농약의 식물 엽면 침투성에 관하여 보고한 국내외 논문을 조사하여 최근에 빈번하게 사용되고 있는 침투율 측정법과, 계면활성제에 의해서 유도되는 농약의 엽면 침투기작에 관한 연구 동향을 고찰하였다. 농약의 식물 엽면 침투성 연구에는 생물검정법, 식물 잎이나 cuticular membrane을 이용하는 방사능 추적 기술이 주로 이용되고 있다. 가장 최근에는 수용성 색소 Congo Red를 추적물질로 이용하는 새로운 침투율 측정법이 제안되었다. 농약의 엽면 침투에 있어서 최대의 장벽은 epicuticular wax와 cuticular wax를 포함하는 잎 표면의 왁스층이며, 일부 연구자들은 이를 limiting skin이라 부르기도 한다. 농약의 몰부피(molar volume), 수용해도 및 분배계수 등의 이화학적 성질은 식물 엽면 침투성에 영향을 미치지만 제한적인 상관관계를 나타낼 뿐이며, 일반화할 수 있는 어떠한 상관관계도 아직 발견되지 않았다. Polyoxyethylene을 친수기로 가지는 지방족 알콜 계면활성제들은 많은 농약에 대하여 좋은 침투성 증진제로 알려져 있다. 침투성 증진제로 사용되는 계면활성제가 농약의 엽면 침투성을 증진하는 데에는 계면활성, 가용화 능력, 흡습성 및 미셀생성임계농도 등 계면활성제 고유의 성질이 크게 관여하는 것 같지는 않다. 최근의 연구에서 침투성 증진 효과가 큰 계면활성제는 식물의 왁스층에 쉽게 흡수되어 가역적으로 왁스층의 유동성을 증가시키는 가소제 역할(plasticizing effect)을 한다는 것이 밝혀졌다. 계면활성제가 왁스층에 먼저 침투하면 wax층의 유동성이 증가하고, 이로 인하여 wax층 내에서 농약의 이동성과 분배계수가 달라짐으로써 농약의 엽면 침투 속도가 변화한다는 것이다. 그러나 계면활성제의 친유기 부분인 지방족 알콜의 탄소수와 친수기의 ethylene oxide 부가중합도가 농약의 침투성 증진에서 어떠한 역할을 하는지는 상세히 밝혀져 있지 않다. 다만 계면활성제 자체의 엽면 침투 속도가 농약의 침투속도와 깊은 관련이 있을 것으로 추정되고 있다.
농약의 식물 엽면 침투성에 관하여 보고한 국내외 논문을 조사하여 최근에 빈번하게 사용되고 있는 침투율 측정법과, 계면활성제에 의해서 유도되는 농약의 엽면 침투기작에 관한 연구 동향을 고찰하였다. 농약의 식물 엽면 침투성 연구에는 생물검정법, 식물 잎이나 cuticular membrane을 이용하는 방사능 추적 기술이 주로 이용되고 있다. 가장 최근에는 수용성 색소 Congo Red를 추적물질로 이용하는 새로운 침투율 측정법이 제안되었다. 농약의 엽면 침투에 있어서 최대의 장벽은 epicuticular wax와 cuticular wax를 포함하는 잎 표면의 왁스층이며, 일부 연구자들은 이를 limiting skin이라 부르기도 한다. 농약의 몰부피(molar volume), 수용해도 및 분배계수 등의 이화학적 성질은 식물 엽면 침투성에 영향을 미치지만 제한적인 상관관계를 나타낼 뿐이며, 일반화할 수 있는 어떠한 상관관계도 아직 발견되지 않았다. Polyoxyethylene을 친수기로 가지는 지방족 알콜 계면활성제들은 많은 농약에 대하여 좋은 침투성 증진제로 알려져 있다. 침투성 증진제로 사용되는 계면활성제가 농약의 엽면 침투성을 증진하는 데에는 계면활성, 가용화 능력, 흡습성 및 미셀생성임계농도 등 계면활성제 고유의 성질이 크게 관여하는 것 같지는 않다. 최근의 연구에서 침투성 증진 효과가 큰 계면활성제는 식물의 왁스층에 쉽게 흡수되어 가역적으로 왁스층의 유동성을 증가시키는 가소제 역할(plasticizing effect)을 한다는 것이 밝혀졌다. 계면활성제가 왁스층에 먼저 침투하면 wax층의 유동성이 증가하고, 이로 인하여 wax층 내에서 농약의 이동성과 분배계수가 달라짐으로써 농약의 엽면 침투 속도가 변화한다는 것이다. 그러나 계면활성제의 친유기 부분인 지방족 알콜의 탄소수와 친수기의 ethylene oxide 부가중합도가 농약의 침투성 증진에서 어떠한 역할을 하는지는 상세히 밝혀져 있지 않다. 다만 계면활성제 자체의 엽면 침투 속도가 농약의 침투속도와 깊은 관련이 있을 것으로 추정되고 있다.
