구리 내성 식물 선별 및 구리 제거능 평가

Abstract

본 연구는 구리로 오염된 포사격장의 토양을 식물을 이용하여 복원하기 위해 식물을 선별, 식물의 구리제거능을 살펴본 것이다. 구리 내성종을 선별하기 위하여 피, 알팔파, 닭의장풀, 해바라기, 옥수수, 어저귀, 소리쟁이 7종 식물을 구리를 첨가하지 않은 대조구 및 50, 100, 200, 300 mg-Cu/kg으로 구리를 주입한 토양에 파종하여 14일 후 발아율 및 유식물의 생체량, 구리 축적 및 구리 제거량 등을 조사하였다. 또한 petridish에 여러농도로 조제된 구리용액을 넣고 식물을14일간 배양하여 발아율, 및EC_(50) (50% of Effective Concentration)를 측정하였다. 대체로 구리 노출 농도가 높아질수록 발아율이 감소하였으며 피와 닭의장풀은 300 mg Cu/L에서도 각각 30%, 67% 의 발아율을 보였다. 또한 EC_(50) 측정 결과는 대체로 지하부가 지상부보다 구리에 대해 더 민감하게 나타났다. 토양에서 구리 농도에 따른 발아율 저해가 거의 나타나지 않은 식물로는 피, 해바라기, 닭의장풀 등이었다. 그러나 해바라기의 경우 300 mg-Cu/kg에서 유식물의 뿌리 및 지상부의 생장율이 크게 감소하였다. 이에 반해 피와 닭의장풀은 고농도의 구리 오염 토양에서도 생장률이 높아 구리에 대한 내성이 가장 뛰어난 식물로 나타났다. 특히 피의 경우, 토양 내 구리 제거율이 30% 이상이었으며, 토양 내 구리 농도가 증가할수록 축적량이 꾸준히 증가하여 300 mg-Cu/kg에서 식물1 kg당 약 1,020mg의 구리를 축적하는 것으로 나타나 phytoremediation에 사용될 가능성 있는 종으로 사료된다. 피의 구리 축적 기작을 알아보기 위해 Gel-filtration chromatography (Sephadex G-75)을 이용하여 Cu-binding ligand의 분리 실험을 한 결과 약 1-2 kDa의 ligand가 구리 축적 및 내성기작에 관여하는 것으로 나타났다. 현장적용실험으로 중금속으로 오염된 포 사격장에 피를 식재한 후 정화효율을 알아보았다. 그 결과 중금속 농도는 초기농도에 비해 납이 94%로 제일 많이 감소하였으며 구리가 88%, 카드뮴이 65% 로 감소하였다. 또한 피의 중금속 함량은 Zn>Cu>Cd>Pb 순으로 나타났다. 따라서 피는 구리 뿐만 아니라 다른 중금속 제거에도 이용 가능할 것으로 사료된다.; This research was performed to investigate the heavy metal contaminated military site for cleaning up pollutant from the Cu-contaminated soil using plant. To prepare basic data in a study on the copper tolerance of herbaceous plants, the growth rate and the elimination rate were detected on Cu concentration of 7 species; Commelina communis, Medicago sativa, Echinochloa frumentancea, Zea mays, Helianthus annuus, Abutilon avicennae and Rumex crispus. Germination rate, EC_(50) (Effective Concentration 50%) were measured after germination test for 14days in a petri dish added Cu. The higher Cu concentration, the smaller germination rate in plants and it showed results that germination rate of E.frumentancea and H. annuus were 30%, 67% in 300mg Cu/L respectively. As a result of EC_(50), sensitivity to Cu showed that plants were inhibited in shoots than roots. The germination rate of H. annuus, E. frumentancea and C. communis was not affected by Cu concentration in soil. However, root and shoot growth of H. annuus reduced at 300mg-CuCl₂/kg. E. frumentancea and C. communis that showed good growth rate at higher Cu contaminated soil(>200 -CuCl₂/kg), were the most tolerant plant to Cu concentration. Especially, E. frumentancea eliminated over 30% of Cu in soil and the amount of Cu uptake increased with increasing Cu concentration; 1,020mg Cu per 1kg of soil at 300mg-CuCl₂/kg. From these results, we concluded that E. frumentancea would be used for phytoremediation. . For investigating tolerance mechanism of E.frumentancea and C.communis, it was performed experiment of isolating Cu-binding ligand using gel filtration chromatography (Sephadex G-75) on the cytosolic (soluble) fraction from plants. As a result Cu-BL showed that 1-2 kDa. Cu-binding ligand were involved the Cu-accumulating and detoxifying mechanism. For field research, I investigated removal rate in heavy metal contaminated military site after planting of E.frumentacea. As a result it showed that soil contaminate rates reduced 88% of Cu, 94% of Pb and 65% of Cd in soil. E.frumentacea accumulated high concentrations of heavy metals (ordered as Zn>Cu>Cd>Pb) Therefore, E.frumentacea would be used to remove heavy metal like Cu.