초록 ▼

I.제 목 생물기원 화학물질의 신농약 스크리닝 II.연구개발의 목적 및 필요성 식량자원의 안정적 확보를 위하여는 환경친화적이며 고활성 저독성인 신농 약의 개발이 요구되고,이에 따라 다양한 구조의 물질을 대상으로 신농약의 새로운 리드화합물을 찾기 위한 방법으로서,천연물로부터 생리활성물질을 탐색하는 노력 이 활발히 진행되고 있다.본 연구과제는 농특사업,과학재단 목적기초사업,농업 산학협동사업,선도기술개발사업 등을 통하여 국내의 여러 연구자에 의하여 수행되 는 과제에서 파생되는 시료에 대하여 농약으로서의 활성을 평가함으로써 생물기원 화학

I.제 목 생물기원 화학물질의 신농약 스크리닝 II.연구개발의 목적 및 필요성 식량자원의 안정적 확보를 위하여는 환경친화적이며 고활성 저독성인 신농 약의 개발이 요구되고,이에 따라 다양한 구조의 물질을 대상으로 신농약의 새로운 리드화합물을 찾기 위한 방법으로서,천연물로부터 생리활성물질을 탐색하는 노력 이 활발히 진행되고 있다.본 연구과제는 농특사업,과학재단 목적기초사업,농업 산학협동사업,선도기술개발사업 등을 통하여 국내의 여러 연구자에 의하여 수행되 는 과제에서 파생되는 시료에 대하여 농약으로서의 활성을 평가함으로써 생물기원 화학물질의 신농약 개발을 지원하는데 그 목적을 두고 있다.새로운 선도 물질을 창출하기 위하여는 다양한 시료들의 확보 뿐만 아니라 동일 시료에 대하여도 많은 스크리닝의 방법을 동원하여 활성을 확인하는 것이 중요하나,대부분의 시료들이 12종류의 활성만이 검정되고 사장되는 형편이다.그러나 본 연구과제에서 이들 시료에 대하여 제초제,살충제,살균제 등 농약으로서의 활성을 종합적으로 평가함 으로써,생물기원 화학물질의 신농약 개발 확율을 제고시킬 수 있다. III.연구개발의 내용 및 범위 본 과제의 연구목표를 달성하기 위하여1) 시료의 수집,2) 각종 실내검정 또는 온실스크리닝을 통한 제초제,살충제,살균제 분야의 생물검정의 실시,3) 우 수 시료의 진전단계 스크리닝의 실시와 생리활성물질의 분리 동정을 주요 내용으로 하여 연구를 수행하였다. 1.기본 검정체계의 구축과 생리활성 검정 -전국적인 시료 수집 -기본 검정체계 구축 -생물농약 검정법 확립 -제초,살충,살균 활성의 검정 2.생물농약 후보 미생물의 발견 -중복기생균을 이용한 잿빛곰팡이병의 생물학적 방제법 개발 -식물병원균을 이용한 잡초의 생물학적 방제 방법 3.활성물질의 분리 동정 -항균물질인Verlamelin의 분리 -Phytotoxin인PyrenocineA의 분리 -Phytotoxin인phomalactone의 분리 -Fusariumoxysporium이 생산하는phytotoxin -Fusarium속 균주들이 생산하는 항균물질 -식물내생곰팡이가 생산하는 항균물질 IV.연구개발결과 1.기본 검정체계의 구축과 생리활성 검정 생물기원 화학물질의 신농약스크리닝을 위한 제초제,살충제,살균제 분야의 기 본 검정체계를 구축하고3종의 생물농약검정법을 확립하였다.전국의11개 기관 22개 연구팀에서 총7,043점의 시료에 대하여14,516건(제초활성4611,살충활 성 4952,살균활성 4953)이 의뢰되었다.의뢰된 모든 시료에 대하여는 시료의 양이 허용되는 범위 내에서 모든 항목의 실험을 수행하여,결과를 의뢰자에게 신속히 제공하였으며,시료의 양이 부족한 경우는 의뢰받은 항목의 우선 순위대 로 활성을 검정하였다. 2.중복기생균을 이용한 잿빛곰팡이병의 생물학적 방제법 개발 잿빛곰팡이병원균에 중복기생하는AcremoniumstrictumBCP을 분리하였으며,이 미생물은 유묘검정에서 벼도열병,벼잎집무늬마름병,오이잿빛곰팡이병,토마토 역병과 보리흰가루병에 대하여 높은 방제효과를 나타내었다.3회의 포장시험(논 산 딸기시험장에서2회,한농 딸기시험장에서1회) 결과,딸기의 잿빛곰팡이병 을50%이상 방제하였다.현재 동부한농에서 실용화 검토를 위한 포장 시험중이 며,특허가 등록되었다(등록번호0299768,등록일자2001년6월12일). 3.식물병원균을 이용한 잡초의 생물학적 방제 방법 논잡초의 채종포에서 물달개비에 병을 일으키는 병원균을 분리하여,Pythium myriotylum으로 동정하였다.논조건에서 물달개비 뿐만 아니라 여뀌바늘,알방 동사니,사마귀풀,올챙이고랭이 등에도 강한 병원성을 나타냈다.여러 품종의 이앙벼에 대해서는 선택성이 매우 우수하였고,배추,옥수수 등 여러 밭작물에 대한 오염가능성도 매우 적었다.이앙벼 재배시의 일년생 잡초를 방제하기 위한 미생물제초제로서의 가능성이 높아 특허를 출원하였다(출원번호2001-54440,출 원일자2001년9월5일). 4.항균물질인Verlamelin의 분리 잿빛곰팡이병원균인Botrytiscinerea에 중복기생하는Acremoniumstrictum으로 부터 항균물질인 verlamelin을 분리하였다. 이는 cyclopeptide계의 물질로서 Acremonium속에 의한 이 물질의 생성은 최초로 보고되는 것이다.Verlamelin은 invitro에서 도열병균,옥수수깨씨무늬병균,잿빛곰팡이병균 등의 식물병원균 에 대하여 매우 강한 활성을 나타내고,invivo실험에서는 밀붉은녹병과 보리 흰가루병에 대하여 발병억제효과가 높다. 5.Phytotoxin인PyrenocineA의 분리 잔디병원균인 Curvularia inaequalis에 의해 생성되는 phytotoxin으로 pyrenocineA와B라는 두개의 물질을 분리하였다.Curvularia속의 균에 의한 이 들 물질의 생성은 최초로 보고되는 것이다.PyrenocineA는500ppm에서 여러 식 물체 특히 바랭이와 미국개기장에 제초활성을 나타내며,밀녹병에는 강한 방제 효과를 나타낸다.PyrenocineB는 제초활성과 살균활성이 비교적 미약하다. 6.Phytotoxin인phomalactone의 분리 잔디병원균인 Nigrospora sphaerica에 의해 생성되는 phytotoxin으로 phomalactone을 분리하였다.