고려인삼(Panax ginseng C.A. Meyer) 뿌리와 잎의 연령, 등급, 품종에 따른 세포조직학적 비교 연구 = Cytohistological comparative study of Panax ginseng C.A. Meyer in roots and leaves pertaining to their ages, grades, and cultivars

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The main roots and leaves of Panax ginseng C.A. Meyer were studied by a light, scanning and transmission electron microscopy pertaining to their ages, grades, and cultivars. The transverse sections of main roots showed that the most of tissues were composed of different number of cells in pith and cortex region depending upon their ages. However, periderm, the outermost tissue of root was usually stacked with five layers of cork cells in all age. Pericycle zone of the different aged samples was commonly composed of five to seven cell layers.
Hand free sections stained with nile blue of 1, 2, 3, 4, 5, and 6 year old roots were observed to identify the secretory ducts. Secretory ducts have some pattern; 1-year old root has scattered form, 2-year old root has one, 3-year old root has two, 4-year old one has three, 5-year old one has four, and 6-year old one has five resin duct layers on each cortical regions.
Three groups of ginseng roots, Grade 1, 2, and 3 are usually distinguished each other by external features, such as shape, and weight of roots. The major factor influencing on grades of ginseng roots is the number of cell layers in cortex and pith. In the cortex of ginseng root, the more cell layers are, the higher the level of grade is. However, in the pith of ginseng root, the less cell layers are, the lower the level of grade is.
The most distinct difference between rusty roots and normal roots is that the former has reddish spots at its periderm and finally lose partially or totally its periderm cells. The healthy periderm of root is usually consisted of 5 to 8 cork cell layers. However, the periderm of lightly and medium damaged root has 15 to 20 cork cell layers because the cork cambium actively generate additional cell layers toward the outside. To replace detached periderm in heavily damaged root, the cortical cells are immediately transformed into the periderm-like cells.
Estimated quantity of iron by Energy Dispersive X-ray(EDX) in rusty roots show that irons are positively present at reddish spots in lightly damaged root, But not in any cells of the healthy root periderm cells. To determine the difference of five ginseng cultivars, we examined the morphological characteristics of leaves of five representative ginseng cultivars.
The most popular types of ginseng are five cultivars; Go-Poong, Geum-Poong, Sun-Poong, Yun-Poong, and Chun-Poong. To investigate the difference of leaf structure between five cultivars of ginseng, we examined the several morphological aspects such as size of epidermis cell, thickness of cuticle layer, number of stomata in leaves by the light, scanning and transmission electron microscope.
In thickness of cuticle layer and cell wall of each cutivars, Yun-Poong was thinner than those of the others. In distribution of cuticle ridges at periderm, Geum-Poong, Sun-Poong, Yun-Poong had a few density at their periderms. Yun-Poong had the biggest number of stomata in abaxial leaves, however, Chun-Poong had poor in number of stomata. This result suggest that the former has an advantage to process the photosynthesis than other cultivars, while it has a disadvantage under the strong sunlight conditions.

국문 초록 (Abstract)

