<h1>서 론</h1><p>Cadmium (\(\mathrm{Cd}\))은 주된 환경 오염원인 중금속으로서, 토양과 물에 고농도로 존재하면 식물의 뿌리에 의해 쉽게 흡수되어 주로 액포 내에 축적되며, 생장을 감소시키거나 대사과정을 손상시킴으로서 식물에 독성을 나타낼 뿐 만 아니라, 벼 유식물과 토마토에서 각각 RNase의 활성과 지질의 조성을 변화시키고, 보리 유식물에서 수분스트레스를 유발하여 기공의 개폐에 관여하며, 담배에서 산화적 burst를 자극하고, 대두 뿌리에서 리그닌의 생합성에 관여한다.</p><p>\(\mathrm{Cd}\)이 광인산화반응과 광화학반응에 관여하며, 칼빈회로에 관여하는 효소들의 활성 및 엽록소의 생합성과 함량에 관여함으로서 광합성에 해로운 효과를 나타내는데, 이러한 연구가 녹두, 담배, 비둘기 콩, 사탕무우, 작두, 토마토 및 해바라기에서 보고되었다.</p><p>질소는 식물이 필요로 하는 주 영양원으로, 토양으로부터 뿌리에 의해 주로 질산염 \( \left(\mathrm{NO}_{3}\right) \)과 암모늄염 \( \left(\mathrm{NH}_{4}^{+}\right) \)의 형태로 흡수되며, 잎으로 운반된 질산염은 질산염 환원효소와 아질산염 환원효소에 의해 아질산염을 거쳐 암모늄염으로 환원된다. 이 두 효소의 활성은 \(\mathrm{Cd}\)에 의해 억제된다. 두 질소원 중 암모늄염보다는 질산염의 영향이 크지만, 암모늄염 만을 식물에 공급하면 대부분의 식물은 생장이 억제되며, 식물이 가장 쉽게 이용할 수 있는 질소원인 질산염은 중요한 생체조절 물질로서, 조직배양과정에서 가강 기본적인 질소원으로 사용되어, 시토키닌과 같은 식물호르몬에 영향을 미친다.</p><p>Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (rubisco)는 자연에 존재하는 단백질 중 가장 풍부한 물질로서 식물잎 단백질의 약 반을 차지하고 있으며, 1년에 대기 중의 약 \( 10^{11} \)톤 탄소가 생물학적으로 고정되는 반응에 관여한다. 불활성 상태의 rubisco에 활성 \( \mathrm{CO}_{2} \) 와 \( \mathrm{Mg}^{2+} \)이 결합하여 활성화되어야만 광합성에서 ribulose 1,5-bisphosphate (RuBP)와 \( \mathrm{CO}_{2} \) 결합 반응인 carboxylation과 광호흡에서 \( \mathrm{O}_{2} \)의 oxygenation을 촉매한다.</p><p>Pre-mRNA의 alternative splicing에 의해 형성된 2개의 isoform으로 구성되어 있는 rubisco activase는 ATP에 의존하여 불활성 상태의 rubisco로부터 RuBP를 제거함으로서 rubisco의 활성을 조절하는 chaperone으로서, \( \mathrm{CO}_{2} \)가 결합하는 rubisco의 carbamylation에 기여한다. Rubisco activase는 빛에 의해 활성화되기도 하며 rubisco의 활성부위로부터 CA1P(2-carboxyarabinitol 1-phosphate)와 CABP (carboxyarabinitol 1,5-bisphosphate) 같은 저해제의 제거에 관여한다.</p><p>이와 같이 \(\mathrm{Cd}\)의 독성 효과, 질산염의 생리적 작용 및 rubisco와 rubisco activase에 대해서는 각각 비교적 잘 연구되었으나, \(\mathrm{Cd}\)의 효과에 대한 질산염의 영향을 rubisco와 rubisco activase 차원에서 연구한 논문은 거의 전무하다. 따라서 본 연구에서는 \(\mathrm{Cd}\)과 질산염의 농도를 다르게 한 MS배지에서 담배를 기내 배양시킨 후, 각 농도에 따른 생장과 엽록소의 함량, rubisco와 rubisco activase의 함량과 활성을 측정함으로서, \(\mathrm{Cd}\)의 저해에 대한 질산염의 영향을 연구하였다.</p>
중금속 Cd이 토양과 물에 고농도로 존재하면 식물의 뿌리를 통해서 어디에 축적이 돼?
액포 내