• 식물병연구
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• 제25권3호
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• pp.114-123
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• 2019

Quantum Dot LED (QD LED) 조명은 소형의 크기, 좁은 대역파장, 긴 수명, 전자 시스템을 통한 제어가 용이하여 현재 시설재배에 이용되는 형광등, 할로겐램프, HID, HSP 램프의 단점을 보완할 수 있는 작물생육에 이상적인 광원으로서 잠재력을 가지고 있다. QD LED 조명을 이용하여 식물 병원성 미생물의 방제가 가능하다면 작물재배에 사용되는 인력 및 비용을 절감하고 화학적 방제제를 사용하지 않은 안전성 높은 생산물을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 식물공장 및 온실에서 많이 재배되고 있는 상추에 큰 피해를 입히는 주요 식물 병원성 곰팡이에 대한 QD LED 조명의 영향과 생장억제효과를 확인하기 위해 시행하였다. 상추에 주로 발생하여 작물에 피해를 입히는 Rhizoctonia solani, Phytophthora drechsleri, Sclerotinia sclerotiorum, Sclerotinia minor, Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum, Pectobacterium carotovorum, Xanthomonas campestris균을대상으로 QD LED 조명에 의한 균사생장억제 효과를 조사하였으며 처리한 6종류의 조명 중 BLUE (450 nm) 조명은 Sclerotinia sclerotiorum는 50 cm 거리에서 16.7%의 억제율을 보였으며 30 cm 거리에서 94.1%의 균사생장억제율을 보였다. S. minor는 50 cm 거리에서 80.4%, B. cinerea는 50 cm 거리에서 36.3%의 균사생장이 억제되었으며 30 cm 거리에서 S. minor와 B. cinerea는 100%의 균사생장억제율을 보였다. 15 cm 거리에서는 3종의 병원균 모두 100%의 억제율을 보였다. QD RED (M1), QD RED (M2)조명은 30 cm와 15 cm 거리에서 Sclerotinia minor와 Botrytis cinerea의 균사생장을 100% 억제했으며 Sclerotinia sclerotiorum의 경우 30 cm 거리에서 QD RED (M1)과 QD RED (M2)조명에 대해 각각 75.2%, 100%의 억제율을 보였으나 15 cm 거리에서는 각각 5.8%, 36.3%의 억제율을 보였다. 상추에 병원균을 접종하여 LED 광원 하에 생장을 확인한 결과 QD RED (M2)광원에서 S. sclerotiorum의 감염을 59.9% 억제하였고 S. minor는 BLUE (450 nm), QD RED (M1), QD RED (M2) 광원에서 59.9%의 억제율을 보였다. B. cinerea의 경우 BLUE (450 nm) 광원에서 84%의 높은 억제율을 보였다.

• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.67-83
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• 2022

바이오차는 바이오매스를 산소가 제한된 환경에서 고온(300~700℃)으로 열분해하여 얻어지는 탄소 함량이 높은 생성물이다. 최근 바이오차는 농업 부산물을 최소화하고 순환 경제의 효율성을 높이는 효과적인 도구로 농업 및 환경 분야에서 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 바이오차를 만드는 재료로 왕겨, 가축분, 보릿짚 등 여러종류의 유기성 부산물이 사용되고 있으며, 약 10% 바이오차 적용(wt/wt)은 작물의 수확량, 토양 탄소 격리량을 높여준다는 연구 결과가 있다. 우리나라 농경지의 경우 논에서 밭으로 토지 이용이 전환되거나 간척으로 인한 갯벌이 논으로 개간되고, 산림에서 밭이나 시설재배지로 개간되는 경우가 발생한다. 그러므로 농경지 전환으로 인한 농경지별 바이오차 적용 효과가 상이할 것으로 판단된다. 그러나 국내에서 농경지 유형별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장 연구는 여전히 미흡한 상황이다. 이에 본 연구는 농경지 토양별 바이오차 종류와 투입 수준에 따른 토양 탄소저장과 무기화되어 배출되는 이산화탄소(CO₂) 배출량을 정량적으로 평가하였다. 본 연구에 사용한 재료는 보릿짚, 가축분을 수거, 건조 등 전처리 과정을 거친 후 충남 예산에 있는 바이오차 제조공장 탄화로를 이용하여 TLUD (Top Lit Up Draft) 상향 통풍형 열분해 방식으로 약 500℃에서 제조하였다. Kinetic 모델 적용 결과 토양에 투입된 탄소 무기화는 바이오차를 투입하지 않으면 토양 종류별 8.2~16.5% 비율로 탄소원이 무기화 되어 이산화탄소로 배출되었다. 노지 밭 토양에서 15.5~16.5%로 가장 높았고, 간척지 토양에서 8.2~8.7%로 가장 낮았다. 이는 토양 내 탄소 함량이 높은 토양에서 유기물의 분해가 상대적으로 높아 배출되는 이산화탄소(CO₂)는 탄소 함량에 비례하여 증가하는 것으로 판단된다. 바이오차를 투입한 토양에서 탄소 함량이 증가함에도 상대적으로 무기화되는 비율은 낮아졌다. 국제 바이오차협 회에서는 H:C 비율이 0.7 이하면 100년 이상 토양 내 탄소 격리효과가 있는 것으로 인정되고 있다. 본 연구를 통해 바이오차의 원료물질이 상이한 보릿짚, 가축분 바이오차 간 탄소 무기화에 미치는 영향이 상이할 것으로 판단했지만, 각각의 바이오차 H:C 비율이 0.30~0.39로 0.7 이하임으로 토양에 혼합하였을 때 탄소 무기화의 비율이 낮고 탄소 격리의 효과가 나타났다.

