• 제목/요약/키워드: Korean medicinal plants

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과산화수소 처리가 수수의 발아 및 초기 생장에 미치는 효과 (Effects of Hydrogen Peroxide on Germination and Early Growth of Sorghum (Sorghum bicolor))

  • 심두보;송기은;박찬영;전승호;황정규;강은주;김종철;심상인
    • 한국작물학회지
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    • 제63권2호
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    • pp.140-148
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    • 2018
  • 본 논문은 수수에 엽면처리된 과산화수소의 한발 스트레스 완화 효과가 있는지 알아보기 생리적 연구를 실시하였다. 수분 스트레스가 가장 심한 -0.15 MPa와 -0.20 MPa에서 과산화수소 처리에 의한 발아율 증가가 20%로 발아율의 차이가 가장 크게 조사되었다. 이는 과산화수소가 발아 과정에서 자극을 주어 대사 활성을 유도하여 수분스트레스가 심한 조건에서 일어나는 대사 저하가 완화되었기 때문으로 보인다. 1. 수분 스트레스 하에서 10 mM 과산화수소 처리는 무처리 보다 20% 높은 발아율을 보였고, 유아 유근의 신장을 촉진하였다. 2. 온실 pot 실험 결과 한발 하에서 과산화수소 처리는 형태적 형질(초장, 줄기 직경, 엽장, 엽수)과 생리적 형질(SPAD, 엽록소형광, 기공전도도) 모두 증가시켰다. 토양수분 구배장치를 이용한 실험 결과 역시 과산화수소 엽면처리가 광합성 능력(SPAD, 기공전도도)과 뿌리 발근(지하부 건물중, 뿌리길이)이 우수하여 생육, 건물 생산량이 무처리 보다 높았다. 결과적으로 과산화수소의 처리는 수수의 발아율 향상과 기공 폐쇄를 억제하여 광합성능력을 향상시켰다. 이를 통해 한발 스트레스 대한 내성을 높여 수수의 생육을 유지 및 회복시켜 주었다.

고추 탄저병균에 대한 옻나무 추출물의 항진균 효과 (Antifungal Activity of Crude Extract Compound from Rhus verniciflua Against Anthracnose Fungi (Collectotrichum spp.) of Red-Pepper)

  • 송치현;정종배;정병룡;박세영;이용세
    • 한국환경농학회지
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    • 제31권1호
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    • pp.60-67
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    • 2012
  • 옻나무 주성분인 조추출액의 고추 탄저병균에 대한 항진균활성을 조사한 결과 1.0 mg urushiol/mL PDA 농도에서 18.3-39.5%의 억제효과가 있었으며, 푸른 고추에 병원성이 강한 것으로 조사된 GC계열의 균주보다는 DC계열의 균주에 대한 효과가 높았다. Urushiol의 농도가 1.0 mg/mL 일 경우 약 70% 정도의 포자가 발아한 PDB 용액에서보다 공시 모든 균주의 포자발아는 50% 이상 억제되었다. 동일한 농도에서 균사생장억제 효과 보다는 포자발아에 대한 억제 효과가 다소 높은 경향을 보였다. 푸른 고추와 붉은 고추에 옻 추출액을 처리하고 공시 탄저병균을 접종한 후 병 발생 억제효과를 in vitro에서 검정한 결과 붉은 고추에 DC 균주를 접종하였을 경우 1.0 mg/mL 농도 처리에서는 75.0%, 0.1 mg/mL 농도 처리에서는 58.0% 로 나타났으며, 푸른고추에 병원성이 강한 GC 균주를 접종하였을 경우에는 각각 68.1% 및 28.3% 탄저병 발생이 억제되었다. 비닐하우스에서 관행재배방법에 의해 고추를 재배하면서 고추 탄저병이 자연발생하기 시작한 8월 21부터 옻 추출액을 1주일 간격으로 3회 살포하고 최종 살포일 7일 후에 전체 고추 열매 중 이병 열매를 조사하여 옻 추출액의 병 발생 억제정도를 구한 결과 1차 조사한 9월 11일에는 무처리 대조구에 비해 옻 조 추출액을 1.0 mg/mL 처리한 시험구에서는 85.0% 탄저병 발생 억제효과를 보였으나, 0.01 mg/mL 처리구에서는 9.8%의 낮은 억제효과를 보였다. 9월 11일 조사 후 이병 열매를 모두 제거한 다음 동일한 방법으로 옻 추출액을 계속처리하고 10월 2일에 조사한 결과 1차 조사 시기보다 대조구의 이병과율이 훨씬 낮은 7.0% 였으며, 옻 추출액 처리효과는 공시 처리 농도별로 각각 60.0, 54.3 및 10.0%로 조사되었다.

