최근 대두되고 있는 딥 러닝은 학습을 통해 사물이나 데이터를 군집화하거나 분류하는 데 사용하는 기술이다. 본 논문은 딥 러닝에 활용하기 위해 개발된 오픈소스 소프트웨어인 텐서플로 Inception V3을 사용해 연구를 진행했다. 딥 러닝을 활용한 씨앗 발아 확인 시스템은 기존의 영상 처리를 활용한 시스템에서 고안했으며, 씨앗 발아 여부의 정확성이 떨어지는 단점을 개선하고, 모든 종자들의 발아 여부를 확인할 수 있도록 구현해 사용자가 효과적으로 연구를 수행할 수 있도록 하는 목적에 있다.
나노물질은 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 Lactuca(상추)와 Raphanus(알타리무) 씨앗의 발아와 발아지수에 금속산화물 나노입자(CuO, NiO, $Fe_2O_3$, $Co_3O_4$, $TiO_2$, ZnO)가 미치는 영향을 조사하였다. 용액상 노출에서 CuO가 가장 큰 영향을 나타내었으며, 발아와 발아지수의 $EC_{50}$는 각 0.46 mg/L와 0.37%로 조사되었다. 씨앗 이용 식물독성 측정에서 상추가 알타리무보다 나노입자 노출에 대해 더욱 민감한 반응을 나타내었다. 일반적으로 나노입자의 씨앗발아와 발아지수에 근거한 영향은 다음의 순서로 조사되었다: CuO > ZnO >NiO > $TiO_2$, $Fe_2O_3$, $Co_3O_4$. 특히 $TiO_2$, $Fe_2O_3$와 $Co_3O_4$는 최대 노출 농도 1,000 mg/L 농도에서도 뚜렷한 영향을 나타내지 않았다.
식물체내 칼모듈린과 칼모듈린 메틸화의 기능에 대한 정보를 얻기 위하여 칼모듈린 유도체($lys{\rightarrow}ile\;115$ 칼모듈린)를 발현시킬 수 있고 하이그로마이신(Hygromycin) 내성을 보일 수 있는 형질전환 담배 식물체와 하이그로마이신 내성만 보일 수 있는 형질전환 담배 식물체(대조구)가 Agrobacterium-mediated 형질전환을 통해 만들어 졌다. 이들 형질전환 담배 식물체로 부터 얻은 씨앗의 하이그로마이신 내성과 민감성에 대한 비는 예상대로 3 : 1을 보였다. Western blot과 Chemiluminescence 방법을 병행하여 형질전환 식물체($F_1$)의 잎으로 부터 칼모듈린 단백질을 검출한 결과 칼모듈린 단백질이 발현 되었음이 확인되었다. 두 형질 전환 담배 식물체로 부터 얻은 씨앗의 발아에 미치는 표피살균제의 영향을 조사해본 견과 칼모듈린 형질전환체의 씨앗은 살균수의 처리만으로도 MS 배지에서 씨앗 주변에 곰팡이 등의 오염없이 정상 발아되었으며, 대조구는 살균수와 차아염소산나트륨 용액(유효 염소 함유량 4%)을 1 : 1 배합하여 처리해주어야 오염으로 부터 벗어날 수 있었다. 칼모듈린 유도체를 발현 시키는 담배 씨앗과 대조구 담배 씨앗의 발아에 미치는 칼슘 농도의 영향을 조사해본 결과 저 농도의 칼슘을 함유한 MS배지에서는 초기 발아율에 있어 별 차이가 없었지만 고농도(예, 30mM)의 칼슘 함유배지에서는 칼모듈린 형질전환체 씨앗의 발아가 대조구 형질전환 식물체 씨앗의 발아에 비해 월등하게 잘 되었다. 이와 같은 결과들로 부터 칼모듈린 유도체의 담배 세포내 발현은 각종 환경적 요인에 대한 담배 씨앗의 적응능력을 증진시키는 것으로 제안할 수 있겠다.
본 연구에서는 다섯 종의 씨앗(춘채, 아욱, 양배추, 배추, 당근)을 이용하여 금속산화물 나노입자(CuO, NiO, Fe2O3, Co3O4, TiO2, ZnO)들이 씨앗발아와 발아지수에 미치는 영향을 조사하였다. CuO, ZnO, NiO 나노입자는 씨앗 활성에 뚜렷한 독성 영향을 나타내었으며, 나노입자종류에 따라 상이한 민감도를 나타내었다. 각 나노입자에 대한 독성순서(EC50 범위)는 다음과 같다: CuO 6~27 mg/L > ZnO 16~86 mg/L > NiO 48~112 mg/L. 나머지 조사 대상 나노입자인 Co3O4, TiO2, Fe2O3은 최대 1,000 mg/L 높은 농도 노출에도 뚜렷한 영향을 나타내지 않았다. 씨앗별 상이한 민감도를 나타내었으며, 가장 민감한 종인 아욱의 씨앗발아 EC50은 CuO 5.5 mg/L ZnO 16.4 mg/L, NiO 53.4 mg/L로 조사되었다. 씨앗별 나노입자에 대한 독성 영향은 CuO > ZnO > NiO > Fe2O3 ≈ Co3O4 ≈ TiO2 나타났으나, 당근씨앗은 NiO [EC50 80.4(71.41~90.54) mg/L]와 ZnO [EC50 85.8(69.31~106.29) mg/L]가 유사한 독성을 나타내었다.
