GASA는 GA에 의해 조절되는 식물 유전자로서, 여러 식물에 보존되어 있고 다양한 조직에서 식물의 생장과 발달 및 스트레스 반응에 관여하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 GASA 유전자를 현사시나무(Populus alba ${\times}$ P. glandulosa)에서 분리하여 이를 PagGASA라 명명하고, 유전자의 구조와 발현특성을 조사하였다. PagGASA 유전자는 95개의 아미노산으로 구성된 단백질을 암호화하며, 아미노 말단에 시그널 펩티드 영역과 카르복시 말단에 12개 시스테인 잔기가 보존되어 있다. PagGASA는 현사시나무의 염색체에 1 ~ 2 copy 존재하며, 꽃과 뿌리에서 높게 발현하였다. 또한 PagGASA는 GA 뿐 아니라 ABA와 JA, SA와 같은 스트레스 관련 식물 호르몬의 처리에 의해서 발현이 증가하는 것으로 나타났다. 현사시나무에 형질전환하여 PagGASA를 과발현시킨 결과 건조 내성에 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 PagGASA는 스트레스 관련 식물 호르몬 신호전달과 연결되어 건조 스트레스 방어기작에서 중요한 역할을 할 것으로 생각된다.
아임계 및 초임계수 특성에 따른 목질 바이오매스의 당화특성을 분석하기 위하여 물의 초임계 압력인 23 MPa로 고정하고 아임계 온도($325^{\circ}C$, $350^{\circ}C$)와 초임계 온도($380^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, $425^{\circ}C$)에서 현사시나무 목분을 각각 60초 동안 처리하였다. 생성된 현사시 목분의 분해산물에는 액상과 고형분의 분해산물이 섞여 있었다. 각 처리조건에 따른 목분의 분해율은 처리 온도가 상승함에 따라 증가하였으며 초임계 온도인 $425^{\circ}C$에서 최고 83.1%의 분해율을 나타냈다. 아임계 및 초임계수 분해에 의해서 생성된 단당류는 액상의 분해산물을 대상으로 고성능 음이온 교환 크로마토그래프(HPAEC)를 이용하여 분석하였다. 목질바이오매스의 초임계수 분해과정에서 처리온도가 높아지면서 단당류 수율은 증가하는 경향을 보였으며, $425^{\circ}C$에서 가장 높은 7.3%의 단당류 수율을 나타내었다. 아임계 온도 범위에서는 현사시나무의 섬유소 성분 중에서 자일란이 우선적으로 분해되어 자일로스의 생성비율이 비교적 높았으며, 처리온도가 높아지면서 셀룰로오스의 분해에 의한 글루코오스 생성율이 급격히 상승하였다.
지구온난화와 같은 기후변화에 적응력이 높은 조림수종을 탐색하는 연구의 일환으로 $CO_2$농도 및 기온상승이 현사시나무의 광합성생리에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 현사시나무는 $CO_2$농도 및 기온 상승에 의해서 줄기의 신장생장이 억제되고 광합성 능력이 저하되었다. 그리고 광합성능력과 관련된 색소(엽록소a, b, 카로티노이드)의 함량이 감소하였다. 특히 탄소고정계의 활성과 관련된 엽록소a의 감소가 현저하게 나타났다. 그리고 광-광합성곡선과 A-Ci곡선에서 광화학계의 활성을 나타내는 순양자수율이 7%, 전자전달속도가 14% 감소하고, 탄소고정계의 활성을 나타내는 탄소고정효율이 52%, 재인산화속도가 24% 감소하였다. 이러한 결과로 $CO_2$농도 및 기온 상승에 의한 현사시나무의 광합성능력 저하는 광화학계 및 탄소고정계의 활성저하에 기인하나, 탄소고정계의 활성저하가 더 크게 작용하였음을 알 수 있다.
사시나무속의 현사시, 이태리포플러 및 양황철나무 수피를 아세톤-물(7:3)로 추출한 후 농축하고 헥산, 클로로포름, 에틸아세테이트 및 수용성으로 분획하여 동결건조하였다. 각 추출물은 메탄올 수용액 및 에탄올-헥산 혼합액을 사용하여 Sephadex LH-20 칼럼크로마토그래피로 화합물을 분리한 후 TBA 및 6% 초산으로 전개하는 셀룰로오스 박층크로마토그래피로 단리 여부를 확인하였다. 단리된 화합물의 구조는 1H, 13C 및 2D-NMR과 질량분석에 의하여 결정되었다. 사시나무속 수종의 추출성분은 주로 flavonoid와 salicin 파생물로 구성되어 있으며 세 종류의 수종에서 모두 15개의 화합물이 분리되었다. 현사시나무에서는 (+)-catechin, naringenin, eriodictyol, sakuranetin, aromadendrin, taxifolin, sakuranetin-5-O-𝛽-D-glucopyranoside. neosaturanin. p-coumaric acid, salireposide와 aesculin이 단리되어 가장 많은 종류의 화합물을 포함하고 있었으며 이태리포플러에서는 (+)-catechin, salireposide, populoside와 salicortin이, 양황철나무에서는 (+)-catechin, padmatin, quercetin, salireposide, populoside와 salicortin이 단리되었다.
