강화약쑥 수용성 추출물의 식물 타감효과 및 HPLC에 의한 타감물질 분석 연구 Allelopathic Effect of Aqueous Extract of Ganghwa Mugwort (Artemisia spp.) Vegetables and HPLC Aanalysis of Allelochemicals원문보기
This study was conducted to evaluate the allelopathic effect of aqueous extract of Ganghwa domestic mugwort (Artemisia spp.) on vegetables and its related allelo-chemicals. When the receptor vegetables, such as Chinese cabbage, lettuce, and red radish, were treated with aqueous extract obtained from...
This study was conducted to evaluate the allelopathic effect of aqueous extract of Ganghwa domestic mugwort (Artemisia spp.) on vegetables and its related allelo-chemicals. When the receptor vegetables, such as Chinese cabbage, lettuce, and red radish, were treated with aqueous extract obtained from Sajabalssuk (A. $sp^*I$), Ssajuarissuk (A. $sp^*II$) or Ssajarissuk (A. $sp^*III$), their germination rate, leaf number, plant height, and root length were restricted with increasing concentration of aqueous extract. Allelopathic effect was the highest in radish, than lettuce and Chinese cabbage in order. The growth of topplant were more inhibited then root growth observing in restriction of plant height, root length, and chlorophyll contents. The plant height, the root length of red radish were 53.3 and 61.2% and their fresh weights were 19.8 and 26.4% compared to those of controls, respectively. A. $sp^*III$ showed the highest allelopathic effect among the donor plants. In HPLC analysis, 7 phenol compounds were identified in A. $sp^*I$ and A. $sp^*II$, and, in A. $sp^*III$, and hydroxybenzoic acid and phenylacetic acid were further identified as allelochemicals. It is considered that their plant growths were variously inhibited by the amounts and types of allelochemicals in aqueous extracts. To increase the productivity of farm land after cultivation of mugwort, these results can be useful to select the following field crops.
This study was conducted to evaluate the allelopathic effect of aqueous extract of Ganghwa domestic mugwort (Artemisia spp.) on vegetables and its related allelo-chemicals. When the receptor vegetables, such as Chinese cabbage, lettuce, and red radish, were treated with aqueous extract obtained from Sajabalssuk (A. $sp^*I$), Ssajuarissuk (A. $sp^*II$) or Ssajarissuk (A. $sp^*III$), their germination rate, leaf number, plant height, and root length were restricted with increasing concentration of aqueous extract. Allelopathic effect was the highest in radish, than lettuce and Chinese cabbage in order. The growth of topplant were more inhibited then root growth observing in restriction of plant height, root length, and chlorophyll contents. The plant height, the root length of red radish were 53.3 and 61.2% and their fresh weights were 19.8 and 26.4% compared to those of controls, respectively. A. $sp^*III$ showed the highest allelopathic effect among the donor plants. In HPLC analysis, 7 phenol compounds were identified in A. $sp^*I$ and A. $sp^*II$, and, in A. $sp^*III$, and hydroxybenzoic acid and phenylacetic acid were further identified as allelochemicals. It is considered that their plant growths were variously inhibited by the amounts and types of allelochemicals in aqueous extracts. To increase the productivity of farm land after cultivation of mugwort, these results can be useful to select the following field crops.
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문제 정의
따라서 본 연구는 최근 강화지역에서 재배되고 있는 약쑥의 수용성 추출액이 배추, 상추, 적무 등 중요 밭작물의 발아와 유묘생장에 미치는 영향을 조사함으로써 약쑥재배 전후작 작물의 선택에 필요한 근거를 제공하고자 수행되었다. 또한 HPLC(High Performance Liquid Chromatography) 분석에 의한 약쑥 수용성추출물의 타감물질을 분석함으로써 약쑥 재배 후 토양에 잔류 할 수 있는 타감효과에 대한 기초 자료를 제공하고자 하였다.