• 한국독성학회:학술대회논문집
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• 한국독성학회 2002년도 국제심포지움
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• pp.106.2-132
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• 2002

형질전환 (유전자 결핍; Knockout) Min 마우스를 이용하여 대장암 발생에서 배추, 양배추 주성분인 indole-3-carbinol (I3C)의 대장암 예방효과를 규명하고자 하였다. 실험동물로는 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$(Min 마우스)계의 5내지 6주령의 수컷 이형접합체 형질전환 마우스 70마리와 C57BL/6J계의 동일 산자, 동일 주령의 수컷 wildtype 비형질전환 마우스 10kfl를 The Jackson Laboratory 사 (Bar harber, ME, USA)로부터 직접 구입하였다. C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 (Min)마우스 70마리를 각 군 20내지 25마리씩 세군으로 나누었다. Group 1에는 20마리, Group 2에는 25마리, Group 3에는 25마리를 배치하고, I3C 투여 실험군 (Group 1과 2)에는 실험시작시에 AIN-76A 분말사료에 I3C가 각각 100 및 300ppm이 함유되도록 조제하여 공급하였다. 그리고 실험군(Group 3)에는 실험시작부터 종료시까지 AIN-76A 정제고형사료(Teklad사, WI, USA)를 자유로이 급이하였다. 각군간의 체중, 사료 및 음수소비량을 매 2주마다 측정하였고, 10주간 (16주령)의 실험종료시에는 최종체중과 간장, 신장, 비장 등의 장기무게를 측정하여 상대장기 무게비를 산출하였다. 대조군으로서 C57BL/6J계의 동일 산자, 동일 주령의 수컷 wildtype 비형질전환 마우스 10마리는 같은 조건의 사육실에서 AIN-76A 정제고형사료를 33주간 자유로이 급이하였다. 실험동물은 부검전에 하룻밤 동안 절식하고 이산화탄소 흡입 마취하에서 흉대동맥을 절단하여 방혈하고 각 장기(심장, 폐, 위)를 적출하여 생리심염수에 넣어 장기무게를 측정하고 포르말린에 고정하였다. 소장과 대장의 검사를 위하여 위의 식도부위와 직장을 실로 결찰하여 적출하고 생리심염수를 주입하여 팽창시켜, 십이지장, 공장, 및 회장, 그리고 대장으로 나누어 여과지에 펼친 후 포르말린에 고정하였다. 소장과 대장은 육안 및 자동 영상분석길ㄹ 이용한 분석이 끝난 후에 각 부위별로 4-6개의 절편을 작제하여 포르말린에 재고정하고, 통상적인 조직처리과정, 파리핀 포매 및 3-4$\mu$m 두께의 조직절편을 제작하여 H&E 염색을 실시하여 현미경으로 검경하였다. 약 1주일간의 포르말린 고정이 끝난 소장 및 대장을 부위별, 별 종양개수 및 분포를 자동영상분석기(Kontron Co. Ltd., Germany)로 분석하였다. 체의 변화, 장기무게, 사료소비량 및 마리당 종양의 개수에 대한 통계학적 유의성 검증을 위하여 Duncan's t-test로 통계처리 하였고, 종양 발생빈도에 대하여는 Likelihood ration Chi-square test로 유의성을 검증하였다. C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스에 AIN-76A 정제사료만을 투여한 대조군의 대장선종의 발생률은 84%(Group 3; 21/25례)로써 I3C 100ppm 및 300ppm을 투여한 경우에 있어서는 각군 모두 60%(Group 1; 12/20 례, Group 2; 15/25 례)로 감소하는 경향을 나타내었다. 