KR20210132292A - A method for inhibiting heavy metal absorption in plants using biopolymers - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 식물의 중금속 흡수 억제방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 바이오폴리머를 이용한 식물의 중금속 흡수 억제방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for inhibiting the absorption of heavy metals in plants, and more particularly, to a method for inhibiting absorption of heavy metals in plants using a biopolymer.
중금속은 주된 환경오염 인자로 반응성 산소종(reactive Oxidation Species)의 생성, DNA 손상 및 세포내 여러 단백질과 효소의 비활성화를 야기한다. 또한 중금속에 오염된 토양은 식물의 정상적인 성장을 저해하고, 곡물의 오염을 야기하여 인간의 건강을 위협하고 있는 실정이다. 최근 생물은 체내에 들어온 유해물질을 결합하는 생체물질이나 수송 단백질을 이용하여 유해물질의 독성을 완화시키는 기작을 가지고 있다. 이러한 생명체의 유해물질 내성에 기여하는 유전자들을 이용하면 현재 널리 사용되고 있는 물리, 화학, 공학적인 환경정화방법에 비해 훨씬 경제적이고 환경친화적으로, 유해물질로 오염된 환경을 정화할 수 있다(Mejare et al., Trends in Biotechnology 19(2): 67-73, 2001). 특히 식물은 외래유전자들을 잘 발현하여 새로운 형질들을 나타내며, 관리가 경제적이고, 미관상 좋은 여러 장점이 있어서, 식물에 오염물질 내성 유전자를 넣어 개량하여 환경정화에 이용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 방법을 식물환경정화기술(Phytoremediation)이라고 하며 중금속을 제거하는 데 매우 효율적이며, 비용이 적게 들고, 환경친화적인 방법이다. 식물환경정화기술은 식물 추출(phytoextraction), 뿌리 여과(rhizofiltration) 및 식물 안정화(phytostabilization) 등으로 나뉘어 지는데 식물 추출은 중금속을 체내에 축적할 수 있는 식물을 이용하여 오염된 토양이나 수자원으로부터 중금속을 제거하는 방법이고, 뿌리여과는 식물의 뿌리를 이용하여 오염물질을 걸러 제거하는 방법이며, 식물 안정화는 식물을 이용하여 토양에 있는 중금속을 비활성화 시키는 방법이다. 이러한 토양의 중금속을 비활성화 시키는 방법으로 바이오폴리머(biopolymer)가 주목받고 있는데 바이오폴리머는 생물학적 시스템에 의해 생산되거나 생물학적 소스 물질로부터 합성되는 다양한 종류의 물질로 자연재해 예방과 식생파괴 방지의 대안으로 바이오폴리머를 이용한 제방강화 기술이 개발되고 있다. 예컨대, 베타글루칸(β-glucan) 및 잔탄검(xanthan gum)과 같은 바이오폴리머(biopolymer)의 혼합은 토양의 강도 및 수분 보유력의 증진에 효과가 있다고 알려져 있다. 하지만 바이오폴리머가 혼합된 토양의 식생과 식물의 생리에 미치는 영향은 아직 명확하지 않다.Heavy metals are major environmental pollutants and cause generation of reactive oxygen species, DNA damage, and inactivation of various proteins and enzymes in cells. In addition, soil contaminated with heavy metals impedes the normal growth of plants and causes contamination of grains, thereby threatening human health. Recently, living organisms have a mechanism of alleviating the toxicity of harmful substances by using biomaterials or transport proteins that bind harmful substances entering the body. Using genes that contribute to the resistance of these organisms to harmful substances, it is possible to purify the environment polluted with harmful substances in a much more economical and environmentally friendly way compared to the currently widely used physical, chemical, and engineering environmental purification methods (Mejare et al. ., Trends in Biotechnology 19(2): 67-73, 2001). In particular, plants express new traits well by expressing foreign genes, and there are several advantages such as economical management and good aesthetics. Therefore, research is being actively conducted to improve the environment by inserting pollutant tolerance genes into plants. This method is called phytoremediation and is a very efficient, low-cost, and environmentally friendly method for removing heavy metals. Plant environment purification technology is divided into phytoextraction, rhizofiltration, and phytostabilization. Plant extraction removes heavy metals from contaminated soil or water using plants that can accumulate heavy metals in the body. Root filtration is a method of filtering and removing pollutants using plant roots, and plant stabilization is a method of inactivating heavy metals in soil using plants. Biopolymers are attracting attention as a method of inactivating heavy metals in the soil. Biopolymers are a variety of materials produced by biological systems or synthesized from biological source materials. Biopolymers are an alternative to preventing natural disasters and preventing vegetation destruction. Embankment reinforcement technology using For example, it is known that a mixture of biopolymers such as beta-glucan and xanthan gum is effective in enhancing soil strength and water retention. However, the effect of biopolymers on vegetation and plant physiology of mixed soil is not yet clear.