Research trends in the measurement of foliar uptake of pesticides and the recently proposed action mechanism of the surfactant-induced uptake of pesticides were reviewed with the related reports and studies. Major techniques used in those fields are bioassay, radiotracer techniques with leaves or cu...
Research trends in the measurement of foliar uptake of pesticides and the recently proposed action mechanism of the surfactant-induced uptake of pesticides were reviewed with the related reports and studies. Major techniques used in those fields are bioassay, radiotracer techniques with leaves or cuticular membrane. Recently, a new method using Congo Red as a tracer was proposed. The limiting factor in the pesticides uptake into leaves is the waxy layer which consists of the epicuticular and cuticular wax. Physico-chemical parameters such as molar volume, water solubility and partition coefficient of pesticides have limited influences on the pesticide uptake into leaves. Polydisperse ethoxylated fatty alcohol surfactants are well known as the good activator for many pesticides. It is now generally agreed that uptake activation is not related to the intrinsic surface active properties of surfactants such as surface activity, solvent property, humectancy and critical micelle concentration. Recent studies using ESR-spectroscopy revealed that the surfactants have an unspecific plasticising effect on the molecular structure of the wax and cuticular matrix, leading to increased mobilities of pesticides. Penetration of surfactants into waxy layer altered the pesticide mobility in wax and the partition coefficient of pesticide, and then the pesticides penetration into leaves was enhanced temporally. The enhancing effect of surfactant could be significantly different depending on the carbon number of aliphatic moiety and the number of ethoxy group in polyoxyethylene chain of surfactants. It is suggested that the rate of penetration of surfactants should have a significant relationship with the rate of penetration of pesticides.
Research trends in the measurement of foliar uptake of pesticides and the recently proposed action mechanism of the surfactant-induced uptake of pesticides were reviewed with the related reports and studies. Major techniques used in those fields are bioassay, radiotracer techniques with leaves or cuticular membrane. Recently, a new method using Congo Red as a tracer was proposed. The limiting factor in the pesticides uptake into leaves is the waxy layer which consists of the epicuticular and cuticular wax. Physico-chemical parameters such as molar volume, water solubility and partition coefficient of pesticides have limited influences on the pesticide uptake into leaves. Polydisperse ethoxylated fatty alcohol surfactants are well known as the good activator for many pesticides. It is now generally agreed that uptake activation is not related to the intrinsic surface active properties of surfactants such as surface activity, solvent property, humectancy and critical micelle concentration. Recent studies using ESR-spectroscopy revealed that the surfactants have an unspecific plasticising effect on the molecular structure of the wax and cuticular matrix, leading to increased mobilities of pesticides. Penetration of surfactants into waxy layer altered the pesticide mobility in wax and the partition coefficient of pesticide, and then the pesticides penetration into leaves was enhanced temporally. The enhancing effect of surfactant could be significantly different depending on the carbon number of aliphatic moiety and the number of ethoxy group in polyoxyethylene chain of surfactants. It is suggested that the rate of penetration of surfactants should have a significant relationship with the rate of penetration of pesticides.
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문제 정의
따라서 먼저 이들의 고찰을 간략하게 요약한 후 그후의 연구 결과에 대하여 논하고자 한다.
기대된다. 본고에서는 최근까지 학술 잡지에 보고된다양한 논문을 통하여 농약의 엽면 침투성 연구 기법과 이를 이용한 엽면 침투 기작 연구 현황에 대하여 고찰하고자한다.