식물 연구 분야에서 진행하는 씨앗 발아 확인실험에 대한 사용자의 편의성을 증대시키기 위한 씨앗발아 확인 시스템을 구현하는데 목적이 있다. 본 시스템을 구현 하여 기존 수작업으로 진행하던 실험을 자동화하여 인력 및 시간 소모를 줄여 작업 능률 개선 측면에서 기대효과가 있다.
본 연구에서는 4종류의 상이한 생물 검정법(유전자 재조합 균주 RB1436 발광 활성, 4종 씨앗 발아, Bacillus lichemiformis의 ${\alpha}$-glucosidase 효소 활성, Salmonella typhimurium이용한 Ames test)을 이용하여 비소 화합물의 독성을 평가하였다. 검정법에 따라 상이한 민감도를 보였지만, 전체적으로 As(III)가 As(V)보다 높은 독성을 나타내었다. 씨앗 4종의 발아에 대한 민감도는 씨앗에 따라 상이하게 조사되었다. 상추(Lactucus)와 알타리무(Raphanus) 씨앗종이 대체적으로 높은 민감도를 보였으며 검정법에 적절한 씨앗종으로 조사되었다. 유전자 변이 검정법에서는 As(III)에 대해서는 1 mg/L 농도에서 TA 98 균주는 높은 복귀돌연변이 현상(MR = 5.1)이 조사되어, 높은 발암 가능성을 나타내었다. 비소화합물에 대해서 방법별 민감도는 일반적으로 효소 이외에는 높은 민감도를 나타내었다. 다양한 급성 독성 생물 검정법에 대한 통합 자료는 향후 오염원에 대한 독성 생물 평가에 유용하게 사용할 수 있을 것이다.
환경독성법 (세균발광, 씨앗발아)을 이용하여 국내 벤토나이트 독성에 관한 기초 연구를 수행하였다. 생물발광과 상추를 이용한 씨앗발아에서의 독성범위는 각 -3 ~ 95%와 7.1 ~ 92.1%로 나타났다. 씨앗발아의 경우 상추 이외에 조사한 알타리무, 아욱의 씨앗 실험에서도 비슷한 결과를 나타내었다. 다양한 약산농도에서 추출한 점토광물이 함유하고 있는 중금속 함량과 독성의 상관관계는 거의 나타나지 않았다($R^2$ < 0.1). 특이한 사항은 점토광물의 색깔별 그룹에 따라 미치는 영향에 차이가 있음을 관찰할 수 있었다(청색 $67{\pm}8.7%$, 분홍 $27{\pm}10.4%$, 갈색 $58{\pm}14.5%$).
본 총설 논문에서는 다양한 급성독성법을 이용하여 중금속, 나노입자, 중금속 오염 토양에 의한 영향 평가 결과를 소개하였다. 평가는 씨앗발아, 생물발광, 효소활성 및 유전자 변이 평가법을 이용하였으며, 오염물 종류 및 방법에 따라 상이한 민감도를 보였다. 씨앗의 경우에는 상추(Lactucus)와 알타리무(Raphanus)가 대체적으로 높은 민감도를 보였다. 단일 금속 노출에서는 일반적으로 As(III)가 높은 독성을 나타내었다. As(III) 1 mg/L 조건에서 높은 유전자변이(MR=5.1)가 관찰되었다. 혼합 중금속에 대한 영향은 명확한 경향을 찾기 어려웠지만, 씨앗 발아의 경우에는 상승 효과가 보편적으로 관찰되었다. 중금속 오염 토양에 대한 평가에서는 시료별 총중금속 농도와 독성 영향 간의 상관성을 예측하기는 어려웠다. 일반적으로 나노입자의 씨앗발아에 근거한 영향은 다음의 순서로 조사되었다: CuO > ZnO > NiO > $TiO_2$, $Fe_2O_3$, $Co_3O_4$. 특히 $TiO_2$, $Fe_2O_3$와 $Co_3O_4$는 최대 노출 농도 1,000 mg/L 농도에서도 뚜렷한 영향을 나타내지 않았다. 다양한 독성 생물검정법에 대한 통합 자료는 향후 다양한 오염물 기초 독성평가에 유용하게 사용할 수 있을 것이다.
효소는 일반적으로 건전한 생체에서는 원형질에서 충분히 생성되어진다. 또한 미생물의 배양조건을 달리하던가 씨앗의 발아 시기와 같이 생체가 특수한 상황일 때에는 급격히 증가하기도 한다. 이러한 효소는 주로 단백질로 구성되어 있으며, 그 대부분의 아미노산이 peptide 결합을 하고 있는 고분자 화합물로서 효소의 종류에 따라 특정한 반응에만 특이적으로 작용하는 기질특이성을 가지고 있다. 효소를 이용한 건강식품으로는 체내 과산화지질의 분해를 촉진하는 SOD(superoxide dismutase), 활성 산소나 과산화수소 등의 체외 배출을 돕는 글루타치온 생성효소를 이용한 제품 외에 야채의 미생물 발효를 통하여 미생물 자체나 효소를 이용하는 과채발효 음료 등이 있지만, 여기에서는 특별히 미생물 유래의 효소를 이용한 분말형 효소 제품을 소개하고자 한다.
와편모조류의 대부분은 생존에 불리한 환경조건이 되면 저질에 침적되어 휴면포자의 형태로 휴면시기를 보내다가 온도, 광, 산소, 영양염 등의 환경요인 변동과 내재적 주기에 의해 발아가 유도된다. 이러한 휴면포자는 "개체군 씨앗 "으로서 지역적 적조발생의 잠재력이 되는 것으로 시사되어 왔다. (중략)어 왔다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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