한편, 최근 대체에너지인 바이오연료가 거론되고 있는데 사탕수수로 바이오연료를 만드는 브라질이나 옥수수로부터 우선 증류하여 얻는 미국과 달리, 중앙아시아의 토착식물인 카멜리나 사티바(Camelina sativa)가 주목받고 있다. 대체에너지원으로써의 카멜리나는 오일함량이 높으며, 포화지방 대비 불포화 지방산의 함량이 높다. 또한 가뭄 저항성이 있고 비료와 제초제 요구도가 적으며, 밀과 윤작할 수도 있다. 카멜리나를 심은 곳은 에이커당 100갤런(약 378리터)의 오일을 생산할 수 있는 장점이 있다. 카멜리나 오일은 또한 다량의 불포화 지방산을 함유하고 있어 향후 석유 대체용으로 적합하다(Zubr, Industrial Crops and Products, 6, 113-119. 1997). Meanwhile, biofuel as an alternative energy is being discussed recently. Unlike Brazil, which makes biofuel from sugarcane, or the United States, which is obtained by first distilling from corn, Camelina sativa , a native plant of Central Asia, is attracting attention. As an alternative energy source, camelina has a high oil content and a high content of unsaturated fatty acids compared to saturated fat. It is also drought tolerant, has low fertilizer and herbicide requirements, and can rotate with wheat. Planting Camelina has the advantage of producing 100 gallons (about 378 liters) of oil per acre. Camelina oil also contains a large amount of unsaturated fatty acids, making it suitable for future petroleum replacement (Zubr, Industrial Crops and Products , 6, 113-119. 1997).
그러나 베타글루칸과 같은 바이오폴리머를 이용한 식물의 중금속 흡수 억제방법에 관한 기술은 아직 미개척 분야이다. However, the technology for inhibiting the absorption of heavy metals in plants using biopolymers such as beta-glucan is still unexplored.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 중금속 오염토양으로 부터 아연의 과축적을 방지하기 위하여 바이오폴리머를 이용한 식물의 중금속 흡수 억제방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. The present invention is to solve various problems including the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for inhibiting absorption of heavy metals in plants using a biopolymer in order to prevent overaccumulation of zinc from heavy metal-contaminated soil. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 관점에 따르면, 식물체를 식재할 토양에서 중금속 오염 여부를 측정하는 중금속 측정단계; 중금속으로 오염된 토양에 바이오폴리머를 처리하는 바이오폴리머 처리단계; 및 상기 바이오폴리머를 처리 후 식물체를 식재하는 식재단계를 포함하는, 상기 식물체의 재배 시 중금속 흡수 억제방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, a heavy metal measuring step of measuring whether heavy metal contamination in the soil to plant a plant; A biopolymer treatment step of treating the soil contaminated with heavy metals with biopolymers; and a planting step of planting a plant after treatment with the biopolymer is provided.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중금속에 오염된 토양에 바이오폴리머(biopolymer)를 처리하여 혼합한 토양은 수분 보유력이 증가할 뿐만 아니라 아연(Zn)과 같은 중금속 이온의 식물 체내 흡수를 억제하여 가뭄 스트레스 및 중금속 독성 조건에서도 식물의 생장과 발달에 긍정적인 효과를 나타낸다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention made as described above, the soil in which the soil contaminated with heavy metals is treated and mixed with a biopolymer not only increases water retention but also contains heavy metal ions such as zinc (Zn) in the plant body. By inhibiting absorption, it has a positive effect on plant growth and development even under drought stress and heavy metal toxicity conditions. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명에서 사용한 쌍자엽 식물인 Camelina sativa(Camelina)의 모습을 나타내는 사진이다.