이 물질은 비기주특이적인 제초활성(특히 바랭이와 까마중) 뿐만 아니라 식물병원균에도 길항효과가 있다.감자 및 토마토 역병균 에 특이적으로 높은 길항작용을 나타내며,invivo에서도 감자역병에 대하여 발 병억제효과가 높다.이 물질의 구조를 변화시켜 구조와 활성간의 상관관계를 조 사하고자 합성팀에 구조를 제공하였다.현재까지42개의 유도체가 합성되어 그 살균활성을 조사하고 있다. 7.Fusariumoxysporium이 생산하는phytotoxin Fusarium oxysporium으로부터 phytotoxin을 분리하였다. 이는 구조가 1-(2-hydroxyvinylamino)-hexa-1,5-dien-2-ol로 분자량 155의 신물질(가칭 fusoxydienol)이다.이 물질은1.5 / 에서 좀개구리밥의 생육을50%억제하고, 32 / 에서는 크레스,식용피,피의 뿌리 생장을40 72%억제하는 제초활성을 나타낸다. 8.Fusarium속 균주들이 생산하는 항균물질 식물체에서 분리한 Fusarium속 균주들에서 항균물질들을 분리하였다. Zearalenone은 1000ppm에서 벼잎집무늬마름병과 토마토역병에, 6,8 -hydroxyzearalene은500ppm에서 보리흰가루병에 대하여 효과가 좋으며,이들의 항균활성은 최초로 보고되는 것이다.Equisetin은 500ppm에서 토마토의 잿빛곰 팡이병과 역병을 방제한다. 9.식물내생곰팡이가 생산하는 항균물질 식물체 내에서 분리한 식물내생곰팡이로부터 분리한griseofulvin은125ppm에서 벼도열병, 벼잎집무늬마름병, 밀붉은녹병, 보리흰가루병에,dechlorogriseo- fulvin은 150ppm에서 보리흰가루병을 방제한다.ChaetoviridinA는 벼도열병과 밀붉은녹병(63ppm),토마토역병(250ppm)에,chaetoviridinB는 벼도열병(63ppm) 과 밀붉은녹병(250ppm)에 효과가 높다. V.연구개발결과의 활용계획 생물기원 화학물질의 신농약 스크리닝 서어비스와 탐색 중복기생균을 이용한 잿빛곰팡이병의 생물학적 방제 방법을 희망 기업과 함께 검토 피시움 미리오틸륨 균주를 이용한 잡초의 생물학적 방제 방법을 희망 기업과 함께 검토 항균 및 제초활성을 나타내는 물질의 구조변환을 통한 새로운 리드 화합물의 창출

Abstract ▼

I.Title IntegratedscreeningofNaturalCompoundsforNewAgriculturalPesticides II.ObjectivesandImportanceoftheResearch Notonlyenvironmentallysoundbuthighefficientnewpesticidesare definitelyrequiredforavoidingfoodcrisis.Inordertodevelopthose pesticidesnamed "bio-pesticides",extendedresearchhasbeenconduct

I.Title IntegratedscreeningofNaturalCompoundsforNewAgriculturalPesticides II.ObjectivesandImportanceoftheResearch Notonlyenvironmentallysoundbuthighefficientnewpesticidesare definitelyrequiredforavoidingfoodcrisis.Inordertodevelopthose pesticidesnamed "bio-pesticides",extendedresearchhasbeenconductedto find pysiologically active materials from diverse natural resources. Obtaining natural samples from living materials such as plant and microorganismsanddeterminingtheirbiologicalactivitiesthroughextended screeningsareimportantstepstoachievetheultimategoal.However,only1 or2bio-assayshasbeencurrentlyperformed,andmostsampleshavebeen discardedwithoutobtainingenoughbiologicalinformation.Inthisstudy,an integrated screening combining herbicidal, fungicidal and insecticidal activitywasapplied,andpossibilitiesdevelopingnewliving-material-driven pesticidescouldbeimproved.Theobjectivesofthisstudyaretodetermine biologicalactivities ofrequested livingmaterialsfrom all domestic researchersandtosupportdevelopingnewbio-pesticides. III.ContentsandScopeoftheResearch Themainsubjectsofthisstudyinclude1) samplegathering,2) severallabinvitro/greenhouseinvivoscreenings,3) advancedscreenings for the selected candidates, and 4) fractionation/identification of biologicallyactivematerials. 