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승준 천
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1 아날로그와디지털음악이식물생장및식물생장호르몬지베렐린함량변화에미치는영향 김호연 * *, 강상모, * 경북대학교식물생명과학부, ** 경북대학교응용생물화학부 ** 초록 인류역사의시작과함께한음악은단 10년전까지만해도모두아날로그음악 이었다. 아날로그음악은축음기의개발과함께그전성기를맞이하게되었다. 하 지만과학의발전과함께 CD와 MP3로대표되는 0과1의디지털로녹음된디지털음 악이그자리를대신하게되었다. 이런상황은정보통신기술의발전과함께 MP3가 등장하면서더심화된다. 디지털로녹음된음악도우리에게즐거움만을주는것인가라는물음에는우리는 확실한답을할수없다. 선진국에서는디지털음악이인간에게정신적으로매우 부정적인영향을준다는많은보고를내어놓고있기때문이다. 많은연구자들에의해식물이음악에반응을한다는것이밝혀져있으며농업생 산성증대를목적으로음악을작물에게들려주는적용의단계에까지와있다. 그러 나가장중요한부분인음원( 디지털또는아날로그) 의차이가작물에게어떤영향 을주는가에대해서는거의밝혀져있지않다. 본실험에서는작물의생육변화에음원이작물의생육변화에미치는영향을명 확히구명하고자하였다. 장시간노출시킨디지털음원(MP3) 은아날로그음원(LP) 에비해오이와피망의줄기신장과생체중을현저히억제하는것으로나타났다. 또 한디지털음악은식물생장과밀접한연관이있는식물호르몬지베렐린의생합성 을현저히억제하는것으로나타났다. 본연구결과로음악이작물의생육과밀접한연관이있음이재확인되었으며 식물에게들려주는음악의파장영역 ( 음파 ) 은식물의생장호르몬생합성에영향을 미쳐생장의차이로나타나는것으로사료된다. 따라서작물생육촉진을위한그린음악을작물에게들려줄때디지털(CD 또는 MP3) 이아닌아날로그(LP) 로음악을들려주어야만생육촉진효과를극대화시킬수 있을것으로생각된다.

2 아날로그와디지털음악이식물생장및식물생장호르몬지베렐린함량변화에미치는영향 Ⅰ. 서언 Ⅱ. 연구사 Ⅲ. 연구의이론적배경및연구목적 1. 연구의이론적배경 1.1. 음원이인간에미치는영향 1.2. 음원에따른식물의반응 1.3. 식물생장과식물호르몬지베렐린의연관성 2. 연구목적 Ⅳ. 재료및방법 1. [ 실험Ⅰ] 아날로그와디지털음악에의한작물의생장변화 2. [ 실험Ⅱ] 아날로그와디지털음악에의한식물생장조절호르몬지베렐린 (GA) 함량변화 Ⅴ. 결과및고찰 1. 아날로그와디지털음악에의한작물의생장변화 2. 아날로그와디지털음악에의한식물생장조절호르몬지베렐린 (GA) 함량변화 2.1 오이와피망식물체내의 GA 생합성경로구명 2.2. 오이와피망식물체내의 GA 함량변화 3. 고찰 Ⅵ. 적요 1. 아날로그와디지털음악에의한작물의생장변화 2. 오이와피망식물체내의 GA 생합성경로구명 3. 오이와피망식물체내의 GA 함량변화 Ⅶ. 사사 Ⅷ. 참고문헌

3 Ⅰ. 서언 만물을길러내는대지의숨결, 자연에서들을수있는모든소리는아날로그신 호다. 인류도그시작과함께아날로그소리와역사를같이하였다. 비를부르는 샤먼의춤사위에함께하던음악에서부터오페라에이르기까지아날로그음악은인 류의생활과그궤를같이하였다. 이런아날로그음악은에디슨이실린더형축음 기를개발하면서부터그전성기를맞이한다. 우리나라에서도경제성장과더불어대 중음악이급속하게퍼지면서 LP로녹음된아날로그음악이언제나곁에있게되었 다. 하지만이런화려한역사도잠시였다. 과학기술의발전은음악에도큰영향을 미쳤다. 잡음이없는보다깨끗한음질과낮은제작비용, 간편한휴대를장점으로 하는디지털음악이 CD 를필두로해서새롭게자리잡았기때문이다. 여기에정보 통신기술의발전에힘입어음반을가지고다닐필요조차없이디지털형식의파일 만넣으면되는 MP3 player를이용한음악이등장하면서 LP로대표되는아날로그 음악은급격히우리생활의곁에서멀어져갔다. 현대인이접하는음악은거의모두디지털이다. 아침에버스에서듣는라디오의 음악은방송국에서 CD 로튼디지털음악이다. 인터넷의개인블로그에서흘러나오 는모든배경음악은디지털음악이다. 휴대폰의벨소리, MP3 player에서들려나오 는음악, 음악전문채널에서흘러나오는음악까지자의든타의든우리는매일디지 털음악을접하고있는것이다. 과연우리가매일듣는이디지털음악이인간에게 흥겨움을주고또아름다운가치를선사하는역할만을하는것일까? 디지털로만들 어진음악이인간에게해로울수있다는반론이재기되듯이해로운역할을할수도 있을것이다. 백여년에걸친음악이작물에미치는영향에관한연구에도불구하고그진전 은아직미약한수준이다. 것인가에대해서는연구가거의이루어지지않았다. 더욱이음악이작물에게어떤생리적변화를일으키는 이에본연구에서는디지털 음악(MP3) 과아날로그음악(LP) 음원의차이가작물의생육에영향을미칠수있음 을밝힘과동시에생장과관련한식물호르몬생합성에어떠한영향을미치는지를 구명하고자하였다. 본연구를통해서음원의차이가작물의생장반응과명확히연관되어있음을밝 힌다면농업에있어서음악을보다효과적으로이용하는방법을찾을수있을것이 다. 또한, 본연구를계기로음원이인간에게어떤영향을미치는지에관한연구를 촉진시키는계기가될수있을것이다. Ⅱ. 연구사 식물과음악의관계에대해서과학자들이관심을가지고연구를시작한것은

