數學科 習題 C(Ⅱ) 1-2 餘式與因式定理 題目

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이온화 방사선은 생물체에 대하여 다양한 반응을 유 발하며 그 반응의 정도는 선량에 따라 다르다. 생물체를 이루는 다양한 세포들 중에는 방사선에 대한 민감도가 높아 특히 영향이 잘 나타나는 것들이 있다. 자주달개비 속 (genus Tradescantia)에는 많은 수의 자연종이 속해 있으며 또한 이들 종의 생물학적 속성을 특이하게 변화 시킨 인위적 종류들이 속해있다. 일부 클론들은 그들이 지니고 있는 생물학적 특성 때문에 이온화 방사선을 포 함한 돌연변이 유발원에 노출될 경우 쉽게 체세포 돌연 변이를 일으킨다. Tradescantia BNL . 4430 (T-4430) 클론 은 남색 꽃을 피우는 종인 T . hirsutiflora와 분홍색 꽃을 피우는 종인 T . subacaulis를 인위적으로 교잡시켜 만든 종간 잡종으로 꽃색에 있어서 유전적 이형성을 띄며 정 ─ ─ 149 ─

방사선과 수은에 의한 자주달개비 체세포 돌연변이

박 희 전1,2∙이 영 엽2∙김 진 규1,* 1한국원자력연구원 방사선과학연구소 2전주대학교 생명과학부

Somatic Mutations of Tradescantia 4430 Treated with

Radiation and Mercury

Hee Jeon Park1,2, Young Yup Lee2and Jin Kyu Kim1,*

1Advanced Radiation Technology Institute, Korea Atomic Energy Research Institute, Jeongeup 580-185, Korea

2Department of Science and Biotechnology, Jeonju University, Jeonju 560-759, Korea

Abstract -- Tradescantia 4430 clone is an interspecific hybrid made by artificially crossing T. hir-sutiflora with T. subacaulis. It has hereditary heteromorphy in its flower color, blue dominant and pink recessive. The hybrid clone is exttremely sensitive to ionizing radiation and chemical mutagens. Groups of inflorescence cuttings were irradiated with 0.3, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 Gy. After irradiation, the cuttings were maintained at 24�C under a controlled light:dark (14 : 10) cycle. Five days after irradiation, mutations started to increase rapidly and reached a maximum rate during 8~~10 days after irradiation. Mutation frequencies increased with radiation dose and with mercury concentration. In conclusion irradiation as well as mercury caused a dose- or concen-tration-response relationship in the somatic mutation frequencies of Tradescantia 4430. Trade-scantia 4430 proved to be a good material for studying the combined effect of radiation and mercury.

Key words : Radiation, Mercury, Tradescantia bioassay, Dose-response relationship

* Corresponding author: Jin Kyu Kim, Tel. +82-63-570-3130, Fax. +82-63-570-3139, E-mail. jkkim@kaeri.re.kr

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상적으로 우성인 남색 꽃이 핀다(김 등 2000). T-4430의 수술털은 꽃색의 이형성에 의하여 실제로 사람이 있어서 환경에서 접하게 되는 낮은 준위의 이온 화 방사선과 다양한 화학 물질의 유전적 효과를 감지하 는데 가장 적합한 실험재료로 사용되고 있다. 1960년대 후반에 개발된 자주달개비 수술털 분석법과 1970년대 후반에 개발된 자주달개비 미세핵 분석법은 현장실험과 실험실 실험에 폭넓게 사용되고 있다(김 등 2002; Wang et al. 1999). 자주달개비 수술털의 선단 세포는 분열능력 이 있어서 발생 또는 분열과정 중 돌연변이원에 노출되 면 쉽게 체세포 돌연변이를 일으킨다 (Arutyun- yan et al.

