톨페스큐 뿌리생장부위의 종적해부구조, 세포역학 및 생리적 반응에 대한 질소효과

Longitudinal Root Anatomy, Cell Dynamics, and Physiological Cell Responses in Root Growth Zones of Two Tall Fescue Genotypes at Two Nitrogen Levels

본 시험은 톨페스큐의 잎과 뿌리신장 및 동화산물의 생장점부위의 종적인 해부학적 고찰을 통해 세포분열, 신장, 그리고 성숙속도등 세포역학 및 세포의 생리적 반응에 대한 질소의 효과를 연구하고자 수행하였다. 공시품종은 경당 수량성이 높은 HYT 품종과 경당 수량성이 낮은 LYT 품종이었으며, 이들은 엽신장 및 분얼성 등 생리적 특성이 다른 품종이다. 1. 근관, 표피세포, 피층세포, 도관세포로 크게 구분되는 뿌리생장부위는 약 3.2mm로 잎생장부위(약 25~30 mm)보다 훨씬 짧았으며, 근관부위는 약 0.4~0.5 mm였다. 2. 근관세포의 경우 분열시 크기는 약 5 $\mu{m}$, 최종크기는 약 40 $\mu{m}$였으며 피층세포와 도관세포의 분열시 크기는 각가 8.5 $\mu{m}$와 13.0 $\mu{m}$, 최종 크기는 각각 120$\mu{m}$와 650$\mu{m}$로 큰 차이가 있었다. 3. 뿌리생장부위의 피층세포와 도관세포의 분열 직후 또는 최종크기는 질소시용수준에 영향을 받지 않았으나, 세포신장속도는 질소시용수준에 영향을 받아 높은 질소수준(200ppm)에서 보다 낮은 질소수준(50ppm)에서 약 2배 정도 빨랐다. 4. 뿌리세포의 분열속도는 질소의 영향을 받아 피층세포의 경우 50ppm N 수준에서 시간당 약 4.5 세포, 200ppm N 수준에서는 시간당 약 2.3 세포였으며, 도관세포의 경우는 각각 시간당 0.9 세포와 0.6 세포였다. 5. 뿌리세포가 분열 후 최대로 신장하기까지는 시간은 피층세포의 경우 50ppm N에서 약 21 시간, 200ppm N에서 약 43시간이 소요되었으며, 도관세포의 경우는 각각 약 37 시간과 73 시간이 소요되었다. 6. 뿌리생장부위의 피층세포와 도관세포의 비율을 조사한 결과, 세포 분열부위에서는 1:1이었으나, 세포신장부위에서는 그 비율이 증가해 생장점으로부터 1.0 mm 위치에서 5:1로 증가해 계속 유지되었다. 7. 뿌리생장에 대한 질소의 효과를 분석해 볼 때, 질소는 뿌리세포의 크기보다는 세포분열과 세포신장속도에 크게 영향함을 알 수 있었다.

Anatomical studies of sink tissues are required for better understanding the biological plant growth system and energy metabolism. Kinematics of root growth zones of two genotypes of tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) receiving 50 or 200 ppm N were determined. Longitudinal anatomy and cell dynamics of root growth zones were studied and calculated. The root growth zone is organized similarly to the leaf growth zone which has cell division, elongation, and maturation zones, but the root growth zone is only about 3.0 mm long compared to 25 to 30 mm for the leaf growth zone. The root cap extends about 0.4 to 0.5 mm from the apical initial, while the cell elongation zone for both cortical and metaxylem cells extends about 3.3 mm from the apical initial for both genotypes and N levels. Root cap cells elongate from an initial length of about 5$\mu{m}$ long to a final length of about 40$\mu{m}$ before being sloughed. Initial lengths of cortical and metaxylem cells were about 8.5 $\mu{m}$ and 13.0 $\mu{m}$, respectively. Elongation of cortex and metaxylem cell showed sigmoidal curves with final lengths of about 120 $\mu{m}$ for cortex cells and 650 $\mu{m}$ for metaxylem cells. Initial size and final size for both types were not affected by N level, but cell fluxes and cell elongation rates of cortical and metaxylem cells were about double in low N. Cell production rates were about 5 to 6 times higher in cortical cells than in metaxylem cells. Differences in N caused a larger change in cell production rate, duration of cell elongation, and relative cell elongation rate than did the genotypes. These data indicate that N application affects root growth longitudinally by changing cell production rate and elongation rate.