4 150 년전으로거슬러올라간다. 진화론의아버지인 Charlse R. Darwin은 1860년대 에미모사에나팔을불어주고미모사의잎의변화를관찰하여보았으나그 관찰하지는못하였다고한다. 현대에이르러서도이런시도는계속이어져서 나말라이대학의 T.C. Singh 변화를 1950년대에인도의마드라스아 교수는소리굽쇠나바이올린소리를식물에게들려주 는실험을통해음악을들려준식물은그렇지않은식물들과는다른기공수, 표피 의두께, 세포의크기등식물의외적변화가나타났음을밝혔다. 그의연구는계 속되어서 담배와땅콩은 1960년대에는인도의전통음악을들려준작물의경우벼에서는 25%~60%, 50% 의증수효과를나타냈다고보고하였다. 1968년미국의 Dorothy Retellack는음악가는고전음악을식물에게들려주는경 우호박덩굴이스피커를감싸면서성장하는것을관찰하였고, 록음악의경우에는 식물이반대방향으로성장하는것을관찰하였다. 이를통해서식물이음악의장르 에따라서다른반응을보인다는것을구명하였다 년대초반에이르러서는작물과음악과의관계를규명하는실험이상용화에 이르게되었다. Dan Carlson이라는미국인은 1983년에식물생육촉진음악인 sonic bloom 을개발하게된다. 이를상용화해서 30여개나라에특허를출원하고우리나 라를포함한 15개국에서 sonic bloom 이라는상표명으로판매를하고있다. 2003년에중국의 Wang Bochu 등은벼종자에음악을들려주어 400Hz 106dB에서 작물생육의높은활성을나타내지만더높은음에서는생육을저해한다고밝혔다. 또한, 일본의 AKio Sakanishi, 중국의 Wang Xiujuan 등의연구에서는국화의캘 러스에 1000 Hz, 100dB 강한음악을들려주자환경스트레스에의해서식물의방어효 소가크게떨어지는것을관찰할수있었다고한다. 우리나라에서도작물과음악의관계에관한연구가 10 년전부터진행되어왔다. 1990년대부터 sonic bloom이국내에알려지면서당시에농촌진흥청잠사곤충연구소 연구관이던이완주박사를중심으로많은연구가수행되었다. 이들은음악이식물 의생육에미치는아래와같은다양한영향에대해서연구를수행하였다. [ 우리나라의음악이식물의생육에미치는영향의연구내용 ] 음악에따른식물의체내전류흐름의차이 해충에대한음악의처리효과 병의발생정도차이 4. 음악에따른식물체내의화학성분(flavonoid 종류) 의변화 5. 당도의차이 이와같은실험을통해서음악이작물에상당부분긍정적인영향을미친다는것 을어느정도밝혔다. 특히, sonic bloom을직접도입해서실험을한것을통해서 는큰효과를보지못한반면, 직접개발한 [ 그린음악] 을통해상당한효과를거두 었다는점에서그의미가더욱크다고할수있다.

5 Ⅲ. 연구의이론적배경및연구목적 1. 연구의이론적배경 1.1. 음원에따른인간의반응 우리가디지털음악에둘러싸여있는상황에서디지털음악이인간에어떤영 향을주는지에대한관심이최근에점점높아지고있다. 대구 MBC는 2005년 1월 16 일방송한창사특집 2 부작다큐멘터리 < 생명의소리, 아날로그> 라는프로그램을통 해디지털음악과아날로그음악이생명체에미치는영향을탐색해보려고시도하 였다. 음악을이용한정신과치료분야에서가장권위있는사람중에한명인미국의 존다이아몬드박사는수십년간음악을정신과치료에이용했다. 그결과같은 음악이라도직접연주를해주거나 도움이되지만 LP로음악을들려주는것은환자들의치유에큰 CD 로음악을들려주면전혀효과를보지못하였다고하였다. 방송에서실험대상이된몇몇젊은사람들은 CD나 MP3로음악을들으면 LP로 듣는것보다순간몸의근육에많은스트레스를받아, 건강한젊은사람이팔에 힘을주고뻗어서버티려고해도약한힘에도견디지못하고무기력해지는것을 보여주었다. 이는디지털이인간에게미치는부정적인영향을간접적으로나타내 는실험이었다. 이것은인간에게즐거움을선사하는음악이라도음원에따라다양 한반응( 긍정적또는부정적) 을유도할수있다는것을암시하는것으로다소충격 적인내용이었다. "LP 는녹음에서재생에이르기까지아날로그방식으로이루어지기때문에우리 가듣기에편안하다고느낄수있다. 하지만 CD는특정주파수배열만을토막내어 저장했기때문에우리가듣기에불편할수도있다." 라고일부음악전문가들은음 원에따른차이가존재할수도있음을인정하고있다. 이런 CD의음악을 MP3 는더생략해버린다. MP3 는일종의압축파일이다. MP3를 만드는대표적인방법인손실압축은대부분지각코딩(Perceptual coding) 개념에 근거한기술로사람이인지할수없는부분을생략함으로써크기를줄이는압축방 법이다. 먼저가청주파수밖의소리를잘라내고, 남은소리에서또청각이감지할 수있는소리의최소크기인최소가청한계이하의음을버린다. 그리고마스킹현상 ( 소리가림, 여러소리에묻혀작은소리를잘듣지못하는현상) 에의해가려지는 소리도제거해서우리사람이들을수있는소리만남겨놓는방식이다. MP3는이런 방법을통해 CD가가진디지털원음을 1/10 크기로더압축하는것이다. 이렇게제 작된디지털은 LP 의방대한원음을모두담아낼수없다. 따라서음질대신편리 함을택한디지털은 " 디지털피로" 와무관하지않은것으로생각된다.