대장선종의 마리당 발생개수에 있어서는 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스에 AIN-76A 정제사료만을 투여한 대조군은 1.40$\pm$0.24(100%)에 비하여 I3C 저농도 투여 실험군(Group 1; 0.85$\pm$0.23; 61%, P<0.01), 그리고 I3C 고농도 투여 실험군(Group 2 ; 1.32$\pm$0.29 ; 94%)의 순으로 감소하였다. 선종의 크기별 종양의 발생개수의 분포에 있어서 I3C 저농도 투여 실험군에 있어서는 선종의 크기가 3mm이하의 수가 현저하게 감소하였다. C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스에 AIN-76A 정제사료만을 투여한 대조군의 부위별 소장선종의 발생수는 십이지장부위를 제외하고 각 군에서 유의한 변화는 관찰되지 않았다. 십이지장 종양의 발생개수에서만 I3C 저농도 투여 실험군(Group 1 ; 3.11$\pm$0.85)이 대조군 (Group 3: 1.48$\pm$0.35) 및 I3C 고농도 투여 실험군(Group 2: 1.56$\pm$0.47)에 비하여 유의성 있게 증가하였다. (P<0.05). 따라서 I3C은 소장에서는 암예방 효과가 뚜렷하지 않으나, 대장에 대한 암에방 효과가 있을 것으로 생각된다. 소장 및 대장을 제외한 간장, 신장, 비장, 심장, 폐 그리고 위 등의 기타 장기에서의 조직병리학적 변화는 관찰되지 않았다. 소장 및 대장의 종양은 선종(polyps)으로 관찰되었다. 지난 10여년간 형질전환 및 유전자 결핍 실험동물의 종류가 기하 급수적으로 증가하여 이용되고 있다. 가족성 대장 선종성 용종증(FAP)의 대표적인 모델로 이용되고 있는 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스를 사용하여 배추나 양배추의 주요성분인 Indole-3-carbinol(I3C)의 대장암 예방효과가 있는지를 검색하여 본 결과 AIN-76A정제사료만을 투여한 대조군의 대장선종의 발생률 84%에 비하여 I3C 100 및 300ppm을 투여한 실험군에 있어서 각군 모두 60%로서 감소하는 경향을 나타내었으며, 대장선종의 마리당 발생개수에 있어서는 대조군의 1.40$\pm$1.041를 100%로 환산하였을 경우 I3C 저농도 및 고농도 투여 실험군에서는 각각 약 61%와 94%를 나타내여 감소하였다. 특히 대장선종의 크기별 분포에 있어서 선종의 크기가 3mm이하의 수가 현저하게 감소하였다. 따라서 저농도 I3C의 투여는 실험적 유전성 가족성 대장 선종성 용종증 모델에 있어서 어느정도 암 예방효과가 있는 것으로 생각된다. 그러나 소장 선종의 발생에는 별 영향이 없는 것으로 생각된다. 그러나 본 실험에 사용된 C57BL/6J-Apc$^{min/+}$계 수컷 이형접합체 형질전환 마우스는 실험개시 시점이 7내지 8주령이 경과하여 이미 태생기부터 소장 및 대장의 선종 발생이 진행되어 온 것을 감안하고 특히 비스테로이드계 항염증 소염제(NSAIDS)와 같은 강력한 COX-2억제제가 아님을 고려하면, 상당한 선종의 발생을 억제할 수 있는 가능성이 매우 높다고 생각한다. 또한 이제까지 배추나 양배추 성분의 복합성분들에 대한 실험적 대장암 모델에서의 촉진효과 등에 대한 보고들이 있어 온 점을 고려할 때 위암(Kim 등, 1994) 간암(Kim 등, 1994), 유방암(Grubbs, 등, 1995; Bradlow 등, 1995)에 대한 예방효과가 있을 것으로 생각된다. 앞으로 이러한 종양조직내에서의 COX-2 및 iNOS mRNA와 단백질의 발현정도를 분자병리학적으로 연구중에 있으며, 향후 십자화과식물 성분인 indole-3-carbinol이 마우스뿐 만 아니라 랫드의 화학발암물질에 의한 대장종양에 대한 억제효과 있는지 연구 필요가 있다. Min 마우스와 같은 형질 전환(유전자결핍;knockout) 실험동물을 이용한 새로운 중기 발암성 시험범의 확립을 통한 각종 환경 유해물질의 발암성 유무 및 COX-2 억제작용이 있는 식품인자의 암예방 후보물질을 체계적으로 검색하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 생각한다.