller와 Miller 6) 및 Sheppard와 Evenden 12) 은적정선량의저선량조사에의해작물의초기생육촉진및생장증대와수량증가효과를보고하였다. Sparrow와 Christensen 2) 은저선량감마선 3 Gy 조사에서감자의수확량이증가됨을, Avakyan 등 23) 은저선량 X선 3 Gy와 10 Gy 조사에서감자괴경의크기증대와수량증가효과에대해보고하였다. 김등 83) 의보고에서도감마선 4 Gy 조사에서씨감자수량의뚜렷한증가효과를보였다. 본실험에서도저선량감마선조사에의해감자식물체의초장과생체중및괴경수등의증가를보여주었는데그효과가품종별로다르게나타나대지품종은대체로 4, 8, 16 Gy에서, 수미품종은 0.5 Gy와 4 Gy에서증가효과를보였다

183 Table 41. Effect of low dose gamma radiation on the growth of microtuber of "Dejima" with different storage duration Dose (Gy) Seedling height (cm) Plant height (cm) Foliage weight (g/plant) No. of nodes /plant * Microtubers were stored at 18~25 under light condition after γ irradiation. Planting date ; 15(days after storage duration) - Aug , 30 - Arp , 45 - Aug , ; 30 and 90 days after planting, respectively. * ; Significant at 5% level

184 Table 42. Effect of low dose gamma radiation on number of tubers and yield of microtuber of "Dejima" with different storage duration. Dose (Gy) No. of tuber/plant (Total) No. of tuber/plant ( 2 cm) Tuber weight (g/plant) * * * * Microtubers were stored at 18~25 under light condition after γ irradiation. Planting date ; 15(days after storage duration) - Aug , 30 - Arp , 45 - Aug * ; Significant at 5% level

185 Table 43. Effect of low dose gamma radiation on the growth of microtuber of "Superior" with different storage duration Dose (Gy) Seedling height (cm) Plant height (cm) Foliage weight (g/plant) No. of nodes /plant * * * * * * * Microtubers were stored at 18~25 under light condition after γ irradiation. Planting date ; 30(days after storage duration) - Arp , 60 - Aug , 90 - Dec , ; 30 and 90 days after planting, respectively. * ; Significant at 5% level

186 Table 44. Effect of low dose gamma radiation on number of tubers and yield of microtuber of "Superior" with different storage duration Dose (Gy) No. of tuber/plant (Total) No. of tuber/plant ( 2 cm) Tuber weight (g/plant) * * * * Microtubers were stored at 18~25 under light condition after γ irradiation. Planting date ; 30(days after storage duration) - Arp , 60 - Aug , 90 - Dec * ; Significant at 5% level

187 라. 씨감자 대지 품종의휴면타파와생육맹아율과맹아생육에대한저선량방사선효과는다음과같다. 저선량감마선이대지씨감자의휴면타파에미치는영향을알아보고자 5, 암상태의 incubator에서 15일, 30일, 45일동안저장하여저선량감마선조사한후의맹아율을조사한결과는그림 45와같다. 15일저장구는 0.5 Gy를제외한모든저선량조사구에서대조구에비해빠른맹아출현율을보였는데방사선조사후 25일 (25 DAI) 에 1, 2, 4, 8, 16 Gy에서 80~88% 로대조구의 68% 에비해 12~20% 정도의증가를보였다. 30일저장구는 0.5, 1, 2, 16 Gy에서빠른맹아출현을나타냈는데방사선조사후 15일 (15 DAI) 에 0.5, 1, 2 Gy에서 80%~84% 로대조구의 72% 에비해 8~12% 정도의맹아율증가를보였다. 45일저장구에서는 0.5, 1, 2, 4 Gy에서대조구에비해빠른맹아출현을보였는데방사선조사후 15일 (15 DAI) 에 1, 2, 4 Gy에서 88~92% 로대조구의 80% 에비해 8~12% 정도의맹아율증가를보였다. 맹아출현은모든저장기간의 1 Gy와 2 Gy에서증가효과가있었다. 저선량조사가씨감자의맹아길이에미치는효과는그림 46에서나타난바와같다. 15일저장구에서는 2, 4, 8 Gy에서대조구에비해각각 18% (p<0.05), 23%(p<0.01), 30%(p<0.01) 정도의고도의유의성있는증가효과를보였고, 30일저장구에서는 2, 4, 8 Gy에서각각 14%(p<0.05), 20% (p<0.01), 17% (p<0.01) 정도의유의성있는증가를보였으며, 45일저장구에서는 1, 2, 4 Gy에서각각 7%, 8%(p<0.05), 14%(p<0.01) 의유의성있는증가를보였다. 저장기간별맹아길이는대체로 2 Gy와 4 Gy에서유의성있는증가효과를보였다. 저선량조사가씨감자괴경의맹아수에미치는효과는그림 47에서와같다. 15일저장구에서는모든저선량조사구에서뚜렷한맹아수의증가를보였는데특히 4, 8, 16, 30 Gy에서대조구에비해 70~100%(p<0.001) 의고도의유의성있는증가를보였고, 30일저장구에서는 8, 16, 30 Gy에서 26%~ 48%(p<0.001) 의높은유의성있는증가를보였으며, 45일저장구에서는 16 Gy와 30 Gy에서 25%(p<0.05) 의높은증가효과를보였다. 저선량 γ선조사한대지씨감자의맹아수는생산일로부터저장기간이짧아질수록, 선량이높아질수록유의성있는증가를보였다. Luckey 3) 와 Kim & Lee 61) 는저선량방사선조사에의한채소종자의발아율과초기생육촉진에대하여보고하였으며, Caldera 84) 와 Suess & Grosse 20) 는저선량감마선조사한감자의연구에서수량증가효과및발아촉진과휴면기간의단축으로인한 1년에여러번에걸친수확의가능성을보여주었다. Metlitskii 85) 는저선량감마선이감

188 자발아를촉진시키고중간선량은지연시키며고선량은저해한다고하였다. 또한 Jaarma 22) 와 Avakyan 등 23) 은감자괴경에 X선조사시휴면타파에대한효과가있음을보고하였다. 본실험에서도저선량방사선조사에의해맹아율과맹아수및맹아길이가증가하였는데, 특히씨감자저장기간에상관없이맹아율은 1 Gy와 2 Gy 에서, 맹아수는 16 Gy와 30 Gy에서유의성있는효과를보여저선량방사선에의한감자휴면조절의가능성을보여주었다

189 Sprouting rate (%) DAP 20 DA I 25 DA I 30 DA I 35 DA I Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 10 DA I 15 DA I 20 DA I 25 DA I Dose (Gy) Sprouting rate (%) DAP 5 DA I 10 DA I 15 DA I 20 DA I Dose (Gy) Fig. 45. Effect of low dose gamma radiation on the sprouting rate of minituber, Dejim cultiver.stored with different DAP at 5 on dark condition. DAP ; days after production. DAI ; days after gamma radiation

190 Sprout length (cm) DAP 30 DAP 45 DAP Dose (Gy) Fig. 46. Effect of low dose gamma radiation on the sprout length of minituber,dejima cultivar, stored with different DAP at 5 on dark condition.dap ; days after production. Bars represent means±standard errors

191 DAP 30 DAP 45 DAP No. of sprout/tuber Dose (Gy) Fig. 47. Effect of low dose gamma radiation on No. of sprout of minituber, Dejima cultivar, stored with different DAP at 5 dark condition.dap ; days after production. Bars represent means ±standard errors. on *

192 포장생육과수량에대한저선량방사선효과는다음과같다. 저장기간이다른대지씨감자에저선량감마선조사가포장생육과수량에미치는영향을조사한결과는표 45에서보는바와같다. 파종 30일후에조사한유묘초장에서 15일저장구의경우는 8 Gy와 16 Gy에서 16.6 cm와 15.7 cm로대조구의 14.5 cm에비해각각 15%(p<0.05) 와 8% 정도증가하였고, 30일저장구에서는대조구의 15.4 cm에비해 1 Gy에서 17.7 cm로 15%(p<0.05) 정도의유의성있는증가를보였으며, 45일저장구에서는별다른증가효과가없었다. 저선량감마선을조사한 15일저장구의포장수량구성요소중식물체당괴경수에있어서는 4 Gy와 30 Gy에서각각 14.2개와 14.1개로대조구 13.0개에비해 10% 와 9% 정도증가하였으며, 괴경중은 1, 2, 8, 16 Gy에서대조구에비해 5~8% 정도증가하였다. 30일저장구의초장은저선량조사구가대조구와대체로비슷한생육을보였고, 지상부식물체생체중은 0.5 Gy에서대조구의 g에비해 g으로 12% 정도증가하였으며마디수의경우는모든저선량구에서대조구에비해감소하였다. 식물체당괴경수에있어서는 0.5 Gy와 2 Gy에서 17.3개와 17.2개로대조구의 16.3개보다각각 6% 와 5% 의증가를보였으며, 괴경중은대조구의 911 g과비교해 0.5 Gy에서 1066 g으로 17% 정도증가하였다. 30일저장구에서는대체로 0.5 Gy와 2 Gy에서양호한생육을보였고시험구선량중비교적높은선량에서는저조한포장생육을보였다. 45 일저장구에서의초장은대조구에비해모든선량에서유의성있는증가효과를보였는데, 특히 1 Gy에서 67.2 cm로대조구의 61.3 cm에비해 10% (p<0.01) 정도로가장높은증가효과를보였으며, 지상부생체중의경우도대조구에비해저선량조사구가뚜렷한증가효과를보였는데 0.5, 1, 4 Gy에서 g, g, g으로대조구의 g에비해각각 20%, 21%, 22%(p<0.05) 로모두유의성있는증가효과를보였고, 마디수는모든선량에서대조구의 18.8개에비해 19.8~20.1개로 4~7%(p<0.01) 의유의성있는증가효과를보였다. 식물체당괴경수는대조구의 14.2개에비해 1 Gy와 4 Gy에서 17.2개로 21%(p<0.05) 정도증가하였고, 괴경중도다른포장구성요소와마찬가지로모든선량에서대조구에비해양호한생육을보였는데특히, 4 Gy에서대조구의 1037 g에비해 1226 g으로 18% p<0.05) 정도의유의성있는증가효과를보였다. 저선량 γ선조사한 45일저장구의포장생육에있어서는다른저장기간과달리모든선량에서대조구에비해뚜렷하게유의성있는생육증가효과를보였다. Miller & Miller 6) 와 Sheppard &

193 Evenden 12) 은저선량조사한작물의초기생육촉진및생장증대와수량증가에대해보고하였고 Menyhert & Baliant 25) 는저선량감마선조사가감자에서수량증가를가져온다고하였다. Avakyan 등 23) 과 Johson 24) 은저선량의 X 선조사에서감자괴경의크기증대및수량의증가에대한보고를하였으나, Sprague & Lenz 86) 는 X선조사에의하여괴경크기는증대되나전체수량증가에는효과가없었다고하였다. 본실험에서는저선량방사선조사에의해감자식물체의초장과생체중및괴경수등이증가하는경향을보였는데, 특히 45일저장구의 4 Gy에서유의성있는증가효과를보였다

194 Table 45. Effect of low dose gamma radiation on the growth of minituber, Dejima cultivar, stored with different DAP at 5 on dark condition Seedling height Plant height Foliage weight No. of nods No. of tuber Tuber weight Dose (cm) (cm) (g/plant) /plant /plant (g/plant) (Gy) DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP DAP * * * * ** * * * * ** * * ** * * * * ** * * * ** DAP ; days after production. *, ** ; Significant at 5% and 1% level, respectively

195 6. 저선량조사한지치세포배양에서의 shikonin 생산 가. 지치의 callus 생육 (1) LB2N2배지와 LK2I0.2배지에서의 callus생장저선량방사선이 LB2N2배지와 LK2I0.2 배지에서명과암조건으로배양한 callus의생장을본결과, 조사후 3일만의생장은그림 48-A 에서와같이 LLB2N2배지및 LLK2I0.2배지모두 2 Gy에서약간의생장증가는보였으나배양의초기이므로전체적으로생장의차이는나타나지않았다. 그러나 7일이경과되면서그림 48-B에서와같이명과암의생장에대한차이가나타나기시작하였다. 또한감마선조사량에따른차이도보여, 무조사구에서는 LLB2N2배지와 LLK2I0.2 배지에서모두약 15.% 내외의생장증가율을보이는데대해 LLK2I0.2 배지에서는 1 Gy에서 16.9% 의증가율을보이고, LLB2N2배지에서는조사간의차이가보이지않았다. 그러나 DLB2N2배지에서는무조사구 15.5% 에비해 8 Gy에서 17.% 의증가율을보이고있다. 배양을시작한지 14일이경과하였을때그림 48-C에서와같이명조건에서는암조건하에서배양하였을때에비하여생장율의뚜렷한증가효과를보여 LLB2N2배지에서는 8 Gy에서 30.0% 의효과적인증가율을보여주었고, 0.5, 16, 20 Gy에서도각각 24.4, 22.8, 22.6% 를나타내었고, 그밖의선량에서는저선량효과를볼수없었다. 반면 LLK2I0.2 배지에서는저조하고, 양호한효과를같이볼수있었다. DLB2N2배지에서는무조사구 17.3% 에비해다른선량에서는효과가없음을나타냈다. 또한 DLK2I0.2 배지에서는약간의저조하고, 양호한효과를함께볼수있었다. 배양후 21일이경과하였을때의결과는그림 48-D에서와같이전체적인생장의흐름은그림 48-C에서와같았으나, LLB2N2배지에서는 8 Gy에서 53.9% 의매우효과적인증가율을보여주고있다. 그다음으로 2, 0.5 Gy에서각각 39.0, 36.3% 를나타내었고, 4 Gy를제외하고모든선량에서증가효과를보였다. LLK2I0.2 배지에서는무조사구 30.0% 에비해 16 Gy에서 38.8% 를나타냈으며, 다른선량에서도 30% 이상의증가효과를보여주었다. 그러나 DLB2N2배지에서는무조사구에비해모든선량에서증가효과를볼수없었고, DLK2I0.2 배지에서는무조사구에비해 2, 30 Gy를제외하고약간의증가효과를볼수있었다. 이상의결과에서볼때, LB2N2배지와 LK2I0.2 배지에서명배양에서 callus 의생장이효과적임이분명하였고, 감마선조사에의한효과에있어서도 LB2N2배지는 8 Gy, LK2I0.2배지는 16 Gy의특정선량에서생장율의증가효

196 과가인정되었으며같은효과가있는특정선량에있어서도배지조성에따 른차이가인정되었다. (2) Kinetin과 BA의 callus생장효과비교저선량방사선이 LK2I0.2배지와 LB2I0.2 배지에서명과암조건으로배양한 callus의생장효과를비교한결과, 조사후 3일만의생장은그림 49-A에서와같이 LLK2I0.2 배지의 2 Gy에서약간의생장증가효과는보였으나배양의초기이므로 LK2I0.2배지와 LB2I0.2 배지에서명과암모두생장의차이는나타나지않았다. 그러나 7일이경과되면서그림 49-B에서와같이명과암의생장에대한차이가나타나기시작하였다. 또한감마선조사량에따른차이도보여, LLB2I0.2 배지에서의무조사구에서는 13.4%, LLK2I0.2 배지에서는 15.3% 의생장증가율을보이는데비해 LLB2I0.2 배지의 16 Gy에서 14.9%, LLK2I0.2 배지의 1 Gy에서는 16.9% 의생장증가율을보여주고있다. 반면 DLK2I0.2 배지에서는무조사구와감마선조사량에따른차이가 12% 내외로거의나지않으나, DLB2I0.2 배지에서는무조사구 12.6% 에비해 2 Gy에서는 15.5% 를보여 LLK2I0.2 배지에서의 2 Gy의 16.1% 의증가율과비슷할정도로생장의차이가나타나고있다. 배양 14일후의그림 49-C에서와같이 LLB2I0.2 배지에서는암조건하에서배양하였을때에비하여생장율의증가효과가현저히나타나무조사구 16.7% 에비해 1 Gy에서 25.1%, 2 Gy에서는 21.5% 의생장증가율을보여주었고, 0.5, 4 Gy를제외하고증가효과를보여주고있다. LLK2I0.2 배지에서는 1 Gy에서 23.7% 의약간의증가를보일뿐전체적인생장의흐름은큰차이를보이지않고있다. DLB2I0.2 배지에서는 2 Gy의약간의증가와그림 49-B에서보여주었던것과같이 8 Gy에서 11.8% 를보여무조사구보다저조했던것과는달리 18.8% 의증가를보였고, DLK2I0.2 배지는 2, 8 Gy에서 18.8% 의증가를보였으나, DLB2I0.2 배지같은선량에서각각 13.7, 12.4% 의조사간의효과가보이지않았다. 배양후 21일이경과하였을때의결과는그림 49-D에서와같이 LLK2I0.2 배지에서는무조사구 30.3% 에비해 16 Gy에서 38.8%, 1 Gy, 2 Gy에서각각 35.8, 36.5% 의증가율을보여주었고, LLB2I0.2 배지에서는무조사구 18.4% 에비해 1 Gy에서는 32% 를보여주어크게증가하였음을보여주고있다. 반면 DLK2I0.2 배지에서는전체적인생장의흐름은 15~19% 정도로큰차이는보이지않았으며, DLB2I0.2 배지에서는무조사구 23.1% 에비해 1 Gy에서 27.6% 의증가율을보여주고있다

197 Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLK2I0.2 DLB2N2 DLK2I0.2 A Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLK2I0.2 DLB2N2 DLK2I0.2 B Dose(Gy) Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLK2I0.2 DLB2N2 DLK2I0.2 C Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLK2I0.2 DLB2N2 DLK2I0.2 D Dose(Gy) Dose(Gy) Fig. 48. Effects of gamma radiation on increasing rate of growth of L. erythrorhizon callus after culture for 3 days(a), 7 days(b), 14 days(c),and 21 days(d) on the LS medium supplemented with BA 2mg/l and NAA 2mg/l(LB2N2) and on the LS medium with kinetin 2mg/l and IAA 0.2mg/l(K2I0.2) in the dark(close) or the light(open)

198 Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LLB2I0.2 DLK2I0.2 DLB2I0.2 A Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LLB2I0.2 DLK2I0.2 DLB2I0.2 B Dose(Gy) Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LLB2I0.2 DLK2I0.2 DLB2I0.2 C Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LLB2I0.2 DLK2I0.2 DLB2I0.2 D Dose(Gy) Dose(Gy) Fig. 49. Effects of gamma radiation on the increasing rate of growth of L. erythrorhizon callus after culture for 3days(A), 7days(B), 14days(C) and 21days(D) on the LS medium supplemented with kinetin 2mg/l and IAA 0.2mg/l(LK2I0.2) and on the LS medium with BA 2mg/l and IAA 0.2mg/l (LB2I0.2) in the dark(close) or the light(open)

199 (3) BA와 NAA의농도차이에의한 callus생장효과비교 BA와 NAA의농도에따라 callus의생장효과가다를것으로생각되어저선량방사선이 LB2N2배지와 LB1N1배지에서명과암조건으로배양한 callus 의생장효과를비교한결과, 배양 3일후그림 50-A에서는 LB2N2배지와 LB1N1배지간의선량간의차이및명, 암의차이는거의없었고, LLB2N2배지의 2 Gy에서만약간의효과를보이고있다. 그러나배양후 7일이되면서, 그림 50-B와같이명과암의차이가나기시작하였다. LLB1N1배지에서는무조사구 16.4% 에비해 16 Gy에서 18.9% 의증가를보였고, 다른선량에서큰차이가없었다. LLB2N2배지에서는무조사구 15.5% 에비해 8 Gy에서 17.0% 정도를나타내었다. 그러나암조건의두배지간의감마선조사에의한효과는 12~13% 로차이가없는것으로보여진다. 배양한지 14일이되면, 그림 50-C 와같이 7일경과후보다증가폭이더크게나타났다. LLB1N1배지에서는선량의차이는없으나, 배지간에서는가장양호한수치의생장증가율을보이고있다. LLB2N2배지에서는무조사구 22.2% 에비해 8 Gy에서 30.0% 정도를나타내었으나다른선량에서는큰효과가없는것으로나타났다. 14일이지나도두배지간에암조건및선량간의효과는없는것으로보여진다. 21일이지난그림 50-D에서는명조건의두배지간의조사에따른기복이크다는것을알수있었다. LLB1N1배지에서는배지간에서는가장양호하였으나, 선량간의효과는없었고, 무조사구에비해저선량효과를볼수없었다. 반면 LLB2N2 배지에서는무조사구 24.3% 에비해 8 Gy에서 53.9% 정도로 2배이상의효과를나타내었고, 다른선량에서도무조사구에비해 33% 이상의효과가있음을나타내었다. 그러나 21일이지나도암조건에서의두배지간의차이는나타나지않았다. 이상의결과에서 LB2N2배지와 LB1N1배지간의명, 암의차이가뚜렷이나타나두배지모두암조건보다는명조건에서효과가있음이확인되었다. 그러나감마선조사에의한효과면에서는비록생장증가율의수치는 LLB2N2배지보다 LLB1N1배지에서좋은것으로나타났으나, LLB2N2배지에서감마선조사에의한효과의양호한양상이뚜렷이나타나, 8 Gy에서가장효과적이었다. LLB1N1배지에서는무조사구에비한효과가나타나지않은것으로보아 BA와 NAA의농도는각각 2 mg/l가효과적이었음을확인할수있었다. (4) LS배지와 MS배지의 callus생장효과비교실험 1-1에서사용한 LK2I0.2배지와배지조성간의차이에의한 callus의생장을비교하기위하여생장조절물질의차이는없고, 배지의조성을달리

200 한 MK2I0.2 배지를사용하여실험을수행한결과, 배양후 3일이되면그림 51-A에서와같이모든배지에서명과암모두생장의차이는없었고, LMK2I0.2 배지에서는전체적으로감마선조사에의한효과에의한차이가나타나지않았다. 그러나 7일이지나면서그림 51-B에서는 LK2I0.2 배지의명과암의차이의폭이커지기시작하여 LLK2I0.2배지의그림 51-A의양상보다 1 Gy에서 16.9% 의약간의효과를보였고, LMK2I0.2 배지에서는 0.5 Gy에서 15.4%, 4 Gy에서 12.6% 로감마선조사에의한효과가크지않았다. 그림 51-C는배양한지 14일후의결과로명암의생장의차이가크게나타나기시작하였으나감마선조사에의한차이는명배양에서만이차이를나타내었다. LMK2I0.2 배지에서는무조사구 19.1% 보다 0.5 Gy에서 22.5%, 1 Gy에서 20.8% 정도를나타내었고, 반면 2, 8 Gy에서는각각 17.6, 17.8% 의저조한증가율을보였다. 또한 LLK2I0.2 배지에서는무조사구 21.0% 에비해 1 Gy에서 23.7% 로약간의증가율을나타내었을뿐, 다른선량에서는큰차이가없었다. 암조건에서는두배지간의특별한차이는없는것으로보여진다. 배양을시작한지 21일이경과한결과, 그림 51-D는 LLK2I0.2 배지에서무조사구 30.3% 에비해 16 Gy에서가장좋은 38.8% 의생장증가율을보여주었고, 그밖의선량에서는 35% 내외의증가효과를볼수있었다. LMK2I0.2 배지에서는무조사구 19.9% 의증가율에비해 0.5 Gy에서 28.8% 로가장좋았고, 1 Gy에서 25.9% 로그다음으로양호한증가율을보였으며, 다른선량에서는큰효과를보이지않았다. 이상의결과에서 LK2I0.2배지와 LMK2I0.2 배지를비교해볼때명배양에서는 LK2I0.2배지의 16 Gy에서 MK2I0.2 배지에서는 0.5 Gy에서callus의생장이효과적이었으나, 암조건에서는두배지간의생장의흐름의차이가크지않음을알수있었다. 감마선조사에의한효과에있어서도명배양에서는특정선량에서생장율의증가효과가인정되었고같은효과가있는특정선량에있어서도배지조성에따른차이가인정되었다. 따라서 callus 생장에있어서는 LS배지가 MS배지보다효과가있음을알수있다

201 Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLB1N1 DLB2N2 DLB1N1 A Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLB1N1 DLB2N2 DLB1N1 B Dose(Gy) Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLB1N1 DLB2N2 DLB1N1 C Increasing rate of growth(%) LLB2N2 LLB1N1 DLB2N2 DLB1N1 D Dose(Gy) Dose(Gy) Fig. 50. Effects of gamma radiation on the increasing rate of growth of L. erythrorhizon callus after culture for 3days(A), 7days(B), 14days(C),and 21days(D) on the LS medium supplemented with BA 2mg/l and NAA 2mg/l(LB2N2) and on the LS medium with BA 1mg/l and NAA 1mg/l in the dark(close) or the light(open)

202 Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LMK2I0.2 DLK2I0.2 DMK2I0.2 A Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LMK2I0.2 DLK2I0.2 DMK2I0.2 B Dose(Gy) Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LMK2I0.2 DLK2I0.2 DMK2I0.2 C Increasing rate of growth(%) LLK2I0.2 LMK2I0.2 DLK2I0.2 DMK2I0.2 D Dose(Gy) Dose(Gy) Fig. 51. Effects of gamma radiation on the increasing rate of growth of L. erythrorhizon callus after culture for 3days(A), 7days(B),14days(C) and 21days(D) on the LS medium supplemented with Kinetin 2mg/l and IAA 0.2mg/l(LK2I0.2) and on the MS medium with kinetin 2mg/l and IAA 0.2mg/l(MK2I0.2) in the dark(close) or the light(open)

203 (5) M-9배지의 callus생장효과감마선조사에의한효과에있어서 M-9배지에서의명, 암조건에따른 callus 생장효과를알아본결과, 배양을시작한지 3일이경과한후그림 52-A 와같이명과암간의차이와감마선조사간의차이는 11% 정도로전혀보이지않았다. 배양한지 7일이경과한후그림 52-B에서도 3일경과한후에비해서큰차이를볼수가없었지만 LM-9배지는 13% 정도로증가하였고, DM-9배지에서는 1 Gy에서다른선량에비해양호한증가를보이기시작하였고, 0.5 Gy를제외하고모든선량에서작은증가효과를보였다. 배양한지 14일이지나면그림 52-C와같이 7일경과한후보다증가의폭이더커졌음을볼수있었다. LM-9배지에서는감마선조사간의효과가크게보이지않았다. 그러나 DM-9배지에서는무조사구 12.7% 에비해 1 Gy에서 14.5% 를나타냈으며, 0.5 Gy를제외한다른선량에서도무조사구보다증가하였음을볼수있었다. 배양한지 21일이경과하면그림 52-D와같이 LM-9배지와 DM-9배지간의증가폭의차이가더증가하여, LM-9배지의무조사구 21.8% 에비해서 30 Gy에서 31.3% 를나타내어다른선량에비해양호한생장증가율을보였다. 차이가크지는않지만 DM-9배지에서는 0.5 Gy 를제외한다른선량에서도무조사구보다증가하였음을볼수있었다. (6) 배지및명 암간의종합적인생장다음은실험 (1)~(5) 에걸친실험에따른생장효과의결과를종합적으로비교한것이다.( 그림 53-A, B) 그림 53-A는명배양에서의감마선조사에의한 5가지배지간의 callus 생장효과를비교한것으로, 그결과를종합하여볼때가장좋은생장증가율을나타낸 LB1N1배지의무조사구는 60.3%, 차이는인정되지않지만 16 Gy 에서 62.3% 를나타내었고, 반면 0.5, 1 Gy에서는 44.0% 정도의저조한양상도나타내었다. 그다음으로 LB2N2배지는무조사구 24.3% 에비해가장좋은선량으로 8 Gy에서는 53.9% 를나타내어 2배이상의효과적인증가율을나타내었고, 다음으로 2 Gy에서 39.0% 를나타내었으며, 반면 1, 4 Gy에서는각각 31.7, 18.1% 로저선량효과를볼수없었다. 다음으로 LK2I0.2 배지에서는무조사구 30.3% 에비해서 16 Gy에서 38.8% 를나타내었고, 다른선량에서도무조사구보다양호한효과가있었다. 다음으로 LB2I0.2 배지에서는무조사구 18.4% 에비해 1 Gy에서 32.0% 를나타냈으며, 0.5, 4 Gy를제외한다른선량에서도효과를볼수있었다. 다음으로 MK2I0.2 배지에서는무조사구 19.9% 에비해 0.5 Gy에서 28.8% 를나타내었고, 2, 16, 30 Gy를제외하고다