따라서 본 연구는 최근 강화지역에서 재배되고 있는 약쑥의 수용성 추출액이 배추, 상추, 적무 등 중요 밭작물의 발아와 유묘생장에 미치는 영향을 조사함으로써 약쑥재배 전후작 작물의 선택에 필요한 근거를 제공하고자 수행되었다. 또한 HPLC(High Performance Liquid Chromatography) 분석에 의한 약쑥 수용성추출물의 타감물질을 분석함으로써 약쑥 재배 후 토양에 잔류 할 수 있는 타감효과에 대한 기초 자료를 제공하고자 하였다.
각각의 수용체 식물들은 배양상토(바이오그린, 흥농종묘)가 담긴 105구 육묘용 트레이를 3등분하여 35구씩 파종하였으며, 2L의 추추물 희석액을 주당 2회 저면관수 하였다. 파종 10일후 각 처리구의 수용체 식물별 발아율을 조사하였으며, 4주간의 생육기간을 거친 후 본엽수, 지상부 및 지하부 길이, 생체중을 측정하였다.
파종 10일후 각 처리구의 수용체 식물별 발아율을 조사하였으며, 4주간의 생육기간을 거친 후 본엽수, 지상부 및 지하부 길이, 생체중을 측정하였다. 또한, 각 처리 농도에서 생육한 수용체식물의 지상부 잎을 채취하여 분광광도계를 이용 엽록소 함량을 조사하였다(Arnon, 1949). 종자 발아율 및 생육조사 결과는 SPSS(statistics package for social science ver.
) 1㎖을 첨가한 다음 27℃에서 5분간 혼합하였으며, 1㎖의 Na2CO3 포화용액을 첨가하여 상온에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응용액을 분광광도계(OD=640㎚)를 이용하여 흡광도를 측정하였으며, 총 페놀화합물 함량은 ferulic aid를 이용하여 얻은 검량곡선을 이용하여 구하였다(Chung and Kim, 2004).
, 2012). 본 연구는 그 후속 연구로 약쑥 3종의 수용성 추출액이 주요 밭작물인 배추, 상추, 적무 등의 발아와 유묘생장 등에 미치는 영향을 조사하고 HPLC 분석을 통해 타감작용에 관여하는 물질을 구명코자 수행되었다. 강화약쑥 수용성 추출물의 HPLC 분석결과 타감작용과 관련된 9종의 phenol 화합물을 확인하였으며, 포트실험을 통해 수용체 식물들의 종자발아와 유묘생장에 농도 의존적 억제 효과가 있음을 확인하였는데, 실제 포장에서 약쑥재배 후 후속작물 선택 시 이러한 점을 고려해야 할 것으로 생각된다.
쑥 추출물이 수용체식물인 배추, 상추, 적무 등의 종자발아 및 생장에 미치는 영향을 구명하기 위해 수용성 추출원액을 25, 50, 75, 100g ․ L-1로 희석하여 수용체 식물에 사용하였으며, 대조구로는 증류수를 사용하였다.
총 페놀화합물 함량은 Folin-Denis법을 변형하여 측정하였다(Swain and Hillis, 1959). 각각의 분쇄된 음건시료 2g을 20㎖의 3차 증류수에 첨가한 한 후 25℃ shaking water bath에서 24시간 동안 처리하였으며, 추출용액을 여과지(Whatman NO.
각각의 수용체 식물들은 배양상토(바이오그린, 흥농종묘)가 담긴 105구 육묘용 트레이를 3등분하여 35구씩 파종하였으며, 2L의 추추물 희석액을 주당 2회 저면관수 하였다. 파종 10일후 각 처리구의 수용체 식물별 발아율을 조사하였으며, 4주간의 생육기간을 거친 후 본엽수, 지상부 및 지하부 길이, 생체중을 측정하였다. 또한, 각 처리 농도에서 생육한 수용체식물의 지상부 잎을 채취하여 분광광도계를 이용 엽록소 함량을 조사하였다(Arnon, 1949).
대상 데이터
Ether층을 취해 감압농축기로 ether를 제거하였으며, 남은 잔류물은 5㎖의 methanol로 용해하여 HPLC 분석용 시료로 사용하였다. HPLC 분석을 위한 표준 물질로는 benzoic acid, caffeic acid, catechol, t-cinnamic acid, ferulic acid, gallic acid, m-hydroxybenxoic acid, p-hydroxybenzoic acid, phenylacetic acid, phloroglucinol, protocatechuic acid, salicylic acid, syringic acid, vanillic acid (Sigma-Aldrich Chemical Co.) 13종을 사용하였다. HPLC 분석은 Waters HPLC system(Waters Co.
