This study was carried out to investigate the localization of lipids and lipase activity with lipid staining and cytochemical technique in endosperm cells of Panax ginseng C.A. Meyer seed. In endosperm cells of indehiscent seed, protein bodies facing the umbiliform layer are different in electron density during the various degraded processes. Gradually, protein matrix near the cell wall was lysed and electron lucent inclusions appeared on umbiliform layer. The protein body with high electron density and the spherosome with low electron density were observed in endosperm cells. As a result of lipid staining, electron density of spherosome is more intense than those of the protein matrix within the protein body in endosperm cells of indehiscent seed. Free spherical spherosomes within the umbiliform layer have a high electron density. The spherical spherosomes were more electron densed and were uniform in comparison with the cytoplasmic proteinaceous granules in endosperm cells of seed with red seed coat. The major component of spherosome was determined to be lipid. Lipase activity occurs in the spherosome and near the endosperm cell wall facing the umbiliform layer. Cytochemical reaction products of lipase were observed in the spherosome membrane and in the inner regions of spherosome. After protein bodies were digested, lipase activities were observed in free spherosomes and near the cell wall of endosperm cells. Umbiliform layer composing of fibrillized wall and digested materials of the endosperm cell showed a little lipase reaction products.
Structural changes of the endosperm of Panax ginseng C.A. Meyer from fertilization to germination were investigated by light microscope. The endosperm of the ginseng seed is cellular type. Since endosperm cells adjacent embryo continuously breakdown and disappear with the elongation of embryo, the real of endosperm is gradually decreased. As the anatropous ovules of immature seed with green seed coat developes more and more, ovary cells adjacent ovary cavity become abundant by the periclinal division, their size is decreased, hypotrophy of cell wall discern, and they are gradually differentiated in seed coat. Though embryo responds strongly to basic dye at the stage of completion of endosperm formation, tissue of endosperm responds to acidic dye positively Cell wall of embryo and endosperm are composed of primary cell wall not lignified. Endosperm cells adjacent embryo begin to breakdown in the endosperm tissue of indehiscent seed before the beginning of the after-ripening. Dehiscent seed of which seed coat is opened through after-ripening represent the form as a seedling in the result of embryo developments with the formation of organs; radicle, cotyledon, plumule. Umbilifom layer represents strong positive response to the toluidine blue and the basic function. Umbiliform layer that endosperm cells breakdown and disappear is observed clearly at the periphery of the embryo cotylemon, while slightly at the periphery of the radicle.
The endosperm cells and the umbiliform layer of ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer) seed are studied with light and electron microscope. Differentiated mitochondria, ER cisternae, proplastids and ribosomes are characteristically observed in the endosperm cells of matured seed. The cell inclusions contain the protein bodies and the spherosomes. Protein body contains, in proteinaceous matrix, globoids and crystalloids. Particularly the crystalloids have the lattice structure, and the formation of globoids is closely related with ER. Umbiliform layer has the positive reaction on alcian blue (pH 2.5) and the metachromasis on the toluidine blue. The umbiliform layer is formed by autolysis of endosperm cells, and composed of the deformated cell wall and the lipoprotein bodies. Particularly a part of the lipoprotein body and the fibrilar network structure have the positive reaction on acid phosphatase.
1. 배유세포의 세포질에는 핵, 미토콘드리아, 색소체, 소포체 및 액포가 관찰되었는데, 배유의 가수분해가 상당히 진전될 때까지도 이들 세포소기관은 남아있었다. 2. 대마의 배유세포내에는 $0.75-2.5{\mu}m$ 크기의 지질과립과 $3.0-7.5{\mu}m$ 크기의 단백질과립이 충만하였으며, 발아와 더불어 이들은 점차 소실되었는데, 단백질과립이 가장 먼저 분해되어 액포화하였다. 그러나 모든 단백질과립과 세포질의 분해가 진행되어도 지질과립은 잔존하였고, 세포벽 분해가 완전히 이루어진 후에야 비로서 분해되었다. 3. 형질막에 둘러싸인 단백질과립은 전자밀도가 매우 높은 중앙부와 이질적인 주변부로 이루어져 있었으며, globoid는 관찰되었으나 crystalloid는 관찰되지 않았다. 단백질과립의 분해양상은 주로 주변부의 단백기질로부터 분해되었으며, 중앙부에 과립상 형태의 분해 현상이 관찰되기도 하였다. 4. Cellulase의 활성은 세포벽 전반과 일부 세포질에서 나타났는데, 배 가까이의 배유세포벽과 일부 잔존한 단백질과립에서 특히 강한 활성이 관찰되었다. 5. Cellulase의 반응산물은 가수분해가 완료된 제형충의 분해된 섬유소원에서 작은 과립상으로 관찰되었다.
인삼(Panax ginseng C.A. Meyer)의 채종전 홍숙 종자로부터 채종 후 미개갑 종자까지 단계별 배발달에 따른 배유세포내 단백과립의 변화상을 확인하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 홍숙 초기단계의 종자의 배유세포에는 구형의 스페로솜이 산재하였으며, 액포내에는 저장 단백질이 축적되어 단백과립을 형성하였다. 홍숙 말기단계의 종자의 배유세포내 세포질은 대부분 스페로솜과 단백과립으로 충만하였고, 세포소기관은 거의 관찰할 수 없었으며, 단백과립은 전자밀도가 높은 무정형의 함유물을 가지고 있는 것과 균일한 단백질 기질로만 이루어져 있는 것 등으로 크게 구분되었다. 채종 후 후숙 처리를 하지 않은 미개갑 종자에서, 배유세포내 단백과립은 구상체(globoid), 단백질 결정체 등을 함유하고 있었고, 구상체는 다양한 형태의 전자밀도가 높은 물질을 가지고 있었다. 제형층은 배와 배유조직 사이에 위치하였으며, 이와 인접하여 배유세포벽의 분해양상과 셀루로우즈 미세섬유상이 관찰되었다. 제형층은 lipid body와 분해된 배유세포의 잔유물로 이루어져 있었다. 제형층과 인접한 배유세포의 단백과립은 퇴행성 변화를 나타내었고, 이로 인해 단백질 기질은 전자밀도가 점진적으로 낮아지는 결과를 얻었다.