204 른선량에서도증가효과를보였다. 마지막으로 M-9배지에서는무조사구 20.9% 에비해 30 Gy에서 30.45% 의효과적인차이가인정되었고, 16 Gy에서도증가효과를볼수있었다. 그러나다른선량에서는큰효과가없음을확인하였다. 그림 53-B는암배양에서의감마선조사에의한 5가지배지간의 callus 생장효과를비교한것으로, 그결과를종합하여볼때명배양에서와는다른결과가나왔음을알수있었다. 가장좋은생장증가율을나타낸 LB2I0.2배지의무조사구는 23.1% 에비해, 1 Gy에서 27.6% 를나타내었고, 반면무조사구에비해 16, 30 Gy에서는각각 19.9, 18.6% 로저선량효과를볼수없었다. 그다음으로명배양에서가장좋았던 LB2N2배지는무조사구 21.3% 에비해다른선량들은저선량효과가나타나지않았다. 다음으로우열을가리기어려운비슷한양상의생장증가율을나타내는 MK2I0.2배지는무조사구에비해감마선조사에의한효과가인정되지않음을볼수있었다. LB1N1배지는무조사구 17.4% 에비해 16, 30 Gy를제외하고모든선량에서증가효과를볼수있었다. LK2I0.2 배지에서는무조사구 16.9% 에비해 2, 30 Gy를제외한다른선량에서생장증가효과를확인하였다. 마지막으로 M-9배지에서는무조사구 13.5% 에비해 0.5 Gy를제외하고다른선량에서도감마선조사에의한작은효과가인정되었다. 이상의결과로볼때가장생장증가율이좋은배지로는 LB1N1배지로 60% 정도의생장증가율을나타내었으나, 본실험목적에따른감마선조사에의한생장증가율이가장좋은효과적인배지로는명배양에서는무조사구에비해 2배의생장증가율을나타낸 LB2N2배지라는것이확인되었고, 암배양에서는 LB2I0.2 배지라는것이인정되었다. 또한 M-9배지에서도감마선조사에의한작은효과가있음을확인할수있었다

205 20 20 Increasing rate of growth(%) LM-9 DM-9 A Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LM-9 DM-9 B Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LM-9 DM-9 C Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LM-9 DM-9 D Dose(Gy) Fig. 52. Effects of gamma radiation on the increasing rate of growth of L. erythrorhizon callus after culture for 3days(A), 7days(B),14days(C) and 21days(D) on hormone-free M-9 medium the dark(close) or the light(open)

206 Increasing rate of growth(%) LB2N2 LB1N1 LK2I0.2 MK2I0.2 M-9 LB2I A Dose(Gy) Increasing rate of growth(%) LB2N2 LB1N1 LK2I0.2 MK2I0.2 M-9 LB2I B Dose(Gy) Fig. 53. Effects of gamma radiation on the increasing rate of growth of L. erythrorhizon callus after culture on each medium in the dark(b) or the light(a).the gamma radiation(1,2,16,30 Gy) was irradiated at 21 days after treatment

207 나. 지치의 shikonin 생산저선량조사에의한지치의 callus 생장실험에서명과암상태로중복되어감마선조사에의한생장효과가가장좋은배지의효과적인특정 2선량과저조한특정 2선량선별할수있었다. 생장효과와추출되는 shikonin의생성량과는반드시비례한다고판단되지는않으나, 감마선조사에의한생장효과에의한 shikonin 생성량의촉진효과가있을것이라고생각되어, 명배양에서는 LB2N2배지를, 암배양에서는 LB2I0.2배지를선별하였고, M-9배지또한명과암조건으로 0, 1, 2, 16, 30 Gy에서 3주간에걸쳐실험2를수행한결과다음과같다. (1) LLB2N2배지에서의 shikonin 생산효과 Kinetin이 shikonin 생성을억제함을고려하여, LB2N2 배지를선별하여특정선량에따른 callus의생장에대한 shikonin 유도체의생성량을추출해본결과그림 54-A와같이배양한지 3일이지났을때는무조사구 12.0% 에비해 1 Gy에서 12.9% 를나타내었고, 16 Gy를제외하고는증가효과를보였다. 그러나 shikonin 유도체의생성량의양상은무조사구 mg/g에비해 1, 2, 30 Gy에서는저조한함량을보였으나, 16 Gy에서는 mg/g을나타내어, callus 생장양상과는반대의양상을나타내고있다. 10일이지난후그림 54-B는무조사구 16.3% 에비해 2 Gy에서 23.9% 의생장율을보였으며다른선량에서도무조사구에비해증가효과가인정되었다. 이때의 shikonin 유도체의생성량은 3일경과한후보다무조사구와 1 Gy의 mg/g을제외하고 2배정도의증가된함량을나타내어, 16 Gy에서 mg/g으로가장높았고, 그다음으로 30 Gy에서 mg/g을나타냈으며, 2, 1 Gy에서도 mg/g으로증가된함량을나타내었다. 14일이지나그림 54-C와같이, 특히무조사구 20.3% 에비해 2 Gy에서 32.6% 로높은생장증가율을보였고, 16, 1 Gy에서도각각 31.1, 21.4% 의생장증가율을나타낸반면 30 Gy에서는 19.4% 저선량효과를볼수없었다. 저조한증가율을나타내었다. 그러나 shikonin 유도체의생성량의양상은반대의양상을나타내어무조사구는 7일경과후보다 2.5배의함량을나타내었지만, 무조사구에비해모든조사선량에서는저조한함량을나타내었다. 그림 54-D와같이배양한지 21일이지나면무조사구 27.9% 에비해 2 Gy에서는 52.2% 로가장높은생장증가율을나타내었다. 또한 1, 16 Gy에서도각각 40.6, 37.3% 의증가율을보였고, 30 Gy에서도 31.7% 의효과가있음을알수있다. 그러나 shikonin 유도체의생성량은생장증가율과는반대로,

208 무조사구에비해모두높은효과가있었으며, 30 Gy 에서 mg/g 으로 가장높은함량을나타내었고, 그다음으로 1 Gy 에서 mg/g, 2, 16 Gy 에서각각 0.006, mg/g 으로나타났다. (2) LM-9배지에서의 shikonin 생산효과감마선조사에의한효과가있을것이라기대하여, M-9배지를명배양에서실험한결과그림 55-A와같이배양을시작한지 3일이지나면배양초기이므로큰차이는보이지않으나무조사구 13.1% 에비해 2 Gy에서 14.2% 의약간의차이를보이고있다. 그러나 shikonin 유도체의생성량의양상은무조사구 mg/g에비해서저조한흐름을보여, 16 Gy에서 mg/g 으로가장저조한함량을나타내고있다. 그림 55-B에서볼수있는바와같이배양후 10일이되면약간의차이가보이기시작하여무조사구 15.6% 에비해 16 Gy에서 18.7% 를나타내었고, 1 Gy를제외하고모두증가효과를보였다. 그러나이때의 shikonin 유도체의생성량의양상은생장증가율과비교할때반대의양상을보여무조사구 mg/g에비해 16 Gy의 mg/g을제외하고는 1, 2, 30 Gy에서각각 , , mg/g으로증가하였음을확인할수있었다. 배양후 14일이되면그림 55-C 와같이무조사구 17.4% 에비해 2 Gy에서 23.5% 를, 1, 16 Gy에서각각 22.6, 20.2% 를나타내어 30 Gy의 15.7% 를제외하고증가효과가있음을볼수있었다. 그러나이때 shikonin 유도체의생성량은무조사구 mg/g 에비해 30 Gy에서가장높은 mg/g의함량을나타내었고, 그다음으로 16 Gy에서 mg/g을나타냈으며, 반면 2, 1 Gy에서는 , mg/g으로저조한함량도볼수있었다. 21일이지난후에는그림 55-D와같은양상을보이는데무조사구 19.4% 에비해 30 Gy의 19.0% 를제외하고 1, 16, 2 Gy에서각각 22.1, 21.7, 20.9% 로증가함을볼수있다. 그러나이때의 shikonin 유도체의생성량은무조사구에비해 16 Gy에서가장높은 mg/g의함량을나타내었고, 2 Gy의 mg/g을제외하고 1, 30 Gy에서각각 , mg/g으로높은함량을나타내었다. 이상으로볼때알수있는결과는앞의실험1에서와같이 21일간의명배양에서의 M-9배지에서는 1 Gy에서가장양호한생장증가율을보였으나, shikonin 유도체의생성량은특정선량 16 Gy에서가장높은함량을나타냄으로인하여생장증가효과가인정되었다

209 Fig. 54. Effects of gamma radiation on the growth and the contents of shikonin from L. erythrorhizon callus after culture for 3(A), 10(B), 14(C), and 21days(D) on the LS medium supplemented with BA 2mg/l and NAA 2mg/l(LB2N2) under 16hours day light

210 Fig. 55. Effects of gamma radiation on the growth and the contents of shikonin from L. erythrorhizon callus after culture for 3(A), 10(B), 14(C), and 21days(D) on M-9 medium under 16 hours day light

211 (3) DLB2I0.2배지에서의 shikonin 생산효과명배양에서는가장낮은생장증가율을보였지만, 암배양에서는가장높은생장증가율을보여실험한결과, 그림 56-A와같이배양을시작한지 3일이지나면생장증가율에는오히려저조한양상을보였으나, shikonin 유도체의생성량에는약간의차이를보여무조사구에 mg/g에비해 30 Gy에서 mg/g의함량을나타내었고, 그다음으로 1 Gy에서 mg/g을나타냈으며, 2, 16 Gy에서 , mg/g을나타내어모두무조사구에비해양호한효과를보였다. 배양후 10일이되면그림 56-B와같이생장증가율의폭이조금더커지기시작하여, 무조사구 13.6% 에비해 1 Gy에서 16.9% 의효과를보였으며, 30, 2 Gy에서각각 16.4, 15.1% 를보였고, 반면 16 Gy에서는 11.2% 의저조한증가율을보였다. 그러나 shikonin 유도체의생성량에에서는무조사구 mg/g에비해서다른선량에서는저조한함량을나타내었다. 그림 56-C와같이배양후 14일이지나면무조사구 17.6% 에비해 1 Gy의15.6% 를제외하고약 20% 의증가효과를보여주었고, 이때 shikonin 유도체의생성량은무조사구 mg/g에비해 30 Gy에서 mg/g을나타내었으며, 다른선량에서도모두높은함량을나타내었다. 그림 56-D와같이 21일후의양상은무조사구 19.8% 에비해다른선량에서는생장증가효과를볼수없었지만, shikonin 유도체의생성량은 1 Gy 의 mg/g을제외하고모두높은함량을나타내었다. 이상의결과를종합해볼때실험 1에서와는달리 21일간의 DLB2I0.2 배지에서의특정선량간의생장증가율의효과는크지않았다. 그러나그에따른 shikonin 유도체의생성량은특정선량 30 Gy에서가장양호한효과가있었음이인정되었다. (4) DM-9배지에서의 shikonin 생산효과암배양에서의 M-9배지에서의 Shikonin 생산효과가크다는것을고려하여실험한결과, 역시배양초기이므로그림 57-A와같이배양을시작한지 3일이지나면기대했던것과같이무조사구에비해생장증가율의효과가없었으나, shikonin 유도체의생성량은무조사구 mg/g을나타내는데비해 30 Gy에서 mg/g의가장높은함량을나타냈으며, 1, 2 Gy에서 mg/g내외의함량을나타내었고, 16 Gy에서 mg/g의가장낮은함량을나타내었다. 그림 57-B는배양한지 10일이지난후의양상으로 13% 내외의생장증가율간의차이는크지않았으나, shikonin 유도체의생성량은무조사구 mg/g을나타내는데비해 30 Gy에서 mg/g의가장높은함

212 량을나타내었고, 2, 16 Gy에서 , mg/g의함량을나타내었으며 1 Gy에서는 mg/g의가장낮은함량을나타내어특정선량간의뚜렷한효과를확인하였다. 그림 57-C 배양한지 14일이경과한양상으로그생장은무조사구와비슷한생장증가율로차이가크게인정되지않으나, shikonin 유도체의생성량은무조사구 mg/g을나타내는데비해 2 Gy에서 mg/g의가장높은함량을나타내었고, 30 Gy에서 mg/g의함량을나타내었으며, 1, 16 Gy에서 , mg/g의함량을나타내특정선량간의뚜렷한효과가인정되었다. 배양 21일후의그림 57-D에서도무조사구 14.9% 에비해모든선량에서증가효과가인정되었고, shikonin 유도체의생성량은무조사구 mg/g을나타내는데비해 30 Gy에서 mg/g의가장높은함량을나타내었고, 2, 16 Gy에서 , mg/g의함량을나타내었으며, 1 Gy에서 mg/g의함량을나타내특정선량간의조사에의한효과가양호함이인정되었다. 이상의결과로볼때 21일간의암배양에서의 M-9배지에서의 callus의생장증가에비해특정선량 1 Gy에서 Shikonin 생산효과가매우양호함이확인되었다. (5) 암배양조건에서장기배양의 Callus 생장및 Shikonin 생산효과식물의세포배양은안정된 cell-line을확보할때까지는계대배양동안에 viability가변할수있으며, cell-line이확보된후에도오랜시간이지나면이차대사산물의생산성이퇴화될수있다는연구들과, 암배양한세포의생장은 3일째부터급격히증가하여 11일째에최대에이르렀고그이후로는오히려감소하였다는보고와, 앞의 2-1~4의결과를종합하여 callus 생장증가율에대한 Shikonin 생산효과는명배양에서보다암배양에서더효과적이었음을고려하여, 60일동안지속해서실험을해본결과그림 58-A에서보는바와같이배양후의 callus의생장증가율은암조건에서의 LB2I0.2배지에서는무조사구 57.6% 에비해 2 Gy에서 62.4% 의약간의양호한생장증가율을보였고, 1, 16 Gy에서는효과를볼수없었으며, 30 Gy에서는 31.9% 로가장저조한생장증가율을나타내었다. LB2N2배지에서는무조사구 41.7% 에비해큰차이는나지않지만, 16 Gy에서 46.0% 를나타내었고, 30 Gy에서는 34.9% 로저조한생장증가율을나타내었다. M-9배지에서는무조사구 17.4% 에비해큰차이는인정되지않지만, 16 Gy를제외하고약간의양호한효과를나타냄을볼수있었다. 반면 Shikonin 생산효과를볼때 shikonin 유도체의생성량을비교하면

213 21일간의실험에서나온결과와는달리, 그림 58-B에서볼수있는것처럼, LB2I0.2 배지에서는무조사구를비롯하여 1, 2, 16 Gy에서는거의차이가없었으나, 30 Gy에서는 mg/g의함량을나타내었다. LB2N2배지에서는특정선량간의차이가거의없다고보여진다. 그러나 M-9배지에서는무조사구 mg/g의함량을나타낸반면 2 Gy에서는 mg/g의매우효과적인함량을나타내었다. 그다음으로는 16 Gy에서 mg/g을, 다음으로 1 Gy에서는 mg/g의함량을나타내었다. 30 Gy에서는 mg/g의가장저조한함량을나타내었다. 위에서얻은결과는암조건에서특정선량에대한생장증가율의효과는 LB2I0.2배지의 2 Gy에서가장좋았고, 그다음으로 LB2N2배지의 16 Gy에서좋았다. M-9배지에서는거의인정되지않았지만, 2 Gy에서좋았다. 반면 shikonin 유도체의생산의효과는 LB2I0.2배지는 30 Gy에서좋았으며, LB2N2배지에서는거의효과가인정되지않았으며, M-9배지에서는 2 Gy에서매우양호한효과가있었음을확인하였다. 이상의실험 2의결과를종합해볼때 callus 생장및 shikonin 유도체의생성량은오랜기간이지나지속적으로증가하는양상도볼수있었지만, 어느일정기간이지나면오히려감소하는양상도볼수있다는것을알수있었다. 또한 shikonin 유도체의생성량은 callus 생장과비례적으로증가되지않는것이확인되었으며, 저선량감마선조사에의한 callus 생장및 shikonin 유도체의생성량의촉진효과, 특히 M-9배지에의한저선량감마선조사효과가확인되었다

214 Fig. 56. Effects of gamma radiation on the growth and the contents of shikonin from L. erythrorhizon callus after culture for 3(A), 10(B), 14(C) and 21days(D) on LS medium supplemented with BA 2 mg/l and IAA 0.2 mg/l(lb2i0.2) in darkness

215 Fig. 57. Effects of gamma radiation on the growth and the contents of shikonin from L. erythrorhizon callus after culture for 3(A), 10(B), 14(C), and 21days(D) on M-9 medium in darkness

216 Fig. 58. Effects of gamma radiation on the increasing rate of growth(upper) of callus and the contents of shikonin(lower) of Lithospermum callus cultured for 60 days in the dark on the M-9 medium(m-9), LS medium supplemented with BA 2.0mg/l and NAA 2.0mg/l(LB2N2), and LS medium with BA 2.0mg/l and IAA 0.2mg/l(LB2I0.2) from the left

217 Table 46. Doses of the high and low levels of callus growth and shikonin content from callus culture in the dark on the three different media after of gamma radiation. Level Callus growth Shikonin content Medium High Low High Low LB2I z LB2N M

218 Fig. 59. The red pigment of callus and its extract of L. erythrorhizon grown for 60days on LB2I0.2 medium after gamma radiation.(a) and (D), control (B) and (E), the callus and it extract of high level red pigments (C) and (F), the callus and it extract of low level red pigments

219 Fig. 60. The red pigment of callus and its extract of L. erythrorhizon grown for 60days on LB2N2 medium after gamma radiation.(a) and (D), control (B) and (E), the callus and it extract of high level red pigments (C) and (F), the callus and it extract of low level red pigments

220 Fig. 61. The red pigment of callus and its extract of L. erythrorhizon grown for 60days on M-9 medium after gamma radiation.(a) and (D), control (B) and (E), the callus and its extract of high level red pigments (C) and (F), the callus and it extract of low level red pigments

221 7. 자연방사선을함유한천연세라믹의채소작물생육에대한영향 가. 배추와무의발아와초기생육천연세라믹에의해방출되는저선량의자연방사선이배추와무의발아에미치는영향은파종 1주일후에조사되었으며그결과는다음과같다. 배추의천연세라믹처리에의한발아율은대조구에비해크게향상되지않았지만 5~6개처리구에서 1~3% 정도향상되었다 ( 그림 62a). 이러한경향은무실험구에서도나타났으며 5~6개처리구에서 1~3% 정도향상되었다 ( 그림 62b). 천연세라믹에의해방출되는저선량의자연방사선이배추와무의초장에미치는영향은파종 3주일후부터 6주까지조사되었으며그결과는다음과같다. 배추의경우 3주째의초장은세라믹 3개와 8개처리구에서각각대조구에비해 5% 와 3% 높았으며, 무의경우모든처리구에서대조구와유의한차이가없었다 ( 표 47). 파종 4주후배추초장은세라믹 1개, 3개및 8개처리구에서대조구에비해각각 3%, 4%, 3% 향상되었고, 무의경우별다른처리효과가나타나지않았다 ( 표 47). 파종 5주후배추초장은세라믹 2개처리구에서대조구에비해 3% 향상되었고, 무의경우모든처리구에서 2~ 5% 향상되었다 ( 표 47). 파종 6주후배추초장은세라믹 7개처리구를제외한나머지처리구에서 1~7% 향상되고특히 2개, 7개처리구에서가장높았으며 ( 그림 63a), 무의경우 3개와 7개고형세라믹처리구에서대조구보다 4% 높았다 ( 그림 63b). 실험결과를토대로볼때고형세라믹에서방출되는저선량의자연방사선이배추와무의발아율및초장에영향을줄수있으리라판단되지만그반응정도가작아더욱정밀한실험이필요할것으로판단되며, 배추가무보다반응의정도가크기때문에좀더많은작물을대상으로실험을추진하여야할것으로사료된다

222 100 (a) Germination (%) C Number of tablets 100 (b) Germination (%) C Number of tablets Fig. 62. Germination rate(%) of chinese cabbage(a) and radish(b) with solid ceramics. C indicates control without solid ceramics. Bars represent means ± standard errors

223 Table 47. Seedling height(cm/plant) of chinese cabbage(a) and radish(b) with solid ceramics. C indicates control without solid ceramics. Chinese cabbage Radish No. of ceramic 3 week 4 week 5 week 3 week 4 week 5 week Cont

224 24 (a) Seedling height (cm) C Number of tablets 30 (b) Seedling height (cm) C Number of tablets Fig. 63. Seedling height(cm/plant) of chinese cabbage(a) and radish(b) with solid ceramics. C indicates control without solid ceramics. Bars represent means ± standard errors

225 나. 배추와무의효소활성과호르몬함량 (1) 배추와무의효소활성파종 4주후배추의단백질함량 (mg/g fresh weight), CAT(unit/mg protein) 및 POD(unit/mg protein) 의활성은그림 64와같다. 단백질함량은전체적으로유의한차이가없었지만 ( 그림 64a), CAT와 POD 활성의경우고형세라믹처리구에서높아지는경향을나타내었다 ( 그림 64b, 64c). 파종 6주후배추의단백질함량 (mg/g fresh weight), CAT(unit/mg protein) 및 POD(unit/mg protein) 의활성은그림 65와같다. 단백질함량은전체적으로 4주후에조사한것과비숫하게유의한차이가없었지만, 전체함량은 3배이상증가하였다 ( 그림 65). CAT와 POD 활성의경우도 4주후의조사와비슷하였으며활성은 4주와비교해 3배이상증가하였다 ( 그림 65b, 65c). 파종 4주후무의단백질함량 (mg/g fresh weight), CAT(unit/mg protein) 및 POD(unit/mg protein) 의활성은그림? 와같다. 단백질함량은전체적으로유의한차이가없었으며처리에따른일정한경향을보이지않았다 ( 그림 66a). CAT와 POD 활성의경우도단백질함량의경우와마찬가지로처리구별차이나일정한패턴을보이지않았다 ( 그림 66b, 66c). 단백질함량은전체적으로 4주후에조사한것과비숫하게처리구별로유의한차이가없었지만, 전체함량은 2배이상증가하였다 ( 그림 67a). CAT와 POD 활성의경우도 4주후의조사와비슷하였으며활성은 4주와비교해 3 배이상증가하였다 ( 그림 67b, 67c). 실험결과를토대로볼때고형세라믹에서방출되는저선량의자연방사선이배추와무의단백질함량및항산화효소활성에유의한영향을미치는것으로는판단되지않는다. (2) 무의지베렐린함량파종 4주후무의지베렐린 (GA 20, GA 1 ) 함량 (ng/g DW) 에대한영향은그림 68a와같다. GA 20 의경우고형세라믹처리와비례하여증가하는경향을보였지만, GA 1 의경우는이러한경향을보이지않았고고형세라믹 3개처리구에서가장높았다. 파종 6주후무의지베렐린함량 (ng/g DW) 에대한영향은그림 68과같다. GA 20 의경우 4주와는달리고형세라믹처리와비례하여감소하는경향을보였으며, GA 1 의경우는이러한경향을보이지않았고고형세라믹 7개처리구에서가장높았다 ( 그림 68)

226 15 (a) Protein content (mg/g fresh weight) C 2 8 Number of tablets 0.12 (b) Catalase activity....(unit/mg protein) C 2 8 Number of tablets 2.0 (c) Peroxidase activity.. (unit/mg protein) C 2 8 Number of tablets Fig. 64. (a) Protein content(mg/g fresh weight), (b) CAT(unit/mg protein) and (c) POD(unit/mg protein) activities of chinese cabbage at week 4 growth stage with solid ceramics. C indicates control without solid ceramics. Bars represent means ± standard errors

227 50 (a) Protein content (mg/g fresh weight) C 2 8 Number of tablets 0.8 (b) Catalase activity....(unit/mg protein) C 2 8 Number of tablets 8 (c) Peroxidase activity.. (unit/mg protein) C 2 8 Number of tablets Fig. 65. (a) Protein content(mg/g fresh weight), (b) CAT(unit/mg protein) and (c) POD(unit/mg protein) activities of chinese cabbage at week 6 growth stage with solid ceramics. C indicates control without solid ceramics. Bars represent means ± standard errors

228 Protein content (mg/g fresh weight) (a) 0 C 3 7 Number of tablets 0.10 (b) Catalase activity....(unit/mg protein) C 3 7 Number of tablets 0.20 (c) Peroxidase activity.. (unit/mg protein) C 3 7 Number of tablets Fig. 66. (a) Protein content(mg/g fresh weight), (b) CAT(unit/mg protein) and (c) POD(unit/mg protein) activities of radish at week 4 growth stage with solid ceramics. C indicates control without solid ceramics. Bars represent means ± standard errors

229 50 (a) Protein content (mg/g fresh weight) C 3 7 Number of tablets 0.8 (b) Catalase activity....(unit/mg protein) C 3 7 Number of tablets 8 (c) Peroxidase activity.. (unit/mg protein) C 3 7 Number of tablets Fig. 67. (a) Protein content(mg/g fresh weight), (b) CAT(unit/mg protein) and (c) POD(unit/mg protein) activities of radish at week 6 growth stage with solid ceramics. C indicates control without solid ceramics. Bars represent means ± standard errors

230 Content(ng/g DW) C Week 4 Week 6 Week 4 Week 6 GA20 GA1 Fig. 68. GA 20 and GA 1 content(ng/g dry weight) of radish at week 4 and 6 growth stages with solid ceramics. C, 3 and 7 indicate control without solid ceramics, applications of 3 and 7 ceramics, respectively

231 8. 저선량조사가작물의생리활성에미치는영향 가. 효소활성식물은환경스트레스에의해생체내의산소가반응성이높은활성산소로변화하여생리적장해를유발하나 POD, CAT, superoxide dismutase 등의항산화효소작용에의해이들활성산소를제거하는방어적기능도동시에보유하고있는것으로알려져있다. 저선량방사선에의한식물자극작용도이들효소작용에의한것으로일부보고되어있어 87,31), 본실험에서도저선량방사선에의한식물자극효과를규명하고자다양한품종에서이들항산화효소의활성을분석하였다. (1) 배추유식물저선량조사하여재배한배추의엽록소함량분석을위해채취한시료에서항산화효소도함께분석하였다. 만점배추의 POD 활성은그림 69A에서보는바와같이저선량조사구전체가대조구에비해높은활성을보였으며파종 20일후가 10일후에비해훨씬높았다. 파종 10일후의경우생육이양호한 2.0 Gy와 1.0 Gy조사구간에각각 unit와 unit로대조구의 unit보다 30% 정도증가하였으나생육이불량한 20.0 Gy와 16.0 Gy조사구는 unit 와 unit로낮았다. 파종 20일후에는대조구에비해유의성있는높은 POD 활성을보였으나생육과는어떤경향을보이지않았다. 즉, 생육이가장불량한 16.0 Gy조사구는 2.05 unit로저선량조사구중가장낮은활성을보였으나다음으로생육이불량한 20.0 Gy조사구는 POD 활성이가장높은 4.19 unit로대조구의 1.31 unit에비해 3배이상유의성있게 (p<0.01) 증가하였다. 그림 69B는서림엇갈이배추의 POD 활성을보여주는것인데저선량조사구모두가대조구보다높은활성을보였다. 파종 10일후의경우생육이양호하였던 2.0 Gy와 1.0 Gy조사구가각각 unit (p<0.01) 와 unit (p<0.05) 로대조구 unit보다각각 45% 와 20% 정도유의성있게증가하였다. 파종 20일후에는초기와는반대로생육이불량한 20.0 Gy와 16.0 Gy조사구가각각 unit (p<0.05) 와 unit (p<0.01) 로대조구의 unit보다 60~80% 정도유의성있게증가하였다. 생육이양호하였던 2.0 Gy조사구와 1.0 Gy조사구는각각 unit (p<0.05) 와 unit (p<0.05) 로다소낮은활성을보여저선량감마선조사선량의증가에따라 POD 활성도증가하였다