도 2는 토양에 처리한 바이오폴리머 농도에 따른 실험 식물체의 아연 스트레스 수준을 관찰한 사진이다.
도 3은 아연 독성 조건 하의 바이오폴리머 혼합 토양에서 식물체의 신장, 엽장, 생체중을 분석한 그래프이다.
도 4는 아연 독성 조건 하에서 바이오 폴리머 혼합 토양에서 식물체의 아연 스트레스 피해를 확인 하기 위해 MDA 함량을 측정한 그래프이다.
도 5는 0.1% 농도의 β-glucan 및 xanthan gum과 반응시킨 아연 수용액을 0.20μm 및 0.45μm 사이즈의 주사기 필터로 정제 후 DTZ 염색을 수행한 결과를 관찰한 사진이다.
도 6은 아연 독성 조건에서 식물체를 DTZ 생체 염색을 한 후 줄기와 잎을 관찰한 사진이다.
도 7은 아연 독성 조건에서 식물체의 아연 함량을 측정한 그래프이다.
도 8은 아연 독성 조건에서 중금속 수송 관련 유전자인 heavy metal ATPase(HMA)의 발현 패턴을 관찰한 RT-PCR 겔 사진이다. 1 is a photograph showing the appearance of the dicotyledonous plant Camelina sativa (Camelina) used in the present invention.
2 is a photograph of observation of the zinc stress level of the experimental plant according to the biopolymer concentration treated in the soil.
3 is a graph analyzing the height, leaf length, and live weight of plants in biopolymer mixed soil under zinc toxicity conditions.
4 is a graph of measuring the MDA content in order to confirm the zinc stress damage of plants in biopolymer mixed soil under zinc toxicity conditions.
5 is a photograph observing the results of DTZ staining after purifying an aqueous zinc solution reacted with 0.1% concentration of β-glucan and xanthan gum with a syringe filter of 0.20 μm and 0.45 μm in size.
6 is a photograph of observing stems and leaves after DTZ biostaining of plants in zinc toxicity conditions.
7 is a graph measuring the zinc content of plants under zinc toxicity conditions.
8 is an RT-PCR gel photograph observing the expression pattern of heavy metal ATPase (HMA), which is a heavy metal transport-related gene, under zinc toxicity conditions.
용어의 정의:Definition of Terms:
본 명세서에서 사용되는 용어 "카멜리나(Camelina sativa L.)"는 십자화과 (Brassaceaceae)의 쌍자엽 모델 식물로 야생 아마, 아마 씨, 독일 참깨, 시베리아 지방 종자로도 알려져 있고 유럽과 중앙아시아 지역이 원산지로 주로 유럽과 북미에서 종자 작물로 재배된다.As used herein, the term " Camelina (Camelina sativa L.)" is a dicotyledonous model plant of the Brassaceaceae family, also known as wild flax, flaxseed, German sesame, Siberian oilseed, and is native to Europe and Central Asia. It is mainly grown as a seed crop in Europe and North America.
본 명세서에서 사용되는 용어 "베타글루칸(β-glucan)"은 다당류의 일종으로 면역증강작용을 가지고 있으며 효모의 세포벽, 버섯류, 곡류 등에 존재하고 있다. 인간 정상 세포의 면역기능을 활성화시켜 암세포의 증식과 재발을 억제하고 혈당과 혈중 콜레스테롤을 감소시키며 지질대사를 개선하여 체지방 형성과 축적을 억제한다. As used herein, the term "beta glucan (β-glucan)" is a type of polysaccharide and has an immune enhancing action and is present in the cell wall of yeast, mushrooms, grains, and the like. By activating the immune function of normal human cells, it suppresses the proliferation and recurrence of cancer cells, reduces blood sugar and blood cholesterol, and improves lipid metabolism to suppress the formation and accumulation of body fat.
