본 연구는 식물세포막을 파괴시켜 제초활성을 나타내게 하는 화합물(막과산화형 제초제)을 미지의 많은 화합물로부터 신속하게 탐색하기 위한 새로운 검정법을 확립하기 위하여 실시되었으며, 확립한 전체적인 검정과정은 다음과 같다. 96-well microplate에 시험용액 $200{\mu}L$ 넣고 여기에 오이자엽으로부터 적출한 직경 4 mm의 절편 1개씩을 띄운다. 항온실의 광조건 하에서 회전진탕기로 조금씩 흔들어주면서 8시간 배양한 후 절편을 제거한 다음, 배양액에 HVA와 HRP를 첨가하여 반응시킨 후 마이크로평판용 형광검출기를 이용하여 형광도(Ex 320 nm, Em 425 nm)를 측정한다. 형광변화량이 높을수록 제초활성이 높은 것으로 판단한다. 본 방법은 96-well microplate에서 작업을 수행할 수 있고 형광검출 기술을 이용함으로써 검정과정과 작업을 간편하게 하여 검정효율을 기존보다 현저히 높인 것이 특징이다. 아울러 활성검정을 추출된 효소가 아닌 잎 절편수준에서 수행하기 때문에 보다 실용화에 근접한 정량적 데이터를 얻을 수 있는 장점을 가진다.
온실조건에서 N-alylphthalimide계열의 신규 화합물 KSC-35089의 경엽 처리 활성을 조사하고, quizalofop-P-ethyl과의 혼합 경엽처리에 의한 상호작용성을 알아보았다. KSC-35089는 경엽처리에서 광엽초종에 대한 제초활성이 화본과 보다는 상대적으로 강한 특성이 있어 화본과 특이적 제초활성을 지닌 quizalofop-P-ethyl과의 혼합처리에 의한 비선택적 제초제로서의 이용 가능성을 시사하였다. 경엽처리 실험에서 두 화합물의 상호작용은 서로 독립적으로 제초효과를 발현하는 상가적관계로 나타났으며, 이러한 상가적 작용은 19종의 화본과와 26종의 광엽초종을 이용한 다초종간 반응에서 확인되었다. 온실조건에서 KSC-35089 64g ai/ha와 quizalofop-P-ethyl 32g ai/ha의 혼합 경엽처리는 공시된 광엽과 화본과 초종 모두를 90%정도 방제하여 비선택적 제초제로서의 사용가능성이 있는 것으로 판단되었다. 향후 이들 두 화합물의 상가적 상호작용에 대한 원인구명을 위한 추가 실험이 요구된다.
토양 및 식물체 시료로부터 분리한 총 70개의 Fusarium속 균주를 감자 즙액배지와 쌀 고체배지에 배양한 다음 살균, 살충 및 제초활성 등의 생물활성을 조사하였다. 액체배지 시료들 중 한 가지 이상의 식물병에 대하여 80% 이상의 방제가를 보이는 것은 8개 시료였으며, 이 중 Fusarium sp. FO-80균주는 여섯 가지 병 중 벼.도열병, 밀.붉은녹병 및 보리 흰가루병 등 세 가지 식물병에 대하여 95% 이상의 높은 방제가를 나타내어 가장 항균활성이 높은 것으로 나타났다. 고체배지 시료에서는 21개의 시료가 80% 이상의 방제효과를 보였고, 이 중 가장 강한 항균활성을 보이는 F. equiseti FO-68균주는 벼 도열병, 토마토 역병 및 밀 붉은녹병에 대하여 95% 이상의 높은 방제효과를 보였다. 살충활성 실험결과 한 가지 이상의 곤충 및 응애에 대하여 80% 이상 살충효과를 보이는 것은 액체배지 시료 2개와 고체배지 시료 1개였다. F. oxysporum FO-61균주와 Fusarium sp. FO-80균주의 액체배지 시료는 복숭아혹진딧물과 배추좀나방에 대하여 각각 80% 이상의 살충효과를 나타내었고, Fusarium sp. FO-510균주의 고체배지 시료는 복숭아혹진딧물에 대하여 80%의 살충활성을 보였다. 그러나 액체배지와 고체배지 시료 모두 밭잡초에 대한 뚜렷한 활성은 보이지 않았다. 그리고 좀 개구리밥을 이용한 생물검정 결과 3개의 액체배지 시료가 배양액 1.25% 이하의 농도에서 70%의 제초활성을 보였고, 고체배지 시료 중에는 9개의 시료가 좀개구리밥 생장에 강한 억제 효과를 보였다. 한편, 여러 가지 생물활성에 대하여 상관관계를 조사한 결과 고체배지 시료와 액체배지 시료 모두 좀개구리밥에 대한 제초활성과 항균활성간에는 상관관계가 있는 것으로 나타났다.
Oxyfluorfen(2-chloro-2,2,2-trifluro-p-toyl-3-ethoxy-4-nitrophenyl ether)의 서방형(徐放型) 모형화(模型化)를 위하여 각종(各種) 흡착(吸着) 및 치환형(置換型)2 30종(種)을 만들고 유채를 검정식물(檢定植物)로 하는 in vitro test를 실시(實施)하여 비교적(比較的) 활성(活性)이 높고 지속성(持續性)이 인정(認定)되는 16종제형(種製型)을 선발(選拔)할 수 있었다. 따라서 이들 16종(種)의 제형(製型)을 기존제형(旣存製型) 4종(種)과 병행공시(竝行公試)하여 pot실험(實驗)을 수행(遂行)하였다. 검정식물(檢定植物)로는 물달개비를 사용(使用)하였고, 처리후(處理後) 73일(日)까지 정기적(定期的)으로 제초활성(除草活性)이 변동양상(變動樣相)과 지속성(持續性)을 판단(判斷)한 결과(結果) Polymer 11, Elvan 7/40, Coal slag 7/40, Zeolite (A), Bentonite(A)의 5종(種)을 선발(選拔)할 수 있었다. 이들의 제초활성(除草活性)은 처리후(處理後) 73일(日)까지 무처리대비(無處理對比) 100%에 가까운 Biomass inhibition rate를 보였다.