232 만점배추의 CAT 활성 ( 그림 70 A) 은파종 10일후의경우어떤경향을보이지않고 1.0 Gy조사구가 unit로대조구의 unit보다 25% 정도높았고다음이 16.0 Gy조사구의 unit였으나 20.0 Gy조사구는가장적은 unit로대조구보다활성이낮았다. 파종 20일후의 CAT 활성은생육이가장좋았던 1.0 Gy조사구가 unit로가장높았고다음이 2.0 Gy조사구의 unit였다. 생육이불량한 16.0 Gy와 20.0 Gy조사구는각각 unit와 unit로대조구의 unit보다낮은활성을보였다. 서림엇갈이배추의 CAT 활성 ( 그림 70B) 은저선량조사구모두가대조구보다높은활성을보였으며, 저선량조사구중낮은선량에서는높고높은선량에선낮았다. 파종 10일후의경우 1.0 Gy와 2.0 Gy조사구는각각 unit (p<0.05) 와 unit로대조구의 unit보다약 40% 정도증가하였다. 파종 20일후에는 2.0 Gy와 1.0 Gy조사구가각각 unit와 unit로대조구의 unit보다약 85% 정도증가하였으나통계적유의성은없었으며 20.0 Gy조사구는 unit로대조구보다약 75% 정도유의성있는 (p<0.05) 증가를보였다. 저선량조사에의한배추유식물체의항산화효소활성은 POD와 CAT 모두저선량조사구가대조구보다대체로높은활성을보였다. 항산화효소 POD는조사선량의증가에따라활성도증가하였으나 CAT 는낮은선량에서는높고높은선량에서는활성이감소하였다. Zhezhel 87) 은식물에저선량방사선을조사하면 POD 활성과단백질함량이증가한다고하였으며이등 88) 의보고에의하면카사바세포덩어리에방사선조사시선량증가에따라생육이감소하였으나 POD 활성은증가하여 70.0 Gy조사구에서는 250% 증가하였다. Sah와 Pramanik 89) 는보리종자에유해한방사선량을조사한결과유묘초장은감소하였으나 POD 활성은 35~ 100% 증가하였다고보고하였다. Garg 등 31) 은겨자종자에방사선조사시저선량에서는발아와생장이촉진되고 CAT 활성도증가하였으나고선량에선감소하였다고하였고, 이등 88) 은 CAT 활성이방사선조사에별영향이없다고하였다

233 Peroxidase activity (units/mg protein) A 10 DAS 20 DAS Dose (Gy) Peroxidase activity (units/mg protein) B 10 DAS 20 DAS Dose (Gy) Fig. 69. Peroxidase activity of chinese cabbage grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. A ; Manjeom cv. produced in 1998, B ; Sulim eockari cv. produced in Data represents mean ± standard error. DAS ; days after sowing

234 Catalase activity (units/mg protein) A 10 DAS 20 DAS Dose (Gy) Catalase activity (units/mg protein) B 10 DAS 20 DAS Dose (Gy) Fig. 70. Catalase activity of chinese cabbage grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. A ; Manjeom cv. produced in 1998, B ; Sulim eockari cv. produced in Data represents mean±standard error. DAS ; days after sowing

235 (2) 묵은참박저선량조사한참박유식물체중의엽록소함량분석과함께항산화효소활성도함께분석하였다. 잎중의 POD 활성은그림 71에서보는바와같이 Patner와 Support 품종은모두저선량조사구가대조구에비해높은활성을보였으나품종별로다른경향을보였고생육상황과도어떠한뚜렷한상관이없었다. Patner의경우대조구의 unit에비해 8 Gy 조사구가 unit 로가장높았고다음이 1 Gy와 30 Gy로각각 unit와 unit순이였다. Support 품종에서는 1 Gy 조사구가 unit로가장높았고다음이 4 Gy 와 30 Gy 조사구로각각 unit와 unit로대조구의 unit 에비해통계적으로유의성있는 (p<0.05) 증가를보였다. FR용자에서는 4 Gy 와 8 Gy 조사구가각각 unit와 unit로대조구 unit보다높은값을보였으나 30 Gy와 16 Gy 조사구는각각 unit와 unit로대조구보다낮은값을보였다. 그림 30은 CAT 활성을나타낸것인데세품종모두 1 Gy와 4 Gy 조사구가가장높은값으로대조구에비해통계적으로유의성있는증가경향을보였다. 이상의결과로볼때저선량조사에의한참박의초기생육과항산화효소활성은어떤뚜렷한상관관계를나타내지는않았으나저선량조사에의해초기생육과항산화효소활성은대체로증가하는경향을보였다. 품종별로도다른경향을보였는데 Patner와 Suppot 품종에서는생육이양호한저선량조사구는항산화효소활성이낮았고생육이대체로빈약한조사구에서항산화효소활성이높았으나 FR용자에서는발아와생육이양호한조사구에서항산화효소활성도대체로높았다. 본자료는짧은기간초기생육에서의분석결과이므로생육시기별로더많은선량에서좀더세밀한관찰이필요하다고사료된다. Zhezhel 87) 은식물에저선량방사선을조사하면 POD 활성과단백질함량이증가한다고하였으며이등 88) 의보고에의하면카사바세포덩어리에방사선조사시선량증가에따라생육이감소하였으나 POD 활성은증가하여 70 Gy 조사구에서는 250% 증가하였다. Sah와 Pramanik 89) 는보리종자에유해한방사선량을조사한결과유묘초장은감소하였으나 POD 활성은 35~100% 증가하였다고보고하였다. Garg 등 31) 은겨자종자에방사선조사시저선량에서는발아와생장이촉진되고 CAT 활성도증가하였으나고선량에선감소하였다고하였고이등 88) 은 CAT 활성이방사선조사에별영향이없다고하였다. 다음으로저선량감마선이참박의초기생육시기별로단백질과효소활성변화에어떠한영향을미치는지관찰하였다. 첫째로파종 11일후참박

236 의자엽생장기에대조구보다생육이좋았던 4 Gy와 8 Gy 조사구의자엽을채취하여저선량감마선조사에따른단백질과 CAT 및 POD의활성변화를조사하였다. 자엽의단백질함량은대조구 3.98 mg/g에비해 4 Gy와 8 Gy 조사구에서별다른증가효과를보이지않았으나 ( 그림 73a), 효소활성에서는저선량조사구에서높은활성을보였는데 CAT 활성은대조구 0.78 unit에비해 4 Gy와 8 Gy 조사구에서각각 0.81 unit와 0.87 unit로 3~11% 증가하였으며 ( 그림 73b), POD 활성도는대조구의경우 1.99 unit인반면 4 Gy와 8 Gy 조사구에서각각 2.23 unit와 2.29 unit으로 12~15% 증가하였다 ( 그림 73c). 파종 18일후인 2본엽기에단백질과효소활성을측정한결과, 단백질함량과 CAT 활성은대조구에비해별다른증가효과를보이지않았으나 ( 그림 73a, b), POD 활성은대조구 1.94 unit에비해 4 Gy와 8 Gy 조사구에서각각 2.50 unit와 2.28 unit로 17~29% 증가하였다

237 Peroxidae activity (units/mg protein) Partner Support FR Yongja Dose (Gy) Fig. 71. Peroxidase activity of gourd developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent mean±standard error

238 Catalase activity (units/mg protein) Partner Support FR Yongja Dose (Gy) Fig. 72. Catalase activity of gourd developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent mean±standard error

239 Protein contents (mg/g fresh weight) A Dose(Gy) 1.2 B Catalase activity (unit/mg protein) Dose(Gy) Peroxidase activity (unit/mg protein) C Dose(Gy) Fig. 73. Enzyme activities of gourd cotyledon grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation at 11 days after planting. Data represents mean±se. (a)protein contents, (b); Catalase activity,(c); Peroxidase activity

240 Protein contents (mg/g fresh weight) A Dose(Gy) Catalase activity (unit/mg protein) B Dose(Gy) Peroxidase activity (unit/mg protein) C Dose(Gy) Fig. 74. Enzyme activities of gourd leaf grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation at 18 days after planting. Data represents mean±se. (a); Protein contents, (b) ; Catalase activity, (c) ; Peroxidase activity

241 (3) 묵은채소종자 ( 배추와무 ) 한여름배추와청수궁중무의효소활성을조사한결과한여름배추종자의단백질함량은발아초기단계인파종 5일째에는 4 Gy와 6 Gy 조사구에서각각 mg과 mg으로대조구 mg에비해 5~6% 정도증가하였으나, 파종 9일째에는별다른증가효과가없었다 ( 그림 75A). 또한 POD 활성은파종 5일째에는 10 Gy 조사구에서 8.65 unit로대조구 7.46 unit에비해 16% 정도증가하였고파종 9일째에는 4 Gy와 10 Gy 조사구에서각각 unit와 unit로대조구 unit에비해 34~53% 정도증가하였다 ( 그림 75B). CAT 활성은파종 5일째에는모든저선량조사구에서증가하였는데특히 10 Gy 조사구에서 2.67 unit로대조구 1.27 unit에비해 111%(p<0.05) 정도증가하였고파종 9일째에도 10 Gy 조사구에서 1.30 unit 로대조구 1.05 unit에비해 24% 정도증가하였다 ( 그림 75C). 청수궁중무는단백질함량조사시파종 3일째에는 2~10 Gy 범위에서증가하였는데특히 2 Gy 조사구에서 mg으로대조구 mg에비해 31% 정도증가하였으며파종 6일째에는 10 Gy 조사구에서 mg으로대조구 mg에비해 11% 정도증가하였다 ( 그림 76A). POD 활성은파종 3일째엔별다른증가효과가없었으나파종 6일째에는모든저선량조사구에서대조구 unit에비해 5~29% 정도증가하였고 ( 그림 76B), CAT 활성은파종 3일째에 10 Gy 조사구에서 0.84 unit로대조구 0.67 unit에비해 24% 정도증가하였으며파종 6일째에는별다른증가효과가없었다 ( 그림 76C). 종자생리학자들은종자발아과정을 4단계로구분하여 2단계를효소형성또는활성화단계로서대사활성증가과정 90) 으로규정하였는데본실험에서도저선량조사한종자의발아촉진과정에서유사한결과로효소활성이증가됨을확인할수있었다. 김등 91) 은저선량조사한시판신규종자에서생육한배추식물체의초기생육과정에서비교적낮은선량에서생육촉진과함께 POD와 CAT 활성이증가됨을보고하였고, 저선량조사한파와시금치 74) 및 참박 63) 시판종자의발아와초기생육촉진효과와함께효소활성의증가에관 한보고도있다. Garg 등 31) 은겨자종자에방사선조사시저선량에서는발아와생장이촉진되고 CAT 활성도증가하였으나고선량에서는감소하였다고보고하였다. 본실험에서도유사하게저선량방사선이묵은채소종자에서도발아와초기생육을촉진하며동시에효소활성도증가시킴을확인할수있었으나적정선량은다르게나타나작물의종자상태와발육단계별로좀더구체적인연구가요구된다

242 Protein content (mg/g fresh weight) DAS 9 DAS A Dose (Gy) 50 5 DAS 9 DAS B Peroxidase activity (unit/mg protein) Dose (Gy) 3 5 DAS 9 DAS C Catalase activity (unit/mg protein) Dose (Gy) Fig. 75. Comparison of protein content and enzyme activities of seedlings from Chinese cabbage seeds (harvested in 1993, cv. Hanyoreum) irradiated with different doses of gamma radiation between at 5 DAS and 9 DAS. A ; Protein content. B ; Peroxidase activity. C ; Catalase activity. DAS ; days after sowing. Data represents mean±se

243 Protein content (mg/g fresh weight) DAS 6 DAS A Dose (Gy) 25 3 DAS 6 DAS B Peroxidase activity (unit/mg protein) Dose (Gy) Catalase activity (unit/mg protein) DAS 6 DAS C Dose (Gy) Fig. 76. Comparison of protein content and enzyme activities of seedlings from radish seeds(harvested in 1995, cv. Chungsukoungzoung) irradiated with different doses of gamma radiation between at 3 DAS and 6 DAS. A ; Protein content. B ; Peroxidase activity. C ; Catalase activity. DAS ; days after sowing. Data represents mean±se

244 본실험에서저선량감마선이무잎의항산화효소활성변화에어떠한영향을미치는가를조사하였다. 그림 77 에서보는바와같이저선량의감마선이단백질의함량에는영향을미치지않는것으로보였으나 CAT활성은대조구가 0.05unit인반면, 10 Gy 조사구는 0.07unit 으로대조구에비해 30% 증가하였고, 대체적으로저선량조사구에서증가하는경향을보였다. POD 활성은대조구는 0.19unit였고 10 Gy 조사구는 0.25unit 으로대조구에비해 29% 증가하였다

245 20 A Protein content (mg/g fresh weight) Dose(Gy) 0.09 B Catalase activity....(unit/mg protein) Dose(Gy) 0.3 C Peroxidase activity.. (unit/mg protein) Dose(Gy) Fig. 77. Enzyme activities of radish leaves grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation at 20 days after planting. Data represents mean±se. (a) ; Protein contents, (b) ; Catalase activity,(c) ; Peroxidase activity

246 (4) 묵은고추종자고추종자의효소활성변화를발아초기인파종후 9일과발아율조사최종일인파종후 12일로나누어단백질함량과함께측정한결과는다음과같다. 발아종자유묘의단백질함량측정시조광고추품종의경우파종 9일후에는별다른증가효과가없었으나파종 12일후에는모든저선량조사구에서대조구 4.29 mg에비해 13~35% 증가하였다. 특히 4 Gy 조사구에서 5.78 mg으로가장높게나타났고, 홍광고추품종은파종 9일후에는모든저선량조사구에서 10~24% 증가하였으나파종 12일후엔별다른증가효과를보이지않았다 ( 그림 78). CAT 활성측정시조광고추품종은파종 9일후엔별효과가없었으나파종 12 일후에는 4 Gy 조사구에서 0.63 unit로대조구 0.60 unit에비해 5% 정도증가하였으며, 홍광고추품종의경우는파종 9일후에는 8 Gy 조사구에서 0.54 unit로대조구 0.48 unit에비해 13% 정도증가하였고파종 12 일후에는 6 Gy 조사구를제외한모든저선량조사구에서대조구 0.53 unit 에비해증가하였는데특히유묘초장에서촉진효과를보인 4 Gy, 8 Gy 및 10 Gy 조사구에서각각 0.65 unit, 0.69 unit 및 0.71 unit로 30~34% 증가하였다 ( 그림 79). POD 활성은조광고추품종의경우파종 9일후에대조구 2.53 unit에비해 2 Gy, 4 Gy, 6 Gy 조사구에서각각 3.16 unit, 3.70 unit, 3.89 unit로 25~ 54% 정도증가하였으며파종 12일후에는 4 Gy 조사구에서대조구 3.06 unit에비해 3.66 unit로 20% 정도증가효과를보였고, 홍광고추품종은파종 9일후엔모든저선량조사구에서대조구 2.27 unit에비해 8~59% 정도증가하였는데특히 8 Gy 조사구에서 3.59 unit로가장높은값을보였으며파종 12일후에는증가효과가없었다 ( 그림 80). 이상의결과로볼때저선량조사와초기생육촉진및생리활성이반응간에어떤뚜렷한경향을보이지는않았지만, 조광고추품종의경우는파종 12 일후에조사한단백질함량과 CAT, POD 활성이비교적발아가촉진되고유묘초장에서높은값을보인 4 Gy 조사구에서높게나타나초기생육촉진과반응사이에상호관련성이있음을보여좀더관찰할필요가있겠다. 또한홍광고추품종의경우도발아와유묘초장이촉진된 8 Gy 조사구에서생리활성이높은유사한결과를보여, 종자생리학자들이구분한종자발아 4단계과정중 2단계인효소형성또는대사활성증가과정 90) 을확인할수있었다. 저선량조사한참박 63) 및파와시금치 74) 종자에서도저선량조사에의해발아와초기생육촉진효과와함께효소활성이증가한보고가있으며저선량

247 조사한종자에서생육한배추식물체의초기생육과정에서도생육촉진과함께 POD와 CAT 활성이증가하였다는보고도있다 91). 또한 Garg 등 31) 은겨자종자에방사선조사시저선량에서는발아와생장이촉진되고 CAT 활성도증가하였으나고선량에서는감소하였다고보고하였다. 본실험에서도저선량방사선이묵은고추종자의발아와초기생육을촉진하며동시에효소활성도증가시킴을확인할수있었으나적정선량은다르게나타나작물의종자상태와발아단계별로좀더세밀한관찰이필요하다고사료된다

248 Protein contents (mg/g fresh weight) A 9DAS 12 DAS Dose (Gy) Protein contents (mg/g fresh weight) B 9 DAS 12 DAS Dose (Gy) Fig. 78. Protein contents in germinating seeds of red pepper. Seeds were irradiated with different doses of gamma radiation. A ; produced in 1996, cv. Jokwang. B ; produced in 1997, cv. Hongkwang. Data represent mean±se (3 replicates). DAS ; days after sowing

249 0.8 A 9 DAS 12 DAS Catalase activity (unit/mg protein) Dose (Gy) Catalase activity (unit/mg protein) B 9 DAS 12 DAS Dose (Gy) Fig. 79. Catalase activity in germinating seeds of red pepper. Seeds were irradiated with different doses of gamma radiation. A ; produced in 1996, cv. Jokwang. B ; produced in 1997, cv. Hongkwang. Data represent mean±se (3 replicates). DAS ; days after sowing

250 Peroxidase activity (unit/mg protein) A 9 DAS 12 DAS Dose (Gy) Peroxidase activity (unit/mg protein) B 9 DAS 12 DAS Dose (Gy) Fig. 80. Peroxidase activity in germinating seeds of red pepper. Seeds were irradiated with different doses of gamma radiation. A ; produced in 1996, cv. Jokwang. B ; produced in 1997, cv. Hongkwang. Data represent mean±se (3 replicates). DAS ; days after sowing

251 (5) 참박과호박참박의경우파종 6 일후에대조구와발아율이가장높았던 4 Gy 조사구의유묘에서단백질함량과 catalase 및 peroxidase 활성을측정한결과, 7 0~80% 종자는단백질과 catalase 활성이 4 Gy에서각각 32.8 mg/g과 2.67 unit로대조구 31.2 mg/g과 2.35 unit에비해 5% 와 14% 증가하였으며 peroxidase 활성은별다른증가효과가없었다 ( 그림 81). 또한 80~90% 종자는 catalase 활성만 4 Gy에서 3.22 unit로대조구 2.96 unit에비해 9% 증가하였다 ( 그림 82). 호박의경우발아율이가장높았던 70~80% 종자의 2 Gy 조사구유묘에서측정한 catalase와 peroxidase 활성이각각 1.33 unit와 4.00 unit로대조구 1.05 unit와 3.31 unit에비해 27% 와 21% 증가하였고 ( 그림 83), 80~90% 종자의경우는발아율이가장높은 8 Gy에서효소활성을측정한결과 catalase 활성만이대조구 2.48 unit에비해 2.77 unit로 11% 증가하였다 ( 그림 84). 종자생리학자들은 90) 종자발아과정을 4단계로구분하여 2단계를효소형성또는활성화단계로서대사활성증가과정으로규정하였는데본실험에서도저선량조사한종자의발아촉진과정에서유사한결과로효소활성이증가됨을확인할수있었다. 김등 91) 은저선량조사한시판신규종자에서생육한배추식물체의초기생육과정에서비교적낮은선량에서생육촉진과함께 peroxidase와 catalase 활성이증가됨을보고하였고, 저선량조사한묵은배추, 무, 고추종자의발아가향상된 4~10 Gy에서효소활성이증가되었다는보고도있다 92,93). 저선량조사한파와시금치 74) 및참박 63) 시판종자의발아와초기생육촉진효과와함께효소활성의증가에관한보고도있다. 본실험에서도유사하게저선량방사선이참박과호박종자에서발아와초기생육을촉진하며동시에효소활성도증가시킴을확인할수있었으나작물의종자상태와발육단계별로좀더구체적인연구가요구된다

252 Protein content (mg/g fresh weight) A Dose(Gy) Catalase activity... (unit/mg protein) B Dos e(gy) Peroxidase activity,, (unit/mg protein) C Dos e(gy) Fig. 81. Enzyme activity of seedling grown from 70-80% germinative seeds of bottle gourd irradiated with different doses of gamma radiation. A ; Protein content, B ; Catalase activity, C ; Peroxidase activity

253 Protein content (mg/g fresh weight) A Dos e(gy) Catalase activity... (unit/mg protein) B Do s e(gy) Peroxidase activity.. (unit/mg protein) C Do s e(gy) Fig. 82. Enzyme activity of seedling grown from 80-90% germinative seeds of bottle gourd irradiated with different doses of gamma radiation. A ;Protein content, B ; Catalase activity, C ; Peroxidase activity

254 Protein content.. (mg/g fresh weight) A Dose(Gy) Catalase activity (unit/mg protein) B Dos e(gy) Peroxidase activity (unit/mg protein) C Dose(Gy) Fig. 83. Enzyme activity of seedling grown from 70-80% germinative seeds of pumpkin irradiated with different doses of gamma radiation. A ; Protein content, B ; Catalase activity, C ; Peroxidase activity

255 Protein content.. (mg/g fresh weight) A Dose(Gy) Catalase activity (unit/mg protein) B Dos e(gy) Peroxidase activity.. (unit/mg protein) C Do s e(gy) Fig. 84. Enzyme activity of seedling grown from 80-90% germinative seeds of pumpkin irradiated with different doses of gamma radiation. A ; Protein content, B ; Catalase activity, C ; Peroxidase activity

256 (6) 씨감자저선량감마선을조사하여포장에파종한대지감자식물체의효소활성을측정하기위해유묘생육이양호하였던 5 암저장한 15일저장구의생육중인잎에서의 CAT 활성과 POD 활성을측정하였다 ( 그림 85). CAT 활성은 1, 8, 16 Gy에서대조구 0.96unit에비해각각 1.18, 1.19, 1.20unit로 20% 이상증가하였고 POD 활성도 1, 8, 16 Gy에서대조구 1.69unit에비해각각 1.80, 1.95, 1.90unit로 7~16% 증가하였다. Kim 등 83) 도저선량감마선을조사한감자의 POD의활성이 45일저장구의 4 Gy에서증가하는것을보고하였고, Sah 와 Pramanik 등 89) 은보리종자에유해선량으로방사선을조사한결과유묘초장은감소하였으나 POD 활성은 % 증가함을보고하였다. Garg 등 31) 은겨자종자에저선량감마선을조사하여발아와생장이촉진되고 CAT의활성및호흡등의생리적인활성에영향을미친것으로보고하였다. 김등 63) 도참박유식물체에저선량감마선조사시 CAT와 POD 활성이 1~20 Gy 범위에서증가하고배추유식물체의효소활성은낮은선량에서증가하고높은선량에선감소하였다고보고하였다. 저선량감마선조사하여포장에파종한대지씨감자품종의생육중인잎에서의 CAT 활성과 POD 활성은그림 86와같다. CAT 활성은모든저장기간과선량에서대조구에비해낮은활성을보였다. POD 활성은 15일저장구에서대조구의 3.46 unit에비교하여 4 Gy에서 4.08 unit로 18% 정도, 16 Gy 에서는 3.75 unit로 8% 정도증가하였으며, 30일저장구에서는 1 Gy에서 4.33 unit로대조구의 3.62 unit에비해 20% 정도, 16 Gy에서 3.99 unit로 10% 정도증가하였다. 45일저장구는 4 Gy에서 4.08 unit로대조구의 3.57 unit보다 14% 정도의증가를나타냈다. 45일저장구에서양호한생육을보인 4 Gy의 POD 활성이다소증가한것을제외하고는항산화효소와식물체포장생육과의어떤뚜렷한상관관계를나타내지않았다. Zhezhel 87) 은식물에저선량방사선을조사하면 POD 활성과단백질함량이증가한다고하였으며, Sah & Pramanik 89) 는보리종자에유해선량으로방사선을조사한결과유묘초장은감소하였으나 POD 활성은 35~100% 증가하였다고보고하였다. Garg 등 31) 은겨자종자에방사선조사시저선량에서는발아와생장이촉진되고 CAT 활성도증가하였으나고선량에서는감소하였다고하였다. 본실험에서는생육이뚜렷하게증가하였던 45일저장구의 4 Gy 조사구에서 POD 활성이증가한것을제외하고는발아촉진및생육증가와항산화효소활성과는어떤명확한상관관계를찾을수없어향후작물의생육시기별로좀더세밀한연구가필요하다고사료된다

257 Catalase activity (unit/mg protein) Dose(Gy) 2.5 Peroxidase activity (unit/mg protein), Dose(Gy) Fig. 85. Effect of low dose gamma radiation on enzyme activity of minituber plantlet with different storage duration. Minitubers were stored at 5 20±5% under dark conditions

258 A DA P 30 DA P 45 DA P Catalase activity (unit/mg protein) Dose(Gy) B 15 DA P 30 DA P 45 DA P Peroxidase activity (unit/mg protein) Dose(Gy) Fig. 86. Effect of low dose gamma radiation on Enzyme activity of minituber plantlet, Dejima cultiver, stored with different DAP at 5 on dark condition. DAP ; days after production. A ; Catalase activity. B ; Peroxidase activity. Bars represent means±standard errors

259 나. 엽록소함량분석 (1) 배추유식물저선량감마선을조사하여재배한배추유식물체중생육에다소차이를보이는저선량조사구 1.0 Gy, 2.0 Gy, 16.0 Gy, 20.0 Gy와무조사한대조구를선정하여파종 10일후와 20일후에배추유식물체의잎을채취하여전체엽록소함량을분석하였다 ( 표 48). 만점배추의경우저선량조사구모두가대조구에비해높은함량을보였는데파종 10일후의전체엽록소함량으로볼때대조구의 7.22 mg /g에비해생육이저조하였던 20.0 Gy가 7.71 mg /g으로가장높았고다음이 2.0 Gy조사구와 1.0 Gy조사구로서각각 7.57 mg /g과 7.45 mg /g 이였다. 파종 20일후에는생육과뚜렷한반대경향을보였는데생육이가장저조하였던 16.0 Gy와 20.0 Gy조사구가각각 7.10 mg /g 와 7.05 mg /g으로높은함량을보인반면에생육이양호하였던 1.0 Gy조사구가 6.87 mg /g으로저선량조사구중가장낮은함량을보였다. 서림엇갈이배추의파종 10일후의전체엽록소함량도 20일만점배추와동일한경향으로저선량조사구모두가대조구보다높았다. 즉, 생육이저조하였던 16.0 Gy와 20.0 Gy조사구의전체엽록소함량이각각 8.52 mg /g와 8.37 mg /g으로가장낮은대조구의 8.02 mg /g보다 4~6% 높았다. 또한생육이양호하였던 2.0 Gy와 1.0 Gy조사구는각각 8.15 mg /g와 8.08 mg /g으로대조구보다낮은함량을보였다. 파종 20일후에도비슷한경향으로 20.0 Gy와 16.0 Gy조사구의전체엽록소함량이각각 7.97 mg /g와 7.66 mg /g으로대조구 7.23 mg /g 보다 6~10% 높은함량을보였으나생육이가장양호하였던 1.0 Gy조사구가대조구보다도낮은 7.12 mg /g로가장낮은함량을보였다. 저선량방사선조사에의한식물의생리활성증진효과중에는광합성능 87,28), 엽록소함량 64) 및효소활성 31,89,87) 증가등많은결과들이보고되어있다. Gorlanov 94) 는강낭콩종자에저선량감마선을 10.0 Gy~20.0 Gy조사하여발근촉진효과와함께잎의엽록소함량이대조구에비해높았다고하였으며, Pal 64) 도저선량조사한토마토의생육촉진과엽록소함량이증가하였다고보고하였다. 본실험의경우저선량조사에의한배추유식물체의엽록소함량은저선량조사에의해증가하였고조사선량의증가에따라증가하였다. (2) 묵은참박 저선량감마선을조사하여재배한참박유식물체중생육에다소차이를