본 명세서에서 사용되는 용어 "잔탄검(xanthan gum)"은 식품의 점착성 및 점도를 증가시키고 유화안정성을 증진하며 식품의 물성 및 촉감을 향상시키기 위한 식품첨가물로 천연 증점제인 잔탄검은 양배추의 엽소병 원인균인 잔토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas Campestris) 균을 사용하여 탄수화물을 순수배양 발효하여 얻은 고분자 다당류 검물질을 아이소프로필알코올에 정제ㅇ건조ㅇ분쇄하여 제조한다. As used herein, the term "xanthan gum" is a food additive for increasing the adhesion and viscosity of food, enhancing emulsion stability, and improving the physical properties and feel of food. It is prepared by purifying, drying, and pulverizing the high molecular weight polysaccharide test material obtained by pure culture fermentation of carbohydrates using Xanthomonas Campestris bacteria in isopropyl alcohol.
발명의 상세한 설명:DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION:
본 발명의 일 관점에 따르면, 식물체를 식재할 토양에서 중금속 오염 여부를 측정하는 중금속 측정단계; 중금속으로 오염된 토양에 바이오폴리머를 처리하는 바이오폴리머 처리단계; 및 상기 바이오폴리머를 처리 후 식물체를 식재하는 식재단계를 포함하는, 상기 식물체의 재배 시 중금속 흡수 억제방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, a heavy metal measuring step of measuring whether heavy metal contamination in the soil to plant a plant; A biopolymer treatment step of treating the soil contaminated with heavy metals with biopolymers; and a planting step of planting a plant after treatment with the biopolymer is provided.
상기 억제방법에 있어서, 바이오폴리머를 1 내지 10 g/kg soil로 토양에 처리할 수 있고 상기 바이오폴리머는 베타글루칸(β-glucan) 또는 잔탄검(xanthan gum)일 수 있으며 상기 중금속은 카드뮴(Cd), 아연(Zn) 또는 납(Pb)일 수 있다. In the inhibition method, the biopolymer may be treated in soil with 1 to 10 g/kg soil, and the biopolymer may be beta-glucan or xanthan gum, and the heavy metal is cadmium (Cd). ), zinc (Zn) or lead (Pb).
또한, 상기 억제방법에 있어서, 상기 작물은 식용 작물 또는 비식용 작물일 수 있고 상기 유지작물은 유채, 아주까리, 카멜리나, 자트로파, 오일팜, 또는 아마일 수 있다. Further, in the suppression method, the crop may be an edible crop or a non-edible crop, and the oilseed crop may be rapeseed, castor, camelina, jatropha, oil palm, or flax.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms. It is provided to fully inform
공시재료material to be disclosed
본 발명에서 사용한 Camelina Sativa L.은 미국 Penn State University John E. Carlson으로 부터 제공 받았다. β-glucan은 ㈜글루칸에서 제공받았으며, Xanthan gum(CAS No. 11138-66-2)은 Santa Cruz biotechnology에서 구입하였다. Camelina Sativa L. used in the present invention was provided by John E. Carlson, Penn State University, USA. β-glucan was provided by Glucan Co., Ltd., and Xanthan gum (CAS No. 11138-66-2) was purchased from Santa Cruz biotechnology.
실시예 1: 아연 과잉조건에서 식물의 생육 및 피해 분석Example 1: Analysis of Plant Growth and Damage in Zinc Excess Conditions
본 발명자들은 중금속 오염토양으로 부터 아연의 과축적을 방지하고자 바이오폴리머인 베타글루칸 및 잔탄검(0, 0.25, 0.5 및 1%)이 혼합된 토양에서 배양된 식물에 대해 아연 독성 스트레스 피해 감소 여부와 식물체 내 아연(Zn) 흡수에 미치는 영향을 조사하였다. 식물재료는 쌍자엽 식물인 Camelina sativa(Camelina)를 바이오폴리머가 처리된 토양에 파종하여 1주일간 배양하였으며, 그 후 2주일간 매일 10 mM 아연을 처리하였다(도 1). 상기 아연 독성 처리에 따라 상기 식물체 잎의 표현형인 엽장, 신장, 및 생체중 변화를 측정하였고, 식물에서 아연 흡수 시 증가하는 말론디알데하이드(malondialdehyde, MDA)의 함량을 측정하였다. 또한 모든 실험에 이용된 샘플의 개수는 3개에서 15개이며 반복 실험을 3회 이상 진행하였다. 또한, 통계 분석은 SPSS프로그램(SPSS version 25, IBM, USA)을 사용하여 Tukey 방법을 실시하였다.In order to prevent over-accumulation of zinc from heavy metal-contaminated soil, the present inventors investigated whether or not to reduce zinc toxicity stress damage to plants cultured in soil mixed with biopolymer beta-glucan and xanthan gum (0, 0.25, 0.5, and 1%). The effect on zinc (Zn) absorption in plants was investigated. As plant material, Camelina sativa (Camelina), a dicotyledonous plant, was sown in biopolymer-treated soil and cultured for 1 week, and then treated with 10 mM zinc daily for 2 weeks (FIG. 1). According to the zinc toxicity treatment, changes in leaf length, height, and live weight, which are the phenotypes of the plant leaf, were measured, and the content of malondialdehyde (MDA), which increased when zinc was absorbed by the plant, was measured. In addition, the number of samples used in all experiments was 3 to 15, and repeated experiments were performed three or more times. In addition, statistical analysis was performed using the Tukey method using the SPSS program (SPSS version 25, IBM, USA).