6 1.2. 음원에따른식물의반응 음악이식물에게미치는영향에대해서는어느정도연구가이루어져있는실정 이다. 그러나아날로그나디지털과같은음원의차이에따라서생물이다르게반응 하는지에대해서는알려진바가거의없다. 국내에서연구된바에따르면우리나라에서제작된 ' 그린음악( 음파의영역이 2,000Hz 미만인경쾌한소리)' 을들려주었을때다양한긍정적인효과를관찰할수 있었다고하였다(Lee 등,1996). 그린음악을들려준작물에 N, Ca, Mg를엽면시비 한결과양분의흡수가 66% 까지증가하는것을관찰할수있었다고하였다. 또한, 식물체내의특정성분의분석을통해서 flavonoid류인 rutin, isoquercitrin, guaijaverin 의함량이증가하는것을관찰할수있었는데특히, rutin 의함량이크게증가하였다고하였다. 다른생리적변화로는밀, 보리, 귀리, 호밀의경우에는내병성효소의일종이라고알려진 증가하였다고하였다. (1.3)-β-glucanase의함량이 이런내부적변화이외에도여러식물에서다양한긍정적인생장의변화를관찰 하였을뿐만아니라해충을접종하는실험을통해서식물을가해하는진딧물의수 명이 17.2일에서 15.2일로줄고산자수가마리당 42.2마리에서 30.3마리로감소했 다는보고(Lee 등, 1996) 도있었다 식물생장과식물호르몬의연관성 식물은자신에게영향을주는여러외부환경에대처하고가장합리적인생육조 건을이끌어나가기위해서체내의호르몬조절을통해서자신의내외적변화를일 으킨다. 음악이라는것도결국에는긍정적이든부정적이든외부자극의하나이다. 따라서음악이식물에게생장변화를가져온다면내적변화가선행되어야할것이 고내적변화를유도하는데크게관여하는호르몬의변화를알아보아야한다고생 각된다. 이에본실험에서식물의생장촉진과변화에가장관련이깊은식물생장조 절호르몬지베렐린의함량변화를통해서식물내부에어떤변화가있는지를분석하 고자하였다. 지베렐린이식물의줄기신장과관련이있음은멘델이유전연구를위해사용한 완두의형질중의가장두르러진형질인키의크고작음에관여하는유전자가지베 렐린생합성관련유전자임이최근밝혀짐으로보다명확해졌다고할수있다. 지베렐린은세포의신장에관여하는가장대표적인식물호르몬으로서대부분의 식물은 GA 처리에의해줄기신장이촉진된다. 이와반대로식물에 GA생합성억제제 ( 왜화제) 를처리하면줄기신장이현저히억제되는현상도 GA와줄기신장과의연관 성을입증하는것이라할수있다.

7 지베렐린은식물이환경변화에반응하여생장을조절하기위해사용되는중간 신호전달물질로잘알려져있다. 광질( 적외선, 또는근적외선) 에따른상추종자의 발아조절현상에서 GA생합성량의조절이발아와밀접히연관되어있음은광과지베 렐린의연관성을명확히입증하는근거자료이다. 또한나무밑( 그늘) 에서절간( 줄기) 신장이촉진되는현상도광질에따른식물호르몬 GA 생합성량의차이에기인하고있다. 이와같이광환경변화인식과지베렐린과의상관을비교적명확히구명되어있 다. 그러나파장( 특히음파) 에따른식물의반응또는이들반응과식물호르몬지 베렐린과의연관성에관한연구는전혀수행된바가없다. 2. 연구목적 국내에서발표된식물의생육에음악이촉진적인영향을미친다는많은연구결 과는대부분디지털음악인 CD 로재생되는음악을사용하여수행되었다. 이들연구결과에서도가장효과적인음악처리시간은 1~2시간이라고알려져있 으며, 한편최근몇몇연구자들에의해제기되고있는디지털음악의인간에대한 유해성여부의논란에서짐작할수있듯이디지털음악은식물에게도부정적인효 과를나타낼수도있을것이다. 따라서본연구에서는작물( 오이와피망) 을재료로하여디지털음악의유해성 을보다명확히구명할목적으로장시간(8 시간/ 일) 동일음악의반복처리를 30여 일동안수행하였다. 처리후 10일간격으로 30일동안줄기신장및생체중증감 에미치는영향을구명함과동시에음악처리 10일후에식물체내의지베렐린함량 변화를조사하여음원에따른식물의내 외적반응차유무를밝히고자하였다 이와같은연구를통해본연구자들이추구하는연구목표는아래와같다. 인체를대상으로한특정음악의장시간노출은거의불가능하여피시험자에게 부작용이있을시심각한문제를야기하므로식물을재료로하여자연의소리아 날로그와기계적재가공음인디지털의효과를명확히구명하고자함. 장시간의노출에따른식물의생장반응과식물호르몬함량변화는인체에대한디 지털의유해성을간접적으로증명할수있는자료로제시될것임. 최근휴대폰등디지털장비의유해성이제기되고있는시점에서식물을대상으 로하는디지털음에대한폭넓은연구수행동기를부여하여디지털음으로부 터인류의건강을해할수있는위험성에대한조기경보적의미제공. - 향후식물생장촉진/ 병해충저항성증대/ 수확량증대등의목적으로농업적응용 시디지털음이아닌아날로그음을들려주어실질적농업생산성향상에적용 - 디지털음에과다노출되어있는우리나라청소년에대한경각심고취

