초록
식물의 저온 스트레스와 이에 대한 방어체계의 기작론적 측면을 탐색하기 위하여, 냉해유발조건하에서 세워둔 식물(주로 3-4엽기의 벼 유묘)를 대상으로 하여 조직중 pyruvate 함량, superoxide$(O_{\overline{2}})$ 수준 및 항산소성 효소들의 활성을 경시적으로 측정하였다. 저온$(5^{\circ}C)$처리동안에 엽조직에는 현저한 pyruvate축적이 일어났으며, 그 상대적 축적량은 처리시간의 경과에 따라 증가하였다. 그러나 저온처리된 식물을 상온하에 옮겨 놓았을 때 축적된 pyruvate는 곧 소진하기 시작하였으며 이와 동시에 조직내 superoxide$(O_{\overline{2}})$수준이 상승하기 시작하였다. 아울러, 몇시간 정도의 lag time을 가지며 superoxide dismutase(SOD)와 catalase의 활성도 증가하였다. 이에 반하여 또 다른 항산소성 효소인 Glutathione peroxidase는 활성화 현상을 전혀 보이지 않았다. 뿌리를 통해서 외부로부터 공급된 superoxide$(O_{\overline{2}})$는 뿌리 조직내의 SOD와 catalase의 활성을 유도하였다. 한편 $H_2O_2$ 공급이 조직내 catalase는 활성화시켰으나, 역시 glutathione peroxidase에 대해서는 어떤 영향도 미치지 않았다. 위의 모든 결과들은 저온처리중에 일어난 pyruvate의 세포내 축적이 상온으로 환원된 조직내에서 superoxide$(O_{\overline{2}})$ 및 이로부터 이차적으로 생성된 활성산소를 과잉 발생시키는 직접적 원인이라는 사실과, 두 항산소성 효소(SOD와 catalase)가 활성산소를 중간매체로 하여 일어나는 것으로 해석되는 식물냉해로부터 세포를 보호함에 있어서 결정적인 역할을 담당하고 있다는 사실을 강력히 시사하였다.
In an attempt to explore the mechanistic aspects of chilling injury in plants and their defensive measures against the low temperature stress, the time sequential measurements of pyruvate, superoxide radicals$(O_{\overline{2}})$ and antioxygenic enzymes during whole period of injury-inducing treatment were performed using mostly rice seedlings. Pyruvate was substantialy accumulated in leaf tissues during the exposure period to $5^{\circ}C$ of the seedlings ; the relative extent of the accumulation was increased with increasing time of the cold treatment. When the cold-treated plants were translocated to ambient temperature$({\sim}25^{\circ}C)$, the accumulation started to dissipate, concomitantly accompaning a remarkable increase in the $O_{\overline{2}}$ level of tissues. Superoxide dismutase(SOD) and catalase were also activated during post-chilling period, although they showed a considerable lag time for activation. In contrast, glutathione peroxidase, another antioxygenic enzyme in cells, was not activated at all by preceding cold treatment of plants. The uptake of exogenous $O_{\overline{2}}$ by the roots of rice seedlings resulted in increase in the activities of SOD and catalase in root tissues. The supply of $H_2O_2$ to plan st brought about the activation of catalase in situ, while failing to exert any effect on the activation state of glutathione peroxidase. The results obtained in this work suggest that pyruvate accumulation in cells is the direct cause of the overproduction of $O_{\overline{2}}$ and thereby other toxic activated oxygen species, and that SOD and catalase may play a crucial role in the protection of plant cells against active oxygen-mediated chilling injury.
(Department of Agricultural Chemistry, Seoul National University)
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