1.SamplegatheringandScreenings -Country-widesamplegathering -Establishmentofbasicscreening -Bio-pesticidescreening -Herbicide,insecticide,andfungicidescreening 2.Thecandidatesofbio-pesticide -Developmentofbiologicalcontrolmeasureofgreymolddiseasebyusinga hyperparasite -Biologicalweedcontrolusingaplantpathogen 3.Isolationandidentificationofactivesubstances -IsolationandidentificationofVerlamelin -Isolationandidentificationofaphytotoxin,pyrenocineA -Isolationandidentificationofphomalactone -Isolationandidentificationofanewphytotoxin,fusoxydienolfrom Fusariumoxysporium -IsolationandidentificationofantibioticsubstancesfromFusarium species -Isolationandidentificationofantifungalsubstancesfromplant endophyticfungi IV.Results 1.Samplegatheringandscreening Threebio-assaymethodsforconsistingofherbicide,insecticide,and fungicide were constructed to determine biological activityof the requestedchemicalcompoundsdrivenbylivingorganisms.Totalof7,043 domestic samples was requested: 4,616 for herbicide, 4,952 for insecticide,4,953forfungicide;andthosesampleswerefrom22research teamsof11researchinstitutesincludinguniversities.Allrequested bio-assayswereconductedaslongastherequestedamountwasenough,and theassayswereperformedbytherequestpriorityincaseoftheamount wasnotenough.Theassayresultsweredistributedtotherequests immediatelywhentheexperimentdatacomeout. 2.Developmentofbiologicalcontrolmeasureofgreymolddiseasebyusinga hyperparasite AcremoniumstrictumBCP,ahyperparasiteofgreymold,wasisolated fromthecultureplateasaparasiteofthegreymoldfungi.Theisolate showedthegreatdiseasecontrolactivitiesagainstriceblast,rice sheathblight,cucumbergraymold,tomatolateblightandbarleypowdery mildewinvivo.Wehavetriedfieldapplicationofthisisolatetocontrol strawberrygraymoldthreetimes(twiceatNon-Sanstrawberryexperiment station, once at Han-Nong Co. strawberry experiment station). The applicationoftheBCPstraincontrolledthestrawberrygraymolddisease withthecontrolvalueover50%.Currently,fieldapplicationofthis isolateisinprogresstoinvestigatethepracticalapplicationofthe isolateBCPasacommercialbiopesticideinDong-BuHan-Nongcorporation. TheisolatewaspatentedatJune12th,2001(Koreanpatent9299768). 