8 아날로그와 디지털 음악이 식물생장 및 식물생장호르몬 지베렐린 함량 변화에 미치는 영향 경북대 / 김호연, 강상모, Ⅳ. 재료 및 방법 1. [실험Ⅰ] 아날로그와 디지털 음악에 의한 식물체의 생육 변화 관찰 [작물재료 및 생장조건] 본 실험은 2004년 경남 밀양시 부북면 소재 농우그린텍 육묘장에서 오이(삼남청 장)와 피망(뉴에이스)을 재료로 사용하여 실시하였다.(그림 1) 농우그린텍의 표준 재배법에 의해 오이는 접목 후 1주된 묘종, 피망은 이식 후 1주된 묘종을 재료로 사용하였다. 디지털과 아날로그 음악이 식물에게 미치는 영향을 조사하기 위해서 3 개월에 걸쳐 2반복으로 실험을 실시하였다. 모든 실험은 빛의 양과 습도가 일정한 ISO 표준인증 비닐하우스 안에서 시행되었고, 음악은 베토벤 피아노 협주곡 5번 " 황제"를 2m 거리에서 하루 8시간 씩 반복하여 일정한 음압(75dB)이 유지되도록 들 려주었다. 그림 1. 실험전경 [음원 처리 및 시료채취] 실험 그룹은 아날로그음인 LP와 디지털음인 MP3 그리고 음악을 들려주지 않은 무처리로 모두 3개 그룹으로 나누었다. 동일한 환경을 갖춘 실험동에서 충분한 거 리로 격리된 3곳을 택하여 2004년 10월 말부터 시작하여 하루 8시간씩 음악을 10일

9 간들려주고생육변화를계속관찰하였다. 무처리구에는아무런음악자극을주지 않았다. 실험시작 10일후에식물체내호르몬의변화를측정하기위한시료를채취 하였다. 또한, 식물체줄기신장및생체중을알아보기위해서처리후 10일간격으로 3회 (11/8, 11/18, 11/28) 시료를채취하여조사하였다. 시료는식물체중에서가장큰 것과가장작은것을제외한중간크기의것만을사용했다. 2. [ 실험 Ⅱ ] 아날로그와디지털음악에의한식물생장조절호르몬지베렐린 (GA ) 함량변화 [Gibberellins(GA) 의추출및정량 ] 지베렐린추출의일반적인과정은 Foster & Morgan (1995) 과 Lee 등(1998) 의방 법에준하였다. 시료채취즉시액체질소로급속냉동시킨후냉동건조한시료를마 쇄하여사용하였다. 마쇄한시료 1g을 80% 와 100% MeOH을차례로가하여충분히 추출한후추출여액을 60% MeOH 용액이되게증류수를첨가한다음 -70 냉장고 에 1~2시간동안엽록소를침전시켜 GF/A 필터를이용하여엽록소를제거하였다. 내부표준물질(Internal standard, ISTD) 로는 20ng의 2 H 2 GA 1, 2 H 2 GA 4, 2 H 2 GA 9, 2 H 2 GA 12, 2 H 2 GA 19, 2 H 2 GA 20, 2 H 2 GA 24, 2 H 2 GA 53 을첨가하였다. 추출여액의 ph를 2N NH 4 OH 를이용해 8.0~8.3으로조정한다음 5g의 davisil C 18 (90~130 micron, 60A, Alltech) column 을통과시킨후감압 농축하였다. 농축된잔사를 1g의 celite에건조시킨후 5g의 SiO 2 (ICN Silica , Aktiv 60A ) 컬럼에 loading하여 formic acid로포화된 95:5 EtOAc : hexane을이 용해서용출시켰다. 통과시킨여액을감압 농축한후 phosphate buffer (ph 8.0) 로 녹인다음 2N NaOH를이용해서 ph를 8.0~9.0으로조정하고 EtOAc를이용하여 3회 분획하였다. 여액(phosphate buffer) 에 1g의 polyvinylpolypyrrolidone (PVPP) 을 첨가하여 1 시간동안진탕시켰다. 진탕시킨여액을여과시킨다음 6N HCl을이용해 ph 2.5로조정한후 EtOAc로 3 회분획하였다. 분획된 EtOAc 층을 ph 2.5 증류수로 3회세척하여 phosphate 를제거한다음감압 농축하였다. 농축한잔사를 100% MeOH 에용해시켰으며, HPLC에서각지베렐린의정확한머무름시간을결정하여분획화 하기위하여 [1,2 3 H] GA 20 와 [1,2 3 H]GA 9 를첨가하여질소가스로건조시킨후 HPLC 분석시료로사용하였다. [High-Performance Liquid Chromatography (HPLC)] HPLC 시스템은 Waters model 680 automated gradient controller, U6K injector, model 510 pump와 Isco fraction collector 로구성되었다. HPLC column 은 μ Bondapak C18 ( mm) 을사용하였으며각 GA는 1% 의 acetic acid를포함