감마선 조사한 총목피(Aralia elata Cortex) 추출물의 생리활성 (Biological Activities of Extracts from Gamma-irradiated Aralia elata Cortex)

  • 박혜진;이은호;김명욱;이선호;안동현;안봉전;권중호;조영제
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제43권8호
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    • pp.1236-1247
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    • 2014
  • 천연 약용식물에 있어서 감마선 조사 처리는 기능성 물질탐색에 적용 시 추출수율 증진, 색상 개선 등 산업적 응용을 용이하게 하는 방법으로 활용이 기대되고 있다. 본 연구에서는 감마선 조사가 총목피 추출물의 생리활성에 미치는 영향을 검토하였다. 감마선 조사 처리한 총목피의 감마선 조사여부를 확인하기 위하여 광자극 발광(PSL) 및 열 발광(TL) 방법을 활용하여 감마선 조사 판별 확인시험을 진행하였다. PSL법의 경우 비조사구 0 kGy에서 400.00 PCs로 음성(negative) 시료로 판단되었으며, 조사구 5, 10, 30 kGy에서 각각 90,100.00 PCs, 312,614.33 PCs, 321,661.67 PCs로 나타나 감마선을 조사한 양성(positive) 시료로 확인되었다. TL법 적용 시 비조사구 0 kGy에서 자연방사선에 의한 $300^{\circ}C$ 부근에서 조사구 5, 10, 30 kGy는 $150{\sim}250^{\circ}C$의 부근에서 특유의 glow curve를 나타내었다. TL ratio는 비조사구 0 kGy에서 0.011로 0.1 이하의 값을 나타냈으며, 조사구 5, 10, 30 kGy는 각각 1.105, 1.009, 2.206으로 0.1이상의 값을 나타내어 조사구로 확인되었다. 감마선 조사처리한 총목피의 total phenolics 함량을 측정한 결과 0, 10, 30 kGy 선량 중 10 kGy의 조사선량에서 총목피 열수 및 50% ethanol 추출물의 total phenolics 함량이 각각 $17.30{\pm}0.40mg/g$, $18.87{\pm}0.46mg/g$으로 가장 높은 phenolics 함량을 나타내었다. 감마선 조사 처리한 총목피의 angiotensin converting enzyme 저해효과와 xanthin oxidase 저해효과는 비조사구에 비해 조사구에서 열수 및 50% ethanol 추출물 모두 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Pancreatin ${\alpha}$-amylase 저해효과와 ${\alpha}$-glucosidase 저해효과는 총목피 열수 및 50% ethanol 추출물 $200{\mu}g/mL$ phenolics 농도 처리 시 0~30 kGy의 모든 선량에서 60~100%에 가까운 높은 저해율을 나타내어 현재 당뇨병 치료제로 사용되고 있는 acarbose와 비교 시 월등히 우수한 항당뇨 효과를 확인할 수 있었고, 이를 통해 감마선 조사 처리한 총목피 추출물은 천연소재로써 항당뇨 관련 기능성 소재로 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단되었다. 이상의 결과 총목피 추출물은 다양한 생리활성을 가진 기능성 소재로 활용이 가능한 것으로 생각되었으며 감마선의 조사에 의해서 총목피의 생리활성이 증대되는 현상을 확인함으로써 감마선 조사가 식물체가 나타내는 생리활성을 증폭시킬 수 있는 수단으로 활용이 가능할 것이라 판단되었다.

