수종의 귀화식물 수용성추출물의 제초 및 항균 활성 탐색
1)
현도경*․송진영*․김태근*․정대천**․송상철**․강영식*․
차진우*․이희선*․양영환***․김현철*****․송창길****
Herbicidal and Antifungal Activities of the aqueous extracts of Several Naturalized Plants
Hyoun, Do-Gyoung․Song, Jin-Young․Kim, Tae-Keun․Jung, Dae-Cheon․
Song, Sang-Churl․Kang, Young-Sik․Cha, Jin-Woo․Lee, Hee-Sean․
Yang, Young-Hoan․Kim, Hyoun-Chol․Song, Chang-Khil
The study researched germination of the plants and growth of experimented bacteria according to concentration of water extract in order to provide basic data for developing natural agricultural resources by using naturalized plants including Solidago altissima, Amaranthus retroflexus and Sida spinosa. As concentration of water extract increased, most of test plants showed a decrease in relative germin- ability. Sida spinosa(r = -0.540, p＜0.01), Physalis wrightii(r = -0.693, p＜0.01), Amaranthus retroflexu(r = -0.724, p＜0.01), Solidago altissima(r = -0.728, p＜0.01) and Eclipta prostrata(r = -0.779, p＜0.01) showed tendency of decrease in relative germinative power in order, respectively. For average germination period, as con- centration of the processed group increased, the time for germination increased (r
= 0.769, p＜0.01) and according to donor plants and test plants, there was a little difference. Also, as concentration of water extract of donor plant, length of above- aerial part(r = -0.587, p＜0.01), length of underground part(r = -0.741, p＜0.01), fresh weight(r = -0.574, p＜0.01) and generation of root hair decreased. An then, for growth of test fungi according to concentration of water extract of donor plants, growths of Botrytis cinerea(r = -0.266, p＜0.05), Diaporthe citri(r = -0.323 p
＜0.01), Colletotrichum gloeosporioides(r = -0.512, p＜0.01), Pythiumultimum(r = -0.581, p＜0.01) and Rhizoctonia solani(r = -0.806, p＜0.01) were repressed in
* 제주대학교 식물자원환경전공(농학과) ** 제주특별자치도 농업기술원
*** 제주특별자치도 한라산연구소
**** Corresponding author, 제주대학교 식물자원환경전공([email protected])
***** Corresponding author, 제주특별자치도 한라산연구소([email protected])
order, respectively. For total amount of content of phenol with herbicidal and Antifungal activities, S. altissima 17.3±0.5mg/g, A. retroflexus 13.1±0.3mg/g, P.
wrightii 12.0±0.4mg/g, S. spinosa 9.5±0.1mg/g and E. prostrata L. 4.1±0.1mg/g showed in order, respectively. As these results are summarized, donor plants which were naturalized, have competitive advantage because they release phenolic com- pounds with allelopathic effect and affect on germination, growth and fungi growth on underground flora compared to native plants and they have eligibility for natural herbicide and germicide.
Key words : naturalized plants, allelopathic effect, herbicidal, antifungal activities, phenolic compounds
Ⅰ. 서 론
지형 ․ 지리적 특수성을 보이는 제주도는 섬이라는 특수성으로 인해 격리된 생태계를 가 져 특유의 생물상을 가지고 있다. 제주도에 분포하는 식물은 167과 1,990분류군으로 그중 37과 205분류군이 귀화식물에 속하며 국내 분포하는 귀화식물의 약 71%가 분포하고 있다.