인삼의 내부 구조는 주피, 코르크피층, 피층, 내초대 및 수로 이루어지는데 주피 세포는 보통 평판상이며 조밀하게 결합되어 있었다. 3년근 이상의 인삼 뿌리의 주피세포는 10개의 세포층으로 구성되어 있었다. 피층은 근령이 오래될수록 가장 세포층의 수가 증가한 조직이었다. 내초대는 분열세포로 이루어진 5층의 세포층으로 구성되었다. 유세포로 이루어진 수는 피층과 같이 근령에 따라 많은 세포층수가 증가되었으며 이들 세포 내에는 다수의 저장전분이 저장되어 있었다. 전체적인 세포층수나 세포수의 증가양상은 2년근에서 3년근으로의 성장 시기에 가장 큰 증가율을 나타냄을 볼 수 있었고, 특히 그 시기에 피층과 수의 증가율은 층수나 세포 수에서 모두 뚜렷한 증가율을 보였다. 3년근에서 4년근으로의 성장 시기에는 전체 세포수 증가율이 가장 낮았다.
뿌리의 분비관은 환상으로 배열하면서 연근에 비례해 1년에 1개 층씩 증가하였다. 뿌리의 상피세포의 안쪽부분인 내강에서는 10㎛ 크기의 지질과립이 자주 관찰되었으며 중성지질임을 알 수 있었다. 분비관은 2년생부터 형성되어 매년 1개 층씩 증가되므로, 인삼은 근령에서 1을 뺀 수만큼의 분비관층을 갖는다.
인삼 뿌리의 품질에 영향을 미치는 등급과 조직과의 상관관계를 확인하기 위하여 1등급, 2등급, 3등급으로 구분된 5년근 인삼을 각각 관찰한 결과 인삼의 주근에서 피층이 차지하는 비율은 1등급에서 3등급으로 갈수록 점차 증가했다. 수(pith)의 경우 피층의 결과와는 반대로 1등급에서 3등급으로 갈수록 점차감소하였다.
적변삼의 뿌리에서 나타나는 근피의 붉은 반점의 정도에 따라 정상(normal root, NR), 적변초기(lightly damaged root, LDR), 적변중기(medium damaged, MDR), 적변말기(heavily damaged, HDR)의 인위적인 4가지 그룹으로 나누었다. LDR의 주피는 코르크형성층의 활발한 분열에 의해 두꺼워지는 것으로 관찰되었다. HDR의 경우는 주피층뿐만 아니라 피층, 수까지 적변현상이 심화되어 조직이 파괴되었다. 파괴된 세포들의 아래쪽 피층 세포들이 분열하여 형성한 6~8층의 분열 세포층이 관찰되었다. 적변현상이 가장 심하게 진행된 HDR에서는 주피 조직뿐 아니라 피층의 내부에 이르기까지 조직이 괴사되었다. 또한 괴사조직 아래의 피층세포에서는 여러 층의 작고, 납작한 세포들이 관찰되었다. 적변인삼의 표피세포를 에너지 분산형 엑스레이 분석기 (Energy Dispersive X-ray spectroscopy, EDX)측정을 하여 본 결과 철분(Fe)의 수치가 정상삼에 비해 적변현상 초기의 경우 증가하였고 적변현상 말기의 경우 다시 수치가 감소하였다.
잎의 향축면과 배축면에 분포하는 큐티클층의 두께를 측정한 결과 연풍이 가장 적은 큐티클의 두께를 가지는 것으로 측정되었다. 잎의 표피세포 표면 위에서 관찰되는 큐티클은 봉우리 주위로 퍼져나가는 양상을 하고 있으며 이런 큐티클 층의 굴곡은 큐티클의 자체 두께의 차에 의해서 생기는 것이 아니라 큐티클 층의 아래에 위치하는 세포벽이 융기하면서 고르게 분포되어 있는 큐티클 층이 결국 굴곡을 나타내는 것으로 관찰되었다. 큐티클의 굴곡현상은 천풍이 가장 적은 것으로 관찰되었다.
큐티클 세포벽에서는 큐티클의 형성과 큐티클층의 융기를 담당하는 두 종류의 소포가 관찰되었다. 큐티클층의 생성은 세포벽을 통한 소포의 운송에 의하여 이루어지고 큐티클층에 존재하는 굴곡은 다른 종류의 소포가 서로 융합하여 큰 소포를 만들고 세포벽과 큐티클층 사이를 확장 시킨 후 다시 세포벽이 채워져 굴곡 있는 세포벽이 만들어 지는 것으로 관찰되었다. 향축면에서 5개 품종의 잎의 엽정 부분을 제외하고 기공이 관찰되지 않았다. 배축면에 존재하는 기공의 수는 연풍이 가장 많았고, 선풍, 금풍, 고풍, 천풍의 순으로 관찰되었다.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 = 4
• II. 재료 및 방법 = 8
• 1. 연구재료 = 8
• 1.1 연령별 인삼의 뿌리 = 8
• 1.2 등급별 인삼의 뿌리 = 8
• 1.3 적변현상 인삼의 뿌리 = 8
• 1.4 품종별 인삼의 잎 = 9
• 2. 연구방법 = 9
• 2.1 광학현미경 표본 제작 = 9
• 2.2 조직화학적 염색 = 9
• 2.3 전자현미경 시료 제작 = 10
• 2.3.1 주사전자현미경(SEM) 시료제작 및 Energy Dispersive X-ray (EDX) 분석 = 10
• 2.3.2 투과전자현미경(TEM) 시료제작 = 10
• III. 결과 = 12
• 1. 연령별 인삼 뿌리의 조직학적 특성 = 12
• 2. 등급별 인삼 뿌리의 조직학적 특성 = 28
• 3. 적변현상 인삼 뿌리의 조직학적 특성 = 34
• 4. 품종별 인삼 잎의 조직학적 특성 = 45
• IV. 고찰 = 59
• 1. 연령별 인삼 뿌리의 조직학적 특성 = 59
• 2. 등급별 인삼 뿌리의 조직학적 특성 = 65
• 3. 적변현상 인삼 뿌리의 조직학적 특성 = 66
• 4. 품종별 인삼 잎의 조직학적 특성 = 69
• V. 참고문헌 = 74
• 요약 = 86