The objectives of this study were to investigate the morphology of mycorrhizal roots, and the effects of root age and soil texture on the mycorrhizal infection in ginseng (Panax ginseng C. A. Meyer) growing in Korea. Ginseng roots at ages of two to six years were collected from fields in late June. Their infection by arbuscular mycorrhizal fungi(AMF) was studied by clearing the roots and staining fungal hyphae with trypan blue. Root infection varied greatly depending on the developmental stages of young roots. Young tertiary roots, in diameter of smaller than 0.8 mrn, formed during the current growing season had root hairs and were frequently and in some cases heavily infected by AMF. Hyphal coils and arbuscules were abundant, while vesicles were rarely observed. Older secondary or tertiary roots in diameter of bigger than 1.0 mm with fully differentiated primary xylem formed during the previous growing season had no root hairs, and were not infected at all. The rates of mycorrhizal infection in the young tertiary roots were not affected by the age of the ginseng plants, suggesting that fungal populations might have not much changed during the aging of the cultivated fields up to six years. The differences in the infection rates among the different ages of ginseng were caused by differences in the amount of young tertiary roots in the samples. Soil texture, either sandy loam or clay loam, did not affect the rate of root infection. There were large variations in the infection rates among the different farms and locations within a farm. It strongly suggested that infection rates of the ginseng roots by AMF would be influenced by the practice of the farmers, possibly by avoiding consecutive planting, introduction of new topsoil, and the ways of handling the soil before transplanting the ginseng, such as fumigation or sterilization that might have affected indigenous inoculum sources of the AMF.
Background: Ginseng (Panax ginseng Meyer) is an important medicinal herbs in Asia. However, ginseng varieties are less developed. Method: To developed ginseng varieties, a pure line selection method was applied in this study. Results: Gumpoong was testing of 4-yr-old specimens in 2002, the proportions of the below-ground roots that were rusty colored for Gumpoong was 1.29 in Daejeon and 1.45 in Eumseong, whereas the proportions for its yellow berry variant were 2.60 and 2.45 in the two regions, respectively. Thus the Gumpoong was resistant to root rust. Sunpoong has a high yielding property. Its average root weight is 70.6 g for 6-yr-old roots. Its yield is 2.9 kg/$1.62m^2$ and the rate of heaven- and earth-grade product is 20.9%, which is very high compared to 9.4% for Yunpoong. Sunone is resistance to root rot and the survival rate of 4-yr-old roots was 44.4% in 1997, whereas that of the violet-stem variant landrace was 21.7%. Sunhyang has content of arginyl-fructosyl-glucose (AFG), which produces the unique scent of red ginseng, is $95.1{\mu}mol/g$ and greater than the $30.8{\mu}mol/g$ of Chunpoong in 6-yr-old plants. Sunun and Cheongsun are being nurtured to protect genetic resources. Conclusion: Developed ginsneg varieties will be used as the basis for the protection of genetic resources and breeding.
인삼 재배포장에서 병원균인 Fusarium spp.의 밀도와 근부에 영향을 미치는 토양환경요인을 조사하였다. 2년근 포장의 토양을 토성별로 분류하여 결주율, Fusarium spp. 밀도, 화학적 성질을 비교해 본 결과 점토 함량이 들었고 결주율과 질산태 질소는 줄어드는 경향이었으며 다른 성질은 뚜렷한 차이가 없었다. 6년근 포장에서는 근부율과 유효인산 함량이 정의 상관(r=0.3162, p=0.05)을 보였으며 Fusarium spp. 밀도와 Streptomyces spp. 밀도는 고도의 부의 상관(r=-0.3976, p=0.01)을 나타내었다.