귀화식물들은 최근에도 국가 간 교역증가와 인간의 왕래 등이 빈번해짐에 따라 지속적으 로 증가하는 추세이며 자생식물 보다 폭넓은 발아조건, 개화의 신속성, 높은 환경적응력 등 을 바탕으로 경쟁적 우위를 차지하고 있으며, allelochemicals라는 타감물질을 생성하여 여 러 가지 방출기작을 통해 주변지역에 방출시킴으로서 작물이나 자생식물의 종자 발아와 생장을 억제하기 때문에 귀화식물의 분포지역에는 일반적으로 자생식물의 빈도수가 낮게 나타난다(Aber et al., 1991; Given, 1994; Duke, 1986). 특히 가시비름(Amaranthus spinosus) 개 망초(Erigeron annuus), 망초(Erigeron canadensis), 비름(Amaranthus mangostanus), 돼지풀 (Ambrosia artemisiifolia var. elatior), 토끼풀(Trifolium repens) 등은 주변식물의 생장을 억제 하는 allelochemicals를 함유하고 있다(Kang et al., 2008; Kim and chang, 1998; Kim and Kim, 2001; Lee, 1997). 이 allelochemicals는 일반적으로 식물 간 서식지를 공유함에 있어 한 식물 체가 만들어내는 식물생리활성물질로 근접종자의 발아와 생장, 토양 미생물의 생장에 영향 을 주어 식물군락의 형성과 천이, 작물의 생산 등에 관여하는데 이러한 생화학적 상호작용 을 알레로패시(allelopathy)라 한다(Kim and Lee, 1996). 최근 생활여건이 크게 변화되면서 잡초군락 형태가 귀화식물 단순군락 형태로 변화 되고 있다. 이는 농촌노동력 부족은 물론 잡초의 활용가치가 낮아지므로 생활주변의 식생이 방치되면서 덩굴성 또는 대형 위해잡초 들이 서서히 종자를 생산할 기회가 많아져 자연생태계 내에 자리 잡아 알레로패시 현상을 발현하기 때문에 단순 귀화식물 군락 형태로 변화되고 있다(Oh, 2009).
식물의 allelochemicals 중 일부 물질들은 병해충 및 종자 발아억제에 선택성을 보이며, 대 표적 생물 및 환경에는 거의 해가 없으면서, 합성농약처럼 작물에 처리할 수 있다. 따라서
과거에는 allelopathy를 다만 식물생태학적인 측면만으로 연구해 왔지만 최근에 국제식품규 격위원회(CODEX)에서 제정한 “유기식품의 생산, 가공, 표시, 유통 등에 관한 Codex 가이드 라인”을 보면 잡초방제에 있어 유기합성 제초제의 사용을 금지하면서 allelochemicals를 이 용한 친환경 농자재로 개발하려는 많은 연구가 진행되고 있다. 친환경 농자재의 종류는 살 충, 살균, 생육 등 대응재로 구분이 되는데 대부분이 미생물, 광물 등을 이용한 살충과 살 균, 생육에 대한 연구만 진행되고 있으며 최근에야 귀화식물 추출물에 대한 종자 발아 억 제 및 항균활성에 대해 점진적으로 연구가 진행 중이다. 따라서 본 연구는 친환경 농자재 개발의 기초자료를 제공하고자 제주지역에 귀화식물 군락을 이루는 털비름(Amaranthus retroflexus), 양미역취(Solidago altissima), 공단풀(Sida spinosa) 등에서 유래된 수용성추출액 의 식물 발아억제 및 항균활성을 조사하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 시료채취 및 처리공여체식물(Donor plant)인 양미역취(Solidago altissima), 털비름(Amaranthus retroflexus), 노 란꽃땅꽈리(Physalis wrightii)는 제주시 오등동에 위치한 경작지 및 초지에서 채집하였고 한 련초(Eclipta prostrata)는 제주시 금악리에 위치한 폐경작지, 공단풀(Sida spinosa)은 제주시 저지리에 위치한 도로변에서 채집하여 전초를 3cm정도로 잘라 음건하여 사용하였다. 검정 식물(Test plant)은 제주도내 도로변이나 목장일대에 분포하는 들묵새(Festuca myuros), 만수 국아재비(Tagetes minuta), 서양금혼초(Hypochoeris radicata)로 정하였고 이들의 종자는 실험 하는 당년에 채집하여 실내 암소에 보관하여 사용하였다.