Woody crops cultivated in short-rotation coppices are attractive sources of lignocellulosic materials for bioethanol production, since they are some of the most abundant renewable resources. In this study, we evaluated the effects of the growth period on bioethanol production using short-rotation woody crops (Populus nigra ${\times}$ Populus maxiwiczii, Populus euramericana, Populus alba ${\times}$ Populus glandulosa, and Salix alba). The carbohydrate contents of 3-year-old and 12-year-old short-rotation woody crop branches were 62.1-68.5% and 64.0-67.1%, respectively. The chemical compositions of 3-year-old and 12-year-old short-rotation woody crop branches did not vary significantly depending upon the growth period. However, the 3-year-old short-rotation woody crop branches (glucose conversion: 26-40%) were hydrolyzed more easily than their 12-year-old counterparts (glucose conversion: 19-24%). Furthermore, following the fermentation of enzymatic hydrolysates from the crop branch samples (by Saccharomyces cerevisiae KCTC 7296) to ethanol, the ethanol concentration of short rotation coppice woody crops was found to be higher in the 3-year-old branch samples (~ 0.18 g/g dry matter) than in the 12-year-old branch samples (~ 0.14 g/g dry matter). These results suggest that immature wood (3-year-old branches) from short-rotation woody crops could be a promising feedstock for bioethanol production.
To study the wood quality factors of Populus nigra $\times$ maxmowiczii known a rapidly growing species, the variations of green moisture contents, bulk density, wood fibre dimensions, microfibril angles, and number of leaf knot in stem wood were investigated. The heartwood contained a higher moisture content than the corresponding sapwood. Bulk density in radial patterns variations decrease outward from the pith, then increase toward the bark. The wood-fiber length and diameters had somewhat smaller values than on Populus alba $\times$ glandulosa or Populus euramericana. The microfibril angles decreased rapidly toward the outside, and their mean values were about 16 degree. The grain angles run nearly parallel to the cell axies. Number of leaf knot showed a fluctural change above ground level to a point near the base of the crown and then increased rapidly to the top of tree and average number of leaf knot varied exclusively from tree to tree.
To characterize thermo-chemical feature of sugar conversion of woody biomass, poplar wood ($Populus\;alba{\times}glandulosa$) powder was treated with supercritical water system. Supercritical water treatment (SCWT) was performed for 60 seconds at different temperatures (subcritical zone 350; supercritical zone $300,\;400,\;425^{\circ}C$) under two pressures $230{\pm}10atm$ as well as $330{\pm}10atm$, respectively, using flow type system. After separation of solid residues from SCWT products, the monomeric sugars in aqueous part converted from poplar wood powder were quantitatively determined by high performance anionic exchange chromatography [HPAEC] equipped with PAD detector and Carbo Pac PA10 column. As the temperature treated increased, the degradation of poplar wood powder was enhanced and ca 83% of woody biomass was dissolved into the water at $425^{\circ}C$. However, the pressure didn't help the degradation of biomass components. At subcritical temperature range, xylose was first formed by degradation of xylan, which is main hemicellulose component in hardwood species, while cellulose degradation started at the transition zone between sub and supercritical conditions and was remarkably accelerated at the supercritical temperature. In the supercritical water system the maximum yield of monomeric sugars amounts to ca. 7.3% based on oven dried wood weight at $425^{\circ}C$.
최근 들어 북미와 유럽에서는 고밀화한 목질펠릿연료가 재생가능하며 카본뉴트럴한 바이오매스 에너지로서 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 현사시 톱밥의 고밀화를 통한 고형연료화에 관하여 연구하였다. 현사시 품종의 연료적 가치를 평가하기 위하여 열량 및 원소 분석을 수행하였다. 고밀화를 위하여 열압공정을 채택하였으며, 압밀화는 100∼180℃, 250∼1000 kgf/㎠, 2.5∼10분의 조건으로 행하였다. 고밀화연료의 특성은 밀도와 미세분 발생량으로 평가하였다. 목표치로서 고밀화연료의 전건밀도는 1.2 g/㎠ 이상, 5분간 진탕 후의 미세분 발생량은 0.5% 이하로 설정하였다. 목표 밀도와 목표미세분을 만족하기 위해서는 160℃ 이상의 압체온도가 요구되었다. 이 때의 압체압력은 750 kgf/㎠ 이상이 효과적이었다 180℃에서 1000 kgf/㎠으로 5분 이상의 압체가 고밀화연료 제조에 가장 적절한 조건으로 밝혀졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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