이온선택성 미세전극 센서를 위한 토양화학 다성분 분석용 최적 침출액종 선발

신국식 한경대학교 생물환경·정보통신전문대학원 2008 국내석사

본 연구는 현장에서 치환성양이온(K+, Ca2+, Mg2+ 및 Na+) 와 무기태질소(NH4+와 NO3-)를 신속히 분석하고자 소자형 이온선택성 미세전극 동시분석에 적합한 단일 침출액종을 선발하고자 하였다. 이를 위해 모재가 상이한 20개의 토양과 다수의 논과 밭토양 및 시설하우스 토양 60점을 공시하고, 1M LiCl외 8개의 유망한 토양 침출액을 선정하여 그 중에서 가장 적합한 침출액종을 선발하는데 목적이 있었다. 1. 동시분석용 단일 침출액과 표준 침출용액(1M NH4OAc)의 치환성양이온의 ICP 분석결과치 사이 직선회귀는 모든 침출액종에서 고도의 유의성이 있는 결정계수(R2) 값을 나타 내었다. 2. 동시분석용 단일 침출액과 표준 침출용액(2M KCl)의 무기태질소의 켈달증류 분석치 사이에서의 결정계수(R2) 크기는 Mehlich1(0.9895) = 0.1M HCl(0.9860) > 1M LiCl(0.9770) > 0.5M BaCl2(0.9235) 순 이었다. 3. 다양한 침출액 하에서 이온선택성 전극의 분석결과 0.01M HCl과 1M LiCl이 모든 대상 화학종에 대하여 가장 Nernst이론값에 근접하였다 4. NH4+이온은 K+이온과 혼재할 때 K+이온의 간섭으로 매우 낮은 선택성을 나타내었다. 또한, Mg2+이온은 Ca2+이온과 혼재할 때 이온선택성 전극의 선택성이 낮아 분석이 불가 하였다. 5. 결론적으로 소자형 이온선택성 미세전극을 위한 최적의 침출액종및 분석방법은 0.1M HCl로 침출하여 10배 희석 측정하거나 또는 0.01M HCl로 직접 침출하여 측정하는 하는 것이라 판단되었다. The rapid analysis of ionic species in soil solution is very important, but analysis of ionic species is very difficult and consume many times and expense, because ionic species in soil solution is variable and the pre-treatment procedure for quantitative analysis is different to each ionic species by whether ionic characteristics is organic or inorganic, cation or anion, and heavy metal or not. In this research to rapidly analyze the variable ionic species in soil solution the extractive ability of soil extraction solutions was tested, and the composition of soil extraction solution for multi-analysis of ionic species was investigated. The twenty soils that have different origin were used in this experiment. To test the extractive ability of soil extraction solutions nine different extraction solutions were used such as 1M LiCl, 1M LiOAc, 1M NaOAc, 0.1M HCl, Mehlich I, Mehlich II, Mehlich III, 0.5M BaCl2, 0.5M BaOAc. And the amount of ionic species at extracted soil solution is analyzed by ISE microsensor. The analysis data were statistically analyzed by liner regression. Also the soil extraction solution that more quantitatively represent soil ionic state was selected. 1. The linear regression coefficients between multi-elements extracting solution and 1M NH4OAc solution in the values of exchangeable cations are highly significant in 1% level. 2. The coefficient of liner correlation(R2) for extracted inorganic nitrogens(etc. NH4+, NO3-) between 2M KCl solution and tested extraction solution decreased in order of Mehlich I(0.9895) > 0.1M HCl(0.9860) > 1M LiCl(0.9770) > 0.5M BaCl2(0.9235) in the comparison of extractive ability. 3. In the measured data by ISE, the results that are adopting 0.01M HCl and 1M LiCl as extraction solution showed the most similar values with the slope(mV/log[M] = 59.19) of Nernst equation. 4. In the measurement of ionic species in soil solution by ISE When, The presence of K+ and Mg2+ ion interfered measurement of NH4+ ion and Ca2+ ion respectively. The sensitivity for NH4+ ion and Ca2+ ion were very low in the measurement by ISE. 5. The adoption of 0.01M HCl solution as soil extraction solution was the best soil extraction method for the ionic species measurement by the ISE microsensor. And the alternative method that dilutes as ten times the extraction solution by 0.1M HCl solution was possibly recommended.