인삼은 한국, 일본, 소련, 북미에서 재배되고 있다. 이들 생산지역의 미세기상을 각각 조사해 보면, 인삼의 생육에 필요한 필수조건을 갖고 잇으며 각 지역에 따라 미세기상은 다른 방법으로 조절되고 있다, 한국, 중국에서의 최근연구자료를 비교해 보면 인삼생산에 맞는 여러가지 미세기상 조건들을 구명 할 수 있을 것이며, 여러가지 해가림 재료에 따른 일광차단에 관한 연구도 미세기상 조건구명의 한가지 방법이 되고 있다. 북미에서는 나무와 polypropylene 해가림 재료가 사용되지만, 중국에서는 마른 풀을 엮은 이엉사이에 polyvinylchloride film을 넣어 해가림을 한다. 이러한 해가림 재료들이 인삼생육과 수량에 미치는 효과는 뿌리생육에 있는 것 같으며, 생육기간 중 대부분 뿌리의 생육 적온에 미치지 못하고 있다. 년근별 생육자료를 분석해 보면, 근권의 토양온도가 지상부와 뿌리의 건물 분배에 미치는 효과를 구명하는데 유용할 것이다.
The effects of temperature on transpiration, chlorophyll content, frequency and aperture of stomata, and leaf temperature of Panax ginseng were reviewed. Temperature changes of soil and air under spade roof were also reviewed. Growth responses of responses of ginseng plant at various temperature were assessed in relation to suseptibillity of ginseng plants. Reasonable management of ginseng fields was suggested based on the response of ginseng to various temperatures. Stomata frequency may be increased under high temperature during leaf$.$growing stage. Stomata aperture increased by high temperature but the increase of both frequency and aperture appears not enough for transpiration to overcome high temperature encountered during summer in most fields. Serial high temperature disorder, i.e high leaf temperature, chlorophyll loss, inhibition of photosynthesis, increased respiration and wilting might be alleviated by high humidity and abundant water supply to leaf. High air temperature which limits light transmission rate inside the shade roof, induces high soil temperature(optimum soil temperature 16∼18$^{\circ}C$) and both(especially the latter) are the principal factors to increase alternaria blight, anthracnose, early leaf fall, root rot and high missing rate of plant resulting in poor yield. High temperature disorder was lessen by abundant soil water(optimum 17∼21%) and could be decreased by lowering the content of availability of phosphorus and nitrogen in soil consequently resulting in less activity of microorganisms. Repeated plowing of fields during preparation seems to be effective for sterilization of pathogenic microoganisms by high soil temperature only on surface of soils. Low temperature damage appeared at thowing of soils and emergence stage of ginseng but reports were limited. Most limiting factor of yield appeared as physiological disorder and high pathogen activity due to high temperature during summer(about three months).
Kim, So Wun;Gupta, Ravi;Min, Cheol Woo;Lee, Seo Hyun;Cheon, Ye Eun;Meng, Qing Feng;Jang, Jeong Woo;Hong, Chi Eun;Lee, Ji Yoon;Jo, Ick Hyun;Kim, Sun Tae
Journal of Ginseng Research
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제43권1호
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pp.143-153
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2019
Background: Ginseng is one of the well-known medicinal plants, exhibiting diverse medicinal effects. Its roots possess anticancer and antiaging properties and are being used in the medical systems of East Asian countries. It is grown in low-light and low-temperature conditions, and its growth is strongly inhibited at temperatures above $25^{\circ}C$. However, the molecular responses of ginseng to heat stress are currently poorly understood, especially at the protein level. Methods: We used a shotgun proteomics approach to investigate the effect of heat stress on ginseng leaves. We monitored their photosynthetic efficiency to confirm physiological responses to a high-temperature stress. Results: The results showed a reduction in photosynthetic efficiency on heat treatment ($35^{\circ}C$) starting at 48 h. Label-free quantitative proteome analysis led to the identification of 3,332 proteins, of which 847 were differentially modulated in response to heat stress. The MapMan analysis showed that the proteins with increased abundance were mainly associated with antioxidant and translation-regulating activities, whereas the proteins related to the receptor and structural-binding activities exhibited decreased abundance. Several other proteins including chaperones, G-proteins, calcium-signaling proteins, transcription factors, and transfer/carrier proteins were specifically downregulated. Conclusion: These results increase our understanding of heat stress responses in the leaves of ginseng at the protein level, for the first time providing a resource for the scientific community.
