Effects of Sulfur Dioxide on Carbon and Sulfur Assimilation, and lon Uptake by Barley(Hordeum vulgare)and Corn(Zea mays) = 보리(hordeum vulgare)와 옥수수(Zea mays)의 炭素 및 硫黃同化作用, 無機이온吸收에 미치는 亞黃酸가스의 影響에 關한 硏究

국문 초록 (Abstract)

아황산가스에 민감한 보리(향천과1호)와 저항성이 큰 것으로 알려진 옥수수(수원19호)를 사용해서 아황산가스의 식물체 지상부에 의한 흡수와 탄소동화작용 및 무기 이온들의 흡수와 전이에 미치는 영향을 광조건과 암조건에서 그리고 15℃의 저온과 25℃의 고온에서 관찰했다. 아황산가스 처리 수준은 0, 3, 10ppm이였고, 방사성동위원소를 이용한 추적자법으로 수행되었다. 시험결과를 요약하면,
1. 본 조건에서는 SO₂에 의한 가시피해가 두 가지 작물 모두에서 발견되지 않았고, 보리와 옥수수의 SO₂처리에 따른 엽록소 함량변화도 적었다.
2. 잎의 기공은 광 및 암조건 그리고 온도에 관계없이 SO₂처리에 의해서 닫혀졌고, 특히 보리는 옥수수보다 훨씬 더 많이 기공이 닫혔다.
3. 2일 간격으로 한 시간씩 SO₂를 처리하면서 3주간 생육시킨 보리 및 옥수수의 건물량과 초장은 모두 SO₂처리에 의해서 감소되었다.
이들의 무기물 조성을 보면 보리는 옥수수보다 인산, 망간, 아연의 함량이 많았고, 아황산가스 처리를 받은 보리 및 옥수수에서는 철(Fe) 함량이 현저히 증가되었다.
4. 3ppm의 SO₂로 처리했을 경우 보리는 옥수수 보다 많은 SO₂를 엽면 흡수했으나, 10ppm 농도에서는 오히려 옥수수가 보리보다 더 많은 SO₂를 흡수했었다. 고온(25℃)과 광의 조사는 SO₂흡수를 촉진시켰다. 지상부로부터 뿌리로의 유황전이는 3ppm의 SO₂처리가 10ppm에서 보다 컸다.
암조건은 광조건에 비해서 유황 전이율을 증가시켰다.
동화된 유황중에서 80% 알콜 추출분획은 15℃에서 보다는 25℃의 SO₂처리시에 더 많았고, 반대로 수용성분획은 15℃보다 25℃에서 적었다.
흡수된 SO₂의 아미노산으로의 전환율은 광조건 보다는 암조건에서 더욱 증가되었고 10ppm의 SO₂처리시에는 3ppm 경우보다 전환율이 낮아졌다.
5. 탄소동화작용 및 동화산물의 뿌리에의 이행은 SO₂처리에 의해서 현저하게 감소되었다.
옥수수는 보리보다 광합성능이 큰 것으로 관찰되었고 SO₂에 의한 광합성 저해 정도는 보리에서 더 크게 나타났다.
보리에서는 탄소의 glucose, sucrose 및 fructose로의 전환율이 3ppm 및 10ppm SO₂처리에 의해서 증가되었다.
아미노산을 주성분으로 하는 양이온 교환수지치환성 분획은 광조건에서 3ppm 및 10ppm SO₂처리에 의해서 보리나 옥수수의 지상 및 지하부에서 모두 증가되었다.
6. 뿌리를 통한 유황 ?? 의 흡수는 SO₂처리에 의해서 큰 영향을 받지 않았으나, 뿌리에서 지상부로의 전이는 광조건에서 많이 저하되었다. 80% 알콜 추출분획함량(%)은 SO₂처리에 따라 보리와 옥수수에서 모두 감소되었다.
보리뿌리중의 80% 알콜 추출분획은 옥수수 뿌리에서 보다 더 많았지만 수용성 분획은 그 반대의 경향이었다.
뿌리로 흡수된 유황의 아미노산 전환율은 3ppm 및 10ppm SO₂처리에 의해서 증가되었고, 보리보다는 옥수수에서 더욱 컸다.
Cysteine은 모든 실험조건에서 methionine보다 더 많이 생성되었다.
7. 보리뿌리에 의한 Fe, K흡수는 3ppm 및 10ppm SO₂처리에 의해서 촉진된 반면에 H₂O, Cl, P, Cu, Zn의 흡수는 오히려 감소되었다. 보리에서 지상부로의 전이율은 Ca, Fe, K는 SO₂처리 농도가 높음에 따라 증가되었으나, H₂O, Cu, Mn, Cl, Zn, P는 감소되었다.
8. 옥수수뿌리에 의한 Fe, Cu, Ca, 흡수는 SO₂처리에 의해서 촉진된 반면에 H₂O, Zn, Mn, Cl, P는 감소되었다. 옥수수에서 지상부로의 전이율은 Ca, Fe의 경우 SO₂처리에 따라 증가되었으나, Zn, Cl, H₂O, K, Mn, S, Cu는 감소되었다.