260 보인저선량조사구 1 Gy, 4 Gy, 8 Gy, 16 Gy, 30 Gy 조사구와무조사한대조구를선정하여생육을조사한후에잎중의엽록소함량을분석한결과는그림 87에서보는바와같이생육과뚜렷한어떠한경향을보이지않았다. 품종 Patner의경우초장과생체중이낮고직경이큰 4 Gy 조사구만이 mg/g으로대조구의 mg/g보다높았고나머지조사구는같거나적은값을보였다. Support 품종에서도생육이빈약했던 1 Gy와 8 Gy 조사구가각각 mg/g와 mg/g으로대조구의 mg/g보다높은값을나타냈고생육이양호하였던 16 Gy 조사구에서는 mg/g으로대조구보다낮았다. FR용자에서는저선량조사구가대조구에비해생육이모두양호하였으나엽록소함량은모두대조구보다낮은값을보였다. 저선량방사선조사에의한식물의생리활성증진효과중에는광합성능 28), 엽록소함량 94,64) 및효소활성 31,87,89) 증가등많은결과들이보고되어있다. Gorlanov 15) 는강낭콩종자에저선량감마선을 10~20 Gy 조사하여발근촉진효과와함께잎의엽록소함량이대조구에비해높았다고하였으며, Pal 64) 도저선량조사한토마토의생육촉진과엽록소함량이증가하였다고보고하였다. 본실험에서는품종에따라다른경향을보이면서저선량조사에의한뚜렷한경향을보이지않아계속해서관찰할필요가있겠다. (3) 감자기내소괴경저선량감마선조사에의한감자식물체의생장증대와수량증가효과를감자식물체의광합성능과의관련성을알아보고자온실에파종한감자식물체의잎을채취하여엽록소함량을분석한결과는그림 88에서와같다. 감자잎의엽록소함량은대지품종이수미품종보다대체로높은값을보였는데, 대지품종의경우는생육이양호하였던 4 Gy에서전체엽록소함량이 3.35 mg/g으로대조구의 3.28 mg/g 보다높았다. 또한모든저선량조사구에서좋은생육을보였던수미품종에서도대체로대조구보다 1~2% 정도높은엽록소함량을보였다. 저선량방사선조사에의한식물의생리활성증진효과중에는광합성능 28) 과엽록소함량 94,64) 증가등에관한결과가보고되어있다. Gorlanov 94) 는강남콩종자에감마선 10~20 Gy를조사하였을때잎의엽록소함량이대조구에비해높았다고하였으며, Pal 64) 도저선량감마선 5~50 Gy를조사한토마토에서생육촉진과엽록소함량이증가하였다고보고하였다. 본실험에서는생육이증가한저선량조사구에서대체로엽록소함량이미미하나마증가됨을확인할수있었으나뚜렷한상관관계를찾을수없어향후작물의생육시기별로좀더세밀한연구가필요하다

261 Table 48. Total chlorophyll contents ( mg /g fresh weight) of Chinese cabbage leaves grown from seeds irradiated with different dose of gamma radiation Dose ( Gy ) Cultivar Manjeom Sulim eockari 10 DAS 20 DAS 10 DAS 20 DAS (100) 6.69(100) 8.02(100) 7.23(100) (103) 6.87(103) 8.08(101) 7.12(98) (105) 6.99(104) 8.15(102) 7.34(102) (102) 7.10(106) 8.52(106) 7.66(106) (107) 7.05(105) 8.37(104) 7.97(110) DAS ; days after sowing. ; The values in the parentheses are the ratio to the control

262 Chlorophyll contents (mg/g fresh weight) Partner Support FR Yongja Dose (Gy) Fig. 87. Chlorophyll contents of gourd developed from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Bars represent means±standard errors

263 5 A Chlorophyll content (mg/g fresh weight) B Dos e (G y) Chlorophyll content (mg/g fresh weight) Dos e (G y) Fig. 88. Effect of low dose gamma radiation on the chlorophyll content of microtuber plantlet. A ; Dejima cultivar, B ; Superior cultivar. Microtubers were stored at 8~25 under light condition after gamma radiation. Bars represent means±standard errors

264 (4) 참박대체로양호한생육양상을보였던 4 Gy와 8 Gy 조사구의엽록소함량을조사한결과대조구의경우총엽록소함량이 329 μmol/m 2 였고, 4 Gy 조사구는 262 μmol/m 2 였으며 8 Gy 조사구에서는 263 μmol/m 2 로대조구에비해감소하였다 ( 표 49). 이등 62) 은고추에저선량감마선을조사하여총엽록소를조사한결과저선량방사선조사에의해엽록소함량이증가하는것을관찰하였으나박의경우에는저선량조사구에서엽록소함량이 20% 정도감소하였다. 한편엽록소 a/b 비의경우는대조구는 2.66 였고, 4 Gy와 8 Gy 조사구는각각 3.09, 3.07 였다. 일반적으로낮은광량에적응된식물의틸라코이드막내의엽록소 a/b는 2.0~2.2 정도인반면높은광량에적응된식물의경우는 2.6~3.6 사이로알려져있다 95). (5) 씨감자저선량감마선을조사하여재배중인식물체잎에서엽록소함량의변화를분석하였다. 총엽록소양은대조구가 287μmol m -2 인반면저선량 1, 2, 4, 8 Gy의엽록소양은각각 308, 300, 294, 331μmol m -2 로대조구에비해대략 7% 증가하였다 ( 표 50). 엽록소 a/b 는대조구의경우 1.75인반면 2 Gy와 8 Gy는각각 1.86, 1.79로대조구에비해 4% 정도증가하였다 ( 표 50). 이러한결과들을통해저선량감마선조사에의해엽록소함량이증가된다는것을알수있었으며, Lee 등 62) 도고추에저선량감마선을조사하여총엽록소함량을조사한결과대조구의함량이 36.68임에비해 4 Gy와 8 Gy에서 와 50.52로높은엽록소함량을관찰하였다. Anderson 등 95) 은 Chl a/b 와총엽록소함량, 틸라코이드막을구성하고있는구성성분, 그리고광합성활성과의관계를조사한결과 Chl a/b가증가할수록광합성기구의구성성분과광합성능이증가하는것을관찰하였고파라미터간에밀접한상관관계가있다고보고하였다. (6) 콩대체로양호한생육양상을보였던 4 Gy 조사구의엽록소함량을조사한결과대조구의경우총엽록소함량이 109 μmol m -2 인반면, 4 Gy 조사구는 117 μmol m -2 로대조구에비해증가하는경향을보였다. 한편엽록소 a/b 는대조구는 4.08 였고, 4 Gy 조사구는 4.15 였다 ( 표 51)

265 Table 49. Changes in the chlorophyll contents of gourd from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Dose (Gy) Total Chl. (μmol/m 2 ) Chl a/b ± ± ± ± ± ± 0.11 : mean±se, Chl. : Chlorophyll

266 Table 50. Effect of low dose gamma radiation on the chlorophyll content of potato. Dose (Gy) Total Chl. (μmol/m 2 ) Chl a/b ± ± ± ± ± ± : mean±se, Chl : Chlorophyll

267 Table 51. Changes in the chlorophyll contents of soybean from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. Dose (Gy) Total Chls (μmol m -2 ) Chl a/b ± ± ± 9, ± 0.13 : mean±se

268 다. 광합성능 (1) 씨감자엽록소형광파라미터의변화는다음과같다. 주로엽록소 a에서방출되는엽록소형광과광합성메카니즘사이의관계는 1931년 Kautsky가암적응된잎에빛이조사될경우에독특한양상으로형광이방출된다는것을밝힘으로써연구되기시작한이후광합성의생물물리학적측면을측정하는데편리하게사용되어져왔다 97). 반응중심이열려있을때의최소형광을 Fo라고하며광계 II에있는엽록소 a 분자가여기된후에너지가반응중심으로이동하기이전에나오는형광을말한다. Q A 를완전히환원시킬수있는포화광을조사했을때유도되는최대형광을 Fm이라하며 Fm에서 Fo를빼준값을 Fv라한다. Fv/Fm은광계II의활성을나타내주는지표로사용되며들뜬에너지포획능력을나타내준다. 따라서대조구와저선량감마선이조사된감자에서나타나는광계II 반응중심의들뜬에너지포획능의변화를알아보기위하여형광파라미터를조사하였다. 그림 89a에서보는바와같이 Fv/Fm 값은대조구의경우 0.885로저선량감마선 1, 2, 4, 8, 그리고 16 Gy가조사된경우와차이가거의없었다. 그림 89 b 에서보는바와같이광계II의광양자수율을나타내주는 Φ PSII 는대조구의값이 0.509인반면, 1 Gy와 16 Gy는각각 와 0.559로대략대조구에비해 12% 정도증가했다. 이러한결과는저선량감마선조사가의해광계II의기능에는영향을미치지않는것으로보이나광계II로부터광계I으로의전자전달과정이저선량감마선조사에의해효과적으로일어나는것으로생각된다. 엽록소형광소멸의변화를조사한결과는다음과같다. 식물은흡수된빛을광화학반응에이용하거나비광화학적과정을통해에너지를발산시키기때문에광화학적소멸과비광화학적소멸을측정하여감자의에너지분산의변화에대해측정하였다. 환원되어있던 Q A 가산화되면서엽록소형광이감소되는성분을광화학소멸이라하며이것은광화학적반응을통한흥분에너지의재분배를촉진한다. 비광확적소멸은엽록체의루멘과스트로마간의 ph의차이를나타내주며잎의에너지상태나광계ii의광양자효율을조절하는데중요한역할을하고광저해로인한손상으로부터광계ii를보호한다고보고되고있다 98). 광계II의흥분압 (excitation pressure) 을설명하는 1-qP는대조구의경우 였으나 1 Gy와 16 Gy에서는각각 0.221과 0.236으로대략 32% 감소하는것으로나타났다 ( 그림 90a). 비광화적소멸인 NPQ의경우대조구는 1.22였고, 4Gy는 1.78로 45% 증가했다 ( 그림

269 90b). 이러한 NPQ 의증가는에너지의일부가열로발산되어광계 II 를보호 하고틸라코이드막을가로질러형성되는 ΔpH 가증가했기때문이다. (2) 고추고추잎에서광자선속밀도 (photon fluence rate, PFR) 에따른광합성특성을조사하기위하여광량에따른산소발생을조사하였다. 그림 91 에서보는바와같이대조구와 4 Gy의감마선이조사된고추의산소발생이 1000 μ mol/m 2 /s의광량에서포화되는것으로나타났다. 포화광에서각각의산소발생은대조구의경우 16 μmol/m 2 /s, 4 Gy 조사구는 25 μmol/m 2 /s로대조구에비해 1.5배정도높은것으로나타났다 ( 그림 91). 호흡률의경우대조구는 3.3 μmol/m 2 /s, 4 Gy 조사구는 3.8 μmol/m 2 /s로저선량감마선이조사되었을때증가하는것으로나타났다 ( 그림 91). 저선량방사선조사에의해당근의광합성과핵산합성의증가 28), 호밀 99) 과메밀 100) 의수량및광합성이증가되는것이관찰되었다. 본실험에서도산소발생율을측정한결과저선량감마선조사에의해고추의광합성능이증가되는것을알수있었다. 반면, 제한된낮은광량에서는변화하는광량에따른산소발생의차이가대조구나 4 Gy 의감마선을조사한고추사이에별로차이가없는것으로나타났다

270 1.2 1 (a) Fv/Fm Dose (Gy) Quantum Yield (ΦPSII) Dose (Gy) (b) Fig. 89. Changes in the maximal photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm)(a) and changes in the effective quantum yield of photochemical energy conversion at PSII reaction centers(b), Φ PSII of potato grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation

271 (a) 1-qP Dose (Gy) (b) NPQ Dose (Gy) Fig. 90. Changes in the excitation pressure of PSII (1-qP)(a) and changes in the non-photochemical quenching (NPQ)(b) of potato grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation

272 Oxygen Evolution ( µmol/m 2 /s) Gy 4 Gy PFR (µmol/m 2 /s) Fig. 91. Change in the O 2 evolution in pepper leaf discs as a function of photon fluence rate (PFR)., Control ;, 4 Gy irradiation

273 (3) 무무잎에서광자선속밀도 (photon fluence rate, PFR) 에따른광합성특성을조사하기위하여광량에따른산소발생을조사하였다. 그림 92 에서보는바와같이대조구와 10 Gy의감마선이조사된무의산소발생은 1400 μmol m -2 s -1 의광량에서포화되는것으로나타났다. 포화광에서각각의산소발생은대조구의경우 10 μmol m -2 s -1, 10 Gy 조사구는 12 μmol m -2 s -1 로대조구에비해 1.2 배정도높은것으로나타났다 ( 그림 92). 호흡률의경우대조구는 0.89 μmol m -2 s -1, 10 Gy 조사구는 1.35 μmol m -2 s -1 로저선량감마선이조사되었을때증가하는경향을보였다 ( 그림 92). 저선량방사선조사에의해당근 28), 호밀 99), 메밀 100) 등의수량및광합성이증가되는것이관찰되었는데본실험에서도저선량감마선조사에의해무의광합성능이다소증가하는것을확인할수있었다. (4) 콩콩잎에서광자선속밀도 (photon fluence rate, PFR) 에따른광합성특성을조사하기위하여광량에따른산소발생을조사하였다. 그림 51a 에서보는바와같이대조구와 4 Gy의감마선이조사된콩의산소발생은 1000 μmo l m -2 s -1 의광량에서포화되는것으로나타났다. 포화광에서각각의산소발생은대조구의경우 6.5 μmol m -2 s -1, 4 Gy 조사구는 7.4 μmol m -2 s -1 로대조구에비해 1.1 배정도높았다 ( 그림 93a). 호흡률의경우대조구는 0.88 μmol m -2 s -1, 4 Gy 조사구는 1.62 μmol m -2 s -1 로저선량감마선조사에의해호흡율이증가되는것을관찰할수있었다 ( 그림 93a)

274 Oxygen evolution (µmol m -2 s -1 ) 14 0 Gy 10 Gy PFR (µmol m -2 s -1 ) Fig. 92. Change in the O 2 evolution in radish leaf discs as a function of photon fluence rate (PFR)., Control ;, 10 Gy irradiation

275 Oxygen evolution (µmol m -2 s -1 ) (a) 0 Gy 4 Gy PFR (µmol m -2 s -1 ) Fig. 93. Change in the O 2 evolution in soybean leaf discs as a function of photon fluence rate (PFR)., Control ;, 4 Gy irradiation(a)

276 라. 방사선에의한건물생산및양분흡수의변화방사선조사가양분흡수에미치는영향은다음과같다. 저선량감마선에의한자극효과가작물의영양생리에미치는영향을파악하고자조사일을생육초기 ( 파종후 17일 ) 와후반기 ( 파종후 59일 ) 로나누어각작물의 TKN, TP함량을분석하였으며그밖의무기양분인 K, Ca, Mg, Na 그리고미량원소인 Zn, Cu, Fe, Mn의함량을분석하였다. 분석한작물의 TKN과 TP의함량은그림 94, 그림 95, 그림 96와같다. 흑진주배추의 TKN과 TP함량을보면생육초기에는감마선무처리구에비하여적은 N, P함량을보이지만파종후 59일째에는 4 Gy와 10 Gy에서각각약 50% 와 40% 의함량증가가나타났으며이는흑진주배추의건물생산량결과와도일치하는경향을보이고있다. 서림엇갈이배추는파종후 17일째감마선 2 Gy 조사구에서 N, P가각각무처리에비하여 12% 와 43% 증가를보였으나파종후 59일째에는 10 Gy 조사구에서 N, P함량이증가하였다. 청운무에서는파종후 17일에는 8 Gy에서 N의함량이무처리구에대해 29% 함량증가를보였으며생육후기로갈수록 2 Gy, 4 Gy에서의 N함량이증가하였다. Haunold 등 17) 과 Korosi 등 16) 은각각봄밀과덩굴강남콩에서감마선조사에의한질소와인의흡수증가를보고한바있어본실험의배추와무종자에서의질소와인의함량증가또한감마선에의한자극효과로보인다. 저선량감마선조사작물의 TKN과 TP 함량을살펴본결과감마선처리에의한질소와인의흡수변화가일관되게나타나지않고생육시기에따라차이를보이는것으로나타났다. 또한생육후기에서 10 Gy에서질소와인의함량이증가하는것으로보아감마선에의한자극효과를자세히살펴보기위해서는 10 Gy이상에서의변화를더관찰할필요가있을것으로생각된다. 표 52, 53, 54은각각파종후 17일째에수거한감마선조사작물내의무기양분의함량변화을보이고있다. 흑진주배추는 8 Gy까지 Fe의함량이무처리의 197% 로증가하고 10Gy에서는급격히감소하는경향을보였으며서림엇갈이배추는 2 Gy에서 Cu와 Fe의함량이무처리구에비하여 522%, 427% 의증가를보였고 8 Gy에서 872%, 309% 의증가를보였다. 또한청운무에서는 Cu의함량이 6 Gy, 8 Gy, 10 Gy에서약 40% 정도의함량증가를보여감마선의조사가작물의미량원소특히 Cu와 Fe의흡수촉진에큰영향을주는것으로나타났다. 그밖의무기양분의함량은흑진주배추에서는일관된경향을보이진않지만서림엇갈이배추에서는 2 Gy와 10 Gy에서약간의증가경향이나타났으며청운무에서는 8 Gy에서증가경향이나타났다

277 Ratio of N, P content for control Dose(Gy) Fig. 94. Contents of Nitrogen(N) and phosphate(p) in Brassica campestris var.surim at 17, 59days after germination according to the dose of gamma radiation (ꋮ 17days-N 17days-P 59days-N 59days-P)

278 Ratio of N, P content for control Dose(Gy) Fig. 95. Contents of Nitrogen(N) and phosphate(p) in Brassica campestris var. Hckjinju at 17, 59days after germination according to the dose of gamma radiation(ꋮ 17days-N 17days-P 59days-N 59days-P)

279 Ratio of N,P content for control Dose(Gy) Fig. 96. Contents of Nitrogen(N) and phosphate(p) in Raphanus sativas var. Chung-un at 17, 59days after germination according to the dose of gamma radiation(ꋮ 17days-N 17days-P 59days-N 59days-P)

280 Table 52. Contents of mineral nutrient in Brassica campestris var. Surim at 17days after germination according to the dose of gamma radiation Mineral nutrient Na K Ca Mg Zn Cu Fe Mn Nutrient content(g) Dose of gamma radiation (Gy) (1.00) (0.74) (0.94) (0.83) (1.13) (1.21) (1.00) (0.61) (0.92) (0.72) (0.89) (1.03) (1.00) (0.96) (1.28) (1.09) (1.24) (1.48) (1.00) (0.82) (1.06) (0.85) (1.11) (1.32) (1.00) (0.82) (0.92) (1.01) (1.03) (1.36) (1.00) (0.94) (1.04) (1.20) (1.34) (1.42) (1.00) (1.08) (1.77) (2.17) (2.97) (1.01) (1.00) (0.78) (0.95) (1.19) (1.45) (1.25)

281 Table 53. Content of mineral nutrient in Brassica campestris var. Hckjinju at 17days after germination according to the dose of gamma radiation Mineral nutrient Na K Ca Mg Zn Cu Fe Mn Nutrient content(g) Dose of gamma radiation (Gy) (1.00) (1.27) (0.87) (0.87) (0.98) (0.67) (1.00) (1.12) (0.72) (0.71) (0.73) (0.57) (1.00) (1.87) (1.17) (1.14) (1.35) (1.22) (1.00) (1.15) (0.76) (0.89) (0.66) (0.74) (1.00) (1.03) (0.72) (0.96) (1.24) (0.62) (1.00) (6.22) (1.91) (1.78) (9.72) (3.37) (1.00) (5.28) (1.86) (1.42) (4.09) (1.78) (1.00) (1.42) (0.87) (1.01) (1.21) (0.76)

282 Table 54. Contents of mineral nutrient in Raphanus sativas var. Chung-un CR at 17days after germination according to the dose of gamma radiation Mineral nutrient Na K Ca Mg Zn Cu Fe Mn Nutrient content(g) Dose of gamma radiation (Gy) (1.00) (0.76) (0.80) (0.99) (1.20) (1.05) (1.00) (0.72) (0.78) (0.89) (1.30) (0.93) (1.00) (0.75) (0.82) (1.01) (1.20) (1.33) (1.00) (0.82) (0.81) (0.96) (1.25) (1.04) (1.00) (0.78) (0.72) (0.84) (1.11) (1.06) (1.00) (1.06) (0.95) (1.42) (1.43) (1.38) (1.00) (0.88) (0.72) (1.00) (0.85) (0.93) (1.00) (0.89) (0.86) (1.03) (1.25) (0.97)

283 파종후 59일째수거한작물의무기양분함량은표 55, 56, 57에나타내었다. 흑진주배추와서림엇갈이배추의각각 4 Gy, 8 Gy에서 1가양이온인 Na + 와 K + 의함량이특이적으로높게나타나는경향을보였으며청운무의 8 Gy 조사구에서도 K + 의함량증가가나타났다. 이러한 1가양이온의증가는 Na + 와 K + 의생리조절기능을감안하고토마토에서의아미노산과탄수화물등의함량증가를보고한 Vlasyuk 28) 의결과를고려하면감마선조사로인한자극효과로나타난체내유기산또는아미노산함량의증가로기인한것으로추정된다. 지금까지 Luckey 3) 와김등 61) 에의해저선량방사선에의한식물종자의발아와초기생육의촉진및수량증가에대한고찰이있었지만, Miller 등 6) 이저선량방사선의조사에의한식물의생육촉진과수량증가를인정하면서도반복실험에서의재현성과오차의문제를지적한바와같이본실험에서도식물종에따라적정선량이다르게나타났으며반복간의편차가크게나타났다. 또한본실험의결과를선량-반응곡선의형태 11) 로비교해보면 TKN, TP 함량은 98년산흑진주배추에서 TP 함량반응을제외하고는선량-반응곡선이 γ또는 δ형태를보였으며, 대부분의무기원소함량과 17일째수거한작물체내의 Cu, Fe 함량반응도 γ 또는 δ형태의선량-반응곡선의형태를보여감마선에의한자극효과 (hormesis) 가일부나타나기는하지만일반적현상이라고인정하기에는모호하였다. 따라서감마선조사가영양생리에미치는영향을좀더구체적으로파악하기위한더많은연구결과의집적이필요할것으로판단된다

284 Table 55. Contents of mineral nutrient in Brassica campestris var. Surim at 59days after germination according to the dose of gamma radiation Mineral nutrient Na K Ca Mg Zn Cu Fe Mn Nutrient content(g) Dose of gamma radiation (Gy) (1.00) (1.62) (1.74) (1.48) (1.29) (1.59) (1.00) (1.40) (1.46) (1.53) (1.13) (1.42) (1.00) (1.15) (1.32) (1.24) (1.24) (1.20) (1.00) (1.27) (1.43) (1.39) (1.20) (1.43) (1.00) (1.04) (1.33) (0.96) (1.15) (1.39) (1.00) (1.48) (1.51) (1.43) (1.22) (1.52) (1.00) (0.90) (1.38) (1.07) (1.09) (1.57) (1.00) (0.98) (1.33) (1.01) (1.09) (1.44)

285 Table 56. Contents of mineral nutrient in Brassica campestris var. Hckjinju at 59days after germination according to the dose of gamma radiation Mineral nutrient Na K Ca Mg Zn Cu Fe Mn Nutrient content(g) Dose of gamma radiation (Gy) (1.00) (0.78) (1.23) (1.26) (1.63) (1.48) (1.00) (0.92) (0.75) (0.76) (1.08) (1.23) (1.00) (0.93) (0.81) (0.86) (1.12) (1.20) (1.00) (0.96) (0.91) (0.95) (1.19) (1.33) (1.00) (0.87) (0.90) (0.78) (1.30) (1.23) (1.00) (0.90) (0.78) (0.65) (1.43) (1.92) (1.00) (0.86) (0.77) (0.91) (1.02) (1.28) (1.00) (0.93) (0.99) (0.92) (1.01) (1.32)

286 Table 57. Contents of mineral nutrient in Raphanus sativas var.chung-un at 59days after germination according to the dose of gamma radiation Mineral nutrient Na K Ca Mg Zn Cu Fe Mn Nutrient content(g) Dose of gamma radiation (Gy) (1.00) (0.98) (1.08) (0.98) (1.02) (0.91) (1.00) (1.11) (1.07) (1.08) (1.24) (0.95) (1.00) (1.04) (1.07) (1.05) (1.01) (0.93) (1.00) (1.03) (1.07) (1.08) (1.08) (0.97) (1.00) (0.93) (1.15) (0.98) (1.01) (0.94) (1.00) (0.97) (1.03) (0.92) (1.03) (0.98) (1.00) (1.03) (1.04) (1.03) (1.06) (0.92) (1.00) (1.13) (1.09) (1.01) (1.16) (0.95)

287 마. 재배환경에따른감마선의자극효과및콩의뿌리활성변화 Growth chamber에서재배한콩품종의선량반응곡선의형태는다음과같다. 감마선에의한자극효과가콩품종의뿌리생육에미치는영향을조사하고환경조건의변화가감마선자극효과의발현에미치는영향을조사하기위하여콩종자에감마선을 0.5~20 Gy로조사하여 growth chamber에서 22일간재배하고뿌리의생육을조사한결과는표 58과같다. 또한그림 97, 98, 99 은각각뿌리두께별로뿌리표면적, 뿌리길이, 뿌리부피의분포를보이고있다. 감마선의조사에의한총뿌리길이, 평균뿌리두께, 총뿌리부피의변화는감마선무조사구에비하여유의수준 5% 에서뚜렷한증가를보였으며선량이 20 Gy까지증가할수록계속하여뿌리의생장량이증가하였다. 또한생육환경이제한되고일정하게조절되는경우자극효과는확연하게나타나는것으로보인다. 온실에서재배한콩품종의선량반응곡선의형태는다음과같다. 온실에서 22일과 35일동안재배한콩품종에서저선량감마선조사에의한뿌리생육의변화는표 59과같으며, 콩품종의뿌리생육은재배기간이길어질수록저선량감마선에의한자극효과가감소하는경향을보였다. 22일간재배한경우뿌리표면적과뿌리길이는선량이증가함에따라대체적으로증가하는경향을보였으나 35일재배후수거한경우 16 Gy의선량에서뿌리생장이줄어드는경향을보였다

288 Table 58. Effect of gamma radiation on root growth of soybean cultivars cultivated in growth chamber Root growth Duration Dose Root total Root surface Root average of Root volume (Gy) length area diameter cultivation (cm) (cm 2 ) (mm) (cm 3 ) 0 221(1.00) + b * 30(1.00) a 0.436(1.00) c 0.34(1.00) b (1.39) ab 45(1.51) a 0.473(1.09) abc 0.55(1.62) ab 1 304(1.38) ab 34(1.41) a 0.452(1.04) bc 0.49(1.44) ab 2 299(1.35) ab 46(1.53) a 0.503(1.15) a 0.59(1.73) ab 4 22 days 313(1.42) ab 48(1.59) a 0.486(1.11) ab 0.60(1.77) ab 8 304(1.38) ab 46(1.53) a 0.488(1.12) ab 0.58(1.70) ab (1.45) ab 50(1.64) a 0.500(1.14) ab 0.63(1.85) ab (1.50) ab 51(1.69) a 0.487(1.12) ab 0.64(1.90) ab (1.76) a 59(1.94) a 0.484(1.11) ab 0.72(2.13) a * Any two means having a common letter are not significantly different in the 5%level of significance. + Figures given in parentheses are values of ratio for control

289 Root length distribution(cm) Root diameter size(cm) Irradiation dose of r- ray(gy) Fig. 97. Change of total root length distribution by gamma radiation at soybean cultivars cultivated in growth chamber according to root diameter size

290 Root surface area distribution(cm 2 ) Root diameter size(cm) Irradiation dose of r- ray(gy) Fig. 98. Change of total root surface area distribution by gamma radiation at soybean cultivars cultivated in growth chamber according to root diameter size

291 Root volume distribution(cm 3 ) Root diameter size(cm) Irradiation dose of r- ray(gy) Fig. 99. Change of total root volume distribution by gamma radiation at soybean cultivars cultivated in growth chamber according to root diameter size