3.Biologicalweedcontrolusingaplantpathogen Apathogenwasisolatedfromapaddyweed,Monochoriavaginalis,and itwasidentifiedasPythiummyriotylum.Itshowedstrongpathogenicityin theweedssuchasMonochoriavaginalis,Ludwigiaprostrata,Cyperus difformis,Aneilemakeisak,andScirpusjuncoides.Severalricecultivars weresafeaftertheinnoculation,andlittlecontaminationoccurredinthe othercroppingareasincludingcabbage,corn.Thispathogenwaspatented foramicro-herbicidetocontrolannualweedsintransplantedrice cultivation(patentno2001-54440,September52001). 4.IsolationandidentificationofVerlamelin Anantifungalsubstance,verlamelin,wasisolatedformastrainof Acremoniumstrictum,amycoparasiteofBotrytiscinerea.Itwasacyclic lipopeptideandfoundfirstinAcremoniumspecies.Verlamelinshoweda potentinvitroantifungalactivityagainstMagnaporthegrisea,Bipolaris maydis,andBotrytiscinerea.Inaddition,itcontrolledeffectively developmentofwheatleafrustandbarleypowderymildew. 5.Isolationandidentificationofaphytotoxin,pyrenocineA Twopytotoxins,pyrenocinesAandB,wasisolatedfromCurvularia inaequalispathogeniconturfgrasses.ItwasfirstreportedinCurvularia species.PyrenocineA,at500 /ml,showedastrongphytotoxicactivity againstleargecrabgrassandfallpanicumofvariousplantstested.It alsoexhibitedapotentantifungalactivityagainstwheatleafrustin vivo.PhytotoxicandantifungalactivitiesofpyrenocineBwasrelatively weak. 6.Isolationandidentificationofphomalactone AphytotoxinwasisolatedfromNigrosporasphaericapathogenicon turfgrassesandidentifiedasphomalactone.Itwasnon-hostspecific phytotoxin,showingastrongherbicidalactivityagainstlargecrabgrass andcocklebur.Phomalactonealsoshowedantifungalactivityagainstplant pathogenicfungi. It specifically inhibited the mycelial growth of Phytophthorainfestans,withanMICvalueof2.5 /ml.Itreducedthe developmentoftomatolateblightcausedbyP.infestans.Inorderto examinestructure-activityrelationship,atotalof42derivativeshave beensynthesizeduntilnowandareinprogresstotesttheirantifungal activities. 7.Isolationandidentificationofanewphytotoxin,fusoxydienolfrom Fusariumoxysporium AnewphytotoxinwaspurifiedfromanisolateofFusariumoxysporium obtainedfrombarnyardgrassanditsstructurewasdeterminedtobe 1-(2-hydroxyvinylamino)-hexa-1,5-dien-2-ol (trivialname=fusoxydienol) Itinhibited50%thegrowthofduckweedat1.5 / .Italsoreduced40 72%rootgrowthofcress,barnyardmillet,andbarnyardgrassat32 / . 