식물 생장 조절제(PGR)이는 스트레스 조건 하에서 식물의 방어력을 향상시키는 비용 효율적인 방법입니다. 본 연구에서는 두 가지 물질의 효능을 조사했습니다.PGRs밀의 염 스트레스를 완화하기 위해 티오우레아(TU)와 아르기닌(Arg)을 처리하였다. 연구 결과, TU와 Arg, 특히 병용 처리 시 염 스트레스 조건에서 식물 생장을 조절하는 효과가 나타났다. 이들 처리는 밀 묘목에서 항산화 효소 활성을 유의하게 증가시키고, 활성산소종(ROS), 말론디알데히드(MDA), 상대적 전해질 누출(REL) 수준을 감소시켰다. 또한, Na+와 Ca2+ 농도 및 Na+/K+ 비율을 유의하게 감소시키고 K+ 농도를 유의하게 증가시켜 이온 삼투 균형을 유지하였다. 더욱 중요한 것은, TU와 Arg 처리가 염 스트레스 조건에서 밀 묘목의 엽록소 함량, 순 광합성 속도, 기체 교환 속도를 유의하게 증가시켰다는 점이다. TU와 Arg를 단독 또는 병용 처리했을 때 건물 축적량이 9.03~47.45% 증가했으며, 병용 처리 시 증가 효과가 가장 컸다. 결론적으로, 본 연구는 산화환원 항상성 및 이온 균형 유지가 식물의 염 스트레스 내성 향상에 중요하다는 점을 강조합니다. 또한, TU와 Arg가 잠재적인 내성 강화제로 추천되었습니다.식물 생장 조절제,특히 함께 사용하면 밀 수확량을 향상시킬 수 있습니다.
기후와 농업 방식의 급격한 변화는 농업 생태계의 파괴를 가속화하고 있습니다.1 그중 가장 심각한 결과 중 하나는 토양 염류화로, 이는 전 세계 식량 안보를 위협합니다.2 현재 전 세계 경작지의 약 20%가 염류화의 영향을 받고 있으며, 이 수치는 2050년까지 50%로 증가할 수 있습니다.3 염알칼리 스트레스는 작물 뿌리에 삼투압 스트레스를 유발하여 식물 내 이온 균형을 깨뜨립니다.4 이러한 불리한 조건은 엽록소 분해 가속화, 광합성 속도 감소, 대사 장애를 초래하여 궁극적으로 작물 수확량 감소로 이어집니다.5,6 더욱이, 활성산소종(ROS) 생성이 증가하여 DNA, 단백질, 지질을 포함한 다양한 생체 분자에 산화적 손상을 일으킬 수 있다는 것도 심각한 문제입니다.7
밀(Triticum aestivum)은 세계에서 가장 중요한 곡물 작물 중 하나입니다. 가장 널리 재배되는 곡물일 뿐만 아니라 중요한 상업 작물이기도 합니다.8 그러나 밀은 염분에 민감하여 생장을 저해하고 생리적 및 생화학적 과정을 교란하며 수확량을 크게 감소시킬 수 있습니다. 염분 스트레스의 영향을 완화하기 위한 주요 전략으로는 유전자 변형과 식물 생장 조절제 사용이 있습니다. 유전자 변형 생물체(GM)는 유전자 편집 및 기타 기술을 사용하여 내염성 밀 품종을 개발하는 것입니다.9,10 반면, 식물 생장 조절제는 생리적 활동과 염분 관련 물질의 수준을 조절하여 밀의 내염성을 향상시키고 스트레스 피해를 완화합니다.11 이러한 조절제는 일반적으로 유전자 변형 방식보다 더 널리 사용되고 있습니다. 이들은 염분, 가뭄, 중금속과 같은 다양한 비생물적 스트레스에 대한 식물의 내성을 향상시키고 종자 발아, 양분 흡수 및 생식 생장을 촉진하여 작물 수확량과 품질을 향상시킬 수 있습니다. 12 식물 생장 조절제는 환경 친화성, 사용 편의성, 비용 효율성 및 실용성 덕분에 작물 생장, 수확량 및 품질 유지에 매우 중요합니다. 13 그러나 이러한 조절제들은 작용 기전이 유사하기 때문에 하나만 단독으로 사용하는 것은 효과적이지 않을 수 있습니다. 불리한 환경 조건에서 밀 품종 개량을 통해 수확량을 늘리고 식량 안보를 확보하기 위해서는 밀의 내염성을 향상시킬 수 있는 생장 조절제 조합을 찾는 것이 매우 중요합니다.