사자발쑥은 강화군 농업기술센터에서 그리고 싸주아리쑥은 강화군 불음면의 2곳의 약쑥 재배농가로부터 분양 받았으며, 농촌진흥청 국립원예특작과학원 및 재배농가의 식물분류 전문가를 통해 분양받은 시료의 동정을 받아 본 연구에 사용하였다. 경기도 고양시 식사동 소재 동국대학교 실험농장 약용작물보존 포장에서 증식하였으며, 6월 초순 전초를 수확한 후 1개월간 음건하여 사용하였다. 본 실험에서 사자발쑥은 A.
본 실험의 타감작용 효과 구명을 위한 공여식물로는 강화지역에서 재배되고 있는 약쑥(이명: 사자발쑥 및 싸주아리쑥) 수집자원을 사용하였다. 사자발쑥은 강화군 농업기술센터에서 그리고 싸주아리쑥은 강화군 불음면의 2곳의 약쑥 재배농가로부터 분양 받았으며, 농촌진흥청 국립원예특작과학원 및 재배농가의 식물분류 전문가를 통해 분양받은 시료의 동정을 받아 본 연구에 사용하였다.
본 실험의 타감작용 효과 구명을 위한 공여식물로는 강화지역에서 재배되고 있는 약쑥(이명: 사자발쑥 및 싸주아리쑥) 수집자원을 사용하였다. 사자발쑥은 강화군 농업기술센터에서 그리고 싸주아리쑥은 강화군 불음면의 2곳의 약쑥 재배농가로부터 분양 받았으며, 농촌진흥청 국립원예특작과학원 및 재배농가의 식물분류 전문가를 통해 분양받은 시료의 동정을 받아 본 연구에 사용하였다. 경기도 고양시 식사동 소재 동국대학교 실험농장 약용작물보존 포장에서 증식하였으며, 6월 초순 전초를 수확한 후 1개월간 음건하여 사용하였다.
약쑥 추출물의 타감작용 구명을 위한 수용체 식물로는 배추(Chinese cabbage, Brassica rapa L.), 상추(lettuce, Lactuca sativa L.), 적무(red radish, Raphanus sativus L.)의 종자 및 유묘를 사용하였다.
, Milford, MA, USA)에 분석시료를 20㎕씩 주입하여 사용하였다. 이동상으로는 82% Methanol과 16% n-butanol, 2% glacial acetic acid를 0.018M ammonium acetate에 혼합한 용액을 사용하였다(Chung and Kim, 2004).
데이터처리
종자 발아율 및 생육조사 결과는 SPSS(statistics package for social science ver. 20.0)을 이용하여 Ducan의 다중검정방법(Duncan’s multiple range test)로 처리 간의 차이를 비교하였다.
이론/모형
공여식물인 약쑥의 수용성 추출물 제조와 수용체 식물의 종자발아 및 유묘생장실험은 Lee et al.(2012)과 Kil(1988)의 방법을 이용하였다. 쑥 추출물이 수용체식물인 배추, 상추, 적무 등의 종자발아 및 생장에 미치는 영향을 구명하기 위해 수용성 추출원액을 25, 50, 75, 100g ․ L-1로 희석하여 수용체 식물에 사용하였으며, 대조구로는 증류수를 사용하였다.
성능/효과
sp.*II 처리 시 처리된 추출물 농도의 증가에 따른 뿌리 생체중 감소의 유의성은 관찰되지 않았다.
sp.*III 배추 처리구를 제외한 모든 수용체 식물에서 대조구에 비해 유의성 있는 발아율 감소가 확인되었다.
sp.*III 수집종에서는 9종의 phenol 화합물 중 ferulic acid의 peak가 가장 높게 나타났다(Fig. 2).
sp.*III가 각 농도별 처리에서 다른 수집종에 비해 다소 큰 경향을 보였으며, 총 엽록소 함량에 있어서 가장 낮았다.
sp.*III에서는 쑥속 식물에서 발견된 성분 이외에 p-hydroxybenzoic acid와 phenylacetic acid 등 추가로 2종의 물질이 확인되어 총 9종이 확인되었다. A.
