고염 조건에서 식물은 체내의 이온 균형이 파괴되고, 탈수가 유도되며, 광합성량이 감소하고, 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)의 생성이 증가하여 생장이 감소한다. 활성산소종은 다양한 스트레스에 의해 발생하는데 반응성이 높은 특징으로 인해 고농도로 존재할 경우 세포 파괴 및 사멸을 유도한다. 식물은 이에 대한 방어기작으로 다양한 항산화 방어기작을 발달시켜왔다. Peroxidase는 대표적인 항산화 효소로, 활성산소종의 일종인 H2O2를 감소시켜 식물에 대한 항산화 방어 기능을 수행한다. 하지만 이와 다르게 식물의 peroxidase 중 H2O2을 증가시키는 촉매 기작을 갖는 peroxidase가 있으며, 이 때 생성된 H2O2는 신호분자로써 작용하여 방어 반응에 관여한다. 이러한 기작을 갖는 peroxidase 중 고구마에서 분리된 peroxidase인 swpa4는 선행 연구를 통해 다양한 스트레스 조건의 방어기작에 관여됨이 보고된 바 있다. 본 연구에서는 swpa4가 고염 조건에서 식물의 저항성에 관여하는지 확인하고자 하였다. 다양한 염 농도 조건 처리에 따른 swpa4 과발현 형질전환 애기장대 잎의 엽록소 및 카로티노이드 변화량 측정을 통해 swpa4가 고염 조건에 대한 저항성에 관여하는지 확인하였다. 본 연구결과를 통해, swpa4가 고염 처리 시 애기장대의 엽록소 및 카로티노이드 손상에 대한 저항성에 관여한다는 유의미한 결과를 얻을 수 있었으며, 두 번째 실험에서는 swpa4가 고염 처리 시 애기장대의 엽록소 및 카로티노이드 손상에 대한 저항성에 관여한다는 유의미한 결과를 얻을 수 없었다. 첫 번째 실험은 두 번째 실험보다 오차가 적으므로 더 유의성을 가지는 실험이라고 할 수 있다. 따라서 swpa4가 염 농도 처리 시 엽록소 및 카로티노이드 손상에 대한 저항성에 관여함을 알 수 있었다. 본 연구의 결과를 이용하여 2015 개정 과학과 교육과정에 따르면, 중학교 과학에서 ‘식물과 에너지’ 단원은 식물이 생명활동에 필요한 에너지를 얻기 위해 양분을 스스로 만들고, 양분을 이용하여 에너지를 얻는 방법을 이해하는 것에 활용이 가능할 것으로 생각된다. 식물이 고염조건에 노출되면 식물의 광합성 저해 및 세포손상에 따라 생장저해의 많은 피해가 일어나므로 이를 이해하기 위해 학습을 할 때 동기유발을 일으킬 자료를 개발할 필요가 있을 것으로 생각된다.
Among the various environmental stresses of plants, high salinity is a representative stress factor that reduces crop production. In the high salt condition, the ionic balance is destroyed, dehydration is induced, the amount of photosynthesis decreases, and the production of reactive oxygen species (ROS) increases in the plant body, thereby plants showed reducing growth. ROS are caused by various stresses, and due to their high responsiveness, they induce cell destruction and death when present in high concentrations. Plants have developed various antioxidant defense system as defense mechanisms. Peroxidase is a representative antioxidant enzyme, and acts as an antioxidant defense against plants by reducing H2O2, a type of free radical species. However, in contrast, there are peroxidase with a catalytic mechanism that increases H2O2, among plant peroxidase, and the produced H2O2, acts as a signal molecule and participates in defense reactions. Among the peroxidase having this mechanism, swpa4 peroxidase gene isolated from sweetpotato, has been reported to be involved in defense mechanisms under various stress conditions through prior studies. The purpose of this study was to determine whether swpa4 is involved in plant resistance under high salt conditions. It was confirmed whether swpa4 is involved in resistance to high salt conditions through analysis of chlorophyll and carotenoid levels in the swpa4 overexpressing transformed Arabidopsis according to various salt concentration conditions. Through the results of this study, it was found that swpa4 was involved in resistance to chlorophyll and carotenoid damage during high salt treatment during first experiment, and during second experiment, chlorophyll and carotenoid of Arabidopsis in the second experiment. No significant results were obtained that were involved in resistance to damage. The first experiment can be said to be more significant because it has fewer errors than the second. Therefore, it was found that swpa4 was involved in resistance to chlorophyll and carotenoid damage when salt concentration was treated. In the second experiment, an uneven rosette leaf was used, and since the expression level of swpa4 in the swpa4-OX lines was not confirmed, additional study is needed to compensate for this when swpa4 is involved in resistance to chlorophyll and carotenoid damage in salt concentration treatment.