292 Table 59. Effect of gamma radiation on root growth of soybean cultivars cultivated in green house Root growth Duration Dose Root total Root surface Root average of (Gy) length area diameter cultivation Root volume (cm) (cm 2 ) (mm) (cm 3 ) 0 368(1.00) + ab * 53(1.00) b 0.464(1.00) a 0.62(1.00) a (0.96) b 56(1.07) ab 0.515(1.11) a 0.74(1.20) a 1 416(1.13) ab 63(1.20) ab 0.486(1.05) a 0.79(1.28) a 2 541(1.47) a 83(1.57) a 0.493(1.06) a 1.03(1.66) a 4 22 days 390(1.06) ab 56(1.06) ab 0.459(0.99) a 0.64(1.04) a 8 372(1.01) ab 55(1.05) ab 0.479(1.03) a 0.67(1.08) a (1.29) ab 77(1.46) ab 0.521(1.12) a 1.01(1.64) a (1.17) ab 96(1.31) ab 0.512(1.10) a 0.90(1.45) a (1.15) ab 67(1.27) ab 0.511(1.10) a 0.87(1.41) a 0 864(1.00) ab 139(1.00) a 0.518(1.00) b 1.82(1.00) a (1.05) a 145(1.04) a 0.512(0.99) b 1.88(1.03) a 1 861(0.99) ab 142(1.02) a 0.532(1.03) ab 1.91(1.05) a 2 860(0.99) ab 137(0.98) a 0.520(1.01) b 1.82(1.00) a 4 35 days 871(1.01) ab 144(1.03) a 0.530(1.03) ab 1.92(1.05) a 8 828(0.96) ab 138(0.99) a 0.537(1.04) ab 1.86(1.02) a (0.91) abc 138(0.99) a 0.562(1.09) a 1.95(1.07) a (0.78) c 108(0.78) b 0.513(0.99) b 1.40(0.77) b (0.87) bc 123(0.89) ab 0.532(1.03) ab 1.65(0.91) ab * Any two means having a common letter are not significantly different in the 5%level of significance + Figures given in parentheses are values of ratio for control

293 시험포장에서재배한콩품종의선량반응곡선의형태는다음과같다. 시험포장에서 22일과 50일간재배한콩품종에서저선량감마선조사에의한생육반응은표 60와같다. 온실에서재배한경우와같이재배기간이길어짐에따라선량반응이상이하게나타났다. 22일간재배한경우총뿌리길이와, 총뿌리표면적에서선량의증가에따라생육의증가를보였으며무선량구에비하여유의수준 5% 에서차이를보였다. 그러나 50일간재배한경우 16 Gy 조사구에서뿌리두께가현저히감소하였으며뿌리표면적과뿌리길이는감소의경향이관찰되었으나통계적유의성은없었다. 따라서저선량감마선에의한자극효과는생육단계에따라다르게나타나는것으로생각된다. 재배환경이콩품종의저선량감마선조사효과에미치는영향은다음과같다. 표 61은종자에저선량의감마선조사후상이한재배환경에서재배한콩품종의생육단계에따른건물중의변화를보이고있다. 위에서언급한바있는뿌리생장결과와건물중은 growth chamber에서재배한경우조사한감마선량의증가에따라일정한증가양상을보였으나온실과포장에서재배한콩품종의경우뿌리생육과건물중에서선량의증가에따라통계적인유의성이나타나지않았다. 그러나 growth chamber에서재배한콩품종의경우매우빠른생장속도를보였고, 온실재배구의경우포장재배구보다는빠른생육속도를보여재배기간을기준으로서로다른재배환경에서성장한시험구들의생육상태를절대적으로비교하는데는어려움이있을것으로생각된다. 그러나같은생육환경에서재배한시험구는재배기간이길어짐에따라감마선에의한자극효과가약화되는것을알수있었다. Lowell 101) 은옥수수에대한자극효과의연구에서재현성있는결과를얻기위해서는절대적으로일정한환경상태에서실험이이루어져야한다고지적한바있으며본연구결과에서도 growth chamber에서재배한경우안정적인실험결과를얻을수있었다. 그러나자극효과의포장적용을위해서는포장에서나타나는자극효과의발현에관한연구도중요할것으로생각된다. 시험포장에서재배한콩품종의감마선조사에따른뿌리생육과생산량의변화는다음과같다. 생육단계별감마선에의한자극효과의반응은표 62, 그림 100, 그림 101와같다. 감마선조사에의한자극효과는생육단계에따라다양하게나타났으며영양생장기중반에뿌리길이와뿌리표면적이 4 Gy, 12 Gy 와 20 Gy에서자극효과를보였다. 생식생장기인개화기와등숙기에서는뿌리의생장이선량처리구에서감소하였다. 특히등숙기에들어서저선량처리에서뿌리생장의급격한감소가나타났는데, 이는선량처리에따른자극효과로인하여발현된빠른등숙으로인한것으로생각된다

294 Table 60. Effect of gamma radiation on root growth of soybean cultivars cultivated in field. Root growth Duration Dose Root total Root surface Root average of (Gy) length area diameter cultivation Root volume (cm) (cm 2 ) (mm) (cm 3 ) 0 39(1.00) + b * 7(1.00) b 0.580(1.00) a 0.102(1.00) a (1.31) b 8(1.15) ab 0.507(0.87) abc 0.102(1.00) a 1 75(1.89) ab 13(1.87) ab 0.567(0.98) ab 0.187(1.83) a 2 73(1.84) ab 13(1.85) ab 0.560(0.96) ab 0.187(1.83) a 4 22 days 106(2.69) a 15(2.20) ab 0.463(0.80) c 0.180(1.77) a 8 73(1.85) ab 11(1.69) ab 0.519(0.89) abc 0.155(1.52) a 12 96(2.43) ab 13(1.86) ab 0.437(0.75) c 0.143(1.40) a (2.66) a 16(2.21) a 0.480(0.83) bc 0.184(1.80) a 20 79(2.01) ab 13(1.85) ab 0.523(0.90) abc 0.172(1.68) a 0 639(1.00) ab 131(1.00) a 0.664(1.00) a 2.18(1.00) a (1.28) a 173(1.33) a 0.685(1.03) a 3.00(1.38) a 1 735(1.15) ab 152(1.16) a 0.660(0.99) a 2.57(1.18) a 2 586(0.92) ab 122(0.93) a 0.667(1.01) a 2.05(0.94) a 4 50 days 813(1.27) a 161(1.23) a 0.638(0.96) a 2.58(1.18) a 8 771(1.21) ab 160(1.23) a 0.647(0.97) a 2.76(1.27) a (1.00) ab 134(1.03) a 0.667(1.01) a 2.34(1.08) a (0.73) b 100(0.76) a 0.679(1.02) a 1.74(0.80) a (0.81) ab 112(0.86) a 0.704(1.06) a 2.01(0.92) a * Any two means having a common letter are not significantly different in the 5%level of significance. + Figures given in parentheses are values of ratio for control

295 Table 61. Effect of gamma radiation on dry weight of soybean cultivars cultivated in different environment condition Cultivation situation (Duration of cultivation) Dose Chamber Green house Green house Field (Gy) (22 days) (22days) (35days) (22days) Field (35days) g (1.00) + b * 0.318(1.00) ab 0.833(1.00) a 0.243(1.00) a 1.557(1.00) a (0.95) b 0.316(0.99) ab 0.865(1.04) a 0.173(0.71) a 1.011(0.65) ab (1.64) a 0.296(0.93) ab 0.854(1.03) a 0.308(1.27) a 0.925(0.59) ab (1.10) ab 0.387(1.22) a 0.924(1.11) a 0.202(0.83) a 0.918(0.59) ab (1.01) b 0.223(0.70) b 0.970(1.17) a 0.257(1.06) a 1.150(0.74) ab (0.96) b 0.261(0.82) b 0.884(1.06) a 0.280(1.15) a 1.045(0.67) ab (1.12) ab 0.343(1.08) ab 0.920(1.10) a 0.251(1.03) a 1.008(0.65) ab (1.27) ab 0.250(0.79) b 0.744(0.89) a 0.284(1.17) a 1.272(0.82) ab (1.04) b 0.254(0.80) b 0.874(0.93) a 0.288(1.19) a 0.711(0.46) b * Any two means having a common letter are not significantly different in the 5%level of significance + Figures given in parentheses are values of ratio for control

296 Table 62. Effect of gamma radiation on root growth and yield of soybean cultivars cultivated in field for whole life cycle. Duration Root growth Dose Root total Root surface Root average of Root volume (Gy) length area diameter cultivation (cm) (cm 2 ) (mm) (cm 3 ) 0 448(1.00) + bcd * 98(1.00) bc 0.729(1.00) bc 1.77(1.00) c (1.04) abcd 102(1.04) abc 0.713(0.98) c 1.84(1.04) bc 1 431(0.96) cd 107(1.08) abc 0.803(1.10) a 2.15(1.22) a 2 middle 531(1.19) ab 113(1.15) ab 0.693(0.95) c 1.94(1.10) abc 4 vegetative 536(1.20) a 116(1.18) a 0.701(0.96) c 2.04(1.15) ab 8 stage 405(0.91) cd 96(0.97) c 0.767(1.05) ab 1.82(1.03) bc (1.07) abc 105(1.07) abc 0.711(0.97) c 1.85(1.05) bc (0.84) d 81(0.82) d 0.690(0.95) c 1.40(0.79) d (1.14) ab 112(1.14) ab 0.716(0.98) c 2.00(1.13) abc 0 1,203(1.00) a 332(1.00) a 0.919(1.00) ab 7.62(1.00) a 0.5 1,021(0.85) abc 281(0.84) b 0.909(0.99) abc 6.34(0.83) b 1 889(0.74) bcd 245(0.74) bc 0.986(0.97) abc 5.50(0.72) bc 2 836(0.70) d 241(0.72) bc 0.942(1.02) a 5.69(0.75) bc 4 flowering stage 1,017(0.85) abc 278(0.84) b 0.897(0.98) abc 6.26(0.82) b 8 1,099(0.91) a 278(0.84) b 0.841(0.92) c 5.77(0.76) bc 12 1,085(0.88) ab 283(0.85) ab 0.878(0.96) abc 6.19(0.81) b (0.69) cd 219(0.66) c 0.859(0.93) bc 4.70(0.62) c (0.65) d 223(0.67) c 0.983(1.02) ab 5.24(0.69) bc 0 436(1.00) ab 260(1.00) ab 2.097(1.00) ab 10.74(1.00) ab (0.60) c 220(0.68) b 2.302(1.09) a 9.23(0.77) ab 1 355(0.85) bc 215(0.80) b 1.853(0.89) bc 8.72(0.75) b 2 pod 317(1.20) a 184(1.17) a 1.902(0.93) bc 12.62(1.14) a 4 maturing 306(1.06) ab 178(1.00) ab 1.879(0.90) bc 10.53(0.95) ab 8 stage 283(0.76) bc 173(0.77) b 1.993(0.97) bc 8.65(0.78) b (0.60) c 170(0.67) b 2.234(1.05) a 8.70(0.73) b (0.79) bc 162(0.78) b 2.031(0.95) abc 8.98(0.77) ab (0.79) bc 153(0.72) b 1.822(0.87) c 7.87(0.64) b * Any two means having a common letter are not significantly different in the 5%level of significance + Figures given in parentheses are values of ratio for control

297 1.50 Yield(ea) aa a a a a a a a Irradiation dose of r- ray(gy) Fig The Changes of soybean cultivars yield by gamma radiation cultivated in field (Values with same letters are not significantly different at 5% level)

298 Weight of one hundred peas(g) a 1.00 c bc a ab ab abc ab Irradiation dose of r- ray(gy) a Fig The Changes of dry weight of one hundred peas by gamma radiation cultivated in field(values with same letters are not significantly different at 5% level)

299 바. 저선량조사에의한작물의단백질발현추이저선량조사에의한애기장대의생장반응은다음과같다. Lensberg 생태형애기장대에 4, 8, 그리고 200 Gy의감마선을조사한결과저선량인 8 Gy 에서발아율과, 잎의길이및생중량이각각 165, 140 및 129 % 증가하였다 ( 표 63). 이러한결과는저선량감마선에의한식물의생산성이증가한다는보고와일치하는것이다. 따라서애기장대를이용하여작물에서수행할수없었던 functional genomics를수행할수있는기반을확립하였다. 저선량조사된애기장대잎에서단백질발현추이는다음과같다. 감마선조사에의해서아래그림 102에서보는바와같이여러개의단백질발현이억제되었다. 현재감마선조사에의해증감되는단백질분석을수행하고있다. 저선량감마선이조사된배추잎에서광합성수행도와단백질발현의변화는다음과같다. 8 Gy조사된배추잎에서광합성율 (Pmax) 을조사한결과, 표 64에서와같이최대광합성율 (Pmax) 이대조구에비해서 148% 증가하였다. 그러나엽록소함량 (Chl), 암호흡율 (Res), 암소및광조건에서광계2의광화학적효율 (Fv/Fm 및 1-F/Fm'), 광계1의반응중심의수 (ΔA/A810), 광합성기구의 excitation pressure(1 - qp) 및여기에너지의비광화학적소산 (qn) 에는영향을미치지아니하였다. 또한감마선조사에의해서아래그림에서와같이발현이촉진되거나억제되는여러단백질군을확인할수있었다. 현재이들을동정하고있다 ( 그림 103, 104, 105, 106)

300 Table 63. Effects of various gamma radiation on the development of Arabidopsis seedlings Doses (Gy) Germination (%) Leaf length (cm) Leaf weight (mgfw/leaf) ± ± ± ± ± ± ± ±

301 0 Gy 4 Gy 8 Gy 200 Gy Fig Effects of various gamma radiation on the protein expression of Arabidopsis leaves

302 Table 64. Effects of low dose gamma radiation (8 Gy) on the photosynthesis of Chinese cabbage leaves Res Treatment (umolm -2 s -1 ) Pmax (umolm -2 s -1 ) Chl (mgm -2 ) Fv/Fm PSII 1-F/Fm' ΔA/A810 1-qP qn Control -2.84± ± ± ± ± ± ± ±0.02 Radiation (8 Gy) -2.83± ± ± ± ± ± ± ±

303 0 Gy 8 Gy Fig Effects of various gamma radiation on the protein expression of Chinese cabbage leaves

304 Cont. 8 Gy Fig Effects of various gamma radiation on the protein expression of pumpkin leaves

305 Cont. 4 Gy Fig Effects of various gamma radiation on the protein expression of gourd leaves

306 Cont. 4 Gy Fig Effects of various gamma radiation on the protein expression of soybean leaves

307 9. 저선량조사가작물의스트레스경감효과에미치는효과 가. 저선량조사가작물의방사선감수성에미치는영향 (1) 대두저선량으로조사한종자로부터생육한대두작물체의후속고선량에대한방사선감수성변화를알아보고자저선량조사하여파종한후 15일째에대두유식물체에감마선 50, 100, 200 Gy을조사하고 45일후에생육상황을관찰하였다. 초장의경우는그림 107에서보는바와같이 50 Gy를조사한경우대조구의 41.3 cm에비해저선량조사구모두가양호한생육으로저선량조사에의한후속고선량에대한저항성을보였고 20 Gy 조사구가 43.5 cm로 5% 정도증가하였으나통계적으로유의성은없었다. 100 Gy 조사구에서는 8 Gy 조사구가 23.7 cm로 8% 정도로증가하였으나나머지저선량조사구에서는대조구 21.8 cm와비슷하거나낮은초장을보여다른고선량조사구와는차이를보였다. 200 Gy 조사구에서는대조구 20.7 cm에비해저선량조사구모두가높은초장을보였고 8 Gy 조사구가 25.5 cm로 23% 의통계적으로고도의유의성있는 (p<0.001) 증가효과를보였다. 다음이 20 Gy와 4 Gy 조사구로각각 23.8 cm와 22.8 cm의초장으로통계적으로유의성있게각각 15% (p<0.01) 와 10% (p<0.05) 의증가효과를나타내었다. 생체중 ( 그림 108) 에서도초장과비슷한경향을보였으며 50 Gy 조사구에서는 8 Gy 조사구가 16.7 g으로대조구 14.7 g에비해 14% 정도증가하였으나유의성은없었다. 100 Gy 조사구에서도 4 Gy와 20 Gy조사구가 5.5 g으로대조구 4.7 g에비해 17% 정도증가하였으나유의성은없었고 12 Gy 조사구는 4.5 g으로대조구보다 4% 정도감소하였다. 200 Gy 조사구에서는저선량조사에의해후속고선량에대한뚜렷한저항성을보였는데 8 Gy 와 20 Gy 조사구가 6.1 g으로대조구 3.9 g에비해 50% 이상높은통계적유의성있는 (p<0.01) 증가효과를보였다. 다음이 4 Gy와 12 Gy 조사구에서도각각 5.5 g과 4.6 g으로통계적으로유의성있는 41%(p<0.05) 와 18%(p<0.05) 의증가를보였다. 본실험의결과로볼때저선량조사가대두유식물체의후속고선량에대한방사선내성을증가시키며적정저선량은 8 Gy 정도인것으로나타났다. 그림 109은대두식물체의엽록소함량을보여주는것인데고선량방사선조사에의한생육장해로함량이다소낮아지는경향을보였다. 고선량조사않은대조구식물체에서는생육경향과는다르게 20 Gy의 31.0 mg을제외하고는저선량조사구모두가대조구의 27.9 mg 보다낮은함량을보였다. 고

308 선량 50 Gy 조사구에서는저선량조사구모두가대조구 16.8 mg보다높은함량을보였는데 12 Gy 조사구가 25.5 mg으로 50% 정도높은유의성있는 (p<0.01) 증가를보였고다음이 8 Gy 조사구의 21.8 mg으로 30% 정도유의성있게 (p<0.05) 증가하였다. 100 Gy 조사구에서는생육이불량하였는데엽록소함량에서도비슷한경향을보였으며 4 Gy 조사구가 19.0 mg으로대조구 15.8 mg보다 20% 정도증가하였으나다른저선량조사구에서는대조구와비슷하거나크게감소하였다. 200 Gy 조사구에서는저선량조사구모두가대조구 11.1 mg보다매우높은함량을보였는데 12 Gy와 8 Gy 조사구는각각 19.1 mg과 18.3 mg으로대조구보다각각 72% 와 65% 증가하여통계적으로높은유의성 (p<0.01) 을나타냈다. 이상의결과로볼때저선량방사선조사에의해후속고선량에대한방사선저항성이증가한것으로나타났다. 저선량조사한식물의후속고선량저항성에관한보고가많지는않으나 Luckey 3) 와김과이 61) 는저선량조사한종자에서생육한식물체는영양, 생리대사활성화로병저항성과한발내성및후속고선량에대한저항성이증가한다고하였으며김등 102) 이저선량조사한토마토식물체의초장과생체중이후속고선량에대하여저선량무조사구에비하여양호하였으며품종에따라다르다고하였다. 저자가수행한몇가지실험결과에서도저선량조사에대해고추역병저항성 103) 과대두의산성비장해에대한피해경감효과 104) 등을확인할수있었다

309 60 0 4Gy 8Gy 12Gy 20Gy Plant height (cm) Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the plant height of soybean grown from seed irradiated with low dose of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

310 Fresh weight (g/plant) Gy 8Gy 12Gy 20Gy Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the fresh weight of soybean grown from seed irradiated with low dose of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

311 40 0 4Gy 8Gy 12Gy 20Gy Chlorophyll contents (mg/g fresh weight) Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the chlorophyll contents of soybean grown from seed irradiated with low dose of gamma radiation. Bars represent means ± standard errors

312 (2) 고추의초기생육과후속고선량저선량조사한종자로부터생육한고추식물체의후속고선량에대한내성변화를알아보고자저선량조사하여파종한후 22일째에고추유식물체에감마선 50 Gy와 100 Gy를조사하고생육시기별로 1차 (50 Gy 조사구 ; 조사 21일후, 100 Gy 조사구 ; 조사 16일후 ) 와 2차 (50 Gy 조사구 ; 조사 28일후, 100 Gy 조사구 ; 조사 23일후 ) 에걸쳐내성변화를관찰하였다. 1차초장관찰에서조광고추는후속고선량조사시저선량방사선전조사에의한내성효과를보이지않았으나 ( 그림 110), 조홍고추의경우는후속 50 Gy 조사에서대조구 27.5 cm에비해 8 Gy와 20 Gy 조사구에서각각 29.0 cm(p<0.01) 와 28.8 cm(p<0.05) 로 5% 정도, 후속 100 Gy 조사에서는대조구 20.5 cm에비해모든저선량조사구에서 11~17% 정도생육장해에대한억제를보여유의성있는내성효과를나타냈는데특히후속 100 Gy 조사의 4 Gy 조사구에서 24.0 cm(p<0.001) 로가장높은내성효과를보였다 ( 그림 111). 1차생육관찰 7일후인 2차생육관찰시에도조광고추는별다른내성효과를보이지않았으나 ( 그림 112), 조홍고추의경우는후속 50 Gy 조사의초장이대조구 30.3 cm에비해 4, 8, 20 Gy 조사구에서각각 31.6 cm(p<0.05), 32.0 cm(p<0.01), 32.4 cm(p<0.01) 로 4~7% 정도, 후속 100 Gy 조사시엔모든저선량조사구가대조구 20.8 cm에비해 22.9~24.2 cm(p<0.001) 로 10~ 16% 정도생육장해가낮게나타나고도의유의성있는내성효과를보였다 ( 그림 113). 생체중의경우조광고추는후속 50 Gy와 100 Gy 조사시사전 8 Gy 조사구에서 5~7% 정도생육장해가낮게나타났으며 ( 그림 114), 조홍고추의경우는후속 50 Gy 조사의모든저선량조사구가대조구 5.9 g에비해 12~25% 정도생육에대한장해억제효과를보였는데특히 20 Gy 조사구에서 7.4 g(p<0.01) 으로가장높았고, 100 Gy 조사에서도모든저선량조사구가대조구 3.3 g에비해 3.9~4.5 g으로 21~38% 정도생육장해억제효과를보여고도의유의성있는내성효과를확인할수있었다 ( 그림 115)

313 35 0 4Gy 8Gy 20Gy 50Gy Plant height (cm) Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the plant height of pepper grown from seed(cv. Jokwang) irradiated with low dose of gamma radiation. Mean ± SE. This is the first measurement

314 35 0 4Gy 8Gy 20Gy 50Gy Plant height (cm) Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the plant height of pepper grown from seed(cv. Johong) irradiated with low dose of gamma radiation. Mean ± SE. This is the first measurement

315 Plant height (cm) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the plant height of pepper grown from seed(cv. Jokwang) irradiated with low dose of gamma radiation. Mean±SE. This is the second measurement

316 Plant height (cm) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the plant height of pepper grown from seed(cv. Johogng) irradiated with low dose of gamma radiation. Mean±SE. This is the second measurement

317 Fresh weight (g/plant) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the fresh weight of pepper grown from seed(cv. Jokwang) irradiated with low dose of gamma radiation. Mean ± SE

318 Fresh weight (g/plant) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the fresh weight of pepper grown from seed(cv. Johong) irradiated with low dose of gamma radiation. Mean ± SE

319 1차생육관찰시측정한엽록소함량에서조광고추는별다른효과가없었으나 ( 표 65), 조홍고추의경우는후속 50 Gy와 100 Gy 조사의엽록소 a, 엽록소 b, carotenoid 함량이모든저선량조사구에서대조구에비해높게나타났는데, 특히후속 100 Gy 조사시생육에대한장해억제효과를보인 4 Gy 조사구에서엽록소 a는대조구 0.48 mg에비해 0.65 mg(p<0.01), 엽록소 b 는대조구 0.16 mg에비해 0.21 mg(p<0.05), carotenoid 함량은대조구 0.14 mg에비해 0.19 mg(p<0.01) 으로 33~39% 정도높아유의성있는내성효과를보였다 ( 표 66). 1차생육관찰시측정한단백질과효소활성은, 조광고추는고선량조사하지않은식물체에서모든저선량조사구가대조구에비해다소높은값을보였으나생육과는어떠한경향을보이진않았고 ( 그림 116), 조홍고추의경우는후속 50 Gy 조사에서대조구에비해대체로높은값을보였는데특히생육에대한장해억제효과를보인 8 Gy 조사구에서단백질함량은대조구 8.66 mg/g에비해 mg/g(p<0.05), CAT 활성은대조구 1.20 unit에비해 3.66 unit(p<0.01) 로가장높은값을보여후속고선량조사시저선량방사선전조사에의한내성효과를확인할수있었다 ( 그림 117). Luckey 3) 와김과이 61) 는저선량조사한종자에서생육한식물체는영양, 생리대사활성화로병저항성과한발내성및후속고선량에대한내성이증가한다고하였다. 또한김등 102) 은저선량조사하여생육한토마토유식물체는후속고선량에피폭시저선량무조사구에비하여생장이양호하였으나그효과는품종에따라다르다고하였고, 대두유식물체의경우는저선량조사에의한후속고선량내성증가가 8 Gy와 20 Gy 조사구에서효과적이었다고보고하였다. 저자들이수행한몇가지실험결과에서도저선량조사에의해대두의산성비장해에대한피해경감효과 104) 와고추역병저항성 103) 등을확인할수있었다

320 Table 65. Effects of subsequent high dose radiation on the pigment contents of pepper, Jokwang cultivar, grown from seed irradiated with low dose of gamma radiation 0 a 50 Gy a 100 Gy a Dose (Gy) Chl. A Chl. B Carotenoid Chl. A Chl. B Carotenoid Chl. A Chl. B Carotenoid (mg/g fresh weight) (mg/g fresh weight) (mg/g fresh weight) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.01 ** 0.21±0.02 * 0.19±0.00 ** ± ± ± ± ± ± ±0.00 ** 0.20±0.01 * 0.18±0.00 ** ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.02 a ; Subsequent high dose

321 Table 66. Effects of subsequent high dose radiation on the pigment contents of pepper, Johong cultivar, grown from seed irradiated with low dose of gamma radiation 0 a 50 Gy a 100 Gy a Dose (Gy) Chl. A Chl. B Carotenoid Chl. A Chl. B Carotenoid Chl. A Chl. B Carotenoid (mg/g fresh weight) (mg/g fresh weight) (mg/g fresh weight) ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ±0.02 a ; Subsequent high dose

322 Protein contents (mg/g fresh wt.) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Catalase activity (unit/mg protein) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Peroxidase activity (unit/mg protein) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the enzyme activity of pepper, Jokwang cultivar, grown from seed.irradiated with low dose of gamma radiation. Mean±SE

323 Protein contents (mg/g fresh wt.) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Catalase activity (unit/mg protein) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Peroxidase activity (unit/mg protein) Gy 8Gy 20Gy 50Gy Dose (Gy) Fig Effects of subsequent high dose radiation on the enzyme activity of pepper, Johong cultivar, grown from seed.irradiated with low dose of gamma radiation. Mean±SE