1999). 돌연변이원이나 발암원에 의해 꽃색의 우성인자 가 존재하는 염색체 부분의 결실이 일어날 경우 상동 염색체 상에 존재하는 열성형질이 발현되어 꽃잎과 수 술털의 전체 또는 일부분이 분홍빛을 띈다. 한편, 상동염 색체의 양쪽 모두가 결실되어 색소발현능력이 소실되면 무색의 수술털 세포가 생기기도 하며 때로는 선단세포 의 분열능력 상실로 인한 수술털 세포수 감소로 인해 수술털이 비정상적으로 짧아지는 경우에도 나타난다 (허 등 2003; Sadao et al. 1996). 자주달개비 꽃 속에 있는 6개의 수술은 각각 약 25개 의 세포로 이뤄진 70개 정도의 털을 가지고 있으므로 하나의 꽃은 10,000개 이상의 수술털 세포를 가지고 있 는 경우가 대부분이다. 수술털은 처음 한 개의 세포가 연속적으로 분열하는 과정에서 자연적으로 발생하는 돌 연변이에 의해 10,000 세포 당 1~2건의 분홍 돌연변이 세포가 나타나기도 하는데 방사선과 화학적 돌연변이원 같은 외부 자극을 부가적으로 받게 되면 분홍 돌연변이 의 발생이 더욱 늘어나게 되며, 특히 꽃이 만들어 지는 초기에 돌연변이가 일어날 경우는 꽃 전체의 색깔이 분 홍으로 바뀌기도 한다. 이러한 특성이 자주달개비를 방 사선 지표식물로 불리게 하는 과학적 근거가 되었고 수 많은 방사선생물학적 연구 특히 저준위 방사선의 생물 학적 반응연구에 자주달개비가 효과적으로 이용되어 왔 다. 자주달개비 꽃과 수술털 세포의 돌연변이를 이용하 여 방사선 반응을 검출하는 경우 방사선 측정기를 사용 하여 방사선량을 계측하는 것과 같이 적은 양의 방사선 까지 정밀한 수치로서 표현해 낼 수는 없다. 그러나 자 주달개비의 분홍 돌연변이 분석을 통해 아주 낮은 방사 선량까지 감지 할 수 있다. 자주달개비의 자연발생적 체 세포 돌연변이 빈도는 사람 림프구의 돌연변이 자발빈 도인 10-3~10-7과 같은 수준이다 (김 등 1998; Kim et al. 1998). 한편 낮은 방사선량율과 관련한 보고도 있다. Mericle et al. (1965) 은 자주달개비 클론 02를 이용하여 250µRh-1의 선량률로 2주간 조사시 돌연변이율이 증 가한 결과를 보고하였다. 한국원자력연구소 금곡농장의 감마선장에서 수행된 T-4430 분홍 돌연변이 실험에서 150µRh-1의 공간 방사선량률에 대해서도 유의한 수준 의 분홍 돌연변이율 증가를 나타냈다 (김 등 1998). 이 러한 자주달개비 수술털 세포의 돌연변이는 환경내의 모든 요인의 영향을 반영한 결과이기 때문에 포괄적인 의미에서의 생물학적 안전성을 밝히는 데는 기계적, 물 리적 방법을 능가하는 장점이 있다. 실제로 일본, 폴란드 등지에서는 자주달개비를 이용한 환경방사선 감시사례 가 보고된 바 있다. Ichikawa (1981) 는 일본의 여러 원자 력 발전소 주변에서 자주달개비의 분홍 돌연변이율을 이용하여 환경방사선의 준위변동을 발전소 가동기간과 연계하여 감시하였다. 한편 Cebulska-Wasilewska (1992) 는 소련 체르노빌 원자력 사고가 발생한 직후 폴란드 크라쿠프 지역의 방사능오염 공기의 생물학적 영향을 자주달개비 돌연변이율로 조사하기 시작하여 사고 1년 경과시의 돌연변이율과 비교하여 공기 중 환경방사선의 준위변동을 감시하였다. 국내에서는 자주달개비 T-4430 클론을 이용하여 수술 털 체세포 돌연변이에 있어서 중성자의 선량-반응과 생 물학적 효과비 검증, 방사선과 환경인자에 의한 체세포 돌연변이 빈도 및 환경방사선 감시 등의 연구가 수행된 바 있다 (김 등 1999). 따라서 본 연구에서는 이온화 방 사선과 염화수은의 복합처리에 따른 생물학적 영향을 평가하기 위하여 T-4430을 실험재료로 이용하여 수술털 세포에 나타나는 체세포 돌연변이 빈도 변화를 분석하 였다.

재료 및 방법

1. 재료 실험에 사용되는 식물체는 방사선에 민감하게 반응하 면서도 자발돌연변이율이 낮은 종간 잡종 T-4430 클론 을 사용하였다. T-4430 식물체의 꽃차례를 15 cm 길이로 절취하여 실험실에서 24시간 순치시킨 다음 14시간 명 기, 10시간 암기의 조건으로 인공조광을 실시하고 온도 는 24�C로 유지하였다. 평균 15개씩의 화서를 하나의 실험군으로 하여 분석가능한 화아의 수를 200개 이상으 로 하였다. 2. 방사선 조사 한국원자력연구원 저준위 조사시설 (Panoramic Irra-diaitor, AECL)의 60Co 선원을 이용하여 감마선을 조사하