Fig. 2. HPLC analysis of phenolic compounds in aqueous extract of ganghwa mugwort A. sp*I, A. sp*II, and A. sp*III were named as Sajabalssuk, Ssajuarissuk, and Ssajarissuk in Kanghwa area, Korea. 1.
초장의 경우 25g ․ L-1 농도 처리부터, 그리고 근장의 경우 50g ․ L-1 농도 처리부터 유의성을 보이며 감소되었다. 25g ․ L-1, 50 g ․ L-1, 75g ․ L-1, 100g ․ L-1 농도 처리에서 수용체 식물 초장은 평균적으로 각각 27.9%, 36.3%, 42.6% 및 46.9% 감소하였으며, 근장은 각각 10.3%, 22.0%, 31.6%, 및 38.2% 감소하여 지상부의 생육이 지하부에 비해 크게 억제되는 것으로 나타났다(Table 2). 약쑥 추출물이 수용체 식물 생체중에 미치는 영향에서도 유사한 경향을 보이는데, 추출물 25g ․ L-1 농도 처리부터 대부분의 수용체 식물에서 지상부와 지하부 생체중이 유의적으로 감소하기 시작하며, 처리 농도가 증가함에 따라 생체중이 감소하는 경향을 보인다(Table 3).
2와 같으며, 또한 각 약쑥 수집종의 총 phenol 화합물의 함량을 측정한 결과는 Table 5와 같다. HPLC 분석에 의해 타감작용과 관련된 13종의 표준물질과 비교한 결과 강화약쑥의 수용성 추출물로부터 9종의 phenol 화합물을 확인하였다. A.
또한 엽록소 함량의 감소는 앞서 확인된 배추, 상추 적무 등의 지상부 및 지하부의 생육감소 결과(Table 2, Table 3)와 일치하며, 특히 지상부의 생육저하에 보다 큰 작용을 한 원인으로 생각된다. 본 실험으로 강화약쑥 수용성 추출물에 함유되어있는 타감물질이 기내조건 뿐만 아니라 토양을 이용한 포트 실험에서도 유효하게 작용함으로써 엽록소 함량 감소에 의한 식물 생장저하에 영향을 준다는 것이 확인되었다.
본엽 출현수에 있어서는 수용성 추출물 처리용액의 농도가 증가할수록 잎의 출현이 크게 낮아졌다. 종자발아에 크게 영향을 주지 못했던 25g ․ L-1 농도 처리구에서 떡잎을 제외한1㎝ 이상의 본엽 출현수가 대조구에 비해 유의적으로 적어졌으며, 50g ․ L-1 농도 이상 처리구에서는 모든 수용체 식물의 출현엽수가 현저하게 감소되었다.
*II가 본엽 출현수에 다소 높은 억제작용을 보였다. 수용체 식물간의 비교에 있어서는 평균적으로 대조구 대비 적무 61.6%, 배추 63.8%, 상추 74.3%의 본엽 수가 확인되어 적무에 잎 출현에 대한 억제작용이 가장 큰 것으로 확인되었다. 그러나 A.
수용체 식물별로는 상추는 초장과 근장 생육 감소가 큰 것으로 보이나, 생체중은 적무의 감소폭이 가장 높았다.
약쑥은 동일포장에 3년가량 연작하기 때문에 토양 내 특정성분의 용탈이 심하며, 타감물질의 잔류로 후속작물의 생육에 영향을 줄 수 있으므로, 강화지역 약쑥재배농가에서는 경작지의 효율적 이용을 통한 농가소득 증대를 위해 후속작물의 선택이 매우 중요한 요인으로 작용할 것으로 생각된다. 약쑥 수용성 추출물을 처리한 결과 배추에 대한 생육억제가 가장 작았으며, 상추와 적무 순이었다. 특히 적무의 경우 생체중의 감소폭이 가장 크게 나타나 추출물 처리에 의한 생육 억제효과가 가장 큰 것으로 보여 약쑥 연작 재배 후 후속작물 선택에 주의해야할 것으로 생각된다.