볏짚퇴비 50년 연용에 따른 벼수량과 논토양 유기물함량 변화 (Changes in Rice Yield and Soil Organic Matter Content under Continued Application of Rice Straw Compost for 50 Years in Paddy Soil)

  • 연병열;곽한강;송요성;전희중;조현준;김창호
    • 한국토양비료학회지
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    • 제40권6호
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    • pp.454-459
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    • 2007
  • 하성충적층을 모재로한 사양질인(강서통) 논토양에서 볏짚퇴비를 50년간(1954년~2003년) 연용 했을 때, 토양의 이화학적 특성과 벼의 생산성에 미치는 영향을 조사 분석한 결과는 다음과 같다 정조수량은 3요소구에 비하여 3요소+퇴비구에서 5~12% 증가된 반면, 무비구에서는 21~38% 감소되어 장기간 볏짚퇴비 시용으로 유의성 있는 수량의 증가 효과가 있었다. 벼의 수확기 경엽과 종실의 무기성분 흡수량은 볏짚퇴비를 시용한 구에서 T-N 15%, $P_2O_5$ 19%, $K_2O$ 35%, $SiO_2$ 48% 증가되었다. 토양물리성은 3요소구에 비하여 3요소+퇴비구에서 토양경도는 14.0 mm에서 13.1 mm로, 용적밀도는 $1.34g\;cm^{-3}$에서 $1.23g\;cm^{-3}$으로 유의하게 감소시킨 반면, CEC는 $9.0cmol_c\;kg^{-1}$에서 $11.2cmol_c\;kg^{-1}$$2.2cmol_c\;kg^{-1}$ 증가되었다. 토양유기물 함량은 무비구와 3요소구에서는 $20{\sim}23g\;kg^{-1}$, 퇴비구에서는 $33g\;kg^{-1}$ 부근에서 안정화되었다. 1973년(SOM $22g\;kg^{-1}$)~1995년(SOM $22g\;kg^{-1}$) 까지 23년간 3요소+퇴비구의 토양유기물 함량의 증가량은 $11g\;kg^{-1}$이었으며, 매년 볏짚퇴비 $7.5Mg\;ha^{-1}$을 시용하고 벼를 재배할 경우 1년에 증가되는 토양 유기물 함량은 $0.45g\;kg^{-1}$으로 투입된 퇴비의 6%정도가 토양유기물로 남는 것으로 조사되었다. 따라서, 이를 근거로 하여 사양질 토양에 대한 토양유기물함량에 따른 퇴비시용량을 하향 조정하였다.

전기저항식 워터마크센서기반 소형 관수장치의 토양 수분퍼텐셜 자동제어 효용성 평가 (Feasibility Test on Automatic Control of Soil Water Potential Using a Portable Irrigation Controller with an Electrical Resistance-based Watermark Sensor)

  • 김학진;노미영;이동훈;전상호;허승오;최진용;정선옥;이중용
    • 생물환경조절학회지
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    • 제20권2호
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    • pp.93-100
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    • 2011
  • 본 연구에서는 국내의 시설 내 작물재배에 적합한 자동관수 기술을 개발하기 위한 첫 단계로 전기저항의 변화원리를 이용하는 워터마크 센서를 장착한 소형 컨트롤러를 작물재배에 활용하여 자동관수기술의 효용성을 구명하고자 하였다. 이를 위해 비닐하우스 내에 다른 토성을 갖는 토양을 격리베드에 인공적으로 조성한 후 토마토를 정식하여 수분퍼텐셜을 -20kPa 수준으로 자동으로 조절하면서 재배하였다. 점적관수에 따른 토양 내 깊이별 수분변화는 Sentek 축전형 수분센서를 이용하여 측정하였다. 워터마크센서를 이용한 수분퍼텐셜 제어성능은 (-)20kPa 수준부근에서 유지되지 않고 반복적으로 0~(-)20kPa 대역에서 높은 변화 값을 나타내어 안정적이지 못한 것으로 나타났다. 특히, 물 공급은 관수시마다 약 50~60분 비교적 긴 시간동안 진행되어 수분공급이 과잉되는 문제가 나타났으며 건조시에도 수분퍼텐셜의 변화가 계단응답 반응의 형태로 변하는 불량한 측정해상도를 나타내었다. 이러한 문제는 워터마크센서의 토양과 전극 접촉형태가 다공컵식 수분장력계에 비해 수분값에 연속적으로 반응할 수 없는 구조이기 때문인 것으로 판단하였다. 자동관수에 따른 토양종류별 수분변화는 그 기울기가 토성별로 서로 달랐으며 양질사토의 경우 수분함량의 변화정도가 가장 높았다. 수분함량의 변화속도는 낮과 밤의 경우 시간에 따른 변화율이 달라서 변곡선의 형태를 나타내었다. 이러한 이유는 낮과 밤의 일교차와 태양광 유무에 의하여 수분증발량 차이가 발생하였기 때문인 것으로 판단하였다. 직물에서 20cm 떨어진 지점의 깊이별 수분함량은 작물에 인접한 위치와 비교하였을 때 세가지 토양 모두 관수에 의한 변화정도는 미미하여 직물에 인접한 곳만 수분공급이 효율적으로 이루어지는 것을 확인하였다. 추후 연구에서 양질사토 베드에서 관찰된 토마토 생육 불량 문제 개선과 관수멈춤 시간을 적용하여 물공급의 과잉 문제를 해결하는 보완실험이 요구되었다.