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였다. 선원강도는 111 TBq였으며 선량률의 측정은 Friche 선량계를 이용하였다. 상온, 공기 중에서 실험군별 로 0, 0.3, 0.5, 1.0, 1.5 및 2.0 Gy의 감마선을 조사하였다. 3. 염화수은의 처리 HgCl2(Sigma)를 희석하여 수은 농도를 각기 0, 0.2, 0.25, 0.3 mM 로 맞춘 Hyponex®1,000 배 희석 용액에서 배양하고, 배양용기에는 기포발생기를 각각 설치하여 폭 기를 실시하였으며 1일 간격으로 동일한 농도의 양액을 교체∙공급하였다. 4. 돌연변이 검경∙계수 만개상태의 화기 ( 器)를 실험군별로, 채화하고 6개의 수술 모두를 떼어내서 파라핀유가 도말된 슬라이드 상 에 펴서 검경용 프레파라트를 제작하였다. 그 다음 실체 현미경 (Nikon, 배율 ×100)을 이용하여 돌연변이를 계 수하여 100개의 수술털 당 돌연변이 건수로서 돌연변이 빈도를 산정하였다. 한 개 또는 다수의 연속된 변이세포 군 각각을 하나의 돌연변이 건수로 계수하였으며 한 개 의 정상세포로 분리되어 있는 분홍 세포군의 경우 정상 세포 양쪽을 각각 건수로, 한 수술털 전체가 분홍 또는 무색 세포로 이뤄진 경우이거나 수술 전부 또는 꽃 전 체가 분홍 또는 무색 세포로 이뤄진 경우도 한 건의 돌 연변이로 계수하였다. 또한 수술털을 이루고 있는 세포 의 수가 16개 이하이면 이를 하나의 치사돌연변이 건수 로 계수하였다.

결과 및 고찰

1. 수은 처리에 의한 생육 영향 수은 처리가 실험 생물체인 자주달개비의 생육에 영 향을 미칠 경우 돌연변이 빈도 분석 결과에도 큰 영향 을 미칠 수 있다. 염화수은 농도가 0, 0.2, 0,25 및 0.3 mM 네 개의 실험 군에 대하여 꽃당 평균 수술털 수를 계수하였다. 염화수 은 0, 0.2 및 0.25 mM 처리 실험군은 평균 수술털 수가 40~50개를 유지하였으나, 0.3 mM 처리 실험군에서는 시간이 경과함에 따라 수술털 수가 계속 감소하였고 처 리 9일 째부터는 개화한 꽃을 볼 수가 없었다 (Fig. 1). 염화수은 농도 0.25 mM 이하를 처리한 실험군에서 11~13일까지 수술털 수가 약간 감소하는 경향을 나타 내긴 했지만 분석결과에 영향을 미칠 정도의 생육저해 는 나타나지 않았다. 실험 식물체인 자주달개비의 생육 에 저해를 주지 않고 실험기간 중 돌연변이 값을 얻을 수 있는 적정 염화수은 농도는 0.25 mM 이하라는 것을 확인되었다. 2. 분홍 돌연변이 자주달개비 수술털은 꽃색의 이형성에 의하여 실제로 사람에게 있어서 환경에서 접하게 되는 낮은 준위의 이 온화 방사선과 다양한 화학 물질의 유전적 효과를 감지 하는데 가장 적합한 실험재료 중의 하나이다 (Ichkawa 1999). 방사선에 의하여 유발되는 돌연변이는 일반적으 로 방사선 조사 후 5일 경부터 증가하기 시작하여 최대 값에 이른 다음 다시 감소하여 자발돌연변이율 수준까 지 낮아지는 경향을 보인다. 본 실험의 경우 돌연변이 고조기간은 방사선 조사 후 7일에서 11일 사이에 나타 났다. 염화수은을 함유하지 않은 양액에서 배양한 방사 선 조사 실험군의 돌연변이율 변화를 Fig. 2에 나타내었 다. 본 실험의 경우 분홍 돌연변이율은 방사선 조사후 6일 경부터 큰 폭으로 증가하기 시작하였으며 7일 이후 최대 값에 도달 하였다. 동일한 방사선량을 조사하고, 양액중 염화수은 농도를 다르게 하여 처리한 실험군에서도 방사선량의 증가에 따라 돌연변이율이 증가하는 경향은 뚜렷하였다. 염화 수은을 처리하지 않은 실험군과 0.2 mM 에서는 분홍 돌 연변이 빈도가 비슷하였으나 양액의 수은 농도가 0.25 mM인 실험군에서는 분홍 돌연변이의 빈도가 7.5로 방 사선과 수은 복합작용에 의한 영향이 뚜렷하게 나타났 다 (Fig. 3). 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Day after irradiation

Number of hairs 0 mM

0.2 mM 0.25 mM 0.3 mM

Fig. 1. Average number of hairs in flowers of T-4430 treated with different concentrations of mercury chloride.