약쑥 추출물 25g ․ L-1 농도 처리부터 수용체 식물의 지상부 및 지하부 생육이 억제되며, 농도가 증가할수록 생육억제 효과가 크게 나타났다(Fig. 1).
약쑥 추출물이 처리된 수용체 식물의 엽록소 함량은 대조군 동일 식물의 엽록소 함량보다 낮았으며, 추출물의 처리농도가 증가할수록 총 엽록소 함량이 감소하는 경향을 보였다 (Table 4). 그러나 25~75g ․ L-1 농도처리 범위에서는 농도 증가에 따른 엽록소 함량감소의 유의적 차이는 없었던 반면 100g ․ L-1 처리농도에서는 유의적인 차이를 보였다.
본엽 출현수에 있어서는 수용성 추출물 처리용액의 농도가 증가할수록 잎의 출현이 크게 낮아졌다. 종자발아에 크게 영향을 주지 못했던 25g ․ L-1 농도 처리구에서 떡잎을 제외한1㎝ 이상의 본엽 출현수가 대조구에 비해 유의적으로 적어졌으며, 50g ․ L-1 농도 이상 처리구에서는 모든 수용체 식물의 출현엽수가 현저하게 감소되었다. 공여체 식물간의 비교에 있어서는 A.
후속연구
본 연구는 그 후속 연구로 약쑥 3종의 수용성 추출액이 주요 밭작물인 배추, 상추, 적무 등의 발아와 유묘생장 등에 미치는 영향을 조사하고 HPLC 분석을 통해 타감작용에 관여하는 물질을 구명코자 수행되었다. 강화약쑥 수용성 추출물의 HPLC 분석결과 타감작용과 관련된 9종의 phenol 화합물을 확인하였으며, 포트실험을 통해 수용체 식물들의 종자발아와 유묘생장에 농도 의존적 억제 효과가 있음을 확인하였는데, 실제 포장에서 약쑥재배 후 후속작물 선택 시 이러한 점을 고려해야 할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식물의 타감작용이 식물간의 일반적인 경쟁과 다른점은 무엇인가?
, 1994; Langenheim, 1994). 식물간의 경쟁(competition)은 생육에 필요한 환경자원이 제약될 경우 다른 식물의 생장을 억제하는 측면이 강하지만, 타감작용은 촉진하는 측면도 가지고 있으므로 일반적인 경쟁과 다르다.
공여식물이 방출하는 타감물질들은 어떤 작용을하는가?
식물이 생산하는 화학물질은 1차 및 2차 대사산물로 나눌 수 있는데, 대부분의 육상 식물들은 잎, 꽃, 뿌리, 종자 등 조직 및 기관을 통해 2차 대사산물인 alkaloid와 phenol 화합물 등 다양한 화학물질을 분비하며, 이 중 수용성 또는 휘발성 물질들이 인접 식물의 생육을 억제하는 타감물질로 작용한다(Patrick, 1971; Reese, 1979). 공여식물이 방출하는 타감물질들은 식물의 세포분열 및 신장, 식물호르몬에 의한 생장, 막 투과성, 무기양분 흡수, 기공의 기능, 광합성, 호흡 및 산화적 인산화, 수분 흡수, 단백질 합성, 유기산 합성 등에 작용하여 다양한 생리적 교란을 일으킬 뿐만 아니라, 특정 효소의 활성을 촉진 또는 억제함으로써 타 식물의 발아, 생장, 및 개화에 영향을 준다고 보고되었다(Barkosky and Einhellig, 1993; Muller, 1965).
식물의 타감작용은 무엇인가?
식물의 타감작용(alleloapthy)은 특정 식물이 생장하는 과정 중 분비하는 대사물질이 직간접적으로 동일 환경 내에서 다른 식물의 발아와 생장을 억제하거나 촉진시키는 화학적 상호작용으로, 식물개체 혹은 종간 또는 다른 생물군과의 관계에서 나타나는 생리생태적 경쟁전략이다(Fischer et al., 1994; Langenheim, 1994).
참고문헌 (30)
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