10 한 28% MeOH와 100% MeOH 용액의농도구배로분리하였다. 유속은분당 1.5ml로유 지하였으며 1.5ml씩총 45 분획으로나누었다( 표 1). 각지베렐린의정확한머무름시간은각분획당소량(15 μl) 을취하여 Liquid Scintillation Counter(Beckman, LC 1801) 로 3 H-GA 표준물질의용출시간을확인하 여결정하였다. 각분획을 Savant Automatic Environmental Speedvac (model, SPD 2010) 으로건조한후동일 GA를포함한분획을취합하여 1ml의 reaction vial로옮 긴후 40 에서질소가스로건조시켰다. GA 분획중불순물을많이함유한분획은 NH 2 cartridge를사용하여 GA외의불순물을제거한후 reaction vial 로옮겼다. 표 1. HPLC operation conditions for the analysis of gibberellins. HPLC Waters model 510 Column Solvent A Solvent B Gradient μ Bondapak C18 ( mm) 28% MeOH in 1% HOAc 100% MeOH 100% Solvent A 100% Solvent B 100% Solvent B (0~5 min.) (5~36 min.) (36~40 min.) Flow rate 1.5 ml/min. [Gas Chromatograph-Mass Spectrometry-Selected Ion Monitoring (GC-MS-SIM)] GA를포함한분획을건조시킨다음 1ml의 reaction vial로옮긴후 40 에서질 소가스로건조시켰다. 각 GA를 2차례 60μl ethereal diazomethane으로 methyl ester 를유도한후질소가스로건조하였다. Silylation이필요한 GA류는 30μl의 pyridine과 30μl의 N-D-bis (trimethyl silyl)-trifluoroacetamide (BSTFA, 1% TMCS 포함) 로 70 에서 30분간반응시킨후 질소가스로건조하였다. 시료는무수 dichloromethane에녹인후 1μl를 30m 0.25 mm (i.d.) HP-1 capillary column이장착된 GC-MS 에주입하였다. 5973N Mass Selective Detector (Hewlett-Packard) 가부착된 GC(Hewlett-Packard model 6890) 를사용하였으며, Data는 HP 5970C Chemstation (Hewlett -Packard) 을사용하여처 리하였다( 표 2). [ 내생 Gibberellin 의정량 ] 지베렐린의동정은 KRI 값과 mass spectrum 을비교하여확인하였다. 정성과정 량분석을위해 hydrocarbon standard를이용해 Kovats Retention Index (KRI) 를

11 구하였으며, 각시료의내생 GA 와 [ 2 H 2 ]GA ISTD의 3개주요 ion mass를비교하여확 인하였다( 표 3). 표 2. GC-MS conditions used for analysis and quantification of gibberellins, GC-MS Equipment Column Hewlett-Packard 6890, 5973N Mass Selective Detector HP-1 capillary column (30m 0.25 mm i.d. 0.25μm film thickness) Carrier gas He (40 ml/min.) Source temperature 250 Oven conditions Injector temperature Ionizing voltage 60 (1 min.) 15 /min. 200 (1 min.) 5 /min. 285 (5 min.) ev 모든 GA류의동정은 Gaskin & MacMillan (1991) 이보고한 KRI 값과 mass spectrum을비교함과동시에 Australian National University의 Lewis N. Mander 교수로부터구입한 deuterated된각 GA 표준품의 KRI 및 mass spectrum을비교하여 확인하였다. 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 deuterated GA와 endogenous peak 면적의비율을기본 으로하여정량하였다. 즉, GA 53, GA 19, GA 20, GA 1 의내생함량은 448/450, 434/436, 418/420, 506/508의 peak 면적의비율로계산하였다( 그림 2). Calculation of endogenous GA = Endo. peak area ISTD peak area amount of ISTD / weight (D.W.)

12 표 3. GC-MS analysis of HPLC fractions from acidic ethyl acetate fractions of extracts. Fraction no. GAs KRI z m/z (%, relative intensity of base peak) y GA sample standard 506(100) 508(100) 448(20) 450(19) 313(17) 315(14) 491(13) 493(11) 377(12) 379(13) 24, 25 GA sample standard 418(100) 420(100) 375(45) 377(45) 403(14) 405(13) 359(12) 361(10) 301(13) 303(11) GA sample standard 434(100) 436(100) 374(59) 376(57) 402(41) 404(40) 462(10) 464( 9) 375(57) 377(55) 32, 33 GA sample standard 284(100) 286(100) 225(80) 227(76) 289(70) 291(71) 224(76) 226(75) 418(26) 420(23) GA sample standard 314(100) 316(100) 226(89) 228(87) 286(77) 288(75) 342(42) 344(40) 374(4) 376(3) 37, 38 GA sample standard 448 (47) 450 (47) 251(30) 253(28) 235(30) 237(28) 389(25) 391(25) 241(18) 243(19) 37, 38 GA sample standard 298(100) 300(100) 270(78) 272(77) 227(48) 229(48) 243(43) 245(42) 330(6) 332(6) z) KRI, Kovats retention index. y) Identified as methyl ester trimethylsilyl ether derivatives by comparison with reference spectra and KRI data (Gaskin and MacMillan, 1991).