소형(小型) 동력경운기(動力耕耘機)의 포장작업성능(圃場作業性能)에 관한 연구(硏究) (Field Performance of a Miniature Power Tiller)

  • 김홍윤;최규홍
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • 제6권1호
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    • pp.15-27
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    • 1981
  • 극소형(極小形) 동력경운기(動力耕耘機)(3.5PS:KC-450)의 포장작업성능(圃場作業性能)을 조사분석(調査分析)하고 이에 대(對)한 이용범위(利用範圍)를 결정(決定)하고저 1980년(年) 3월(月)부터 1980년(年) 10월(月)까지 안성읍(安城邑) 석정동(石井洞) 시험포장(試驗圃場)에서 8PS(DT-85), 5PS(DT-40) 경운기(耕耘機)와 대비(對比)하여 耕耘(경운), 쇄토(碎土), 배토작업(培土作業)에 대(對)한 포장작업성능(圃場作業性能)을 조사(調査) 분석(分析)한 결과(結果)를 종합(綜合)하면 다음과 같다. 변속단수별(變速段數別) 작업능률(作業能率)과 포장작업(圃場作業) 효율비교(效率比較) 시험(試驗)에서는 1. 작업속도(作業速度)가 0.9m/sec일때 KC-450기(機)의 이경작업능률(犁耕作業能率)은 125분(分)/10a 무료 DT-85기(機)보다 26분(分)/10a 정도(程度)낮았다. 2. 작업속도(作業速度)를 1m/sec로 이경작업(犁耕作業) 할때에 KC-45기(機)의 포장작업성능(圃場作業性能)은 82%로 DT-85기(機)보다 5% 높았다. 3. 동일(同一) 작업속도(作業遠度)의 쇄토작업(碎土作業)에 있어서 작업능률(作業能率)은 DT-40기(機)와 DT-85기(機)가 높았고 포장작업효율(圃場作業效率)은 KC-450기(機)와 DT-40기(機)가 높았다. 4. 동일(同一) 작업속도(作業遠度)의 배사작업(培士作業)에 있어서 공시기(供試機) 모두 작업능률(作業能率)은 별차이(別差異)가 없었고 포장작업효율(圃場作業效率)은 KC-450기(機), DT-40기(機), DT-85기(機)의 순(順)으로 높았다. 구획규모별(區劃規模別) 작업능력(作業能力) 비교(比較) 시험(試驗)에서는 5. 구획(區劃) 면적(面積)이 클수록 작업능률(作業能率)은 공(共)히 향상(向上)되나 구획면적(區劃面積)이 8a이하(以下)에서는 KC-450기(機)가 작업능력면(作業能力面)에서나, 포장효율면에서 보다 유리(有利)하였다. 작업심도별(作業深度別) 작업능률(作業能率)은 비교(比較) 시험(試驗)에서는 6. DT-85로는 심경(深耕)의 능률적(能率的)인 중작업(重作業)에 유리(有利)하였고 KC-450기(機)는 경심(耕深) 12cm의 모든 작업(作業)에서 운전조작(運轉操作)이 용이(容易)하고 포장작업효율(圃場作業效率)이 타기종(他機種)에 비(比)하여 높았다. 7. 이하(以下)의 결과(結果)로 KC-450기(機)는 채소원예(菜蔬園藝), 약초(藥草), 연초(煙草), 비닐하우스등(等)의 소구획(小區劃), 소규모(小規模) 농작업(農作業)에 신기종(新機種)으로 개발(開發)이 요망(要望) 된다고 사료(思料)된다.