2. 수용성 추출액 준비
수용성 추출액 준비는 Kil과 Yoo(1996)의 방법에 의해 공여체식물을 음지에서 건조시킨 전초를 분쇄하여 건중량 100g당 1,000㎖의 증류수를 넣어 실온에서 24시간 동안 방치한 후 여과하여 사용하였다. 여과된 추출액을 100%로 하여 증류수로 75%, 50%, 25%로 희석하여 한천배지를 만들어 실험에 사용하였고, 대조구는 24시간 전에 받아둔 증류수를 사용하여 한천배지를 만들어 사용하였다.
3. 수용성 추출액에서의 발아실험
공여체식물의 수용성 추출액 농도에 대한 검정식물의 발아 실험은 3회 반복실험으로 하 였고 Petri dish(∅ 9㎝)에 검정식물의 종자를 일정한 간격으로 20립씩 파종하여 실시하였다.
검정식물의 상대발아율(Relative Germination Ratio, RGR), 평균발아일수(Mean Germination Time, MGT)와 유식물의 지상부, 지하부의 상대신장율(Relative Elongation Ratio, RER), 상대 생체율(Relative Fresh weight Ratio, RFR) 등은 파종 후에 종에 따라 2~5㎝ 유식물이 생장되 었을 때 이를 수확하여 산출하였으며 광학현미경하에서 공여체식물의 추출액 농도에 따른 검정식물의 뿌리털의 발달을 관찰하였다(Kil, 1988; Scott et al., 1984).
상대발아율(RGR) = 실험구의 발아수
× 100 대조구의 발아수
발아지수(GI) = ∑(치상후 조사일수 × 조사당일 발아수) 공시종자수
평균발아일수(MGT) = ∑(치상후 조사일수 × 조사당일 발아수) 총 발아수
발아속도계수(CVG) = MGT(발아소요일수)의 역수
상대신장율(RER) = 실험구의 평균신장(㎜)
× 100 대조구의 평균신장(㎜)
상대생체율(RER) = 처리구의 생체량(g)
× 100 대조구의 생체량(g)
4. 수용성 추출액에서의 항균실험
작물 병원균인 Botrytis cinerea, Colletotrichum gloeosporioides, Diaporthe citri, Pythium ultimum, Rhizoctonia solani는 제주대학교 작물보호학실험실에서 분양 받아 실험에 사용하였 고, 대조구는 증류수 900ml에 potato dextrose agar 39g과 Agar 5g을 넣어 조제하였고, 실험구 는 동일한 배지에 수용성 추출액을 농도별로 넣고 고압 멸균하여 Petri dish(∅ 9㎝)당 약 25
㎖ 정도의 배지를 분주하여 사용하였다. 공시 작물 병원균 균주를 1주일에서 2주 동안 배 양한 다음 Cork borer(∅ 5mm)를 이용하여 동일한 크기의 균총을 취해서 평판한 배지의 가운 데에 치상하여 배양한 후 colony diameter를 측정하여 균의 생장정도를 조사하였다(Costilow, 1981).
5. 수용성 추출액에서의 총 페놀함량 분석
수용성 추출액의 총 페놀함량은 Prussian blue법(Graham, 1992)으로 3회 반복 측정하였고, 토 양과 공여체식물의 수용성 추출액 100㎕에 증류수 3㎖, 0.01M FeCl
3
/0.1N HCL 1㎖, 0.016M K3
Fe(CN)6
1㎖을 혼합하여 진탕한 후 실온에서 15분간 방치 후 stabilizer(H2
O : 1% gum arabic : 85% phosphoric acid = 3:1:1, v/v/v) 5㎖를 첨가한 후 700nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 페놀함량은 gallic acid를 이용하여 검량곡선을 작성하고 gallic acid에 대한 당량으로 환산하 였다.Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 수용성 추출액에서의 발아실험공여체식물의 수용성 추출액 농도에 따른 검정식물의 발아에 대해 조사한 결과, 대부분 검정식물은 농도가 증가함에 따라 대조구에 비해 발아율이 순차적으로 감소를 보이는데 S.