DNA Barcode 염기서열 분석법에 의한 주요 유통 한약재(감초, 방풍)의 분류 및 판별

임종민 동국대학교 2014 국내석사

본 연구는 국내 유통되는 한약재중 그 사용양이 많은 감초약재와 약재명의 혼란을 야기할 수 있는 방풍약재의 원산지 판별을 위해 수행 되었다. 이를 위해 식물자원의 외부형태학적 차이 및 엽록체와 핵 DNA 구간의 염기서열의 차이를 구명하였다. 감초식물 3종의 형태적 특징을 비교한 결과, 잎과 뿌리에서 차이를 보였다. 특히 잎의 형태에 있어서 중국감초와 유럽감초는 난형 혹은 타원형인 반면, 개감초는 엽장/엽폭비가 큰 피침형 이었다. 또한 건조된 뿌리로 시중되는 감초 한약재의 경우, 중국산과 한국산은 백색인 반면 우즈베키스탄산은 황백색이었다. 이와 같은 문제점을 해결하고자 DNA 수준에서의 차이를 비교한 결과 감초의 경우 rpoB2, rpoC1에서는 G. uralensis와 G. glabra가 구분되지 않았으며, psbA-trnH의 경우 단 한 구간의 SNP에서 차이를 보였다. 반면 ITS2에 의해 증폭된 450bp의 염기서열을 비교한 결과, G. glabra는 98, 99, 100번째 위치에서, G. pallidiflora는 137, 161, 164, 203, 296위치에서 감초 종간 판별을 위한 특이적 SNP가 확인되었다. 방풍의 경우에는 phylogenetic tree 분석을 통해, 약재로 쓰이는 G. uralensis과 G. glabra는 약재로 쓰이지 않는 G. pallidiflora에 비하여 유전적 거리가 가까움을 확인하였다. 본 연구의 표준시료에서 얻은 결과를 유통 한약재 원산지 판별에 적용한 결과, 중국산과 한국산의 한약재는 G. uralensis와 염기서열이 일치하였고, 우즈베키스탄으로부터 수입된 한약재는 G. glabra와 염기서열이 일치됨을 확인하였다. 이에 감초의 생체 및 한약재의 원산지 판별을 위해 ITS2를 이용한 분자수준에서의 판별이 유용하다고 판단된다. 한편, 방풍류의 판별을 위해 방풍류 3종의 형태적 특징을 비교한 결과, 잎 모양과 거치의 형태에서 가장 큰 차이를 보인 반면, 건조약재의 경우 육안으로 구별하기에 어려움이 있었다. DNA 수준에서의 차이를 비교하기 위해 DNA 바코드 후보 유전자들을 이용한 방풍류 3종의 식물자원에 대한 염기서열 분석을 수행한 후 판별 마커 개발 가능성이 있는 ITS2와 matK, psbA-trnH 세 primer를 선발하였다. 이를 국내 유통 한약재에 적용한 결과 방풍은 S. divaricata와, 식방풍은 P. japonicum과, 해방풍은 G. littoralis와 동일한 것으로 확인되었다. 중국산 방풍은 S. divaricata와 동일종으로 바르게 표기되어 유통되나, 국산 방풍은 P. japonicum과 동일종으로 식방풍(갯기름나물)의 뿌리를 건조시켜 방풍으로 혼용 유통됨을 확인하였다. ITS2 구간의 염기서열 분석 결과, 식방풍의 경우 두 그룹으로 나눠져 동일 종 내에 유전적 변이가 있음이 확인되었다. 따라서 본 연구결과 방풍류 3종 판별을 위해 nrDNA-ITS2와 cpDNA-matK, psbA-trnH의 사용이 유용할 것이며, 차후 방풍류 한약재의 판별을 위한 마커 개발 연구의 기초 자료로서 활용될 수 있을 것으로 사료된다. This study was conducted to identify the origines of Licorice (Glycyrrhiza spp.) and Bang-Poong traded as medicines in herb market. For these purpose, morphological characteristics and sequence of nrDNA and cpDNA among Glycyrrhiza spp. plants as follows; G. uralensis and G. glabra L. are used as medicines, however, Korean domestic G. pallidiflora is not used as medicine. In morphology, leaf and root shape among the plant were different. Especially, leaf shapes of G. uralensis and G. glabra L. were egg and oval shape, however, that of G. pallidiflora were lanceolate shape with higher leaf length/width ratio than other plants. An also in colors of the roots, white were shown in Chinese and Korean products, otherwise, off-white in Uzbekistan. In molecular studies of cpDNA, G. uralensis and G. glabra were not distinguished by rpoB2 and rpoC1 and only one SNP was shown by psbA-trnH. However, in 450 bp sequences amplified by ITS2, specific SNP were shown in 98, 99, 100 and 137, 161, 164, 203, 296 regions produced in G. glabra and G. pallidiflora, respectively. And these were presumably used as molecular markers for discriminating Glycyrrhiza spp. Also in phylogenetic analysis, it was identified that the genetic relations between G. uralensis and G. glabra, which were used as medicines, were closer than to G. pallidiflora. By applying the results to traded herb materials, Chinese and Korean medicinal herbs are accordance with G. uralensis where as Uzbekistan medicinal herb is G. glabra. In results, molecular analysis by using ITS2 was useful to identify the origines of medicinal herb, Glycyrrhiza spp. traded in herb market. In morphology study of Bang-Poong plants, leaf and serrate shapes were significantly different among the species, however it was difficult to distinguish with dried root materials. With three Bang-Poong plant resources, DNA sequence analysis was conducted to identify the genetic diversities in DNA levels and then three primers of candidate genes (ITS2, matK, and psbA-trnH) were selected to use as molecular markers. Applying these primers to domestic distributed medicinal herbs, Bang-Poong (Sapochnikoviae Radix), Sik-Bang-Poong (Peucedani japonici Radix) and Hae-Bang-Poong (Glehniae Radix) were identical with S. divaricata, P. japonicum and G. littoralis, respectively. Chinese Bang-Poong were distributed as the identical species with S. divaricata, however, Korean products were traded with dried root of P. japonicum. Furthermore, intra-species genetic variation was identified in P. japonicum since this plant divided into two groups by sequence analysis of nrDNA-ITS2 region. Thus, nrDNA-ITS2, cpDNA-matK, and psbA-trnH would be useful to identify the origins of Bang-Poong medicinal herbs. This results can be used as preliminary data for researches of molecular marker development to discriminate Bang-Poong and related plant species.