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THE ECOLOGY, PHYTOGEOGRAPHY AND ETHNOBOTANY OF GINSENG

  • Hu Shiu Ying
    • 고려인삼학회:학술대회논문집
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    • 고려인삼학회 1978년도 학술대회지
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    • pp.149-157
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    • 1978
  • Ginseng is the English common name for the species in the genus Panax. This article gives a broad botanical review including the morphological characteristics, ecological amplitude, and the ethnobotanical aspect of the genus Panax. The species of Panax are adapted for life in rich loose soil of partially shaded forest floor with the deciduous trees such as linden, oak, maple, ash, alder, birch, beech, hickory, etc. forming the canopy. Like their associated trees, all ginsengs are deciduous. They require annual climatic changes, plenty of water in summer, and a period of dormancy in winter. The plant body of ginseng consists of an underground rhizome and an aerial shoot. The rhizome has a terminal bud, prominent leafscars and a fleshy root in some species. It is perennial. The aerial shoot is herbaceous and annual. It consists of a single slender stem with a whorl of digitately compound leaves and a terminal umbel bearing fleshy red fruits after flowering. The yearly cycle of death and renascence of the aerial shoot is a natural phenomenon in ginseng. The species of Panax occur in eastern North America and eastern Asia, including the eastern portion of the Himalayan region. Such a bicentric generic distributional pattern indicates a close floristic relationship of the eastern sides of two great continental masses in the northern hemisphere. It is well documented that genera with this type of disjunct distribution are of great antiquity. Many of them have fossil remains in Tertiary deposits. In this respect, the species of Panax may be regarded as living fossils. The distribution of the species, and the center of morphological diversification are explained with maps and other illustrations. Chemical constituents confirm the conclusion derived from morphological characters that eastern Asia is the center of species concentration of Panax. In eastern North America two species occur between longitude $70^{\circ}-97^{\circ}$ Wand latitude $34^{\circ}-47^{\circ}$ N. In eastern Asia the range of the genus extends from longitude $85^{\circ}$ E in Nepal to $140^{\circ}$ E in Japan, and from latitude $22^{\circ}$ N in the hills of Tonkin of North Vietnam to $48^{\circ}$ N in eastern Siberia. The species in eastern North America all have fleshy roots, and many of the species in eastern Asia have creeping stolons with enlarged nodes or stout horizontal rhizomes as storage organs in place of fleshy roots. People living in close harmony with nature in the homeland of various species of Panax have used the stout rhizomes or the fleshy roots of different wild forms of ginseng for medicine since time immemorial. Those who live in the center morphological diversity are specific both in the application of names for the identification of species in their communication and in the use of different roots as remedies to relieve pain, to cure diseases, or to correct physiological disorders. Now, natural resources of wild plants with medicinal virtue are extremely limited. In order to meet the market demand, three species have been intensively cultivated in limited areas. These species are American ginseng (P. quinquefolius) in northeastern United States, ginseng (P. ginseng) in northeastern Asia, particularly in Korea, and Sanchi (P. wangianus) in southwestern China, especially in Yunnan. At present hybridization and selection for better quality, higher yield, and more effective chemical contents have not received due attention in ginseng culture. Proper steps in this direction should be taken immediately, so that our generation may create a richer legacy to hand down to the future. Meanwhile, all wild plants of all species in all lands should be declared as endangered taxa, and they should be protected from further uprooting so that a. fuller gene pool may be conserved for the. genus Panax.