그 결과, 아연(Zn) 독성 조건 하에서는 0.25% 이상의 바이오폴리머가 혼합 토양에서 식물의 생장 감소 및 피해증상이 나타나지 않았으며, 0.5% 바이오폴리머(5 g/1 kg soil)가 혼합된 토양에서는 대조군에 비해 엽장, 신장 및 생체중이 증가하는 것으로 나타났다(도 2 및 3). 또한 식물체 내로의 아연 흡수가 감소함에 따라 말론디알데하이드(MDA)의 함량이 유의하게 감소됨을 확인하였다(도 4). As a result, under the zinc (Zn) toxicity condition, plant growth reduction and damage symptoms did not appear in the soil mixed with 0.25% or more of the biopolymer, and in the soil mixed with 0.5% biopolymer (5 g/1 kg soil), the control Compared to that, it was found that leaf length, height, and live weight were increased ( FIGS. 2 and 3 ). In addition, it was confirmed that the content of malondialdehyde (MDA) was significantly reduced as zinc absorption into the plant decreased ( FIG. 4 ).
실시예 2: DTZ 염색 Example 2: DTZ staining
본 발명자들은 아연 독성 처리에 따른 바이오폴리머의 반응에 의한 아연 흡수 수준을 관찰하기 위해 바이오폴리머와 아연수용액 반응 결과물 및 카멜리나 식물체 줄기와 잎을 대상으로 DTZ(dithizone) 염색을 수행하였다. 우선 아연(Zn) 처리가 된 카멜리나(Camelina)의 지상부를 채집하여 500 μg/L 농도로 상기 DTZ를 메탄올에 녹인 용액에 상온에서 4시간 동안 염색하였다. 그 후 증류수에 5분간 세척하였고 2차엽과 줄기를 실체 현미경으로 관찰하였다. The present inventors performed DTZ (dithizone) staining on the biopolymer and the zinc aqueous solution reaction product and the stems and leaves of camelina plants to observe the zinc absorption level by the reaction of the biopolymer according to the zinc toxicity treatment. First, the above-ground parts of Camelina treated with zinc (Zn) were collected and dyed in a solution of DTZ dissolved in methanol at a concentration of 500 μg/L for 4 hours at room temperature. Then, it was washed in distilled water for 5 minutes, and the secondary leaves and stems were observed under a stereoscopic microscope.
그 결과, 바이오폴리머의 반응에 의한 아연 흡수를 확인할 수 있었고(도 5) 상기 바이오폴리머와 아연수용액 반응 실험과 유사하게 바이오폴리머의 토양 처리시 아연의 식물 체내로의 과도한 흡수가 대조군에 비해 현저하게 억제됨을 확인할 수 있었다(도 6). As a result, it was possible to confirm zinc absorption by the reaction of the biopolymer (FIG. 5), and similarly to the biopolymer and zinc aqueous solution reaction experiment, excessive absorption of zinc into the plant body during soil treatment of the biopolymer was significantly higher than that of the control group. It was confirmed that the inhibition was (FIG. 6).