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3. 무색 돌연변이 방사선 조사 후 수은을 처리하지 않은 실험군과 0.2 mM 및 0.25 mM 수은처리 심험군에 대한 분석을 실시하 였다(Table 1). 염화수은을 처리하지 않은 실험군의 경우 방사선량 0~2.0 Gy 범위에서 무색 돌연변이 빈도는 0.08~1.37이었다. 염화수은의 농도가 0.2 mM 일 때 방 사선량 0~2.0 Gy 범위에서 무색 돌연변이 빈도는 최저 0.25에서 최고 1.12였다. 이와 같은 결과로 볼 때 0.2 mM 이하의 염화수은은 방사선 유발 무색 돌연변이에 미치는 영향은 미미한 것으로 생각된다. 그러나 0.25 mM 이상의 수은과 방사선을 복합 처리하였을 때의 무 색 돌연변이율은 최저 0.35에서 최고 6.53을 나타냄으로 써 수은에 의한 영향이 큰 것으로 평가되었다. 4. 치사 돌연변이 방사선 2 Gy 조사 실험군의 분석결과를 기준으로 볼 때 염화수은을 함유하지 않은 양액에서 배양한 경우 고 조기간 중 치사 돌연변이 빈도 최대값은 3.9였으나 (Fig. 4), 염화수은 0.25 mM 처리군에서의 고조기간 중 최대 치사 돌연변이 빈도는 47.2였다 (Fig. 5). 이와 같은 결과로 볼 때 염화수은 농도가 0.2 mM 이하인 경우 방 사선과의 복합 작용에 의한 효과는 크지 않았으나 염화 수은 농도가 0.25 mM일 때는 방사선과의 복합작용은 치사돌연변이를 큰 폭으로 증가시키는 것을 알 수 있다.

실제로 저선량 영역에 있어서 방사선에 의한 자주달 개비 수술털 세포의 분홍돌연변이 유발은 선형적 일차 함수를 이용한 선량-반응 관계식으로 해석하는 것이 정 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Dose (Gy) 0 mM 0.2 mM 0.25 mM PM . 100 hairs -1

Fig. 3. Dose-response curves of pink mutation frequencies during the peak interval in T-4430 treated with different concen-trations of mercury chloride.

Table 1. Frequency of colorless mutations in T-4430 treated with 0, 0.2 and 0.25 mM mercury chloride

Radiation dose (Gy) HgCl2(mM)

0 0.2 0.25 0 0.08 0.88 0.36 0.3 0.22 0.35 0.35 0.5 0.42 0.25 1.82 1.0 0.53 0.77 5.26 1.5 0.41 1.12 4.08 2.0 1.37 0.95 6.53 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Day after irradiation 0 Gy 0.3 Gy 0.5 Gy 1.0 Gy 1.5 Gy 2.0 Gy LM . 100 hairs -1

Fig. 4. Changes of lethal mutation frequencies in the stamen hair cells of T-4430 irradiated with gamma rays.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Day after irrediation

0 Gy 0.3 Gy 0.5 Gy 1 Gy 1.5 Gy 2 Gy PM . 100 hairs -1

Fig. 2. Changes of pink mutation frequencies in the stamen hair cells of T-4430 irradiated with gamma rays.

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─ 153 ── 당함은 이미 보고된 바 있다. 방사선과 수은을 복합 처 리한 실험군의 돌연변이 고조기간인 6~11일 사이의 통 합데이터로부터 산출한 선량-반응은 일차함수로 확인되 었다. 염화수은 농도 0.2 mM까지는 방사선 유발 돌연변 이에 별 영향을 주지 않았으나 수은 농도가 0.25 mM 일 때는 복합작용에 의해 돌연변이 빈도가 큰 폭으로 증가 되었다. 또한 수은 농도가 0.3 mM일 때는 자주달개비의 생육 자체가 저해되므로 돌연변이 계수를 통한 생물학 적 영향 평가가 불가능하거나 무의미 한 것이 확인되었 다. 자주달개비의 생육을 저해하지 않는 염화수은의 농 도는 0.25 mM 이하인 것으로 판단된다. 유해 화학물질 인 염화수은과 방사선의 복합 작용에 의한 생물학적 영 향을 평가하기 위한 실험 모델로서 종간잡종 클론인 T-4430 식물체가 효과적으로 이용될 수 있음이 본 연구를 통해 확인되었다.

본 연구는 과학기술부의 재원으로 과학재단에서 실시 하는 과학기술세계화사업 (국제공동연구)의 일환으로 수 행되었습니다.

참 고 문 헌

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Manuscript Received: November 12, 2007 Revision Accepted: December 6, 2007

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Day after irradiation

0 Gy 0.3 Gy 0.5 Gy 1.0 Gy 1.5 Gy 2.0 Gy LM . 100 hairs -1

Fig. 5. Changes of lethal mutation in T-4430 irradiated with gam-ma-rays and treated with 0.25 mM mercury chloride.

數據

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參考文獻

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