가설 설정
지방족 알콜과 비교할때 polyoxyethylene 이 부가된 지방족 알콜은 2, 4-D 의 이동성을 더 이상 증진하지 못하였을 뿐 아니라 ethylene oxide의 부가중합도가 증가할수록 그 효과는 감소하였다고하였다 또한 이ycol은 아무런 영향을 미치지 못하였다. 이러한 결과로부터 큐티클에 대한 용질의 이동성을 증진하기위해서 지방족 알콜에 대한 polyoxyethylene의 부가는 불필요한 것이며, 지방족 알콜이나 ethylene oxide가 부가중합된 지방족 알콜은 cuticular wax 에 흡수되어 가소성을부여할 것이라고 제안하였다.
성능/효과
계면활성제에 의한 cuticular membrane 내에서의용질의 이동성 증진 효과는 용질의 몰 부피가 클수록, 온도가 낮을수록 크게 나타났다. Cuticular membrane에 계면활성제가 침투되면 용질의 이동성이 증가할 뿐만 아니라식물의 종류에 따른 이동성 차이가 급격하게 감소하였다.
지방족 알콜의 탄소수가 작은 Q보다는 G>, C8 및 Go 이의 이동성 증진에 효과적이었으며, 그 효과는 큐티클 2, 4-D내의 계면활성제의 농도에 비례하였다. 그러나 2, 4-D의 큐티클에 대한 이동성은 계면활성제의 HLB나 큐티클/물간의분배계수와는 상관관계가 없었다.
이는 ethylene oxide의 부가중합도가 작은 계면활성제는 큐티클에 빠른 속도로 흡수되지만, ethylene oxide 의 부가중합도가 큰 계면활성제는 큐티클에 대한 흡수속도가 느리기 때문일 것이라고 하였다. 또한 큐티클막 내에서용질의 이동성은 대체로 용질의 친유성(lipophilicity)과 무관하였지만 용질의 몰 부피가 클수록 현저히 작게 나타났다. 즉, 고체 상태의 cuticular membrane은 동일한 조성의액체 상태보다도 점성이 크므로 크기 선호도(size selectivity)가 훨씬 크게 나타난다는 것이다.
2, 4-D의 이동성에 대한계면활성제의 효과는 시간이 지날수록 증가하였으며, 계면활성제를 처리하지 않은 상태에서 2, 4-D의 이동성이 떨어지는 식물의 큐티클일수록 증가하였다(Schijnherr, 1993a). 지방족 알콜의 탄소수가 작은 Q보다는 G>, C8 및 Go 이의 이동성 증진에 효과적이었으며, 그 효과는 큐티클 2, 4-D내의 계면활성제의 농도에 비례하였다. 그러나 2, 4-D의 큐티클에 대한 이동성은 계면활성제의 HLB나 큐티클/물간의분배계수와는 상관관계가 없었다.
후속연구
그러나 다룰 때 손상되지 않을 만큼 견고하면서 기공을 가지지 않는 막을 얻을 수 있는 식물이 매우 드물고, 보관 중에 구조가 변하여 막의 투과성이 달라지며, 살아있는 잎에서의 침투성보다 훨씬 작은 침투성을나타낸다는 점 등 많은 단점을 가지고 있다(Schreiber와 Schonherr, 1992). 가장 최근에는 분자량이 매우 크고, 수용액 중에서 음이온으로 해리되는 수용성 색소 Congo Red가 여러 가지 실험조건하에서 식물 잎에 거의 흡수되지 않는 특성을 이용한 새로운 엽면 침투율 측정법인 Congo Red 방법'이 개발되어 여러 가지 농약의 식물 엽면 침투성을 연구하는데 이용되기 시작하였으나, 보다 많은검정을 거쳐야 할 것으로 보인다(Yu 등, 2001).
따라서 농약의 엽면 침투성 연구는 다양한 약효증진제의 연구에 이론적인 기초를 제공하며, 농약의 효용을 최대한 제고시키면서 사용량을 크게 절감하는데 중요한 역할을 할것으로 기대된다. 본고에서는 최근까지 학술 잡지에 보고된다양한 논문을 통하여 농약의 엽면 침투성 연구 기법과 이를 이용한 엽면 침투 기작 연구 현황에 대하여 고찰하고자한다.
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