spinosa(r = -0.540, p＜0.01), P. wrightii(r = -0.693, p＜0.01), A. retroflexus(r = -0.724, p＜0.01), S. altissima(r = -0.728, p＜0.01), E. prostrata(r = -0.779, p＜0.01) 순으로 억제 경향이 높은 것 으로 조사되었다(Fig. 1). 즉 공여체식물 중 S. spinosa 수용성추출액의 농도가 증가됨에 따 라 검정식물들이 민감하게 반응하여 억제의 경향이 높은 것으로 판단된다. 검정식물 T.
minuta에 대한 공여체식물의 추출액이 발아에 미치는 영향을 100% 처리구를 기준으로 상 대발아율을 보면 S. spinosa 62%, A. retroflexus 44%, P. wrightii 36%, S. altissima 18%, E.
prostrata 10% 순으로 상대발아율이 감소하는 것으로 조사되었다. 반면 검정식물 H. radicata 인 경우는 100% 처리구에서 A. retroflexus 4%, S. spinosa 2% 발아가 되었고 S. altissima, P.
wrightii, A. retroflexus은 75% 이상부터 전혀 발아되지 않았다. 이는 H. radicata(r = -0.788, p
＜0.01)인 경우 공여체식물 추출물에 대해 T. minuta(r = -0.732, p＜0.01) 보다 민감하게 반응 하여 억제의 경향이 높은 것으로 분석되었다(Fig. 1). Bae와 kim(2003)은 수종 나자식물 잎 의 수용성 추출액이 무궁화 품종별 발아 및 초기 유식물 생장을 조사한 결과 검정식물이 같은 부용속(Hibiscus spp.) 일지라도 동일 수용성 추출액에 대해 발아와 생장의 차이를 보 인다고 한다. 따라서 공여체식물의 종류, 검정식물의 종류에 따라 농도별 서로 다른 억제 정도의 차이를 보인다(Table 1).
검정식물의 대조구에 비해 처리구 농도가 증가함에 따라 발아하는데 소요되는 시간이 증가하는 경향을 보인다(r = 0.769, p＜0.01). 검정식물 F. myuros인 경우 무처리구에서 6.1일, P. wrightii 수용성추출물 처리시 25% 처리구 12.3일, 50% 처리구 18.2일, 75% 처리구 19.7
일, 100% 처리구 21.6일순으로 증가하는 것으로 분석이 되었다(Table 1). 공여체식물 추출 액 처리시 검정식물 F. myuros에 대한 평균발아일수를 보면 S. altissima 100% 처리구에서 26.0일로 약 20일 정도 평균발아일수가 증가하였고 P. wrightii 21.6일로 약 15일이 증가되었 으며 E. prostrata 19.9일, S. spinosa 14.6일 순으로 조사되었다. T. minuta도 공여체식물 추출 액 농도가 증가함에 따라 평균발아일수가 증가하는 것으로 분석되었다(r=0.725, p＜0.01).
반면 H. radicata인 경우는 수용성추출액 농도 증가에 따라 평균발아일수가 증가하는 것으 로 추정이 되나 평균발아율이 매우 낮고 종자의 성숙도, 크기, 활력도 차이 등 다양한 요인 의 영향으로 유의성이 없는 것으로 분석되었다. 발아속도계수는 발아소요일의 역수로 30일 의 가중치를 부여한 것으로 수용성 추출액의 농도가 증가할수록 감소하는 것으로 나타났 다(Fig. 1).