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섬쑥부쟁이와 쑥부쟁이의 항산화 및 지방세포 분화 억제 효과 (Anti-oxidant and anti-adipocyte differentiation of Aster glehni and Aster yomena)

  • 이지연;박정용;김형돈;이승은;이정훈;이윤지;서경혜
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제52권3호
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    • pp.250-257
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    • 2019
  • 본 연구에서는 섬쑥부쟁이 (Aster glehni)와 쑥부쟁이(Aster yomena)의 항산화 효과 및 항비만 효과를 검정하기 하여 물 (-W)과 에탄올 (-E)추출물을 이용하여 실험을 실히 하였다. 각 추출물을 총 페놀 및 총 플라보노이드를 함량을 분석하고 DPPH와 $ABTS^+$를 이용하여 항산화 활성을 비교 분석하였다. 또한 총 페놀 및 총 플라보노이드를 함량과 항산화 활성의 상관관계도 분석하였다. 항산화 물질로 알려진 총 페놀과 플라보노이드 함량은 섬쑥부쟁이의 70% 주정 추출물에서 각각 45.42 mg/g와 40.32 mg/g으로 다른 추출물에 비해 높은 함량을 나타내었다. 항산화 효과의 경우 또한 $ABTS^+$$IC_{50}$값이 섬쑥부쟁이의 70% 주정 추출물에서 $30.1{\mu}g/mL$로 가장 우수하였다. 총 페놀 및 총 플라보노이드를 함량과 항산화 활성의 상관관계도 유의적으로 통계처리 되어 추출물의 함량이 항산화 활성에 영향이 있다는 것을 보여주었다. 또한, 섬쑥부쟁이와 쑥부쟁이의 항비만 효능 평가를 위하여 지방세포인 3T3-L1의 분화 억제를 확인하였다. 추출물을 농도별로 처리하여 지방분화를 Oli-Red O 염색약으로 염색하여 비교하여 보았을 때, 섬쑥부쟁이의 물 추출물에서 70.49%의 가장 낮은 지질 축적율을 나타내었다. 이상의 결과에서, 섬쑥부쟁이의 총 페놀 및 총 플라보노이드를 함량, 항산화 활성과 지방분화 억제 활성이 우수하게 나타났다. 이에 본 연구결과를 바탕으로 섬쑥부쟁이가 안정성이 검증된 항비만 기능성 식품이나 의약품 소재로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

간척지 토양에서 EC 처리에 따른 향부자와 갯방풍의 생육 및 기능성 물질 함량 분석 (Analysis of Growth and Functional substance for Cyperus rotundus and Glehnia littoralis by EC Treatment in Reclaimed Soil Conditions)

  • 장지현;신혜인;박종석
    • 생물환경조절학회지
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    • 제28권4호
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    • pp.411-419
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    • 2019
  • 본 실험의 목적은 간척지 토양에서 다른 EC처리에 따라 향부자와 갯방풍의 생장 및 기능성물질 차이를 분석하고자 수행하였다. 향부자와 갯방풍 종자를 트레이에 파종 후 8주간 온실에서 육묘하였고 새만금 지역에서 채취한 간척지 토양을 담은 포트에 이식하였다. 식물은 EC농도에 따라, 대조구, 1, 2, 4, $8dS{\cdot}m^{-1}$ 조건으로 12주간 실험을 진행했고 추가로 간척지 토양에서의 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$과 원예용 상토를 구분하여 생육을 비교했다. 향부자의 초장, 엽장 엽폭은 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 높았다. 엽수, 화방 수, 인편 수는 EC $2dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 크고 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 적었으며, SPAD는 EC 2와 $4dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 높고 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 낮았다. 지상부와 지하부의 생체중은 EC $2dS{\cdot}m^{-1}$까지 증가하다가 농도가 증가함에 따라 값이 감소했다. EC $1dS{\cdot}m^{-1}$ 조건에서 간척지토양과 원예용 상토에서 자란 작물의 생육을 비교했을 때 SPAD, 엽수, 화방 수, 인편 수, 지상부와 지하부의 생체중은 원예용 상토에서 더 높았다. 갯방풍은 모든 생육 조건에서 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$가 가장 낮았으며 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$을 제외하고 다른 처리구에서는 유의적인 차이를 확인할 수 없었다. 향부자는 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 p-coumaric acid 함량이 가장 높았고, 갯방풍의 지상부는 catechin의 함량이 대조구에서 가장 높았으며 지하부는 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 benzoic acid 함량이 가장 높았다. 간척지 토양을 EC $4dS{\cdot}m^{-1}$ 이내로 관리 할 수 있다면 향부자와 갯방풍의 재배가 가능할 수 있을 것으로 판단된다.

Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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