TU와 Arg의 병용 사용에 대한 연구는 아직 이루어지지 않았습니다. 이러한 혁신적인 조합이 염 스트레스 조건에서 밀의 생장을 시너지 효과적으로 촉진할 수 있는지 여부는 불분명합니다. 따라서 본 연구는 이 두 가지 생장 조절제가 염 스트레스가 밀에 미치는 악영향을 시너지 효과적으로 완화할 수 있는지 확인하는 것을 목표로 했습니다. 이를 위해 수경재배 밀 묘목을 이용한 단기 실험을 통해 염 스트레스 조건에서 TU와 Arg의 병용 처리가 밀에 미치는 영향을 조사하고, 특히 식물의 산화환원 및 이온 균형에 초점을 맞추었습니다. 본 연구에서는 TU와 Arg의 병용이 염 스트레스로 인한 산화적 손상을 감소시키고 이온 불균형을 조절하여 밀의 내염성을 향상시키는 데 시너지 효과를 나타낼 것이라는 가설을 세웠습니다.
시료의 MDA 함량은 티오바르비투르산법으로 측정하였다. 신선한 시료 분말 0.1g을 정확하게 칭량하여 1ml의 10% 트리클로로아세트산으로 10분간 추출한 후, 10,000g에서 20분간 원심분리하여 상등액을 얻었다. 추출액에 동일 부피의 0.75% 티오바르비투르산을 첨가하고 100°C에서 15분간 반응시켰다. 반응 후, 원심분리를 통해 상등액을 회수하고 450nm, 532nm, 600nm에서 흡광도(OD)를 측정하였다. MDA 농도는 다음과 같이 계산하였다.
3일 처리와 유사하게, Arg와 Tu를 처리한 6일 처리에서도 밀 묘목의 항산화 효소 활성이 유의미하게 증가했습니다. TU와 Arg의 병용 처리가 여전히 가장 효과적이었습니다. 그러나 처리 6일 후, 다양한 처리 조건에서 4가지 항산화 효소의 활성은 처리 3일 후와 비교하여 감소하는 경향을 보였습니다(그림 6).
광합성은 식물의 건조물 축적의 기본이며, 염분에 매우 민감한 엽록체에서 일어납니다. 염분 스트레스는 세포막 산화, 세포 삼투압 균형 파괴, 엽록체 미세구조 손상36, 엽록소 분해, 캘빈 회로 효소(루비스코 포함) 활성 감소, PS II에서 PS I로의 전자 전달 감소37 등을 유발할 수 있습니다. 또한, 염분 스트레스는 기공 폐쇄를 유도하여 잎의 CO2 농도를 감소시키고 광합성을 저해합니다38. 본 연구 결과는 염분 스트레스가 밀의 기공 전도도를 감소시켜 잎 증산율과 세포 내 CO2 농도를 낮추고, 궁극적으로 광합성 능력과 바이오매스를 감소시킨다는 기존 연구 결과를 확인시켜 주었습니다(그림 1 및 3). 특히, TU와 Arg를 처리하면 염분 스트레스 조건에서 밀의 광합성 효율이 향상되었습니다. TU와 Arg를 동시에 처리했을 때 광합성 효율 향상 효과가 더욱 두드러졌습니다(그림 3). 이는 TU와 Arg가 기공의 개폐를 조절하여 광합성 효율을 향상시키기 때문일 수 있으며, 이는 이전 연구들을 통해 뒷받침됩니다. 예를 들어, Bencarti 등은 염 스트레스 조건에서 TU가 Atriplex portulacoides L.39의 기공 전도도, CO2 흡수율 및 PSII 광화학의 최대 양자 효율을 유의하게 증가시킨다는 것을 발견했습니다. Arg가 염 스트레스에 노출된 식물의 기공 개폐를 조절한다는 것을 직접적으로 증명하는 보고는 없지만, Silveira 등은 Arg가 가뭄 조건에서 잎의 기체 교환을 촉진할 수 있다고 언급했습니다.22
요약하자면, 본 연구는 TU와 Arg가 작용 기전과 물리화학적 특성은 다르지만, 특히 병용 처리 시 밀 묘목의 NaCl 스트레스에 대해 유사한 저항성을 제공할 수 있음을 보여줍니다. TU와 Arg의 처리는 밀 묘목의 항산화 효소 방어 시스템을 활성화하고, 활성산소(ROS) 함량을 감소시키며, 막 지질의 안정성을 유지하여 묘목의 광합성과 Na+/K+ 균형을 유지하는 데 기여합니다. 그러나 본 연구에는 한계점도 있습니다. TU와 Arg의 상승 효과를 확인하고 그 생리적 기전을 어느 정도 규명했지만, 보다 복잡한 분자적 기전은 여전히 불분명합니다. 따라서 전사체, 대사체 등의 분석 방법을 활용한 TU와 Arg의 상승 작용 기전에 대한 추가 연구가 필요합니다.
본 연구에서 사용 및/또는 분석된 데이터 세트는 합리적인 요청이 있을 경우 해당 저자에게서 제공받을 수 있습니다.
게시 시간: 2025년 5월 19일