Table 1. MGT, GI, CVG of test plants in petri dishes with different concentrations of extracts from donor plants
Test Plants Donor
plants Concentration Mean germination time(MGT)
Germination index(GI)
Coefficient of velocity of germination(CVG)
Festuca myuros
Cont. 6.1 4 5
Solidago altissima
25% 12.2 3.2 2.5
50% 18.2 4.6 1.6
75% ND ND ND
100% 26 2.6 1.2
Amaranthus retroflexus
25% 10.8 5.7 2.8
50% 11.4 4.3 2.6
75% 24 1.2 1.3
100% ND 0 ND
Physalis wrightii
25% 12.3 4.6 2.4
50% 18.2 6.2 1.6
75% 19.7 3.7 1.5
100% 21.6 2 1.4
Sida spinosa
25% 12 3.6 2.5
50% 10.1 5.1 3
75% 14.9 4 2
100% 14.6 5.9 2.1
Eclipta prostrata
25% 14.5 5.9 2.1
50% 13 4.2 2.3
75% 17.3 2.3 1.7
100% 19.9 2.4 1.5
Test Plants Donor
plants Concentration Mean germination time(MGT)
Germination index(GI)
Coefficient of velocity of germination(CVG)
Tagetes minuta
Cont. 3.6 2.9 8.3
Solidago altissima
25% 6.6 5.1 4.6
50% 15 10.7 2
75% 22.4 7.8 1.3
100% 23.2 3.7 1.3
Amaranthus retroflexus
25% 5.4 4.4 5.6
50% 6.9 4.9 4.3
75% 11 6.3 2.7
100% 7.2 2.8 4.2
Physalis wrightii
25% 5.7 3.9 5.3
50% 5.3 3 5.7
75% 10.8 3.7 2.8
100% 17.7 7.2 1.7
Sida spinosa
25% 6.5 5.3 4.6
50% 7.3 2.3 4.1
75% 7.1 3.4 4.2
100% 14 7.1 2.1
Eclipta prostrata
25% 4.4 2.4 6.9
50% 7.4 3.7 4
75% 15.4 8.1 1.9
100% 21.2 5.3 1.4
Hypochoeris radicata
Cont. 3.7 3.1 8.1
Solidago altissima
25% 16.2 2.3 1.9
50% 5 0.3 6
75% ND ND ND
100% ND ND ND
Amaranthus retroflexus
25% 4.1 1.2 7.4
50% 6.7 0.6 4.5
75% 8 1.2 3.8
100% 14.5 0.7 2.1
Physalis wrightii
25% 4.2 0.5 7.2
50% 3 0.2 10
75% ND ND ND
100% ND ND ND
Sida spinosa
25% 18.2 3 1.7
50% 24 3.6 1.3
75% 10 0.5 3
100% 10 0.5 3
Eclipta prostrata
25% 6.4 0.9 4.7
50% 23 1.2 1.3
75% ND ND ND
100% ND ND ND
* ND : Not Detected
0 20 40 60 80 100 120
SA AR PW SS EP
Cont 25% 50% 75% 100%
Plant species
ab
c
dd a
b b
b b
a
bb
c c
a
b ab
b ab
a
b b
c c
Festuca myuros
*
Re la ti ve g e rm in a ti o n r atio (% )
0 20 40 60 80 100 120
SA AR PW SS EP
Cont 25% 50% 75% 100%
a a
ab
b
b a a
ab
b
c a
b
c cd d
a b
c bc
abc a
b bb
c
Tagetes minuta L.
Plant species
Rel a ti ve g ermin a tio n r atio (% )
0 20 40 60 80 100 120
SA AR PW SS EP
Cont 25% 50% 75% 100%
a
b cc c
a
b
c c c
a
b bb b
a
b
c c c
a
b
cc c
Hypochoeris radicata L.
R e la ti ve g e rm ina ti o n r a ti o (% )
Plant species
Fig. 1. Relative germination ratio of test plants grown in petri dishes with various concen- trations of aqueous extracts from donor plants.
S.a : Solidago altissima, A.r : Amaranthus retroflexus, P.w : Physalis wrightii, S.s : Sida spinosa, E.p : Eclipta prostrata
The different letters are significantly different at 5% level DMRT.