8.Isolationandidentification ofantibiotic substancesfromFusarium species Four antifungal substances were purified from two isolates of Fusarium species obtained from plants. They were identified as zearalenone, 8"-hydroxyzearalenone, 6",8"-dihydroxyzearalenone, and equisetinmainlybymassandNMRspectraldata.Zearalenoneshowedgood antifungalactivityinvivoagainstricesheathblightandtomatolate blight at a concentration of 1000 /ml. 6",8"-dihydroxyzearalene inhibitedeffectivelythedevelopmentofbarleypowderymildewat500 /ml.Theantifungalactivityofzearalenoneanditsderivativeswasfirst reported.Inaddition,equisetincontrolledthedevelopmentoftomatogray moldat500 /ml. 9.Isolation and identification of antifungal substances from plant endophyticfungi Fromtwoendophyticfungiobtainedfromplants,fiveantibiotic substanceswere purified and they were identifiedas griseofulvin, dechlorogriseofulvin,chaetoviridinsA,B,andC.Griseofulvin,at125 /ml,inhibitedmorethan90%thedevelopmentofriceblast,ricesheath blight,wheatleafrust,andbarleypowderymildew.Dechlorogriseofulvin controlledeffectivelythedevelopmentofbarleypowderymildewat150 /ml.ChaetoviridinAshowedapotentantifungalactivityinvivoagainst riceblast,wheatleafrust,andtomatolateblight.ChaetoviridinB exhibitedgoodantifungalactivityinvivoagainstriceblastandwheat leafrust. V.Recommendation Screeningforchemicalsdrivenbylivingorganismsanddeveloping bio-pesticides Investigationofthecommercializationofthehyperparasitetocontrol thegreymolddiseasewiththeappropriatecompanies IndustrialapplicationofbiologicalweedcontrolusingPythium myriotylumMD2 Creatingtheleadcompoundsthroughstructuralmodificationand optimizationofthematerialsshowingantifungalandherbicidalactivity

목차 Contents

• 제 1 장 서론...18
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...24
• 제 3 장 스크리닝의 기반구축...31
• 제 1 절 시료수집의 기반 구축...31
• 제 2 절 생리활성 평가를 위한 기본 검정체계의 설정...148
• 제 3 절 생물검정법의 확립을 위한 연구...158
• 1. 천연물의 농약활성 검정법 확립...158
• 2. 생물체의 농약활성 검정법 확립...173
• 제 4 장 생물검정의 실시...191
• 제 1 절 시료의 의뢰 현황과 검정 건수...191
• 제 2 절 제초활성의 검정...193
• 제 3 절 살충활성의 검정...230
• 제 4 절 살균활성의 검정...236
• 제 5 절 토양 및 식물체로부터 분리한 Fusarium속 균주들의 생물활성...240
• 제 6 절 식물내생진균의 항균, 살충 및 제초 활성...258
• 제 5 장 생리활성물질의 분리...282
• 제 1 절 Helminthosporium속 균주에서 분리한 ophiobolins의 식물병원균 및 식물에 대한 생물활성...282
• 제 2 절 AA4 분획물의 제초활성...301
• 제 3 절 목초액으로부터 제초활성 물질의 분리 및 동정...307
• 제 4 절 Fusarium oxysporium BG가 생산하는 새로운 제초활성 물질인 fusoxydienol의 분리 및 구조동정...320
• 제 5 절 잔디병원균 Nigrospora sphaerica가 생산하는 phytotoxin...326
• 제 6 절 Nigrospora sphaerica에서 분리한 phomalactone의 식물병원균에 대한 항균활성...340
• 제 7 절 Zoysiagrass로부터 분리한 Cuvularia inaequalis의 병원성 및 pyrenocine의 생성...355
• 제 8 절 Fusarium속 균주로부터 분리한 equisetin, zearalenone 및 8-hydroxyzearalenone의 항균활성...374
• 제 9 절 식물내생진균으로부터 항진균물질의 분리 및 동정...386
• 제 10절 잿빛곰팡이병균의 mycoparasite인 Acremonium strictum균주로부터 verlamelin의 분리 및 동정...444
• 제 6 장 생리활성 미생물...449
• 제 1 절 잿빛곰팡이병균의 중복기생균인 신규 Acremonium strictum BCP 균주 및 이를 이용한 잿빛곰팡이병의 생물학적 방제 방법...449
• 제 2 절 물달개비 병원균인 Pythium myriotylum MD2를 이용한 논잡초 방제...465
• 제 7 장 연구개발 성과 현황...481