13 Ⅴ. 결과및고찰 1. 아날로그와디지털음악에의한작물의생장변화 일반적으로작물의경우음악을들려주었을때생육촉진, 생체중증가등의촉 진효과가있는것으로알려져있다. 일반적인실험환경에서하루에 1시간정도 음악을들려줄경우식물생육이가장촉진되는것으로보고되고있다 (Lee 등. 1996). 그러나본실험의경우는작물을장시간의음악에노출시키는처리를통하 여디지털음악의유해성을보다명확히평가하고자하루에 8시간동안 35일에걸쳐 음악을들려주는실험을통해식물체의생체중과줄기신장에미치는영향을조사하 였다. [ 음원에따른식물체생체중변화 ] 오이의경우그림 2에서보는바와같이생체중이음원의차이에의해크게영 향을받는것으로나타났다. 오이에게음악을들려주기시작한 2004년 10월 28일부 터 35 일(8h/ 일) 동안 LP와 MP3 음악에노출시킨경우무처리구에비해 LP 처리구의 경우 11%, MP3 처리구의경우 20% 의생체중감소를보였다. 80 Fresh weight (g/plant) M P 3 LP Treatm ent Cont 10 D AT 20 D AT 30 D AT Sampling data 그림 2. 오이의생체중에미치는음원의영향 (DAT: Days After Treatments)

14 피망의경우에도그림 3에서보는바와같이생체중이음원의차이에의해크게 영향을받는것으로나타났다. 피망의경우음원에따른생체중의변화양상은오 이보다큰것으로나타났다. 35 일(8h/ 일) 동안 LP와 MP3 음악에노출시킨경우피 망의생체중은무처리구에비해서 LP 처리구는 19%, MP3 처리구에서는 30% 의감소 를보였다. 40 Fresh weight (g/plant) M P3 LP Treatm ent C ont 10 D AT 20 D AT 30 DAT Sampling data 그림 3. 피망의생체중에미치는음원의영향 (DAT: Days After Treatments) 오이의경우그림 4,5에서보는바와같이줄기신장은음원의차이에의해크게 영향을받는것으로나타났다. 초장의변화또한생체중과유사하게음원에따라서 큰차이를보였다. 오이를 LP와 MP3 음악에노출시킨경우무처리구에비해 LP 처 리구의경우 10.5%, MP3 처리구의경우 22.1% 의줄기신장억제를보였다. 초장의 변화뿐만이아니라오이생육의지표가될수있는덩굴손의전개속도는 MP3 처리 구에서보다 LP 처리구에서 2 일정도앞서는것으로관찰되었다( 자료미제시). 한 편, MP3 처리구의경우 LP 처리구에는발생하지않은꽃눈의분화가나타났다. 일반적으로식물의꽃눈분화는외부환경조건이다소열악한조건하에서촉진되 므로 MP3에의한꽃눈분화촉진현상은장시간 MP3에노출되는것이오이에게는일 종의스트레스로작용하고있음을암시한다고사료된다.

그림 4. 음원에따른오이의줄기신장차이( 처리 35 일후) 120 100 Plant height (cm) 80 60 40 20 0 Cont LP MP3 그림 5.

15 그림 4. 음원에따른오이의줄기신장차이( 처리 35 일후) Plant height (cm) Cont LP MP3 그림 5. 오이의줄기신장에미치는음원의영향( 처리 35 일후) 피망의경우에도그림 6에서보는바와같이줄기신장은음원의차이에의해크 게영향을받는것으로나타났다. 초장의변화가음원에따라서비교적큰차이를 나타내었다. 오이와같이 2004년 10월 28일부터 35 일(8h/ 일) 동안 LP와 MP3 음악에

16 노출시킨경우무처리구에비해서 LP 처리구는 3%, MP3 처리구에서는 20% 의줄기신 장억제를보였다. 피망도마찬가지로장시간 MP3에노출되는것이식물체에게일 종의스트레스로작용하고있음을암시한다고사료된다 Plant height (cm) Cont LP MP3 그림 6. 피망의줄기신장에미치는음원의영향( 처리 35 일후) 본실험을통해나타난생체중과줄기신장의변화를종합하여볼때동일시간, 같은음악에노출시켰을경우아날로그에비해디지털음악에서작물의생육억제현 상이현저하게나타났다. 이는음원에따라작물의생육에미치는영향이다름을 알수있다. 이것은디지털음악이작물의생산성에큰손실을미칠수있을것으 로사료된다. 이와같은결과로미루어볼때그린음악이작물생육을촉진하는것이사실이라 면음악을디지털(CD 또는 MP3) 이아닌아날로그(LP) 로들려줄경우작물생산에 유용한효과를극대화시킬수있을것으로생각된다. 2. 아날로그와디지털음악에의한식물생장조절호르몬지베렐린 (GA ) 함량변화 2.1 오이및피망식물체내의 GA 생합성경로구명