2. 수용성 추출액에서의 유식물의 생장
공여체식물의 수용성 추출액에서 유식물의 기관별 생장을 분석한 결과 대부분 검정식물 의 지상부(r = -0.587, p＜0.01), 지하부의 길이(r = -0.741, p＜0.01)와 생체량(r = -0.574, p＜
0.01)은 대조구에 비해 모든 처리구에서 농도가 증가함에 따라 감소되는 경향을 보인다. 검 정식물 별로는 공여체식물의 수용성 추출액에서 유식물의 기관별 생장을 보면 F. myuros인 경우 농도가 증가함에 따라 지상부 r = -0.650, p＜0.01, 지하부 r = -0.736, p＜0.01, 생체량 r = -792, p＜0.01의 상관을 보이고 H. radicata는 지상부 r = -767, p＜0.01, 지하부 r = -766, p＜
0.01, 생체량 r = -777, p＜0.01의 상관을 보였다. 반면 T. minuta인 경우 지상부 r = -0.818, p＜
0.01, 지하부 r = -0.730, p＜0.01만 상관을 보인 것으로 분석되었다. 공여체식물 농도에 따른 검정식물 F. myuros 지상부 생장을 보면 S. altissima 수용성 추출액인 경우 25% 처리구에서 는 대조구에 비해 99.0%, 50% 처리구에서 80.0%, 75% 처리구에서 17.7%로 조사된 반면 지 하부인 경우 25% 처리구에서 8.9%, 50% 이상 처리구에서는 0.0%로 지하부가 발달되지 않 았다(Fig. 3). 또한 F. myuros인 경우는 모든 공여체식물에 대해 50% 이상 처리구에서 지하 부가 발달 되지 않는 것으로 분석되었다. 검정식물인 T. minuta와 H. radicata인 경우도 공 여체식물 수용성추출액 농도가 증가됨에 따라 지상부 보다 지하부 생장 억제가 높은 것으 로 나타났다(Fig. 2, Fig. 3). 이는 김 등(2008)과 강 등(2008)은 귀화식물인 왕도깨비가지 (Solanum viarum), 가시비름(Amaranthus spinosus)의 수용성 추출액이 유식물에 미치는 영향 을 조사하였는데 수용성 추출액이 농도가 증가함에 따라 지하부가 지상부보다 민감하게 반응한다는 결과와 동일하였다. 지상부와 지하부 생장의 통합지표인 수용성 추출액에 따른 생체량의 변화는 농도가 증가됨에 따라 F. myuros와 H. radicata는 순차적인 감소를 보이는 반면 T. minuta는 감소를 보이지 않는 것으로 분석되었는데 이는 종자의 성숙도, 크기, 활력
도 차이 등 다양한 요인으로 생각된다.
Donor plants
Test Plants
Festuca myuros Tagetes minuta Hypochoeris radicata
S.a
A.r
P.w
S.s
E.p
Fig. 2. Growth of test plants in petri dishes with different concentrations of extracts from donor plants.
Key to species as Fig. 1.
Festuca myuros Tagetes minuta L. Hypochoeris radicata L.
S.a
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
ab a
b
c c
a
b b b b
a*
a
b
b b
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a
b
c
cd d
a
b
b b b
a a
a
a a
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Cont.
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a
b
c c c
a
b
c c c
a
b
c
c c
A.r
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Concentration(%)
R e la tive e lo ng ati o n rat io (% ) R e la tive e lo ng ati o n rat io (% ) R e la ti ve f re sh we ig h t rat io (% ) R e la ti ve f re sh we ig h t rat io (% )
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a
b a
a a
b b
b b
b b
c c
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a
b
c c c
a
b b b b
a a
a
ab
b
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a a
b
b b a
b b
c c
a a
ab
b b
P.w
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a a
a
a
b b
b
b b b
a
ab ab
bc c
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a
b
b b
b a
b b b b
a a
a a
a
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Cont.