Oxyfluorfen 내성(耐性) 및 감수성(感受性) 벼품종(品種)과 감수성 피를 공시하여 oxyfluorfen 처리에 의한 protox 활성저해(活性沮害), PPIX 축적량(蓄積量)과 tetrapyrro1e 생합성(生合性) 억제제(抑制齊) 처리에 의한 oxyfluorfen의 제초활성(除草活性) 억제효과를 조사하였다. 1. Oxyfluorfen 처리에 따른 protox 활성저해(活性沮害)는 내성(耐性) 벼품종(品種)들보다 감수성(感受性) 벼품종(品種)들과 피에서 컸다. 특히,$10^{-6}$ 처리 이상의 농도에서 감수성(感受性) 벼품종(品種)들과 피에서는 완전히 억제되었으나, 내성(耐性) 품종(品種)들에서는 무처리에 대비하여 32~59%의 활성(活性)을 유지하였다. 2. 처리농도가 증가할수록 PPIX의 축적량(蓄積量)은 증가하였고, 광노출 4시간까지는 증가하나 그 이후에는 감소하는 경향이었다. 3. Oxyfluorfen 처리에 의한 PPIX 축적량(蓄積量)은 암조건(暗條件)에서보다 광조건(光條件)에서 많았다. 광 암조건(光 暗條件)에서 감수성(感受性) 벼품종(品種)들과 피는 내성(耐性) 벼품종(品種)들에 비하여 PPIX 축적량(蓄積量)이 많았다. 특히, 감수성(感受性)인 피는 PPIX 축적량(蓄積量)이 벼품종(品種)에 비해 많았다. 4. Tetrapyrrole 생합성(生合性) 억제제(抑制齊)인 GC와 DA를 처리하면 oxyfluorfen에 의한 제초활성(除草活性)은 억제되었으며, 내성(耐性) 벼품종(品種)보다는 감수성(感受性) 벼품종(品種)이나 피에서 그 효과가 떨어지는 경향으로서 엽록소 함량이나 PPIX 축적량(蓄積量)에서도 동일한 경향을 나타내었다.
본 연구는 새로운 제초제 후보물질을 탐색하기 위하여 식물특이적 효소 저해제로 알려진 107개 기존 화합물에 대하여 생물활성을 조사하였다. Germination test, seedling assay, wheat leaf disc assay, cyanobacteria assay, whole plant assay를 통하여 15종의 저해제를 선발하였고 이들은 34종 효소를 저해하는 것으로 확인되었다. 이들 화합물 중에서 phenylhydrazine, purine, o-phenanthroline, oleylamine, 7,8-benzoquinoline, aminooxyacetic acid, dicyclohexylcarbodiimide 등은 성체를 이용한 온실 실험에서 높은 제초활성을 나타내었다. 7,8-benzoquinone, 8-hydroxyquinoline, 2,2'-dipyridyl 및 o-phenanthroline 등은 피, 벼, 토마토의 발아를 $1.25{\sim}5{\mu}M$의 농도에서도 억제하였다. 7,8-benzoquinoline, cyanuric fluoride, 4-methylpyrazole, tranylcypromine, oleylamine과 trifluoperazine 등은 $30{\sim}100{\mu}M$ 농도에서 cyanobacteria의 생육을 저해하였다. Dicyclohexyl carbodiimide와 chlorpromazine은 $100{\mu}M$ 농도에서 wheat leaf disc의 백화현상을 유기시켰다. 이상과 같이 생물학적 활성을 갖는 식물 특이적 효소저해제들은 신규제초제 후보물질을 선발하기 위한 새로운 대상효소로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
본 실험은 한국 논에서 발생하고 있는 물옥잠의 SU계 제초제에 대한 저항성 메카니즘을 구명하기 위하여 ALS 활성, $[^{14C}]$bensulfuron의 홉수이행 및 ALS 유전자의 DNA 염기서열을 분석하였다. 한국 논에서 광범위하게 사용 중인 6 종류의 SU 계 제초제들에 대하여 저항성이 확인되었는데, 저항성 생태형에 대한 생체중 50% 저해 제초제 농도 $(GR_{50})$는 감수성 생태형에 비하여 약 4배에서 64배까지 높았다. SU계 제초제들 에 대한 저항성 생태형의 ALS 활성은 감수성 생태형 보다 훨씬 덜 민감하게 반응하였으며, 저항성 생태형에 대한 SU계 제초제들의 $I_{50}$값은 감수성 생태형 보다 14배에서 76배까지 높게 나타났다. 생태형간 ALS 활성 차이의 원인을 구명하기 위하여 $[^{14C}]$bensulfuron의 홉수이행 차이를 조사한 결과 생태형간 뚜렷한 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 저항성 및 감수성 생태형의 ALS 유전자 염기서열을 분석한 결과 저항성 생태형의 ALS 유전자 아미노산 서열 중 각각 하나의 염기치환에 의하여 168번째 threonine이 serine으로, 189번째 histidine이 arginine로, 247번째 aspartic acid가 glutamic acid로 변이 된 것이 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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