실시예 3: 아연 함량 분석 Example 3: Analysis of Zinc Content
본 발명자들은 아연 독성 처리에 따른 바이오폴리머의 효과를 확인하기 위해 이전에 수행한 DTZ 결과를 바탕으로 카멜리나 지상부의 아연 함량을 측정하였다. 구체적으로, 바이오폴리머가 혼합된 토양에서 카멜리나를 파종하여 1주일간 배양한 후 2주일간 10 mM 아연을 처리하였다. 처리된 카멜리나를 채집하여 3일간 65℃ 오븐에서 건조하였다. 건조된 식물체를 분쇄하여 질산을 사용하여 용해시킨 후 ICP-OES를 이용해 아연의 함량을 측정하였다. The present inventors measured the zinc content of the above-ground Camelina based on the DTZ results previously performed in order to confirm the effect of the biopolymer according to the zinc toxicity treatment. Specifically, camelina was sown in soil mixed with biopolymer, cultured for 1 week, and then treated with 10 mM zinc for 2 weeks. The treated camelina was collected and dried in an oven at 65° C. for 3 days. After the dried plants were pulverized and dissolved using nitric acid, the zinc content was measured using ICP-OES.
그 결과 아연 독성 처리 조건에서 대조군은 지상부의 아연 함량이 급격하게 증가함을 확인하였지만, 바이오폴리머 혼합 처리군들은 큰 차이가 보이지 않았다(도 7).As a result, it was confirmed that the zinc content of the above-ground part was rapidly increased in the control group under the zinc toxicity treatment condition, but there was no significant difference between the biopolymer mixture treatment groups (FIG. 7).
실시예 4: PT-PCR Example 4: PT-PCR
본 발명자들은 아연 독성 조건에서 중금속 수송 관련 유전자인 heavy metal ATPase(HMA)의 발현 패턴을 RT-PCR로 조사하였다. The present inventors investigated the expression pattern of heavy metal ATPase (HMA), a heavy metal transport-related gene, by RT-PCR under zinc toxicity conditions.
구체적으로, 1주일간 생육한 카멜리나를 2주간 ZnSO4 수용액(10mM, 150ml) 처리 후 1차 본엽을 채집하였고 상기 1차 본엽으로부터 총 RNA를 추출 후 cDNA를 합성하였다. 상기 합성된 cDNA를 이용하여 RT-PCR을 수행하였고 반응조건은 하기와 같다: CsHMA1, CsHMA2, CsHMA4: 변성 시간(denaturation time) 95℃ 30초, 어닐링 시간(annealing time) 57.3℃, 30초, 연장 시간(extension time) 72℃, 30초, 30사이클, CsHMA3: 변성 시간 95℃, 30초, 어닐링 시간 54.3℃ 30초, 연장 시간 72℃, 30초, 30사이클. CsActin: 변성 시간 95℃, 30초, 어닐링 시간 58℃, 30초, 연장 시간 72℃, 30초, 27사이클. Specifically, camelina grown for 1 week was treated with ZnSO 4 aqueous solution (10mM, 150ml) for 2 weeks, then primary main leaves were collected, and total RNA was extracted from the primary main leaves, followed by cDNA synthesis. RT-PCR was performed using the synthesized cDNA, and reaction conditions were as follows: CsHMA1, CsHMA2 , CsHMA4 : denaturation time 95° C. 30 seconds, annealing time 57.3° C., 30 seconds, extension Extension time 72°C, 30 seconds, 30 cycles, CsHMA3 : denaturation time 95°C, 30 seconds, annealing time 54.3°C 30 seconds, extension time 72°C, 30 seconds, 30 cycles. CsActin : denaturation time 95°C, 30 seconds, annealing time 58°C, 30 seconds, extension time 72°C, 30 seconds, 27 cycles.
그 결과, CsHMA2와 CsHMA3의 발현이 대조군에서 증가하는 반면 바이오폴리머 혼합 처리군에서는 감소하는 것으로 나타났다(도 8). 상기 결과는 중금속 오염토양에서 식물 재배 시 중금속의 식물체내 축적의 문제뿐만 아니라 식물체의 생장과 발육이 억제되므로 결국 작물의 생산량의 감소로 이어질 수 있음을 시사하는 것이다. 상기 RT-PCR에서 사용한 프라이머의 핵산서열 정보를 하기 표 1에 요약하였다. As a result, the expression of CsHMA2 and CsHMA3 was increased in the control group, whereas it was decreased in the biopolymer mixture treatment group (FIG. 8). The above results suggest that the growth and development of plants are inhibited as well as the problem of accumulation of heavy metals in plants during plant cultivation in heavy metal-contaminated soil, which may eventually lead to a decrease in crop yield. The nucleic acid sequence information of the primers used in the RT-PCR is summarized in Table 1 below.