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a
b
b b b
a
b b
c c
a
b b
b b
S.s
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Cont.
R e la tive e lo ng ati o n rat io (% ) R e la tive e lo ng ati o n rat io (% ) R e la ti ve f re sh we ig h t rat io (% ) R e la ti ve f re sh we ig h t rat io (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
b
a a
ab b a
b b b b
a ab
ab
b b
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120 140
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a
b bc
b
c a
b b b b
a a
a
a a
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a ab
c bc
c a
b
c c c
a a
ab
b b
E.p
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a a
a
b b a
b b b b
a
b b
b b
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Cont.
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
a b
c cd
d a
b b b b
a a
a ab
b
0 50 100 150 200
무처리 25% 50% 75% 100%
0 20 40 60 80 100 120 140
R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la ti ve e lo n g atio n rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% ) R e la tive f re sh w e ig h t rati o (% )
Cont.
Concentration(%)
Cont. 25 50 75 100
Shoot Root Shoot Root
b a
c
c c
a
b c c c
a
b
c c
c
Fig. 3. Relative elongation ratio of test plants grown in petri dishes with various concen- trations of water extracts from donor plants. Key to species as Fig. 1. The differ- ent letters are significantly different at 5% level DMRT.
Test plants Donor plants
Concentration S.a A.r P.w S.s E.p
F.m
Cont
25%
50%
75%
100%
T.m
Cont
25%
50%
75%
100%
H.r
Cont
25%
50%
75%
100%
Fig. 4. Development of test plants root hairs with different concentrations of water ex- tracts from donor plants.
Scale bar = 200㎛, Key to species as Fig. 1.
3. 수용성 추출액에서의 뿌리털 발달
식물체의 영양분, 무기염류, 수분의 흡수를 담당하는 기관은 뿌리털로 공여체식물의 수 용성 추출액 농도에 따른 유식물의 뿌리털 발달을 보면 각 검정식물 종에 따라 억제 정도 는 다르지만 농도가 증가함에 따라 뿌리털의 길이, 단위면적당 뿌리털의 수가 억제되었다 (Fig. 4.). Parthenium의 수용성추출액은 검정식물의 뿌리생장을 억제하고(Mersie and Singh, 1987) 수용성추출액 농도에 따라 뿌리의 생장에 서로 다른 영향을 준다는 보고(Pardates and Dingal, 1988; Hazeborek et al., 1989; Heisey, 1990)와 일치하였다. 특히 검정식물인 F.
myuros인 경우 공여체식물 E. prostrata 25% 처리구 이상에서 뿌리털이 발생하지 않았고 S. altissima, A. retroflexus, P. wrightii, S. spinosa은 50% 처리구 이상부터 뿌리털이 발생하지 않았다. 또한 나머지 검정식물인 T. minuta와 H. radicata도 비슷한 경향을 보였다. 따라서 검정식물이 토양에서 착근되거나 수분, 영양분을 흡수할 수가 없고 착근이 된다하더라도 뿌리의 발달이 빈약하여 생장이 억제될 것으로 사료된다.
B.C C.G D.C P.U R.S
S.a
A.r
P.w
S.s
E.p
Fig. 5. Colony diameter of fungi taxa grown in PDA medium with different concentration of water extracts from donor plants
B.C : Botrytis cinerea, C.G : Colletotrichum gloeosporioides, D.C : Diaporthe citri, P.U : Pythium ultimum, R.S : Rhizoctonia solani
Key to species as Fig. 1.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
SS PW EP AR SA
Cont. 25% 50% 75% 100%
RG R (% )
Species
BCaa a
a a
a a
a a a
a a
a a
a a
a
b b b
a a
a a a
*
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
SS PW EP AR SA
Cont. 25% 50% 75% 100%
RG R (% )
PU
a b
c d
d ab
c d
e a a a
b b ab b
cd a
b c
d e
Species
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
SS PW EP AR SA
Cont. 25% 50% 75% 100%
RG R (% )
CG
a b b b
c a a
b cc
aa aba
b a
b bb b a
b c cc
Species
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
SS PW EP AR SA
Cont. 25% 50% 75% 100%
RG R (% )
RS
aa bb
b a
b bcbc
c a
ab b
bc c
a
bc bc
b c
a
b bcbc
c
Species
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
SS PW EP AR SA
Cont. 25% 50% 75% 100%
RG R (% )
DC
ab c cc
a
b abaa a
a a aa a
c cbcb a
b ccc
Species
Fig. 6. Colony diameter of fungi taxa grown in PDA medium with different concentration of water extracts from donor plants
Key to species as Fig. 1.