17 현재까지고등식물과균류및박테리아에서발견된 GA 종류는 136 종으로알려 져있다. 그러나이들대부분의 GA는활성형 GA를생합성하는과정중의중간대사 산물로알려진생리적불활성형인것으로간주되며생리활성을가진것은 GA 1 과 GA 4 를비롯한몇몇의소수인것으로알려져있다(MacMillan, 2002). 많은고등식 물의지베렐린생합성경로는여러연구자들에의해비교적자세히밝혀져있다. 그러나본연구에서사용한오이와피망식물체내 GA 생합성경로또는 GA함량 변화에관한연구는전무하다. 오이의경우에지베렐린과유사한물질이발견되었 고(Dan 등,1968), 성숙된종자에서일부 GA 류에대한분리, 정량에대한시도가있 었으나(Hemphill DD 등, 1972), 자라고있는식물체의잎또는줄기에함유된 GA에 관한연구는없는실정이다. 피망의경우에는현재까지지베렐린에관한연구가전 혀보고된바가없다. 따라서본연구에서밝히고자하는음원에따른지베렐린함량변화와생장과의 연관성구명을위해서는이들식물체내의 GA생합성경로및함량에관한연구가선 행되어야하므로본실험을통해오이와피망의식물체로지베렐린의생합성경로 를구명하고자하였다. 고등식물체에서발견되는지베렐린의주된생합성경로는 non 13- hydroxylation 경로 (GA 12 GA 15 GA 24 GA 9 GA 4 GA 34 ) 또는 early 13-hydroxylation 경로중의 (GA 12 GA 53 GA 19 GA 20 GA 1 GA 8 ) 하나인 것으로알려져있으므로이들경로상모든 GA류를동정함과동시에 GA 함량을정 확히분석하여오이와피망식물체내의 GA 생합성경로를구명하고자하였다. 오이와피망식물체내 GA 를분리 동정하고정량한결과( 그림 7), 오이와피망 식물체에서 non C13-hydroxylation (NCH) 경로상의 GA류와 early C13-hydroxylation (ECH) 경로상의모든 GA 류를동정할수있었다. 이는오이와피 망이앞의두가지생합성경로모두를통해 과로사료된다. GA를생합성한다는것을입증하는결 NCH 경로상의생리활성형인 GA 4 함량이오이는최고 42.31ng/g D.W., 피망은 13.25ng/g D.W. 인반면 ECH 경로의 GA 1 함량은오이는 4.34ng/g D.W., 피망은 2.65ng/g D.W. 로나타나오이와피망에서 GA 4 를생합성하는 NCH경로가 GA생합성의 주경로인것으로나타났다. 그러나 GA 1 도함량은적으나비교적많은양을함유하 고있는것으로나타났다( 그림 8). 또한, 음원에따른이들두경로상의 GA함량변화를조사하여 GA 생합성경로 중어떤단계가이들음원인식에대한식물의반응과상관이있는지를구명하는 것은식물의환경변화인식메카니즘구명측면에서도아주유용한자료를제공할 것으로생각된다.

18 Abundance 9000 Ion ( to ): B.P.-642.D Time--> Abundance Ion ( to ): B.P.-642.D Time--> Abundance Scan 1063 ( min): B.P.-643.D m/z--> 그림 7. 피망에서분리한 GA4의 GC-MS chromatogram

19 GA 12 GA 53 GA 15 GA 44 GA 24 GA 19 GA 9 GA 20 GA 4 GA 1 그림 8. 본연구결과를바탕으로추정한오이와피망의 GA 생합성경로 ( 굵은화살표는주생합성경로, 가는화살표는부생합성경로 )

20 2.2. 음원에따른오이및피망식물체내의 GA 함량변화 미생물을포함한 136종의분리된 GA 중대부분이중간대사물질로써작용을하 고생리활성을보이는것은적은수에불과하다. 그중식물에서가장많은생리 활성을보이는것은 GA 1 과 GA 4 다. 따라서본실험은이두호르몬의양을비교, 분 석함과동시에이들생리활성 적변화원인을구명하고자한다. GA의전구체들을분석하여음원에따른작물의생리 2.0 GA GA19 Cont LP MP3 GA GA concentration in plant (ng/g D. W.) GA20 GA1 GA concentration in plant (ng/g D. W.) GA9 GA 먼 0 Cont LP MP3 0 Cont LP MP3 그림 9. 아날로그와디지털음악에따른피망의지베렐린함량변화( 처리 10 일후) 먼저, 피망의 GA 함량변화를보면 GA 1 의경우무처리구가가장높은경향치를 나타냈고다음으로 LP 처리구, MP3 처리구의순으로나타났다. LP 처리구의경우 무처리구에비해서 11%, MP3 처리구는무처리구에비해 14.5% 생합성억제를보였 다. 또한, GA 4 의경우에는 LP 처리구가무처리구에비해 13% 의증가를보인반면 MP3 처리구는무처리구에비해서 12.5% 의생합성억제를나타냈다.( 그림9).

21 1.0 GA GA concentration in plant (ng/g D. W.) GA19 GA20 GA1 GA concentration in plant (ng/g D. W.) GA24 GA9 GA Cont LP MP3 0 Cont LP MP3 그림 10. 아날로그와디지털음악에따른오이지베렐린함량변화( 처리 10 일후) 오이의 GA 함량변화를보면 GA 1 의경우 LP 처리구가무처리구에비해서 4.3% 의증가를보인반면 MP3 처리구는무처리구에비해 60% 의현저한생합성억제작용 을보였다. 또한, GA 4 의경우에도이와비슷한경향치를보였다. LP 처리구가무처 리구에비해서 9.4% 증가를보인반면 MP3 처리구는무처리구에비해서 46.5% 의큰 생합성억제를보여디지털이아날로그음악에비해작물체내의생합성억제작용에 효과가큰것으로사료되어진다( 그림10). 3. 고찰 본연구를통해서음원(LP, MP3) 에따른작물의생장에영향을미치는정도가 다르다는것을확인할수있었다. 특히, 아날로그에비해디지털음악이작물에 스트레스를주어작물의생체중, 줄기신장등의생육변화뿐만아니라식물생장조 절호르몬인지베렐린의생합성억제에도큰영향을주는것으로나타났다. 동일음악을장시간노출시킬경우무처리구와별차이를보이지않는 LP 처리 구에비해 MP3 처리구는현저한생육억제현상을보여작물에더많은부정적요인