결론적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오폴리머를 이용한 식물의 중금속 흡수 억제방법을 이용하면 농작물을 중금속 오염이 심한 토양에서 재배하더라도 당해 작물의 체내에서의 중금속 축적을 예방할 수 있게 할 뿐만 아니라 수분 보유력을 증가시켜 작물의 생장과 발육의 억제를 방지할 수 있기 때문에 궁극적으로 중금속 오염 토양에서 농업 생산성을 유지할 수 있게 할 수 있으므로 농업 분야에서 매우 효과적으로 활용가능하다. In conclusion, using the method for inhibiting the absorption of heavy metals by plants using the biopolymer according to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent the accumulation of heavy metals in the body of the crops even if the crops are grown in soil heavily contaminated with heavy metals, as well as water retention ability. Because it can prevent the inhibition of crop growth and development by increasing
본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
<110> AHN, Sung-Ju <120> A method for inhibiting heavy metal absorption in plants using biopolymers <130> PD19-5825 <160> 10 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA1 F <400> 1 aagactttgt tcatgccgc 19 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA1 R <400> 2 cctctggctt taggttgcag 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA2 F <400> 3 ctcaagtcct gctgatcccg 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA2 R <400> 4 gtgtggtggt gatggtgact 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA3 F <400> 5 tcgtgaaggc attgaatcaa 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA3 R <400> 6 caaggatggg gaaaactccg 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA4 F <400> 7 agcctgttac cttggtggtt 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA4 R <400> 8 tgcataactc ctgcaacagt 20 <210> 9 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsActin F <400> 9 gaagaactac gagctacctg atg 23 <210> 10 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsActin R <400> 10 gatcctccga tccagacact gta 23 <110> AHN, Sung-Ju <120> A method for inhibiting heavy metal absorption in plants using biopolymers <130> PD19-5825 <160> 10 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA1 F <400> 1 aagactttgt tcatgccgc 19 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA1 R <400> 2 cctctggctt taggttgcag 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA2 F <400> 3 ctcaagtcct gctgatcccg 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA2 R <400> 4 gtgtggtggt gatggtgact 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA3 F <400> 5 tcgtgaaggc attgaatcaa 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA3 R <400> 6 caaggatggg gaaaactccg 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA4 F <400> 7 agcctgttac cttggtggtt 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsHMA4 R <400> 8 tgcataactc ctgcaacagt 20 <210> 9 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsActin F <400> 9 gaagaactac gagctacctg atg 23 <210> 10 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CsActin R <400> 10 gatcctccga tccagacact gta 23
Claims (7)
중금속으로 오염된 토양에 바이오폴리머를 처리하는 바이오폴리머 처리단계; 및
상기 바이오폴리머를 처리 후 식물체를 식재하는 단계를 포함하는, 상기 식물체의 재배 시 중금속 흡수 억제방법.a heavy metal measurement step of measuring whether heavy metal contamination is present in the soil to be planted;
A biopolymer treatment step of treating the soil contaminated with heavy metals with biopolymers; and
A method of inhibiting absorption of heavy metals during cultivation of the plant, comprising the step of planting a plant after treating the biopolymer.
상기 바이오폴리머를 1 내지 10 g/kg soil로 토양에 처리하는, 방법.According to claim 1,
A method of treating the soil with the biopolymer at 1 to 10 g/kg soil.
상기 바이오폴리머는 베타글루칸(β-glucan) 또는 잔탄검(xanthan gum)인, 방법.According to claim 1,
The biopolymer is beta-glucan (β-glucan) or xanthan gum (xanthan gum), the method.
상기 중금속은 아연(Zn) 방법.According to claim 1,
The heavy metal is zinc (Zn) method.
상기 식물체는 식용 작물 또는 비식용 작물인, 방법. According to claim 1,
The method of claim 1, wherein the plant is an edible crop or a non-edible crop.
상기 비식용 작물은 유지작물인, 방법. 6. The method of claim 5,
The method of claim 1, wherein the non-edible crop is an oilseed crop.
상기 유지작물은 카멜리나인, 방법. 7. The method of claim 6,
The method of claim 1, wherein the oilseed crop is camelina.
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