324 나. 방사선에의한작물의광스트레스경감효과 (1) 고추광저해에따른산소발생의변화는다음과같다. 광스트레스에대한저선량감마선이조사된고추의반응변화를알아보기위하여대조구와저선량감마선이조사된고추에서 Pmax를조사하였다. 그림 118 에서보는바와같이대조구와 4 Gy의감마선이조사된고추의산소발생을조사한결과대조구는 18.9 μmol/m 2 /s 이었고 4 Gy 조사구에서는 26.3 μmol/m 2 /s 였다. 다음으로 900 μmol/m 2 /s 에서 4시간동안광저해를유도했을때대조구의경우산소발생이 15.4 μmol/m 2 /s 으로 20% 정도감소되는반면, 4 Gy 조사구는 25.5 μmol/m 2 /s로광스트레스에의해 3% 정도의감소를보였다 ( 그림 118). Grisenko 과 Mazhara 105) 등은옥수수에저선량을조사한후감염에대한저항력이증대된것을관찰하였고, 콩과식물에서한발에대한저항성증가도보고하였다. 본실험의결과를통해저선량감마선조사가고추의광스트레스에대한저해를감소시키는것을알수있었다. 광저해에따른형광파라미터의변화는다음과같다. 엽록소형광과광합성메카니즘사이의관계는 1931년 Kautsky가암적응된잎에빛이조사될경우에독특한양상으로형광이방출된다는것을밝힘으로써연구되기시작한이후광합성의생물물리학적측면을측정하는데편리하게사용되어져왔다 97,106,107). 일반적으로 Fo와 Fv/Fm은광계 II의활성을나타내주는지표로환경스트레스에대한식물의반응양상을측정하는데널리사용되고있다. 그림 119a 에서보는바와같이광저해가진행됨에따라 Fv/Fm이감소되는경향을보이며대조구의경우 900 μmol/m 2 /s의광량을 4시간조사하였을때 Fv/Fm의값이 0.4 정도로 50% 의감소를볼수있었다. 반면 4 Gy 조사구의경우 Fv/Fm값이대략 0.5 정도로대조구에비해광스트레스에대해덜민감한것으로나타났다 ( 그림 119a). 한편, Fo는광저해가진행됨에따라거의변화가없었으며또한대조구나 4 Gy 조사구간의차이도없는것으로나타났다 ( 그림 119b). 틸라코이드막을가로질러형성되는 ΔpH와밀접한관련이있는비광화학적소멸인 NPQ는광저해가진행됨에따라감소되는경향을보이며 900 μmol/m 2 /s의광량에서 4시간을처리했을때 60% 정도감소하였고 ( 그림 120), 대조구와 4 Gy의감마선이조사된고추사이에는큰차이가없는것으로나타났다. 감소되는 NPQ는광저해에의해 ATPase가영향을받아 ΔpH의형성을저하시키는것으로보고된바있다 108). 광저해에따른광계II의광양자수율과여기포획률의변화는다음과같

325 다. 광계II의광양자수율을나타내주는 Φ PSII 는대조구의경우 900 μmol/m 2 /s 의광량을 4시간처리했을때대략 43% 감소한반면 4 Gy 조사구의경우 28% 정도감소되는것으로나타났다 ( 그림 121a). 이러한결과를통해저선량감마선조사가광계II로부터광계I로의전자전달감소를억제하는것을알수있었다. 광계II 반응중심에의한여기포획률을나타내주는엽록소형광파라미터 1/Fo-1/Fm는기능성광계II(functional PSII after light treatment) 의수와상관관계가있는것으로나타나상대적으로측정하는데시간이걸리는기능성광계II의수를대신하여사용되어지고있다 109). 1/Fo-1/Fm 또한광저해가진행됨에따라감소되었으며 900 μmol/m 2 /s의광량을 4시간을처리했을경우대조구의경우광계II의수가 48% 정도감소한반면, 4 Gy 조사구는 30% 감소되는것으로나타났다 ( 그림 121b). 따라서이두파라미터를통해 4 Gy의감마선이조사된고추의경우대조구에비해광스트레스에대해덜민감하게반응하는것으로나타났다

326 Pmax ( mol O 2/m 2 /s ) Cont PIT Dose (Gy) Fig Changes in the maximal photosynthetic O 2 evolution (Pmax) in pepper leaf discs with PIT or without PIT(Cont). Pepper leaf discs were exposed to 900 μ mol/m 2 /s for 4 hrs at 25. Data presented are mean values ±S.E. for 3 measurements. PIT represents photoinhibition

327 Fv/Fm (a) 0 Gy 4 Gy Illum ina tio n tim e (h) Fo (b) 0 Gy 4 Gy Illumination time (h) Fig Changes in the maximal photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm) as a function of illumination time(a). Changes in dark-level fluorescence yield, Fo as a function of illumination time(b). Pepper leaf discs were exposed to 900 μmol/m 2 /s at 25., Control ;, 4 Gy irradiation

328 1.6 0 Gy 4 Gy NPQ Illum ination tim e (h) Fig Changes of the non-photochemical quenching, NPQ, in pepper leaves as a function of illumination time. Pepper leaf discs were exposed to 900 μmol/m 2 /s at 25., Control ;, 4 Gy irradiation

329 0.5 0 Gy 4 Gy Gy 4 Gy Quantum Yield ( φ PSII ) (a) Illumination time (h) 1/Fo - 1/Fm (b) Illumination time (h) Fig (a)changes in the effective quantum yield of photochemical energy conversion at PSII reaction centers, Φ PSII with illumination time. (b)changes in the fluorescence parameter, 1/Fo-1/Fm with illumination time. Pepper leaf discs were exposed to 900 μmol/m 2 /s at 25.,Control ;, 4 Gy irradiation

330 (2) 참박광저해에따른형광파라미터의변화는다음과같다. 참박의초기생육이증가하고항산화효소의활성이증가되는저선량감마선 4 Gy와 8 Gy를조사한참박식물체의광스트레스에대한반응변화를알아보기위하여광저해를유도한후엽록소형광을측정하였다. 엽록소형광은주로엽록소 a 에서방출되며광합성과밀접한관계가있다는것이밝혀진이후로광합성활성을측정하는지표로사용되고있다. 반응중심이열려있을때의최소형광을 Fo라고하며광계 II에있는엽록소 a 분자가여기된후에너지가반응중심으로이동하기이전에나오는형광을말한다. Q A 를완전히환원시킬수있는포화광을조사했을때유도되는최대형광을 Fm이라하며 Fm 에서 Fo를빼준값을 Fv라한다. Fv/Fm은광계 II의활성을나타내주는지표로사용되며들뜬에너지포획능력을나타내준다. 그림 122a에서보는바와같이광저해가진행됨에따라 Fv/Fm이감소되는경향을보이며 900 μ mol m -2 s -1 의빛의세기로 4시간처리했을때대조구와 8 Gy 조사구는 Fv/Fm이각각 0.41과 0.38로광저해를처리하지않았던잎에비해대략 50% 정도감소되는것으로나타났다. 한편 4 Gy의경우 0.47로 40% 정도의감소를보이며대조구에비해광스트레스에대해덜민감한것으로나타났다. 이는식물체가광저해나 UV 등의스트레스를받게되면그극복책의일환으로항산화효소의활성이증가되는데따라서 4 Gy에서의높은 POD의활성이광스트레스의저해효과를감소시키는것으로생각된다. 광계II의손상은 Fo의증가를수반하는데본실험에서도광저해가진행됨에따라 Fo의증가를보였으나대조구나저선량조사구간의차이는거의없는것으로나타났다 ( 그림 122b). 반응중심에에너지를전달할수없는엽록소분자들이많아지면 Fo는증가하며일반적으로식물이스트레스를받을때증가하는것으로보고되고있는데 110) 본실험에서 Fo의증가는광스트레스로인해광계II의반응중심이손상이되었거나혹은안테나로부터반응중심으로의여기에너지의전이가방해를받았기때문인것으로사료된다. 광저해에따른광계II의광양자수율과흥분포획률의변화는다음과같다. 광계II의광양자수율을나타내주는 Φ PSII 또한광저해가진행됨에따라감소하는경향을보였으며 900 μmol m -2 s -1 의광량을 4 시간처리했을때대조구와 8 Gy 조사구는각각 0.20와 0.19로광저해를처리하지않았던잎에비해대략 20% 의감소를보인반면 ( 그림 123a) 4 Gy 조사구는 0.21로 15% 의감소를나타냈다. 광계II 반응중심에의한흥분포획률을나타내주는엽록소형광파라미터 1/Fo-1/Fm는기능성광계II(functional PSII after

331 light treatment) 의수와상관관계가있는것으로나타나상대적으로측정하는데시간이걸리는기능성광계II의수를대신하여사용되어지고있다 109). 1/Fo-1/Fm는광저해가진행됨에따라지수적으로감소되는경향을보였으며대조구와 8 Gy 조사구는각각 0.35, 0.37로 55% 정도감소되는것으로나타났다 ( 그림 123b). 반면 4 Gy 조사구는 0.45로대략 45% 정도의감소를보였으며광저해에덜민감한것으로나타났다 ( 그림 123b). 틸라코이드막을가로질러형성되는 ΔpH와밀접한관련이있는비광화학적소멸인 NPQ는광저해가진행됨에따라감소되는경향을보이며 900 μmol m -2 s -1 의광량에서 4시간을처리했을때 70% 정도감소하였고, 대조구와저선량감마선이조사된박간의차이는없는것으로나타났다 ( 그림 124). NPQ를나타내는 qe, qi, qt 등은여러스트레스에의한생리적조건에따라다르게나타나며주로 qe에의한영향을가장많이받는다 111). 따라서감소되는 NPQ는광저해에의해 ATPase가영향을받아 ΔpH의형성을저하시킨다는보고가 108) 있으나좀더자세한조사가요구된다

332 G y 4 G y 8 G y Quantum Yield (a ) Illu m in a tio n tim e (h ) G y 4 G y 8 G y 1/Fo - 1/Fm (b) Illu m in a tio n tim e (h ) Fig Changes in the maximal photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm) (a) and changes in dark-level fluorescence yield, Fo as a function of illumination time(h) (b) of high light (900 μmol m -2 s -1 ) at 25., Control ;, 4 Gy irradiation ;, 8 Gy irradiation

333 0.8 0Gy 4Gy 8Gy 0.6 Fv/Fm (a) Illum ination tim e (h) Fo (b ) 0 G y 4 G y 8 G y Illu m in a tio n tim e (h ) Fig Changes in the effective quantum yield of photochemical energy conversion at PSII reaction centers, Φ PSII with illumination time (a) and changes in the fluorescence parameter 1/Fo-1/Fm with illumination time (b). Gourd leaf discs were exposed to 900 μ mo l m -2 s -1 at 25., Control ;, 4 Gy irradiation ;, 8 Gy irradiation

334 2.0 0 Gy 4 Gy 8 Gy 1.6 NPQ Illumination time (h) Fig Changes of the non-photochemical quenching, NPQ, in Gourd leaves as a function of illumination time(h). Gourd leaf discs were exposed to 900 μmol m -2 s -1 at 25., Control ;, 4 Gy irradiation ;, 8 Gy irradiation

335 다. 방사선에의한 UV-B 스트레스경감효과 (1) 무 UV-B 스트레스에따른산소발생의변화는다음과같다.UV-B 스트레스에대한저선량감마선이조사된무식물체의반응변화를알아보기위하여대조구와저선량감마선이조사된무잎에서 Pmax를조사하였다. Pmax는무잎의산소발생이포화되는 1400 μmol m -2 s -1 의광량에서측정하였다. 그림 76에서보는바와같이대조구와 10 Gy의감마선이조사된무의산소발생을조사한결과대조구는 10μmol m -2 s -1 이었고 10 Gy 조사구에서는 12 μmol m -2 s -1 였다. 다음으로 UV-B 스트레스를 4시간동안유도했을때 Pmax는대조구의경우 2.54 μmol m -2 s -1 로 76% 의감소를, 10 Gy 조사구는 3.01 μmol m -2 s -1 로 75% 감소를보였으며대조구와저선량조사구간에차이는거의없었다 ( 그림 125). UV-B 스트레스에따른형광파라미터및엽록소형광소산의변화는다음과같다. 무잎의초기생육이증가하고항산화효소의활성이증가되는저선량 10 Gy가조사된무식물체의 UV-B 스트레스에대한반응변화를알아보기위하여 UV-B 스트레스를유도한뒤엽록소형광을측정하였다. 엽록소형광은주로엽록소 a에서방출되며광합성과밀접한관계가있다는것이밝혀진이후로광합성활성을측정하는지표로사용되고있다. 반응중심이열려있을때의최소형광을 Fo라고하며광계II에있는엽록소 a 분자가여기된후에너지가반응중심으로이동하기이전에나오는형광을말한다. Q A 를완전히환원시킬수있는포화광을조사했을때유도되는최대형광을 Fm이라하며 Fm에서 Fo를빼준값을 Fv라한다. 일반적으로 Fo와 Fv/Fm은광계II 의활성을나타내주는지표로환경스트레스에대한식물의반응양상을측정하는데사용된다. 그림 126에서보는바와같이 UV-B 스트레스가진행됨에따라 Fv/Fm이감소되는경향을보이며대조구의경우 UV-B를 4시간처리하였을때 Fv/Fm의값이 0.2 정도로스트레스를처리하지않았던잎에비해 75% 감소된반면, 10 Gy 조사구는 69% 감소되어대조구에비해 UV-B 스트레스에대해덜민감한것으로나타났다 ( 그림 126). 광계II의광양자수율을나타내는 Φ PSII 는대조구의경우 UV-B를 4시간처리했을때대략 90% 감소하는반면, 10 Gy 조사구는 84% 감소되었다. 이러한결과를통해저선량감마선조사가 UV-B 스트레스에의한광계II로부터광계I으로의전자전달지체를다소감소시키는것으로보였다 ( 그림 126). 이러한광계II의손상은 Fo의증가와 Fm의감소를수반하는데본실험에서

336 도 UV-B 스트레스가진행됨에따라 Fo는증가한반면 Fm은감소하는경향을보였다 ( 그림 127a,b). 반응중심에에너지를전달할수없는엽록소분자들이많아지면 Fo는증가하는데대체적으로식물이스트레스를받을때증가되는것으로보고되고있다 112). 특히빛이있는상태에서 UV-B 스트레스를유도할경우광계II의 D1/D2 단백질의손상이가속화되므로 113) 본실험에서 Fo의증가는 UV-B 스트레스로인해광계II의반응중심이손상되었거나혹은안테나로부터반응중심으로의여기에너지의전이가지체되기때문인것으로생각된다. UV-B에대한손상정도를측정하는데있어사용되는다른지표로 Fv를들수있는데스트레스가진행됨에따라감소하는 Fv는손상된반응중심에서형광 quencher가형성되기때문이라고알려져있다 114). 본실험에서도 UV-B 스트레스가진행됨에따라 Fv가감소되는경향을보였으며 UV-B를 4시간처리했을때대조구는 94% 가감소되는반면, 10 Gy 조사구는 84% 감소되었다 ( 그림 127c). 틸라코이드막을가로질러형성되는 ΔpH와밀접한관련이있는비광화학적소멸인 NPQ는스트레스가진행됨에따라감소되는경향을보이며 UV-B를 4시간을처리했을때 50% 정도감소하였고, 대조구와저선량조사구간에차이는없는것으로나타났다 ( 그림 128). NPQ를나타내는 qe, qi, qt 등은여러스트레스에의한생리적조건에따라다르게나타나며주로 qe에의한영향을가장많이받는다 111). 따라서감소되는 NPQ는 UV-B 스트레스에의해 ATPase가영향을받아 ΔpH의형성을저하시킨다는보고가있다 108)

337 Oxygen evolution (μmol m -2 s -1 ) Gy 10 Gy Dose (Gy) Cont UV B Fig Changes in the maximal photosynthetic O 2 evolution (Pmax) in radish leaf discs with UV-B stress or without stress(cont). UV-B was given at the intensity of 1W m -2 to the detached leaves. Data presented are mean values ± S.E. for 3 measurements

338 Gy 10 Gy Gy 10 Gy Fv/Fm Quantum Yield of PSII Illumination time (h) Illumination time (h) Fig (Left) Changes in the maximal photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm) as a function of illumination time and (right) Changes in the effective quantum yield of photochemical energy conversion at PSII reaction centers, Φ PSII with illumination time(b). UV-B was given at the intensity of 1W m -2 to the detached leaves., Control ;, 10 Gy irradiation

339 Fo (a) 0 G y 10 Gy Illum ination tim e (h) Gy 10 G y 1200 Fm (b) Illu m in a tio n tim e (h ) Gy 10 Gy Fv (c) Illum ination tim e (h) Fig Changes in dark-level fluorescence yield (Fo)(a), the maximal fluorescence of PSII (Fm)(b) and the variable fluorescence of PSII (Fv)(c) as a function of illumination time. UV-B was given at the intensity of 1W m -2 to the detached leaves., Control ;, 10 Gy irradiation

340 Gy 10 Gy 0.6 NPQ Illum ination tim e (h) Fig Changes of the non-photochemical quenching, NPQ, in radish leaves as a function of illumination time. UV-B was given at the intensity of W m -2 to the detached leaves.,control ;,10 Gy irradiation

341 (2) 콩 UV-B 스트레스에따른산소발생의변화는다음과같다. 저선량감마선이 조사된콩식물체의 UV-B 스트레스에대한반응변화를조사하기위하여 산소발생을통한최대광합성능 (Pmax) 을측정하였다. Pmax 는콩잎의산 소발생이포화되는 1000 μmol m -2 s -1 의광량에서측정하였다. 그림 129 에서보는바와같이대조구와 4 Gy 의감마선이조사된콩잎의산소발생을조사한결과대조구는 6.5 μmol m -2 s -1 이었고 4 Gy 조사구는 7.4 μ mol m -2 s -1 였다. 다음으로 UV-B 스트레스를 4 시간동안유도했을때대 조구의경우산소발생이 3.14 μmol m -2 s -1 으로 52% 정도감소되는반면, 4 Gy 조사구는 5.07 μmol m -2 s -1 로 UV-B 스트레스에의해 31% 정도의 감소를보이며대조구에비해 UV-B 스트레스에대한저해효과가지연되는 것으로보였다. UV-B 스트레스에따른형광파라미터의변화는다음과같다. 콩잎의초 기생육이증가하고항산화효소의활성이증가되는저선량 4 Gy 가조사된 콩식물체의 UV-B 스트레스에대한반응변화를알아보기위하여 UV-B 스트레스를유도한뒤엽록소형광을측정하였다. 엽록소형광은 광합성기 구의구성요소에대한연구뿐만아니라환경의변화에따른광합성및광합 성기구의변화를측정하는데사용되고있다. 광계 II 의광화학적효율은나타 내는 Fv/Fm 은 UV-B 스트레스가진행됨에따라감소되는경향을보이며 대조구의경우 UV-B 를 4 시간처리하였을때 Fv/Fm 의값이 0.35 정도로 55% 의감소를볼수있었다. 반면 4 Gy 조사구는 Fv/Fm 값이대략 0.48 로 UV-B 를처리하지않는잎에비해 39% 감소되어대조구에비해 UV-B 스 트레스에대해덜민감한것으로나타났다 ( 그림 130a). UV-B 에대한손상 정도를측정하는데있어흔히사용되는다른지표로 Fv 를들수있는데스 트레스가진행됨에따라감소하는 Fv 는손상된반응중심에서형광 quencher 가형성되기때문이라고알려져있다. 본실험에서도 UV-B 스트레 스가진행됨에따라 Fv 가감소되는경향을보였으며 UV-B 를 4 시간처리했 을때대조구는 83% 가감소되는반면, 4 Gy 조사구는 55% 감소되었다 ( 그림 130b). 엽록소형광소멸의변화는다음과같다. 식물은흡수된빛을광화학반 응에이용하거나비광화학적과정을통해에너지를발산시키기때문에광 화학적소멸과비광화학적소멸을측정하여콩식물체의에너지분산의변 화에대해측정하였다. 환원되어있던 Q A 가산화되면서엽록소형광이감소 되는성분을광화학소멸이라하며이것은광화학적반응을통한흥분에너 지의재분배를촉진한다. 비광확적소멸은엽록체의루멘과스트로마간의 ph 의차이를나타내주며잎의에너지상태나광계 II 의광양자효율을조절

342 하는데중요한역할을하고광저해로인한손상으로부터광계II를보호한다. 광화적소산인 qp는 UV-B 스트레스에의해거의변화가없었으나비광화적소멸인 NPQ의경우감소하는경향을보이며대조구는 UV-B를 4시간처리했을때 71% 감소되었고, 4 Gy는 0.52로 32% 감소되는것으로나타났다 ( 그림 131)

343 Pmax (μmolm -2 s -1 ) (b) Con UV -B 0 0 Gy 4 Gy Dose (Gy ) Fig Changes in the maximal photosynthetic O 2 evolution (Pmax) in soybean leaf discs with UV-B stress or without stress (Cont)(b).UV-B was given at the intensity of 1 W m -2 to the detached leaves

344 Fv/Fm G y 4 G y Illu m in a tio n tim e (h ) (a ) G y 4 G y 450 Fv (b) Illum ination tim e (h) Fig Changes in the maximal photochemical efficiency of PSII (Fv/Fm) as a function of illumination time(a). Changes in the variable fluorescence of PSII (Fv) as a function of illumination time(b). UV-B was given at the intensity of 1 W m -2 to the detached leaves., Control ;, 4 Gy irradiation

345 qp (a) 0 G y 4 G y Illum ination tim e (h) NPQ (b) 0 G y 4 G y Illu m in a tio n tim e (h ) Fig Changes in the photochemical quenching(a) and changes in the non-photochemical quenching(b) of soybean grown from seeds irradiated with different doses of gamma radiation. UV-B was given at the intensity of 1 W m -2 to the detached leaves., Control ;, 4 Gy irradiation

346 라. 저온과산화스트레스에대한오이의반응 (1) 저온에대한오이의광합성반응저온스트레스에의한광합성율을조사한결과, 그림 132에서와같이최대광합성율 (Pmax) 및양자수율 (quantum yield) 가감소하였다. 이러한광합성율감소가광계Ⅱ 혹은광계I의활성감소에의한것인지를조사하고자광계 II의광화학적효율 ( 그림 133A) 및광계I의 redox kinetics( 그림 133B) 를각각조사하였다. 오이를온도별로처리한잎의광계Ⅱ 효율을측정하였다 ( 그림 133). 그결과광계Ⅱ의광화학적효율보다는 Far red light에의해서산화될수있는광계i의함량 (P700+) 함량이현저하게감소하였다. 게다가광계1의 P700+ 이산화되는데필요한시간 (t1/2) 이저온처리에의해서감소함을보여주었다. 이는저온처리에의해서광계Ⅱ보다는광계I의광저해가현저하게민감함을보여줄뿐만아니라광계I을중심으로한순환적전자전달 (cyclic electron transport) 가일어남을시사한다. 저온에대한항산화효소, SOD 및 APX의활성도변화는다음과같다. 오이를온도별로처리하여 SOD 활성을보았다 ( 그림 134). 그결과 3개의 band 가확인되었다. 전기이동도에따라 band1에서 band3로명명하였을때 isoenzyme의종류를알아보기위해발색과정중 1 mm KCN과 5 mm H 2 O 2 을각각처리하였다. 두가지모두에저항성을보인 band1이 Mn SOD, 둘다에민감성을보인 band2는 Cu/Zn SOD, band3는 H 2 O 2 에는민감하고 KCN에저항성을보이므로 Fe SOD임을알수있었다. 각각의 band는온도가낮아짐에따라활성이감소함을확인할수있었다. 오이를온도별로처리하여 APX 활성을보았다 ( 그림 134). 그결과온도에상관없이동일한활성을보였다. 저온에대한오이의유전자발현은다음과같다. Random Arbitrarily Primed PCR (RAP-PCR) 에의한저온처리된오이에서 gene expression 변화를조사하였다. 먼저 5, 10, 25 조건에서 6시간동안 light chilling stress를받은벼잎으로부터 TRIzolTM (GIBCO BRL) 용액을이용하여 total RNA를분리하였다. 각처리구로부터추출한 RNA 9ug에 oligo d(t) 를 primer(b1 primer: GTTTCGCTCC, B12 : CCTTGACGCA) 를첨가하고 revers transcriptase (Promega) 를이용하여 50 ul reaction volume으로 42 에서 1시간동안 cdna를합성하였다. 합성된 cdna 1/10 ul를주형으로하고 random primer set을이용하여 PCR을수행하였다. PCR 조건은 92 에서 1분간 denaturation, 35 에서 1분간 annealing, 72 에서 1분간 polymerization하여 40 cycle을수행하였다. 이후 1% agarose gel에전기영

347 동하여 band pattern을분석하였다. 그림 135에서보여주는바와같이 3-6 개의 band 영역에서증가, 감소, 사라짐, 발현등의차이가있음을알수있었다. 따라서저온처리된오이 RNA의발현양상에변화가있었음을확인할수있었다

348 20 15 Photosynthesis (µmol O 2 m -2 s -1 ) 10 5 Cont 5 o C 0 10 o C 15 o C 20 o C PFR (µmol m -2 s -1 ) Fig Photosynthesis of cucumber leaves exposed various low temperatures for 6 hrs in the light(0.1 mmol photon m -2 s -1 )

349 t 1/2 4 Fv/Fm A (P700 + ) A t 1/2 (s) Temperature ( o C) Temperature ( o C) Fig Effects of light chilling on PSII potential quantum yield (left), oxidizble P700+ (ΔA) and re-reduction of P700+ (right) in the leaves of cucumber exposed light-chilling stress for 6 hrs

350 Fig Zymograms for SOD (left) and APX (right) in the leaves of cucumber exposed to light chilling stress for 6 hrs

351 M arke r C C B1 primer B12 prim er Fig RAP-PCRs for cucumber leaves exposed to 5 and 10 under the light. o C for 6 hrs

352 (2) 산화스트레스에대한오이의반응광계Ⅱ 및광계I의광화학적효율은다음과같다. 오이를 10 μm의 paraquat에시간별로처리한잎의광계Ⅱ의광화학적효율을측정하였다 ( 그림 136). 그결과광화학적효율을나타내는 Fv/Fm이 2시간처리후에급격히감소하였다. Superoxide dismutase(sod) 및 Ascorbate peroxidase(apx) 활성도변화는다음과같다. 오이를 10 μm의 paraquat에시간별로처리하여 SOD 활성을보았다 ( 그림 137). 그결과 3개의 band가확인되었는데 band2는거의나타나지않았고, band1,3은처리시간이길수록활성이감소함을확인할수있었다. SOD와는달리 paraquat에의해서 APX 활성은영향을받지않았다. Paraquat(MV) 처리에오이의광합성반응은다음과같다. 저온스트레스에의한광합성율을조사한결과, 표 67에서와같이최대광합성율 (Pmax) 및양자수율 (1- F/Fm') 이감소하였다. 그러나광합성기구의 excitation pressure (1 - qp) 및여기에너지의비광화학적소산 (NPQ) 에는영향을미치지아니하였다. 이러한광합성율감소가광계Ⅱ 혹은광계I의활성감소에의한것인지를조사하고자광계II의광화학적효율 ( 그림 138A) 및광계I 의 oxidizable P700 + 함량 ( 그림 138B) 을각각경시적으로조사하였다. 그결과 MV 처리에의해서 P700 + 함량이감소하였으나광계II의양자효율은거의영향을받지않았다. 이는 MV 처리에의한광합성율감소가광계II보다는광계I의피해에서기인함을시사한다. MV에대한항산화효소, SOD 및 APX의활성도변화는다음과같다. MV 처리에의한광계1 저해가광합성기구의보호계인 SOD나 APX의감소에서기인하는지를조사하고자 MV 처리후 2시간된오이원형절편에서 SOD( 그림 139A) 및 APX ( 그림 139B) 활성을조사하였다. MV 처리되지않은대조구에비해서두효소의활성도가현저하게감소하였는데, SOD 보다 APX 활성도가보다감소하였음을알수있다. 따라서 MV에의한광합성저해는활성산소소거종인 APX가일차적으로저해된결과로유도되는 2차적인사건임을알수있었다

353 Fv/Fm CT MV MV treatment (hrs) Fig Changes in PSII quatun yield (Fv/Fm) as a function of MV treatment in the leaf disks of cucumber leaves. CT, control; MV, methyl viologen

354 Control MV Control MV Fig Zymograms for SOD (left) and APX (right) in the leaves of cucumber exposed to 10 μm methyl viologen for various periods (hrs) under the light

355 Table 67. MV-induced changes in the actual quantum yield of PSII (1 - F/Fm), electron flux at PSII [(1 - F/Fm) x 100 x 0.5 x 0.9], PSII excitation pressure (1 - qp), nonphotochemical quenching (NPQ), and maximal photosynthetic O 2 evolution (Pmax, μmolo 2 m -2 s -1 ) of cucumber leaves. Leaf disks were floated on DW (CO) or 10 μm methylviologen (MV) for 2 hrs at an illumination of 100 μmol m -2 s -1 at 25±1. Mean values (±SE) for 7-9 leaf disks are shown. Parameter 1-F/Fm Electron flu 1-qP NPQ Pmax CO 0.63 ± ± ± ± ± 0.62 MV 0.49 ± ± ± ± ±