The active sites, intracellular transport, function of cellulase in association with the disintegration of the storage materials of the endosperm cells during seed maturation and after-ripening of Panax ginseng C.A. Meyer seeds were studied by electron microscopy. Cytochemical activities of the cellulase occurred in protein bodies and vesicles of endosperm cells in seed with red seed coat. In after-ripening seed, the activities were strongly found in the cell wall of endosperm near the umbiliform layer and on neighbouring vesicles, so it is assumed that these cells begin to be decomposed. Cellulase activities were initiated before the decomposition of storage materials. But, no activity was observed in the umbiliform layer, so it is suggested that cellulase lose its activity after the completion of lysis process.
인삼(Panax ginseng C.A. Meyer) 종자의 개갑 직후로부터 발아 직전까지의 후숙과정에 있어서 저장물질의 분해와 연관된 배유의 미세구조 변화상을 광학 및 전자현미경을 이용하여 규명하였다. 종자의 후숙단계에서는 제형층과 인접한 배유세포의 단백과립은 퇴행성 변화를 나타내었고, 이로 인해 단백질 기질은 전자밀도가 점진적으로 낮아지는 결과를 얻었는바, 이 시기에 이미 배유의 분해가 시작되고 있음을 나타내는 것이라 할 수 있다. 개갑 이후의 종자에 있어서, 배유세포의 퇴행과정이 더욱 진행됨에 따라 단백과립에는 아직 분해가 이루어지지 않은 부분이 높은 전자밀도를 지닌채 무정형의 형태로 존재하고 있었다. 분해된 단백과립은 단백질 기질의 소실로 액포화되었으며, 이들은 점진적으로 융합과 함께 확장되었다. 퇴행과정과 더불어 스페로솜도 점진적으로 전자밀도가 낮아지면서 분해되었다. 딕티오솜 유래의 소포들은 제형층과 접한 배유세포벽과 인접하여 위치하였으며, 원형질막과 융합하였다. 배유세포이 분해 잔유물로 이루어진 제형층은 다량의 섬유상 물질, 분해가 진행중인 스페로솜, 그리고 toluidine blue와 basic fuchsin에 강한 염색상을 갖는 물질 등으로 이루어져 있었다.
This study has been carried out to investigate the ultrastructural changes, formation of storage materials in endosperm cells with electron microscope during the seed formation of Panax ginseng C.A. Meyer. In the early stage of seed formation with green seed coat, the endosperm was cellular type. Cell plate was largely composed of dictyosome vesicles in early stage of wall formation after mitosis. Central vacuole was gradually subdivided into several small-sized vacuoles. During the differentiation of plastids, some proplastid was replaced by amyloplast with starch grains and lamellar structure. A number of mitochondria with well developed cristae were distributed in cytoplasm. Rough endoplasmc reticulum, dictyosome, microbody, free ribosomes and polysomes were evenly distributed in cytoplasm. Spherical spherosomes were formed from dictyosome containing the lipid materials of even electron density. Protein bodies were formed by interfusing between vacuoles and vesicles derived from rough endoplasmic reticulum which contained the amorphous protein of high electron density.
추청벼, 조생통일벼, IR 36등 세 품종의 쌀에 셀룰라제(cellulase) 처리가 팽윤력, 용해도, 아밀로그래프, differential scanning calorimetry (DSC), 가용성 탄수화물 용출 및 밥의 경도 등에 미치는 효과에 대하여 시험하였다. 효소처리에 의하여 세 품종의 쌀에서 모두 팽윤력과 용해도가 증가하였으며 아밀로그램 점도는 모두 감소하였다. 시차 주사 열량계(DSC)를 이용한 밥의 노화 시험에서는 효소 처리의 뚜렷한 효과가 없었다. 효소처리한 쌀의 가용성 탄수화물의 겔 크로마토그래피에서 분자량 10,000미만의 세포벽 분해산물이 확인되었다. Rheometer로 측정한 밥의 경도는 효소처리한 모든 품종의 쌀에서 감소하였다.
조생종 쌀인 오대벼 품종을 대상으로 종자의 배유세포에 있는 전분복합체와 단백질체의 외부형태 및 미세 구조의 특징을 광학현미경과 전자현미경으로 관찰하였다. 배유세포는 긴 막대모양으로 세로 단면이 장방형 또는 마름모형을 하고 있고, 세포벽은 $0.5\;{\mu}m$의 두께로 균질한 막상 구조물로 이루어져 있다. 또한, 세포내에는 구형 또는 타원형의 전분복합체가 치밀하게 채워져 있으며, 직경이 $18{\sim}25\;{\mu}m$로 다양한 크기로 존재하였다. 전분복합체는 12면체 또는 14면체의 중앙 전분과립을 중심으로 약 $5\;{\mu}m$ 크기의 전분과립들이 동심원상으로 2 내지 3층으로 형성되어 있다. 배유세포에서 단백질체는 호분층에서 보다 아주 드물게 관찰되었지만, 전분복합체의 주변에 인립하여 산재하고 있다. 단백질체는 직경이 약 $3\;{\mu}m$로 구형 또는 난원형의 형태를 하고 있으며 미세구조적으로 중심부는 전자밀도가 높게, 한계막의 주변부는 비교적 전자밀도가 낮게 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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