Background: Protopanaxatriol (PPT) is an aglycone of ginsenosides, which has high medicinal values. Production of PPT from natural ginseng plants requires artificial deglycosylation procedures of ginsenosides via enzymatic or physicochemical treatments. Metabolic engineering could be an efficient technology for production of ginsenoside sapogenin. For PPT biosynthesis in Panax ginseng, damarenediol-II synthase (PgDDS) and two cytochrome P450 enzymes (CYP716A47 and CYP716A53v2) are essentially required. Methods: Transgenic tobacco co-overexpressing P. ginseng PgDDS, CYP716A47, and CYP716A53v2 was constructed via Agrobacterium-mediated transformation. Results: Expression of the three introduced genes in transgenic tobacco lines was confirmed by Reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). Analysis of liquid chromatography showed three new peaks, dammarenediol-II (DD), protopanaxadiol (PPD), and PPT, in leaves of transgenic tobacco. Transgenic tobacco (line 6) contained $2.8{\mu}g/g$ dry weight (DW), $7.3{\mu}g/g$ DW, and $11.6{\mu}g/g$ DW of PPT, PPD, and DD in leaves, respectively. Production of PPT was achieved via cell suspension culture and was highly affected by auxin treatment. The content of PPT in cell suspension was increased 37.25-fold compared with that of leaves of the transgenic tobacco. Transgenic tobacco was not able to set seeds because of microspore degeneration in anthers. Transmission electron microscopy analysis revealed that cells of phloem tissue situated in the center of the anther showed an abnormally condensed nuclei and degenerated mitochondria. Conclusion: We successfully achieved the production of PPT in transgenic tobacco. The possible factors deriving male sterility in transgenic tobacco are discussed.
Yun-Seok Lee;Hye-Young Yu;Mijin Kwon;Seung-Ho Lee;Ji-In Park;Jiho Seo;Sang-Kyu Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제33권4호
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pp.519-526
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2023
Panax ginseng is one of the most important herbal medicinal plants consumed as health functional food and can be fermented to achieve better efficacy. Lacticaseibacillus, one of the representative genera among lactic acid bacteria (LAB), has also been used as a probiotic material for health functional foods due to its beneficial effects on the human body. To achieve a synergistic effect by using these excellent dietary supplement ingredients together, a novel LAB strain was isolated from the root of 6-year-old ginseng. Through similarity analysis of 16S rRNAs and whole-genome sequences, the strain was confirmed as belonging to the genus Lacticaseibacillus and was named L. casei KGC1201. KGC1201 not only met all safety standards as food, but also showed excellent probiotic properties such as acid resistance, bile salt resistance, and intestinal adhesion. In particular, KGC1201 exhibited superior acid resistance through morphological observation identifying that the cell surface damage of KGC1201 was less than that of the L. casei type strain KCTC3109. Gene expression studies were conducted to elucidate the molecular mechanisms of KGC1201's acid resistance, and the expression of the glycosyltransferase gene was found to be significantly elevated under acidic conditions. Exopolysaccharides (EPSs) biosynthesized by glycosyltransferase were also increased in KGC1201 compared to KCTC3109, which may contribute to better protection of KGC1201 cells from strong acidity. Therefore, KGC1201, with its increased acid resistance through molecular mechanisms and excellent probiotic properties, can be used in health functional foods to provide greater benefit to overall human health and well-being.