356 1.0 8 Fv/Fm A A 820 /A 820 (x 10-3 ) B MV-treatment (hr) MV-treatment (hr) Fig A, Maximal quantum yield of PSII (Fv/Fm) and B, the extent of P700+ (A820/A820) as a function of MV treatment (hr) at an irradiance of 100 mol m 2 s1 in cucumber leaves. Mean values ( SE) for 5 7 leaf disks are shown

357 A) SOD B) APX Control MV Control MV Fig Zymograms for superoxide dismutases (A) and ascorbate peroxidase (B)from the cucumber leaves exposed MV for 2 hrs at an irradiance of 100 mol m 2 s 1. In A, Band 1 was identified as Mn-SOD, and Bands 2 and 3 as Cu/Zn-SODs. Each number in the panel represents period (hr) for MV treatment

358 저선량방사선조사가고추의생장과항산화효소계에미치는효과는다음과같다. 저선량조사가고추생장에미치는효과를조사하였다. 저선량조사에고추의엽록소함량, 엽록소 a/b 비, 수용성단백질, 잎의생중량및길이를측정한결과, 모든지표가증가하였음을알수있었다 ( 표 68). 이러한저선량에의한생장증가와항산화효소계의활성도증가와의상관관계를조사하였다 ( 그림 140). 엽록체에서여러환경스트레스로부터광합성기구를보호하는것으로알려진 SOD와 APX 중에서 APX 활성도가저선량감마선조사에의해서현저하게증가하는것으로나타났다. 따라서저선량조사에의한생산성증가는활성산소종소거계의활성도증가에따른광합성기구의보호와밀접한관련이있는것으로추정된다. 저선량방사선이박의 light chilling에대한저항성에미치는효과는다음과같다. 저선량조사에의한항산화효소계의활성도증가 ( 그림 141) 는저선량처리가식물의 abiotic stress에대한내성증대를야기할수있을것으로추정된다. 따라서이러한가설을검증하고자저선량처리된박에서잎원형절편을만든후 5 o C의저온및 100 umol m -2 s -1 의광조건에서 48시간동안처리하면서광계II의광억제에대해서조사하였다. 그결과저선량처리가박잎의광계II 활성감소를어느정도지연하는것으로나타났다. 오이잎의 protein expression profile은다음과같다. 환경스트레스를받은오이잎에서단백질발현패턴의변화를살펴보고자이차원전기영동을실시하였다. 먼저 pale green을띠는돌연변이체 ( 그림 142B) 와야생종 ( 그림 142A) 의단백질발현변화를조사한여러개의단백질발현이현저히저하되는것으로나타났다. 따라서현재감마선조사된고추와박에서이차원전기영동실험을수행하고있다

359 Table 68. Changes in chlorophyll (Chl; mg cm -2 ), leaf length (cm) and fresh weight(mg/leaf) of pepper leaves grown 3 weeks under a glass house. Seeds were irradiated by various low dose gamma radiation. Dose(Gy) Chl Chl a/b length Leaf weight

360 Dose(Gy) Fig Effects of low-dose gamma radiation on APX(left) and SOD(right) enzyme activites from primary leaves of pepper

361 Fv/Fm Gy 4 Gy 8 Gy 16 Gy T im e o f lig h t c h illin g (h r) Fig Effects of light chilling on PSII potential quantum yield in the of pumpkin exposed light-chilling stress for 48 hrs. leaves

362 PI PI Fig Profiles of protein expression in cucumber leaves, wild type (left, A) and pale green(right, B) variety

363 마. 저선량조사에의한배추무사마귀병저항성유기저선량감마선조사시모든조사에서공히무조사에비해약간의생육촉진효과가나타났으나조사간에는차이가있었다. 그가운데 4 Gy 조사효과가가장우수하였다. 4 Gy 조사를했을때배추무사마귀병방제효과가육안으로증명되었다

364 Control 4 Gy Fig Suppression effect of gamma irradiation on club root chinese cabbage disease of

365 Table 69. Effect of gamma radiation on weight of chinese cabbage Irradiation dosage Weight Rep. 1 Rep. 2 Rep. 3 Mean promoting effect(%) Control Gy Gy Gy Gy

366 Fig Comparison of plant height between chinese cabbage irradiated with different dosage of gamma radiation

367 10. 방사선에의한식물의항산화기구해석및이용 가. 방사선유도성인자 ( 단백질및 DNA) 의탐색고추식물체및현탁배양세포에방사선을조사한후경시적인단백질함량의변화를측정하였고, 전기영동을실시하여단백질패턴의변화를관찰하였다. 한편방사선유도성 (gamma radiation inducible) 유전자의탐색을위해 cdna screening과 60여종의 random primer를이용한 RT-PCR을실시하였다. 본실험에사용된방사선의소스는 60 Co 감마선이었으며조사한식물재료는즉시액체질소에보존하거나일정시간이지난후시료를채취하였고, 종자및유식물의경우는 pot에재배하였다. 단백질함량의변화는다음과같다. 식물재료는고추현탁배양세포와실생묘를이용하였으며, 현탁배양세포는계대배양후 4일째된대수생장기에, 실생묘는생장조절실에서자란 6-8엽기에감마선을각각 0, 1, 5, 10, 20, 50 Gy씩조사하였다. 조사후 0, 1, 3, 7일후에단백질분석 kit(biorad Protein Assay Kit) 를이용하여단백질함량을측정하였다. 그림 145는방사선을조사한현탁배양세포의단백질함량을나타낸것이다. 방사선 1 Gy 및 5 Gy 조사에서는조사후 3일까지는단백질함량이증가하다가 7일째에는감소하여무조사세포와비슷하였고, 10 Gy 조사에서는조사 1일후에단백질함량이가장높았으나그이후에는차츰감소하였다. 고선량인 20 Gy 및 50 Gy 조사에서는조사후 3일까지는변화가없었으나 7일째에는단백질함량이감소하였다. 식물체의잎단백질은방사선조사에의해큰변화가관찰되지않았으나. 1 Gy 및 5 Gy를조사한후 1일및 3일이경과한식물체에서는약간증가하는경향이었다 ( 그림 146). 고선량인 50 Gy를조사한식물체는배양세포와마찬가지로조사후 7일째에는무조사보다단백질함량이감소하였다. 방사선을조사한배양세포나식물체의단백질함량측정결과를종합해보면, 저선량인 1 Gy 및 5 Gy 에서는조사한후 2-3일간은무조사보다단백질의함량이증가하는경향을보였고, 고선량인 20 Gy 및 50 Gy를조사한경우는단백질함량의증가는관찰되지않으나조사후 7일이경과한세포에서는무조사보다단백질함량이감소하였다. 고선량방사선은생물체에치명적인피해를가하여생물의생존에위협적인존재이나저선량의방사선은생물의생리활성을촉진한다는보고가있다 62,115). 본실험에서 1 혹은 5 Gy 정도의저선량방사선을조사한식물단백질함량이일시적으로증가되는것이저선량방사선의생리활성촉진효과와관련이있을것으로추정된다

368 방사선을조사한식물체나배양세포를정상상태로되돌려일주일정도경과한후에는저선량방사선에의해증가되었던단백질함량이다시무조사와같은수준으로감소하는것으로보아저선량방사선에의한초기의단백질함량증가효과는일시적현상으로판단된다. 한편고선량인 20 Gy 또는 50 Gy 조사는조사후일주일째에단백질함량이무조사보다감소하는것으로보아고선량방사선조사후식물의지속적인생장에억제적요인으로작용할것으로추정된다. 단백질발현패턴은다음과같다. SDS-PAGE에의한 1차원전기영동 과 SDS-PAGE 및 IEF에의한 2차원전기영동 을실시하여방사선조사에의하여특이적으로유도되는단백질혹은 polypeptide를탐색하였다. 한편, 방사선을조사한배양세포로부터 poly(a) + RNA를추출하여이들의유전정보를이용하여기내합성 (in vitro translation) 된단백질패턴을알아보기위하여하여이차원전기영동을실시하였다. 이차원전기영동은 IEF( 등전점전기영동, isoelectric focusing) 와 SDS-PAGE 순으로실시하였다. 단백질전기영동은생물체가스트래스에노출되었을때세포내의단백질을어떻게변화시키는가를관찰하는데이용되며, 스트래스특이성단백질혹은 polypeptide를동정하고관련유전자를탐색하는단서를제공할수있다. 방사선스트레스에노출된식물체가단백질패턴을변화할수있는유형은다음몇가지로요약될수있다. 첫째는, 특정한단백질의소실이다. 이는고선량의방사선이기존의세포내단백질을변성시키거나파괴함으로서발생할수도있고, 그단백질을코딩하는유전자의발현을억제하거나유전자자체에손상을가하여나타날수도있다. 둘째는, 새로운단백질의생성이다. 생체내새로운단백질의생성은기존의단백질로부터변형되어생성된것이기보다방사선에의해활성화된특정의유전자가새로운 polypeptide를합성함으로써이루어질것으로추정된다. 새로이생성되는단백질은주로방사선을조사한후일정한시간이경과한후에관찰되는데, 이들단백질은방사선유도성유전자 (radiation inducible gene) 를탐색하는데중요한단서를제공하며, 식물이방사선스트레스에적응하면서생존해나가는데필요한저항성도는내성인자로작용할가능성이높다. 셋째는, 특정단백질의함량을변화시키는것이다. 함량변화는방사선스트레스에노출되었을때증가 (up-regulated) 되거나감소 (down-regulated) 되는두가지유형을들수있는데, 이들단백질은식물이방사선에대하여나타내는다양한대사반응을예측하는지표로이용될수있을것이다. 방사선을조사한후식물체나배양세포를정상상태에두고일정한간격으

369 로단백질을추출하여 SDS-PAGE 전기영동을실시한결과새로운단백질밴드가생성되거나기존의단백질의함량이증가하는등다양한유형의반응을하는것으로나타났다. 그림 147은고추배양세포에 1, 10, 50 Gy를조사하고 0, 24, 48시간이경과한후의단백질패턴을나타낸것이다. 방사선을조사한직후와 24시간후의단백질패턴은조사선량에관계없이무조사와동일한패턴을보였다. 그러나 48시간후의단백질패턴은 a 로표시된부위의 polypeptide가현저히증가하였는데, 특히 50 Gy보다 1 및 10 Gy를조사한세포에서뚜렷한증가가관찰되었다. 그림 148는고추식물체에 1, 5, 10, 50 Gy를조사한후 0 및 24시간후에단백질패턴을나타낸것이다. 방사선조사에의해변화되는 5개의단백질밴드 (a, b, c, d, e) 가확인되었다

370 5 0 day 1 day 3 days 7 days Protein content (mg/g callus fresh wt.) Dose of gamma ray(gy) Fig Effect of gamma radiation on protein content in pepper suspension cell. Protein content was measured at 0, 1, 3, 7 days after irradiation

371 Protein content (mg/g leaf fresh wt.) day 1 day 3 days 7 days Dose of gamma ray(gy) Fig Effect of gamma ray irradiation on protein content in pepper leaves. Protein content was measured at 0, 1, 3, 7 days after irradiation

372 a Lane: Dose/postradiation 1. Control 2. 1 Gy / 0 hr Gy / 0 hr Gy / 0 hr 5. 1 Gy / 24 hrs Gy / 24 hrs Gy / 24 hrs 8. 1 Gy / 48 hrs Gy / 48 hrs Gy / 48 hrs Fig SDS-PAGE of protein from pepper suspension cell irradiated with gamma radiation

373 a b c d Lane: Dose/postradiation 1. Control 2. 1 Gy / 0 hr 3. 5 Gy / 0 hr Gy / 0 hr Gy / 0 hrs 6. 1 Gy / 24 hrs 7. 5 Gy / 24 hrs Gy / 24 hrs Gy / 24 hrs e Fig SDS-PAGE of proteins from pepper leaf irradiated with gamma radiation

374 a Lane: 1. Control 2. 6 hrs hrs hrs hrs Fig SDS-PAGE of pepper leaf protein after 1Gy gamma radiation. Protein was extracted at 6, 12, 12, 24 and 48 hours after irradiation

375 a b c d Lane: Gy / days 1. 0 Gy / Gy / Gy / Gy / Gy / Gy / 50 Fig SDS-PAGE of protein extracted from new appeared pepper leaf irradiated with gamma radiation. Protein was extracted at 0 and 50 days after irradiation

376 그림 149은저선량인 1 Gy를고추식물체에조사후경과한시간별로단백질을관찰하였다. 저선량인 1 Gy 조사후 6시간째부터 'a' 로표시된단백질의함량이현저히증가하였다. 그림 150은방사선을 1 및 50 Gy를조사하여조사직후와 50일이경과한후에새로형성되는잎 ( 조사직후에는크기가 5 mm이하인잎을시료로채취하였음 ) 으로부터단백질을분리한것이다. 방사선을직접조사한잎이아닌방사선조사후정상상태에서새로출현한잎의단백질패턴은무조사및 1 Gy 에서는거의변화가없었으나 50 Gy를조사한식물체의 50일후단백질패턴은현저한변화가있었다. 그림 151는무조사식물체와 10 및 50 Gy를조사한식물체의잎단백질을친수성, 소수성및막결합단백질로구분하여이차원전기영동을실시한 gel 사진이다. 각각의단백질구획으로부터방사선조사에의해변화되는수종의 polypeptide를관찰할수있었다. 변화된단백질 spot의수를보면친수성 (hydrophilic) 단백질 5개 (a1-a5로표시 ), 소수성 (hydrophobic) 단백질에서 5개 (b1-b5로표시 ) 및강한소수성 (highly hydrophobic) 및막결합 (membrane bound) 단백질에서 2개 (c1-c2로표시 ) 가관찰되었다. 변화되는단백질의유형은방사선조사에의해발현이증가하는것 (up regulated), 감소하는것 (down regulated), 사라지는것 (disappear), 새로이합성되는것 (new synthesis) 등으로구분되었다 ( 표 70). 먼저발현이증가되는단백질을보면 a1 단백질로무조사에서는아주미량이발현되나 10 Gy 조사에서는단백질의량이현저하게증가하며 50 Gy 조사에서는 10 Gy 보다는낮으나무조사구보다높았다. 50 Gy 조사에서는변화된단백질의대부분의사라지거나함량이감소하는것으로나타났으나 10 Gy 조사에서는다양한변화가관찰되었다. a2, b3, b4 단백질은 10 Gy조사에서는변화가없으나 50 Gy조사에서는현저히감소하였고, a3 단백질은 10 Gy에서는변화가없으나 50 Gy조사서는단백질이거의사라졌다. 10 Gy조사에서새롭게합성되는단백질은 a4, c1, c2 등 3개가관찰되었는데, 특이하게도이들단백질은 50 Gy의고선량조사에서는나타나지않았다. b1 과 b2단백질은저선량인 10 Gy조사에서도그함량이급격히감소하는것으로나타났다 ( 표 70). 이차원전기영동의결과로보아방사선에노출된식물체는단백질의함량을증가또는감소하거나새로운단백질을합성하는등다양한방법으로반응한다는것을알수있었다. 발현이증가하거나새로이생성되는단백질은

377 식물의방사선에대한적응기작과도큰관련이있을것으로추정된다. 특히새로이생합성되는단백질은방사선에의해활성화된특이적인유전자가존재함을시사하고있다. 본실험에서밝혀진 a4, c1 및 c2 단백질은방사선유도성유전자를탐색하는단서를제공하며, 활성이증가하는 a1 단백질도방사선에대한식물의적응기작과관련지어계속연구를할필요가있을것이다

378 Fig Two dimensional electrophoresis of pepper leaf protein irradiated with 0, 10 and 50 Gy of gamma radiation. HL: hydrophilic protein, HP: hydrophobic protein, HHP and MB: highly hydrophobic and membrane bound protein

379 Table 70. Modification of protein spots by gamma radiation through two dimensional electrophoresis. Properties Spot no. Dosage of gamma radiation 10 Gy 50 Gy Hydrophilic a1 Up regulated Up regulated a2 No change Down regulated a3 No change Disappear a4 New synthesis Disappear a5 No change Disappear Hydrophobic b1 Down regulated Down regulated b2 Down regulated Down regulated b3 No change Down regulated b4 No change Down regulated Membrane bound b5 Disappear Disappear c1 New synthesis Disappear c2 New synthesis Disappear *Spot numbers refer to gel profile of protein on Fig

380 방사선유도성유전자 (cdna) 의탐색결과는다음과같다. 무조사구및 50 Gy를조사한식물체로부터 total RNA를추출하고이로부터 poly(a) + RNA를분리하고 cdna library를제작하였다. cdna screening을통하여 positive clone을선발하였다. 몇개의 positive clone으로부터 plasmid를분리하여무조사와방사선 50 Gy를조사한 cdna를 probe로하여 dot hybridization을실시한결과방사선을조사한 probe에특이적으로강하게나타나는 clone들을확인할수있었다 ( 그림 151). Southern dot hybridization에서방사선을조사한 cdna probe에만특이성을보였던 clone을 RSC(radiation specific clone) 로명명하고, 그중 6개 (RSC 1-6) 를조사한결과는표 71과같다. RSC1은 insert cdna가확인되지않았고, RSC 2, 3, 5, 6번 clone은 Northern에서특이성이나타나지않았으나 RSC4는약 1.8 kb의방사선특이성 transcript가나타나는것으로확인되었다 ( 그림 152). RSC 4는 cloning verctor (pbluescript SK+) 에 insert 크기가 680 bp 정도되는 partial cdna이었으며, 제한효소로절단해본결과 cloning site인 Xho I 과 Eco RI 제한효소사이의 Eco RI 방향에서약 120bp 떨어진곳에 Eco RI 제한부위가있는것으로확인되었다 ( 그림 153). 이유전자의 full sequence cdna를탐색중에있으며, RSC 4 cdna가방사선에의해서만특이적으로발현되는지, 아니면다른생물적, 비생물적스트래스에의해서도발현이가능한유전자인지계속연구중에있다. 그림 154는 60개의 random primer를이용하여 RT-PCR을실시한결과, 60개의 primer중 2개의 primer에서방사선에의해서특이적으로량이증가하는 band를가진 cdna를확인하였다. 이 clone은 PCR vector에 subcloning 이진행중이다

381 Control Treated (50 Gy) Fig Dot hybridization of candidate clones of radiation inducible gene probed with control and 50 Gy - irradiated cdna

382 Table 71. Results of cdna screening for gamma radiation specific gene Clone number Insert cdna size(kb) Southern dot hybridization Specificity Northern hybridization RSC RSC RSC RSC specific for 50 Gy (mrna 1.8 kb) RSC RSC

383 RSC1 RSC2 RSC3 M M Cont. 50 Gy Lane: M: marker 1. Non-cut 2. Xho I 3. Eco RI 4. Xho I + Eco RI 1.8 kb RSC4 RSC5 RSC6 Northern (RSC 4) Fig Restriction analysis of six clones(left) and Northern blot with 4 clone. RSC

384 Primer 1 Primer 2 M Lane: M: marker DNA 1. control 0 hr 2. control 12 hrs 3. control 24 hrs 4. 50Gy 0hr 5. 50Gy 12hrs 6. 50Gy 24hrs Fig RT-PCR of poly(a)+rna from pepper plant irradiated with gamma radiation

385 나. 방사선에대한식물의항산화기작과 DNA 손상식물의항산화효소활성변화는다음과같다. 방사선을조사한후일정시간별로항산화효소인 superoxide dismutase(sod) 와 peroxidase(pod) 의활성을측정하였다 ( 표 72). 모든선량에서방사선을조사한후정상상태에다시 1-5일이경과하면항산화효소의활성이증가하나증가된활성이계속유지되는것이아니라다시활성이감소하는것으로나타났다. SOD 효소의활성을보면 1 Gy를조사한식물체는 5일후에 26.7 unit/mg protein으로활성이최고에도달하나 10 및 50 Gy를조사한식물체는조사 1일후에각각 36.7 및 68.8 unit/mg protein으로최고활성을보여노출된선량이높을수록효소활성의증가가빨리나타나며, 무조사에대한활성의증가정도도높은경향이었다. POD의활성도 SOD의활성과같이 1, 10, 50 Gy조사에서각각 1일후에 18.8, 39.8 및 43.9 x 10-2 unit/mg protein를보여노출된선량이증가할수록효소활성도는높았다. 한편 SOD 및 POD 공히 1 및 10 Gy를조사한식물체는방사선조사후 20일에측정한효소의활성이무조사식물체와비슷하나 50 Gy를조사한식물체는무조사보다낮았다. 식물은자신의생활사에서다양한종류의생물적혹은비생물적스트레스에직면하게되는데, 이러한스트레스의많은부분이활성산소종의증가에의한산화적스트레스를유발하는것으로알려져있다. 식물에주로작용하는산화적스트레스원으로는자외선, 오존, 화학물질및환경오염에의한산성비등이알려져있으며, 이들스트레스는식물세포의항산화기구에상당한영향을미치는것으로알려져있다. 고선량방사선의인체유해작용은활성산소종의증가에의한세포의치명적인독성발휘가그원인이며, 특히감마선의고에너지는세포내의물분자를분해하여 hydroxyl 기를발생하여강한산화력을가지게되는것으로알려져있다 116,117) 본실험에서방사선조사에의해항산화효소인 SOD와 POD의활성이급격히증가하는것은방사선에너지에의한식물의산화적스트레스가증가함에따른장해를극복하기위한자체방어기작으로추정된다. 그러나고선량의방사선에의한과다한산화스트레스는항산화효소의활성증가에도불구하고식물세포에심각한독성으로작용하여계속적인식물의생장이억제되고더나아가개화와과실의형성에도장해를초래할것으로추정된다

386 Table 72. Effect of gamma radiation on enzyme activity of superoxide dimutase(sod) and peroxidase(pod) in leaf and suspension cell of pepper. Enzyme activity SOD activity (U/mg protein) DAT * Leaf Suspension cell Gy Gy POD activity (x 10-2 U/mg protein) * DAT: Days after treatment

387 배양세포의 comet 분석과 DNA 손상에대한결과는다음과같다. Comet 분석은세포에방사선을조사한후핵 DNA가손상되는정도를단세포전기영동법 (single cell gel electrophoresis, SCGE) 으로관찰하는방법으로, 방사선조사에의해손상된 DNA는전기영동겔에서쉽게이동되므로핵을중심으로긴꼬리를형성하게되는데이모양이혜성의모습과유사하여 comet 분석이라고한다. 그림 106은단세포전기영동후나타나는핵의모양이혜성 (comet) 처럼나타나는모양을 9등급으로나타낸것으로, 손상을받지않은핵은 comet의꼬리가거의관찰되지않으나손상을받은핵은긴꼬리를가진핵이관찰된다. Comet에서머리부분 (head) 과꼬리부분 (tail) 의길이를측정함으로써핵 DNA의손상정도를파악할수있다. 관찰된핵의손상정도에따라 comet의머리부분과꼬리부분의모습이다르게나타나는데, 핵의손상이거의되지않은것을 1등급으로하고핵의손상이심하여 comet의머리부분은전혀보이지않고꼬리부분만보이는것을 9등급으로간주하였다 ( 그림 155). 이를바탕으로각조사별로관찰된핵 60 개를분류한결과는그림 155와같다. 무조사세포는관찰된총 60개의핵중에서 30개의핵이전혀손상을받지않은 1등급으로분류되고 2등급이 14개로 comet의뿌리부분이거의없는것이대부분을차지하였다. 그러나 50 및 100 Gy의방사선을조사한세포의핵은 1등급의핵수가각각 9개및 7개로줄어드는반면, 꼬리가긴 comet의모양을하는 4등급이상의핵이현저히증가하는것을볼수있었다 ( 그림 156). 이는방사선을조사한배양세포의핵 DNA가심각한손상을받게된다는것을의미하며고선량방사선조사에의한돌연변이유발의가능성을강하게시사하고있다

388 Fig Degree of nuclear DNA damage resulted from gamma radiation through comet assay

389 40 35 Control Gy No. of nuclei No. of nuclei Comet types Comet types Gy EMS No. of nuclei No. of nuclei Comet types Comet types Fig Number of nuclei observed by comet assay based on the degree of nucler DNA damage rate(1-9). 1: no tail with intact nucleus, 9: tail only without head DNA

390 후속고선량에대한식물의생장및 comet 분석결과는다음과같다. 고추종자에 0, 4, 20 Gy의방사선을조사한후발아된식물체에다시후속으로고선량 (50, 100 Gy) 을조사하여식물체의생육및 DNA 손상정도를관찰하였다. 표 73는방사선을조사한식물체의발아율과초장을조사한결과이다. 발아율은무조사가 89.5%, 20 Gy를조사한종자가 86.7% 로, 20 Gy까지의선량으로는고추종자의발아에거의영향을미치지못하는것으로나타났다. 한편식물체의초장을보면 0, 4 및 20 Gy를종자에만조사하고후속선량을조사하지않은경우에는 7월 13일에각각 56.6, 57.7 및 58.3 cm로조사선량에관계없이거의영향을미치지않으나, 후속으로 50 및 100 Gy의고선량을조사한경우는조사이후의초장생장은거의일어나지않는것으로나타났다. 고추종자에 4 및 20 G y의방사선을전조사한것이후속으로조사한고선량 (50 및 100 Gy) 방사선에대한피해를경감시키지는않는것같다. Comet assay에서조사당 60개의세포핵을관찰하여단세포전기영동을실시한후핵의꼬리 (tail) 길이와머리 (head) 의길이분포를표시한결과무조사세포는꼬리의길이가짧고머리의길이가긴핵이다수를차지하나방사선 50 및 100Gy를조사한세포의핵은꼬리의길이가길어지는핵의수가현저히증가하였다. 이는고선량의방사선에의해핵 DNA가손상을받는다는것을의미한다 ( 그림 157). 그림 158는 comet의머리길이에대한꼬리길이의비 (tail/head length, T/H 값 ) 를나타낸것이다. T/H 값이클수록방사선에의해핵의손상을더많이받은것이다. 후속고선량을조사하지않고종자에만조사한경우무조사, 4 및 20 Gy 조사에서각각 T/H 값이 1.7, 1.88 및 2.26을보여방사선조사에의해약간증가하는경향이나유의성은인정되지않았다. 한편후속고선량 50 및 100 Gy를조사에대한효과를보면, 종자에방사선전조사가없는경우 (C/50 및 C/100) 는각각 5.98 및 5.57의 T/H 값을보이나, 4Gy를종자에전조사한경우 (4/50, 4/100) 는각각 4.87 및 4.45, 20 Gy를전조사한경우 (20/50, 20/100) 는 4.13 및 3.57로전조사를한식물체가 T/H 값이약간낮게나타나는경향이나유의성이인정되지않았다. 그림 159은각조사별단세포전기영동후나타나는핵의 head DNA함량을나타낸것이다. 종자에전조사만한경우의 head DNA 함량을보면무조사, 4 및 20 Gy에서각각 76.7, 74.9 및 74.2% 를나타내어전조사의방사선선량간에유의한차는없다. 그러나후속방사선 50 및 100 Gy를조사한경우에는 head DNA 함량이현저히줄었다

391 방사선을종자에전조사한것이후속고선량을받은식물체의 DNA 손상 을경감하는효과는인정되지않았다. 그림 160 은 comet assay 에나타난핵 의모습을사진으로나타낸것이다

392 Table 73. Growth of pepper as affected by sequential gamma radiation. Treatment Germination Plant height(cm) 1st(Mar. 15) Seed treat. 2'nd(May 21) Seedling treat. (April 15) May 13 June 19 July % Gy Gy Gy % Gy Gy Gy % Gy Gy

393 Tail length(10-6 m) Control Control Tail length(10-6 m) EMS 5mM Head length(10-6 m) Head length(10-6 m) Gamma 50Gy Gamma 100Gy Tail length(10-6 m) Tail length(10-6 m) Head length(10-6 m) Head length(10-6 m) Fig.157. Distribution of nuclei based on the tail and head length by assay comet

394 8 Tail length/head diameter Control C/50 C/100 4/C 4/50 4/100 20/C 20/50 20/100 EMS Dose of gamma radiation(1st/2nd, Gy) Fig.158. Ratio of tail length to head diameter in comet assay of pepper leaf nuclei irradiated with gamma radiation

395 % Head DNA Control C/50 C/100 4/C 4/50 4/100 20/C 20/50 20/100 EMS Dose of gamma radiation(1st/2nd treatment, Gy) Fig % head DNA of pepper leaf nuclei treated with radiation by comet assay