22 으로작용하는것을알수있었다. 따라서작물의생육에있어서자연의소리인아날로그보다인공적으로깍아서만든디지털이생장및체내호르몬생합성에억제정도가더큰것으로사료되어진다. 이것은작물에게아날로그음악이디지털음악에비해서생육촉진및체내호르몬의생합성촉진에더효과적으로작용할수있다는것을보여준다. 현재행해지고있는음악을이용한농법을한단계발전시켜서아날로그를그음원으로하여작물에게들려준다면더높은효과를얻을수있을것이다. 아날로그음악의꾸준한농가보급과친환경에걸맞는생장조절제와의조화는농가의소득증대및노동력절감에조금이나마도움이될것으로사료되어진다. 인간은식물보다훨씬외부의자극에민감한고등생물체이다. 비교적외부의자극에둔감한식물체도음원의차이에의해식물호르몬및생장이차이를보임을감안하면디지털음악이인간에게도생리적변화를일으킬가능성은매우높다. 따라서이번식물을대상으로한실험이하나의계기가되어서인간에게디지털음악이어떤영향을미치는가에대한연구동기를제공하는계기가될수있을것으로생각된다. Ⅵ. 적요 오이와피망을재료로하루동안 8시간씩장시간동일음악에노출시키는실험을 통해음원( 디지털과아날로그) 이작물의생장과식물체내식물생장호르몬인지베 렐린의함량변화에미치는영향을구명하기위해본연구를수행한결과를요약하 면다음과같다. 1. 아날로그와디지털음악에의한작물의생장변화 동일조건에서같은음악을장시간들려주었을때, 각각의음원에대한반응정 도가다른것을확인할수있었다. 특히, 아날로그에비해디지털음악이오이와 피망의생육을현저하게억제하는것으로나타났다. 2. 오이및피망식물체내의 GA 생합성경로구명 오이와피망식물체( 잎과줄기) 의 GA 함량을 GC-MS로동정한결과오이와피망 식물체에서 10여종의 GA 를확인하였다. GA 함량은오이와피망모두에서고등식물 체에주로존재하는두생합성경로가모두존재하는것으로확인되었으며, 생리활 성 GA 4 ( 오이-42.31ng/g D.W., 피망-13.25ng/g D.W.) 를생합성하는 non C-13 hydroxylation pathway (NCH) 가 GA 1 ( 오이-4.34ng/g D.W., 피망-2.65ng/g D.W.) 을 생합성하는 다. early C-13 hydroxylation pathway (ECH) 보다우세한것으로조사되었

23 3. 오이및피망식물체내의 GA 함량변화 MP3 처리구가 LP 처리구에비해작물생장호르몬지베렐린의생합성이현저히 억제되는것으로나타났다. 오이에서생리활성의 GA 4 함량에경우 LP 처리구가 42.31ng/g D.W. 인반면 MP3 처리구는 20.70ng/g D.W. 에불과했다. 이러한결과는 같은음악을작물에게들려주더라도그음원에따라서작물의반응정도차이가날 수있음을시사하는결과로사료된다. Ⅶ. 사사 이번실험과정중일부는대구문화방송과과제를함께수행한것임을밝힌다. 실험을하도록허락해주시고과제의방향과실험의편의를돌봐주신경북대학교식 물생명과학부이인중교수님, 생물학과추연식교수님, 계명대학교환경대학김학 윤교수님및본연구실원들과 KT&G 장수원연구원에게감사의말씀을전한다.

24 Ⅷ. 참고문헌 국내서단행본 곽상수외 (1996) 식물생장조절물질 농촌진흥청농업기술연구소(1991) 식물호르몬분석법 국내논문 이완주외 (1996) 음악에의한식물생육촉진및성분함량의변화한국정신 과학회지 이근영외 논문집제 (1996) 47집 No.2 작물의음향신호에대한반응분석에관한연구성균관대학 이완주외 (2002) Biochemical and physiological changes in plants as a result of different sonic exposures Ultrasonics 41(2003) 손은영 (2004) Roles of Plant Growth Substances on Growth and Development in Garlic (Allium sativum L.) 경북대박사학위논문 국외단행본및논문 Dan Atsmon, Anton Lang, and Elliot N. Light (1968) Contents and Recovery of Gibbrellins in Monoecious and Gynoecious Cucumber Plants. Hemphill DD. Baker LR, Sell HM. (1972). Isolation and identification of the gibberellins of Cucumis sativus L. and Cucumis melo L. Planta Yang Xiaocheng, Wang Bochu, Duan Chuanren(2002) Effects of sound stimulation on energy metabolism of Actinidia chinensis callus and SurFaces B: biointerfaces Colloids Wang Xiujuan, Wang Bochu, Jia Y (2002) Effects of sound stimulation on protective enzyme activities and peroxidase isoenzymes of chrysanthemum Colloids and SurFaces B: biointerfaces Wang Bochu, Chen Xin, Wang Zhen (2003) Biological effect of sound field stimulation on paddy rice seeds Colloids and SurFaces B: biointerfaces Judy Edworthy*, Rachael Hards (1997) Learning auditory warnings: The effects of sound typeverbal labelling and imagery on the identifcation of alarm sounds. International Journal of Industrial Ergonomics Peter J Davies (2004) Plant Hormones (biosynthesis, Signal Rransduction,

25 Action) Kluwer Academic Publishers 기타자료 대구 MBC 창사특집 HD2부작생명의소리-아날로그 2005년 1월 17일

한약재품질표준화연구사업단 금은화 ( 金銀花 ) Lonicerae Flos 생약연구과

한약재품질표준화연구사업단 금은화 ( 金銀花 ) Lonicerae Flos 생약연구과 - 2 - KP 11 Lonicerae Flos Lonicera japonica Thunberg - CP 2015 JP 16 Lonicerae Japonicae Flos Lonicerae Folium Cum Caulis Lonicera japonica Thunberg - Lonicera