비광요구형 디페닐에테르계 TOPE 의 생리적 작용에 관한 연구

Physiological Effects of TOPE, a Photo - independent Diphenylether, on Higher Plants

비광요구형 디페닐에테르계 화합물인 TOPE의 제초작용 생리를 알기 위하여 온실에서의 제초특성을 비롯한 식물색소대사, 전자전달계, 단백질 및 핵산대사 등에 미치는 TOPE.의 영향을 조사하였다. 작용발현 속도가 광요구형 디페닐에테르계보다는 늦지만 엽신부의 고사와 동시에 생육저해 및 생장점에서의 분열이상이 관찰되었으며 절취된 오이자엽에 처리될 경우 전해질 누출과 더불어 엽주변부의 심한 분열이상이 초래되었다. 그러나 2,4-D와 같은 오옥신 활성은 아니었다. 저광도에서의 엽록소 형성 저해정도는 관찰되지 않았으며 oxyfluorfen 과는 달리 protoporphyrin IX의 축적도 유기되지 않았으나, 카로티노이드 성분은 모두 비정상적으로 증가되었다. 탈수소효소의 활성 또는 미토콘드리아에서의 호흡활성은 일정농도에 서 증가되는 경향을 보이나 호흡저해제들은 TOPE에 의한 전해질 누출을 경감시키지 못하였다. 한편 광합성 전자전달 저해는 고농도에서만 관찰되었다. 오이의 전해질 누출과 분열이상을 지표로 한 TOPE와의 상호작용 실험에서 전해질 누출에 대하여 cycloheximide는 상승적으로, chloramphenicol, actinomycin-D, hydroxyurea는 길항적으로 작용하였고, cycloheximide, actinomycin-D, hydroxyurea 등은 자엽의 이상분열을 경감시켰다. 이는 TOPE가 핵산대사에 관여됨을 시사해 주는 것으로써 오이자엽 및 벼 근에 TOPE를 처리했을 때 RNA 및 단백질보다 DNA의 증가가 보다 빠른 시기에 일어났다. 따라서 TOPE가 처리되면 비정상적인 핵산대사 촉진으로 인해 제반 생리작용이 교란되고 이어 엽신부의 고사와 분열이상 등의 제초활성이 발현되는 것으로 생각된다.

Several physiological responses were investigated in plants treated with TOPE as a preliminary step to know its action site. Unlike photo-dependent diphenylethers, herbicidal activity of TOPE appeared slowly and its typical symptoms were both burning of leaf blades and abnormal division of meristem in grasses, Similarly, both leakage of cell electrolytes and the curling of cotyledon margin were also shown in cucumber(Cucumis sativus L.). Biosynthesis of chlorophyll in etiolated cucumber cotyledon was not inhibited directly by treatment of TOPE at low light intensity(5.5${\mu}$ mol $m^{-2}s^{-1}$ PAR) and protoporphyrin IX was not also accumulated. The contents of phytoene, phytofluene and ${\beta}$-carotene were abnormaly increased. Photosynthesis was inhibited only at high concentration. Mitochondrial respiration was inhibited at high concentration but rather increased significantly at 10${\mu}$M of TOPE. However, respiration inhibitors did not alleviate the two symptoms of TOPE in cucumber cotyledon. In the same experiments, using inhibitors of protein or nucleic acid biosynthesis, only one of the two symptoms was alleviated by chloramphenicol and cycloheximide. In contrast, both symptoms were alleviated by actinomycin-D and hydroxyurea, suggesting that nucleic acid metabolism might be preferentially related to the mode of action of TOPE. DNA, RNA and protein contents were accumulated in both cucumber cotyledon and rice (Oryza sativa L.) routs treated with TOPE, and the DNA of them was increased at first. Thus, it is conjectured that TOPE increase nucleic acid metabolism directly or indirectly, and then disturb various metabolic pathways causing abnormal physiological and morphological effects followed by final death.