396 Fig Comet assay of pepper cell nuclei after irradiation

397 RAPD분석에의한벼 DNA 변이성조사한결과는다음과같다. 저선량의방사선을조사한벼의유전적변이성을조사하기위하여, 2 Gy의방사선조사한흑미벼의 F2 개체와식물체에직접 16 Gy를조사한설악벼를대상으로 random primer를이용한 RAPD분석을실시하였다. Genomic DNA의추출은 6개의다른식물체로부터분리하여 template로하였다. 사용된 primer 는 10개염기서열을가진것 60개를분석하여전기영동상의다형성여부를조사하였다. 총 60개의 primer를 PCR한중 16 Gy를식물체에직접조사한설악벼는 27개, 2 Gy를조사한 F2식물체인흑미벼는 26개가 PCR 산물인 DNA 밴드를보였고, 그중개체간에차이를보인 primer는설악벼의무조사및방사선 16 Gy 조사에서각각 6개및 5개였고흑미벼는무조사및조사모두 5개였다. 총 DNA 밴드수는설악벼가 126개흑미벼가 169개였으나개체간의차이를보인밴드는설악벼가무조사에서 11개및 16 Gy 조사에서 10개, 흑미벼는조사및무조사모두 3개였다 ( 표 74). RAPD 결과 DNA 밴드상에서개체간의차이를보이긴하나방사선조사에의해서만특이적으로생성되거나사라지는밴드는확인할수없었다. 그림 161는설악벼및흑미벼의조사및무조사식물체각각 6개체로부터 genomic DNA를추출하여각각의 primer에대한 DNA 밴드상의변이를관찰한사진이다. 설악벼의경우 P1, P2, P3 primer는방사선을조사 (16 Gy) 한식물체와무조사식물체간에동일한 DNA 밴드를보일뿐아니라같은조사에있는개체간에도동일한 DNA 밴드를보인다. 반면 primer P4와 P5는개체간에차이를보이는밴드들이관찰된다. 그러나개체간에차이가나는 DNA 밴드가조사한식물체와무조사식물체에서공동으로관찰되므로이들밴드는방사선의조사에의한변이가아니라개체간의차이에의해나타나는변이인것으로추정된다. 한편흑미벼를보면 primer P1, P2, P3, P4는조사간개체간에동일한 DNA 밴드를보이나 P5는개체간에차이를보인다. 그러나흑미벼의 P5 primer에의한 DNA 밴드의변이도조사 (2 Gy) 및무조사에같이나타나므로방사선효과가아니라개체간의차이에의한변이로보인다. 결과적으로 RAPD방법으로는방사선을조사한벼에서 DNA 변이를찾을수없었다

398 Table 74. Summary of RAPD analysis using 60 random primers with genomic DNA of irradiated rice. Primers and DNAs Seolak rice Heckmi rice(f2) 0 16 Gy 0 2Gy Primers No. of primers tested Primers showing PCR product Heterogeneous primers DNA bands No. of DNA bands Heterogeneous bands Result NS * NS NS NS * NS: non-significant

399 Fig RAPD profiles of six individual plants of Seolak(SA) irradiated with 16 Gy and Heckmi(HM), F2 of 2Gy irradiated parents. M: DNA marker

400 다. 방사선의고추생육및수량에미치는영향방사선조사가고추의생육및수량에미치는영향은다음과같다. 고추유묘에방사선을 0, 1, 5, 10, 20 및 50 Gy를조사한후 0, 20, 50 및 80일후에초장, 간장및엽수를조사하였다 ( 그림 161, 163). 방사선을조사한선량별로고추의초장을비교해보면저선량인 1 및 5 Gy을조사한식물체는무조사에비해초장이증가하였고, 10 Gy 이상의고선량에서는선량이증가할수록현저한감소를보였다 ( 그림 162) 방사선을조사한후 80일째에무조사식물체의초장은 56.0 cm이었으나방사선 1 Gy를조사한식물체는 65.3 cm로무조사보다 16.6% 의초장증가효과가나타났다. 한편고선량인 20 및 50 Gy를조사한식물체는각각 43.7 및 14.5 cm의초장을보여각각 22.0 및 75% 의초장감소를초래하였다. 특히본실험에서조사한방사선중가장고선량인 50 Gy를조사한식물체는조사당시의초장과조사 80일후의초장이거의같아고선량의방사선은식물의길이생장에치명적인해를주는것으로나타났다. 방사선을조사한식물체의잎수를조사한결과 1 및 5 Gy 조사에서는무조사에비해잎의수가현저히증가한반면고선량인 20 및 50 Gy에서는현저한감소를보여방사선의잎수에미치는영향도초장에미치는영향과비슷한경향이었다 ( 그림 163). 방사선조사후 80일에조사한잎의수는무조사가식물체당 381.7개인데비하여방사선 1 및 5Gy를조사한식물체는각각 및 539.0개로무조사보다많았고, 고선량인 20 및 50 Gy를조사한식물체는각각 281.7개및 17개로무조사에비해현저한감소를보였다 ( 그림 163). 따라서저선량인 1 및 5 Gy 조사는고추식물체의초장과잎의수를증가시키는효과가있었으나, 10 Gy 이상의고선량조사는방사선의선량이높을수록억제정도가심하게나타났다. 방사선을조사한고추의화기발달과과실형성에미치는영향을조사하기위하여조사선량별로화아수, 꽃의수및과실의수를조사하였다 ( 그림 164). 먼저총형성된화기의수, 즉화아, 꽃및과실을합한수를보면 1 Gy 조사가 117.4개로무조사 70.8개에비해많았고, 5, 10, 20 Gy를조사한식물체도 90.7, 86, 86개로무조사보다많았다. 그러나 50 Gy를조사한식물체는전혀화기의형성이관찰되지않았다. 실제고추의수량으로간주할수있는과실의수는 1 Gy조사에서는무조사보다유의하게증가하였으나 5 Gy를조사한식물체는무조사와유의한차이가인정되지않았다. 한편 10 Gy 이상을조사한식물체는조사선량이증가함에따라과실수도현저하게줄었다

401 재배적측면에서보면식물체에서형성된화아가정상적으로개화하고개화된꽃으로부터정상적인수분과수정이이루어진후가능한많은수의과실이형성되는것이수량을증가시키는바람직한방법일것이다. 본실험의결과를보면 1 Gy나 5 Gy를조사하면무조사에비해화아및꽃의수가증가되고과실의수도증가되나비교적고선량인 10 Gy 조사는꽃의수는가장많았으나과실로의발달은 1 Gy 혹은 5 Gy조사에비해저조하며, 그보다고선량인 20 Gy조사는화아의수는 70.0개로무조사가 30.2개인데비해많으나화아로부터꽃과과실로의발달되는것은현저히감소되었다. 본실험에서조사한방사선은화아가형성되기이전에조사한것으로고선량의방사선이개화나암수생식기관의발달에이상을초래하였을가능성이있는것으로추정된다. 표 75는방사선조사후 80일에고추식물체를모두수확하여엽면적과잎및과실을포함한지상부와뿌리의건물중을조사한것이다. 엽면적은 1 Gy 및 5 Gy 조사가각각 2,800.3 및 2,345.7 cm 2 /plant로무조사가 1,694.7 cm 2 /plant인데비하여현저하게증가하였으나이들잎의건물중은무조사와의차이가인정되지않았다. 한편과실의건물중은무조사가 8.9 g/plant 비해 1 Gy 및 5 Gy조사가 14.1 및 13.1 g/plant로이들조사의수량의증가효과가인정되었다. 뿌리의건물중은고선량인 50 Gy를제외하고는무조사와유의한차가없었으나지상부의생육은 1 Gy 및 5 Gy조사에서현저한증가효과가나타났고, 20 Gy이상의고선량조사에서는무조사에비하여억제되었다. 이상의방사선조사에의한고추식물체의생육반응을보면저선량인 1 및 5 Gy 조사에서는고추의초장, 엽수및건물중과수량의증가가뚜렷하게관찰되었으나, 10 Gy 조사는무조사와비슷하거나약간증가하였고, 고선량인 20 Gy 이상조사에서는현저한생육억제가나타나고, 50 Gy를조사한식물체는거의생육이중지되는것으로나타났다. 방사선에대한생물활성촉진효과 (hormetic effect) 는여러가지작물을대상으로증명되고있는데, 주로저선량의방사선조사에의한발아촉진, 광합성증가, 숙기단축, 물질함량및수량증가와같은효과가증명되었다 118,62,115,26,28,66,34,66,82). Pal 64) 은토마토종자에감마선 10 Gy이하의저선량을조사하면식물체에탄수화물, 아미노산및 carotene 색소가증가하며, 수분, 질소및인산의흡수가증가하며수량증가효과가나타난다고보고하였다. 한편 Lee 등 62) 은고추건조종자에저선량의방사선을조사하면종자의발아율과식물체의무기성분함량이증가하는효과가있다고하였다. 본실

402 험에서는식물체인유묘에방사선을직접조사하였으나, 저선량인 1-5 Gy의방사선조사에서초장, 엽수및수량등에서뚜렷한증가를보여종자조사뿐만아니라식물체에조사한경우에도저선량방사선의생물활성촉진효과가인정되었다. 그러나 20 Gy이상의고선량방사선은오히려고추의생육및수량에뚜렷한억제작용을나타내었다. 그림 165은방사선에노출된식물체를정상의상태로되돌린후 20일과 80일에측정한잎의엽록소함량을나타내었다. 조사 20일후에는조사간에엽록소함량에유의한차이가보이지않았으나, 조사 80일후에는 10 Gy 이상의고선량을조사한식물체는엽록소함량이현저히감소하였다. 그러나초장, 엽면적및수량등에서촉진효과를보였던저선량인 1 Gy 및 5 Gy 조사는무조사식물체와엽록소함량에차이가없었다. 따라서방사선을조사한식물체의엽록소함량만으로는저선량의방사선의생장촉진효과를해석할수없었다. 한편고선량을조사한식물체의생육및수량억제효과와엽록소함량의감소가유사한경향이나, 고선량에의한엽록소함량의감소가식물의생육과수량감소에일차적인원인으로작용했을것으로보기힘들며, 본실험에서나타난엽록소함량의감소는고선량방사선의다양한유해작용중의한결과일것으로만추정된다. 그림 166은선량별로조사한식물체를 pot에이식하여재배하는것을사진으로나타내었다. 저선량에서는생육이무조사보다증가하는것을볼수있었고, 고선량조사에서는식물의생장이현저히떨어지는것을관찰할수있었다 ( 그림 166)

403 70 Plant height(cm) Control 1 Gy 5 Gy 10 Gy 20 Gy 50 Gy Days after irradiation Fig Effect of gamma radiation on plant height of pepper plant

404 600 No. of leaves(/plant) Control 1 Gy 5 Gy 10 Gy 20 Gy 50 Gy Days after irradiation Fig Effect of gamma radiation on the leaf number of pepper plant

405 No. of floral organ and fruit Control 1 Gy 5 Gy 10 Gy 20 Gy 50 Gy Flower bud Flower Fruit Total Fig Effect of gamma radiation on the development of flower and fruit in pepper plant. Pepper seedlings were irradiated with radiation( 60 Co) at leaf stage and transplanted to 1/2,000a pot, and then counted at 80 days after irradiation

406 Table 75. Effect of gamma radiation on the growth and dry weight of pepper plant 1). Doses (Gy) Leaf/plant Dry weight(g)/plant Fruit dry wt(g)/plant Area(cm 2 ) Dry wt(g) Top Root Total 0 1,694.7 c 11.6 bc 8.9 c 32.4 c 7.4 b 39.8 c 1 2,800.3 e 15.2 c 14.1 d 47.5 e 8.7 b 56.2 e 5 2,345.7 de 13.3 c 13.3 d 40.1 de 7.8 b 47.9 de 10 2,056.0 cd 12.6 bc 10.9 cd 36.3 cd 7.8 b 44.1 cd 20 1,216.0 b 8.3 b 5.4 b 22.7 b 5.6 b 28.3 b a 1.2 a 0.0 a 2.9 a 0.5 a 3.4 a 1) Pepper seedlings were treated with gamma radiation( 60 Co) and transplanted to 1/2,000a pot, and then harvested 80 days after irradiation. Dry weight of top is sum of leaf, stem and fruit weight. In a column, means followed by a common letters are not significantly different at the 5% level by DMRT

407 Total chlorophyll(10-6 g/cm -2 ) DAT 80 DAT Dose of gamma ray(gy) Fig Effect of various doses of gamma radiation on chlorophyll content( μg /cm 2 ) in pepper leaf determined at 20 and 80 days after irradiation

408 Fig Growing of pepper plant after gamma radiation in the pots

409 방사선연속조사가고추의생육및수량에미치는영향은다음과같다. 본실험에서는방사선을고추종자에만 0, 1, 10, 50 Gy를조사한경우, 종자조사한고추의실생묘에다시방사선 50 Gy를조사한경우, 종자조사는하지않고실생묘에만조사한경우등세가지방법으로나누어고추를 1/2,000a 폿트에이식하여일정시기에생육상황과수량등을조사하였다. 먼저방사선조사선량별로수확기의초장을보면그림 167과같다. 종자에만조사한경우무조사, 1, 10, 50 Gy 조사 ( 각각 0/0, 1/0, 10/0, 50/0로표시 ) 에서각각초장이 57.4, 65.8, 59.3 및 41.3 cm로저선량인 1 Gy조사에서는초장이무조사보다증가하였고, 고선량인 50 Gy에서는초장이감소하였다. 종자조사후발아된식물체에다시방사선을조사하는경우 ( 예, 1/10 은종자조사 1 Gy 후식물체에후속으로 10 Gy를조사한경우임 ), 1/10 및 10/10조사에서각각 69.5 및 63.3cm의초장을보여무조사 57.4 cm 보다생육촉진효과가있었다. 그러나식물체에만 10 Gy를조사한경우 (0/10) 와종자에만 10 Gy를조사한경우 (10/0) 는초장의증가효과가없었다. 고선량인 50 Gy 조사는종자조사의경우 (50/0) 는 41.3 cm로무조사 57.4 cm 보다조금억제는되었으나, 식물체에조사한경우는종자전조사의여부에관계없이고추의생장이거의일어나지않는것으로나타났다. 본실험에서는종자에저선량 (1 또는 10 Gy) 의방사선을조사하더라도식물체에후속으로조사한방사선이고선량 (50 Gy) 인경우에는방사선피해를경감하는데효과가없었다. 그림 168는방사선을조사한식물체의엽면적과건물중을나타낸것으로초장에대한효과와유사한경향을보였다. 고선량인 50 Gy를식물체에조사한경우는방사선을조사한후부터는새로운잎의전개나생장이거의일어나지않고잎의생장이중단되는것으로나타났다. 한편 1/10조사에서는엽면적이 2,938 cm 2 /plant로가장넓었는데, 0/0, 10/0, 0/10조사에서각각 1,868, 2,208 및 2,009 cm 2 /plant로나타나종자에 1 Gy의저선량을조사하고후속으로 10 Gy의방사선을조사한경우엽면적의증가효과가있는것으로나타났다. 한편종자에만 1 및 10 Gy를조사한경우잎의건물중이각각 12.3 및 14.1 g/plant로무조사 11.4 g/plant 보다높았다. 방사선을조사한식물체의과실수와건물중은그림 169과같다. 과실의수는종자조사없이식물체에만 1Gy를조사한것 (0/1) 이식물체당 46.5개로무조사 35.3개보다많았으며, 종자에만 10 Gy를조사한것 (10/0) 40.7개, 종자 1 Gy 후식물체 10 Gy를조사한것 (1/10) 44.7개로과실의수증가에효

410 과가잇었다. 과실의건물중도과실의수와비슷한경향인데 0/1 조사에서 13.0g, 1/10 조사에서 12.7g, 0/10 조사에서 11.4g, 10/0조사에서 10.5 g으로무조사 9.6 g/plant 보다높았다. 그러나 50 Gy 조사에서는일부식물에서과실이소수관찰되나정상적인과실형태를갖춘것은없었다. 그림 170은뿌리의건물중을나타낸것이다. 뿌리의건물중은종자조사에서는조사선량에관계없이무조사와차이가없으나, 식물체조사에서는 50 Gy 조사에서는심한억제현상이나타났다. 지상부의건물중 ( 잎 + 줄기 + 과실 ) 은 1/10, 0/1조사에서무조사보다높았다. 이상의결과를종합하면방사선을종자에전조사할경우, 종자 1 Gy 후식물체에후속으로 10 Gy를조사 (1/10) 하면초장, 엽수및과실수량에촉진효과가있었으며, 전조사를하지않고식물체에저선량인 1 Gy를조사한경우에도생육촉진효과가있는것으로나타났다. 그러나방사선의전조사가후속고선량 (50 Gy) 에대한피해를경감하는효과는인정되지않았다

411 Plant height(cm) /0 1/0 10/0 50/0 1/10 1/50 10/10 10/50 0/1 0/10 0/50 Dose of radiation(1st / 2nd treatment, Gy) Fig Plant height of pepper plant as affected by sequential gamma radiation. First irradiation at seed and second at leaf stage

412 3 Leaf area( x10 3 cm 2 /plant) /0 1/0 10/0 50/0 1/10 1/50 10/10 10/50 0/1 0/10 0/ Leaf dry weight(g/plant) /0 1/0 10/0 50/0 1/10 1/50 10/10 10/50 0/1 0/10 0/50 Dose of radiation(1st / 2nd treatment, Gy) Fig Leaf area and dry weight of pepper plant as affected by sequential gamma radiation. First irradiation at seed and second at leaf stage

413 50 40 No. of fruit(/plant) /0 1/0 10/0 50/0 1/10 1/50 10/10 10/50 0/1 0/10 0/50 14 Fruit dry weight(g/plant) /0 1/0 10/0 50/0 1/10 1/50 10/10 10/50 0/1 0/10 0/50 Dose of radiation(1st / 2nd treatment, Gy) Fig.169. Fruit number and dry weight of pepper plant as affected by sequential gamma radiation. First irradiation at seed and second at leaf stage

414 60 50 Top Root Dry weight(g/plant) /0 1/0 10/0 50/0 1/10 1/50 10/10 10/50 0/1 0/10 0/50 Dose of radiation(1st / 2nd treatment, Gy Fig Dry weight of pepper plant as affected by sequential gamma radiation. First irradiation at seed and second at leaf stage

415 마늘세포의재분화에미치는영향은다음과같다. 방사선을조사한세포를재분화배지인 MS기본에 kinetin 3 + NAA 3mg/L, BA 1 + NAA 3 mg/l 에따로치상하였고, 세포의증식배지인 2,4-D 1mg/L에치상하여 6주후에세포의증식량을조사하였다. 방사선량 1에서 10 Gy 조사는세포의생장량이무조사에비해약간증가하는경향이나유의성이없었고, 20 및 50 Gy 조사에서는세포생장에현저한감소가나타났다 ( 그림 171). 방사선을조사한세포의재분화율은현저한변화를보였다. 재분화배지를 kinetin NAA 3.0 mg/l로한경우 10 Gy 조사서샤레당 98.7개의신초가발생하여무조사가 24.4개인데비하여재분화에효과적이었고, BA NAA 3.0 mg/l배지에서는 5 Gy를조사한것이가장좋았다. 20 Gy이상의조사는뿌리신초모두거의발생하지않았다 ( 표 76, 그림 171, 그림 172)

416 Callus fresh weight(mg) Kin3 + NAA3 mg/l BA1 + NAA3 mg/l 2,4-D 1 mg/l Dose of gamma ray(gy) Fig. 171.Effect of gamma radiation on the growth of garlic callus. Data collected at 6 weeks after irradiation. was

417 Table 76. Effect of gamma radiation on the regeneration of garlic callus. Dose (Gy) Kinetin NAA 3.0 mg/l 1) BA NAA 3.0 mg.l Rooting Shooting 2) Rooting Shooting ) Callus was innoculated on the regeneration medium, MS with 30g/L sucrose, 1.0% agar, just after radiation treatment. 2) Shooting and rooting means number of shoots or roots per 9cm petri dish

418 Fig Regeneration of garlic callus as affected by gamma radiation. A: MS with kinetin NAA 3.0 mg/l, B: BA NAA 3.0 mg/l. Dose of radiation: from left to right: 0, 1, 5, 10, 20, 50 Gy

419 라. 방사선과자외선에대한고추식물체및배양세포의반응차구명종자처리및초기생장은다음과같다. 건조종자와침적종자에방사선과자외선을처리하였다. 자외선처리는자외선등에노출된시간별로처리하였다. 그림 173는방사선과자외선을처리한고추종자의발아율을나타내었다. 방사선조사에서건조종자보다침적종자가방사선조사에더욱민감하였다. 침적종자의 50 Gy조사를제외하곤최종발아율은차이가없으나발아속도는차이가나는것으로관찰되었다. 자외선의처리에서는고추종자의발아율에큰차이를보이지않았다. 발아한묘의초장을보면방사선조사에서 10 Gy조사까지는무조사에비해초장이증가하는경향이었다. 초장도침적종자에 50 Gy 조사한유묘는현저히감소하였다. 자외선처리는초장의증가효과가관찰되지않았다 ( 그림 174). 방사선을조사한종자로부터발아한유묘의엽수는무조사에비해감소하였고, 침적종자의 50 Gy 조사에서는잎의발생이거의되지않았다. 자외선처리에서는처리시간에관계없이무처리와비슷하였다 ( 그림 175). 엽면적은방사선조사에의해감소하였고침적종자의 50 Gy조사에서는현저히감소하였다 ( 그림 176). 자외선의처리는유묘의엽면적에영향을미치지못하였다. 유묘의건물중은저선량의방사선조사에의해증가하였는데, 침적종자는 1 Gy, 건조종자는 5 Gy 조사에서가장높았다. 자외선의처리는 24시간처리에서약간감소하나유묘의건물중에큰영향을미치지않는것으로나타났다 ( 그림 177). 이상의실험에서방사선과자외선의종자처리후발아율과초기유묘의생장을보면자외선보다방사선조사가종자의발아나초기생장에민감하였으며, 건조종자보다침적종자가더민감하게반응하였다. 저선량의방사선을종자에조사할경우초장의증가와건물중의증가효과가있었다

420 100 Imbibed seed Dry seed % Germination Gamma ray(gy) UV irradiation(hrs) Fig. 173.Germination of pepper seed as affected by gamma and UV irradiation to imbibed and dry seed

421 16 14 Imbibed seed Dry seed Plant height(cm) Gamma ray(gy) UV irradiation(hrs) Fig Plant height of pepper seedling as affected by gamma and UV irradiation to imbibed and dry seed

422 No. of leaves(/plant) Imbibed seed Dry seed Gamma ray(gy) UV irradiation(hrs) Fig Leaf number of pepper seedling as affected by gamma and UV irradiation treated to imbibed and dry seed

423 50 Leaf area(cm 2 /plant) Imbibed seed Dry seed Gamma ray(gy) UV irradiation(hrs) Fig Leaf area of pepper seedling as affected by gamma and UV irradiation treated to imbibed and dry seed

424 2.5 Seedling dry wt.(g/plant) Imbibed seed Dry seed Gamma ray(gy) UV irradiation(hrs) Fig Dry weight of pepper seedling as affected by gamma and UV irradiation treated to imbibed and dry seed

425 식물체및배양세포처리는다음과같이수행하였다. 종자처리와달리식물체에방사선을조사하면조사후시간에경과함에따라가시적피해정도는자외선이방사선보다훨씬심각하게나타났다. 방사선조사는조사후시간이경과함에따라가시적피해정도가증가하지만조사 10일이후부터는더이상진전되지않고피해를받은상태로식물체가계속생존해있으나, 자외선을처리한식물체는짧은시간을처리해도그이후부터계속적으로피해정도가심해져결국식물체가고사하는것으로나타났다. 즉자외선에 30분간을처리한식물체와 6시간을처리한식물체의가시적피해정도는처리 20일후에는동일하며 90% 이상의식물체가고사하는것으로관찰되었다 ( 그림 178). 자외선과방사선을조사한후잎과배양세포로부터누출되는전해물질의량을측정하였다. 방사선조사는잎및캘러스모두전해물질의누출정도가무조사와차이가없으나자외선처리는잎으로부터의전해물질누출정도가무처리에비해수십배가증가하였다 ( 그림 179). 캘러스에자외선을처리한경우에도잎에비해서는낮으나자외선의처리시간이증가함에따라전해물질의누출량이증가하였다. 전해물질의누출량이자외선처리에서증가하는것과그림 178에서자외선처리후피해증상이회복되지않고계속심하게진행하는것과관련이있을것으로추정된다. 방사선과자외선을처리한후세포의활력을조사하였다 ( 그림 180). 방사선조사는저선량인 1, 5, 10 Gy조사에서무조사보다세포활력이증가하였고, 고선량인 20 및 50 Gy에서는떨어졌다. 자외선처리는 1시간이상처리부터는세포활력이방사선처리보다현저한감소를보였다. 식물세포를방사선과자외선에노출시킨후경과시간별로세포활력의변화를관찰하였다 ( 표 77). 방사선조사는정상상태에서시간이경과함에따라세포의활력이회복되는것을뚜렷이관찰할수있었다. 그러나자외선의처리는처리후시간이경과함에따라세포의활력이현저히감소하여궁극적으로세포가고사하게되어방사선조사에대한반응과는대조적인결과를보였다. 그림 181는방사선과자외선을처리한후 0 및 24시간후에처리강도별로 TTC에의한세포활력을조사한사진이다 ( 붉게보일수록세포의활력이높음 ). 방사선 50 Gy를조사한세포를보면조사직후에는세포의활력이낮았으나 24시간후에는뚜렷이회복되는것을볼수있으나자외선의처리는오히려 48시간후에세포의활력이현저히떨어지는것을볼수있었다

426 방사선과자외선의처리결과를보면종자처리에서는방사선이민감하게작용하고, 식물체나배양세포에처리하면자외선에대한반응이방사선보다더욱민감하였다. 즉자외선을처리하면식물체나배양세포는정상상태에두어도계속적으로피해정도가심각하게진전되나방사선은회복되거나피해를받은상태로계속생존해있는경향을보였다. 고선량의방사선을조사할경우식물체가완전히회복되는것이아니라어느정도의가시적피해가진행되다가더이상피해가심화되지는않으나회복되지도않은상태로식물체가살아가는것을볼수있었다. 표 78은고추식물체에서여러종류의환경스트레스하에서생합성되는것으로알려진독성 phytoalexin인 capsidiol의함량을조사한것이다. 방사선조사에의해서는 capsidiol의생합성이전혀일어나지않았으나자외선처리에의해서는현저히증가하는것을알수있다. Capsidiol은고추세포가스트레스를받을경우생합성되는독성물질로병균등에강한항균활성을나타내나과다생성시식물체자신도이물질의독성에의해고사하는것으로알려져있다. 자외선처리에의해 capsidiol의량이증가하는것이앞의실험결과에서자외선처리후식물체가고사하는쪽으로진행되는것과관련이있을것으로추정된다

427 Visual injury rate Gam.10Gy Gam.50Gy UV-30min UV-6hrs Postradiation period(days) Fig. 178.Progress of visual injury of pepper plant after gamma and UV irradiation. All data was an average of five independent plants

428 35 Relative leakage electrolytes Callus Leaf Gamma ray(gy) UV radiation(hrs) Fig Effect of gamma and UV irradiation on the leakage of electrolytes from callus and leaf

429 Percent of cell viability Gamma ray(gy) UV irradiation(hrs) Fig Effect of gamma and UV irradiation on the viability of pepper callus

430 Table 77. Changes in cell viability after gamma and UV irradiation to pepper cells. Treatments Cell viability(%) a DAT b Control Gamma 10 Gy 62.0 ± ± ± ± Gy 58.4 ± ± ± ±10.8 UV 0.5 hrs ± ± ± ± hrs 31.6 ± ± ± ± 3.5 a Cell viability is based on TTC test and calculated as % of untreated control cells. b DAT: days after treatment

431 Gy 0 HAI 48 HAI Gamma ray(gy) 0 HAI UV(hrs) 48 HAI hrs Fig Cell viability test of pepper callus after gamma and UV irradiation 0 and 48 hours after irradiation(hai). at