9. 이상으로부터 보리는 광합성 능력이 옥수수보다 낮으며 SO₂에 의한 광합성 저해 정도가 더욱 심하였고 무기이온 흡수는 Cl, K를 제외한 다른 원소의 요구도가 옥수수보다 훨씬 컸으며 한편 SO₂에 의한 양분흡수 및 전이의 촉진(Fe, Ca) 또는 감소(H₂O, Cl등) 되는 정도 역시 옥수수보다 더 큼을 알 수 있었다. 이같은 특성이 보리의 SO₂민감성에 관계된다고 추리된다. 한편 80% ethanol 추출분획중의 유황성분 함량이 옥수수보다 더 큰 반면 함유황 아미노산으로의 전환율은 옥수수가 더 큰 현상이 SO₂에 대한 저항성과 어떠한 관련이 있는지에 대해서 본 실험결과로는 충분히 해석되지 않는다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The effects of sulfur dioxide (SO₂) on carbon and sulfur assimilation, and on absorption and translocation of various kinds of inorganic ions and water were studied introducing barley (Hordeum vulgare L., Hyangcheongua-1) susceptible to SO₂and corn (Zea mays L., Suwon-19) resistant species. Three levels (0, 3, and 10ppm v/v) of SO₂fumigation were carried out in light or dark condition, and at two different temperatures (15℃ and 25℃). Radioisotope techniques were employed to investigate the conversion percentage of inorganic sulfate, SO₂and CO₂into the organic compounds and to observe the degree of inhibition or acceleration of water and ion uptake by SO₂treatment.The results obtained are summarized as follows ;
1. Under the conditions of the present study no visible symptoms of the effect of SO₂on the plants were found. Little change of total chlorophyll content was observed from the barley and corn fumigated with SO₂.
2. Average stomatal opening was clearly influenced by fumigation of SO₂regardless of light and temperature conditions. Barley closed the stomata much more than corn.
3. Dry matter weight and plant height were measured for the barley and corn grown for three weeks fumigated with SO₂every day. Measurments showed that both barley and corn were affected by SO₂, losing their dry matter weight and plant height according to the fumigation dose. Concentrations of P, Mn and Zn in barley were higher than those of corn. Iron content increased with the fumigation dose of SO₂in barley and corn.
4. Barley absorbed much more SO₂than corn when fumigated with 3ppm SO₂but corn took up a higher amount of SO₂than barley at 10ppm SO₂High temperature and light condition accelerated SO₂absorption by plants.
The translocation rate of sulful from shoot to root at 3ppm ofSO₂fumigation was much higher than that of 10ppm. Dark condition increased the translocation rate when compared with light condition.
The percentages of ethanol soluble fraction at 25℃ of fumigation in the dark was found to be higher than that of 15℃ while the percentages of water soluble fraction of 25℃ fumigation was lower than that of 15℃.
The conversion rates of the absorbed sulful dioxide to amino acids (methionine and cysteine) increased more in the dark than in the light. Fumigation of 10ppm SO₂reduced the conversion rate compared with 3ppm.
5. The fixation of carbon dioxide as well as the translocation of ?? C-compound from shoot to root was inhibited by SO₂fumigation.
Corn had a higher capability of photosynthesis than barley which was severely affected by SO₂.
Glucose formation as well as fructose plus sucrose in the barley was found to increase with SO₂fumigation.
The fraction absorbed by cation exchange resin. composed mainly of amino acids, increased in the shoots and roots of barley and corn according to SO₂fumigation (3ppm and 10ppm) in the light.
6. Sulfate absorption by plant roots was not influenced by SO₂fumigation but the translocation of sulfate from root to shoot was reduced in the light.
The 80% ethanol soluble fraction in the shoots of barley and corn decreased with SO₂fumigation in the light. The percentages of 80% ethanol soluble fraction in the barley roots were much higher than those in the corn roots while the water soluble fraction had the opposite tendency.
The conversion rates of sulfate absorbed through the roots into methionine and cysteine increased with SO₂fumigation and were much higher in the corn plants than in the barley. There was always more cysteine produced than methionine.
7. Fe and K uptake by the roots of barley was accelerated but H₂O, Cl, P, Cu and Zn were reduced by SO₂fumigation.
Translocation of Ca, Fe and K in the barley shoot was increased by SO₂while H₂O,Cu, Mn, Cl, Zn, and P were translocated less by SO₂fumigation.
8. Fe, Cu, and Ca uptake by the roots of corn was accelerated but H₂O, Zn, Mn, P and Cl were reduced by SO₂fumigation.
Translocation of Ca and Fe in the corn shoot increased by SO₂fumigation while Cl, Zn, H₂O, K, Mn, S and Cu were translocated less by SO₂fumigation.
9. It can be concluded that SO₂sensitivity of barley resulted from its low photosynthesis which was much more inhibited by SO₂fumigation than that of corn. Barley absorbed more ions like ?? and ?? with the exception of ?? and ?? than corn while the degree of inhibition and stimulation in ion uptake by barley was more severe than that of corn. However the result can not correlate SO₂sensitivity of the plants with the fact that corn contained more sulfur in the 80% ethanol soluble fraction than barley while the rate of conversion into the sulfur containing amino acids was higher in corn than in barley.