We evaluated the response to salt stress of two different ginseng lines, STG3134 and STG3159, which are sensitive and tolerant, respectively, to salt treatment. Plants were exposed to a 5 dS/m salt solution, and chlorophyll fluorescence was measured. STG3134 ginseng was more sensitive than STG3159 to salt stress. To characterize the cellular response to salt stress in the two different lines, changes in protein expression were investigated using a proteomic approach. Total protein was extracted from detached salt-treated leaves of STG3134 and STG3159 ginseng, and then separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis(2-DE). Approximately 468 protein spots were detected by 2-DE and Coommassie brilliant blue staining. Twenty-two proteins were found to be reproducibly up- or down-regulated in response to salt stress. Among these proteins, twelve were identified using MALDI-TOF MS and ESI-Q-TOF and classified into several functional groups: photosynthesis-related proteins(oxygen-evolving enhancer proteins 1 and 2, rubisco and rubisco activase), detoxification proteins(polyphenol oxidase) and defense proteins($\beta$-1,3-glucanase, ribonuclease-like storage protein, and isoflavone reductase-like protein). The protein levels of ribonuclease-like storage protein, which was highly induced in STG3159 ginseng as compared to STG3134, correlated tightly with mRNA transcript levels, as assessed by reverse-transcription(RT)-PCR. Our results indicate that salinity induces changes in the expression levels of specific proteins in the leaves of ginseng plants. These changes may, in turn, playa role in plant adaptation to saline conditions.
인삼을 지하부는 물론 지상부 경엽 부위를 채소용 또는 식품첨가물로 이용하기 위해 낮은 연령 인삼의 지상부 및 지하부의 메탄올 추출물을 이용한 생리활성물질 함량, 항산화성 및 세포독성을 분석하였다. 연령별 인삼의 초장, 근장, 근직경, 지상부 및 지하부 생체중을 기준으로 생육의 차이가 뚜렷하였다. Folin-Denis 방법에 따라 인삼의 메탄올 추출물로부터 총페놀함량을 측정한 결과, 지상부(22.0 - 76.3 mg $kg^{-1}$)가 지하부(19.0 - 28.3 mg $kg^{-1}$)보다 높은 함량을 보였다. 특히, 지상부는 연령이 낮을수록 지하부는 연령이 높을수록 높은 함량을 보였다. 한편, 연령별 인삼의 총플라보노이드 함량은 역시 지상부(23.3 - 138.6 mg $kg^{-1}$)가 지하부(0 - 10.8 mg $kg^{-1}$) 보다 유의적으로 높은 함량을 보였다. 특히 지상부는 연령이 낮을수록 높은 함량을 보였고 지하부는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 인삼연령별 항산화성을 분석한 결과 인삼의 지상부는 낮은 연령에서, 지하부는 높은 연령에서 높은 DPPH 라디컬 소거능을 보였다. 특히, 지상부의 경우 3년생이 추출물 2,500 mg $kg^{-1}$에서 82.8%로 가장 높은 활성을 보였고 그 다음이 l년생 75.3%, 2년생 68.6% 순으로 높은 활성을 보였으나 나머지 4, 5, 6년생은 40% 이하의 낮은 활성을 보였다. 한편, 지하부(14.8-39.4%)는 지상부 보다 낮은 활성을 보였고, 5년생, 6년생, 4년생, 3년생, 2년생, 1년생 순으로 높은 활성을 보였다. 인삼연령별 세포독성은 연령과 무관한 것으로 나타났으며 폐암세포주(Calu-6)에 대한 5년근의 세포생장 억제율은 52.8%로 가장 높았고, 대장암 세포주(HCT-116)에 대한 억제율은 3년생에서 79.1%로 가장 높게 나타났다. 연령별 생체중은 생리활성물질 함량 및 항산화성에 관련이 있으며, 특히 항산화성을 나타내는 DPPH 라디컬 소거능($r^2=0.7366-0.7870$)과 아질산염 제거능($r^2=0.5604-0.8794$)은 총페놀함량과 각각 높은 상관관계를 보여 직접적으로 관련이 있는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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