BC : Botrytis cinerea, CG : Colletotrichum gloeosporioides, DC : Diaporthe citri, PU : Pythium ultimum, RS : Rhizoctonia solani
The different letters are significantly different at 5% level DMRT.
4. 수용성 추출액의 항균활성
공여체식물의 수용성추출액 농도 증가에 따른 검정 병원균 생장을 상관분석한 결과 Rhizoctonia solani(r = -0.806, p＜0.01), Pythium ultimum(r = -0.581, p＜0.01), Colletotrichum gloeosporioides(r = -0.512, p＜0.01) Diaporthe citri(r = -0.323 p＜0.01), Botrytis cinerea(r = -0.266, p＜0.05) 순으로 조사되었다(Fig. 5.). 검정병원균에 대한 공여체식물의 억제활성을 보면 P. ultimum 병원균에 대해 강한 생장 억제를 보이는 것은 S. altissima 수용성 추출액으 로 농도가 증가함에 따라 병원균의 생장은 r = -0.957 p＜0.01로 감소하는 것으로 분석되었 고 100% 처리구에서 약 85.3% 생장억제가 된 것으로 나타났다(Fig. 6). 또한 B. cinerea 병원 균에 대해서는 A. retroflexus(r = -0.926 p＜0.01)으로 100% 처리구에서 61.0%가 감소하였으 며 C. gloeosporioides인 경우 S. altissima(r = -0.819 p＜0.01)로 58.9%가 감소하였으며 D. citri 인 경우 A. retroflexus 50% 처리구에서 42% 감소하여 농도 증가에 따른 유의성은 보이지 않았다. 그리고 R. solani은 P. wrightii(r = -0.819 p＜0.01)로 100% 처리구에서 44.7%가 감소 하였다(Fig. 5, 6). 따라서 공여체식물의 추출액에 따라 병원균 억제 활성이 다르고 추출액 의 농도에 따라 억제 정도의 차이를 보여 차후 제주도내 자생식물 및 귀화식물을 추가하여 항균활성에 대한 적정 유효농도 산출 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.
5. 수용성 추출액의 총 페놀 함량
식물체 내의 페놀 화합물들은 일반적으로 acid계통이며 shikimic acid 경로를 통해 생성되 어 외부로 배출되는 수용성물질이며(Duke, 1986) 이것이 다른 식물에 작용하게 되므로 수 용체식물 추출액의 총 페놀함량을 측정하였다. 총 페놀함량은 gallic acid를 이용하여 검량 곡선(y = 35.442x - 0.0287, R
2
= 0.9992)을 작성하고 gallic acid에 대한 당량으로 환산하였다.그 결과 S. altissima 17.3±0.5mg/g, A. retroflexus 1.3±0.3mg/g, P. wrightii 12.0±0.4mg/g, S.
spinosa 9.5±0.1mg/g, E. prostrata 4.1±0.1mg/g 순으로 분석되었다(Table 2). 타 공여체식물인 총 페놀 함량을 비교하여 보면 Amaranthus spinosus 5.9±0.2mg/g, Perilla frutescens var. acuta 6.0±0.1mg/g, Oenothera biennis 7.8±0.3mg/g, Melilotus suaveolens 9.0±0.7mg/g으로 공여체식물 중 E. prostrata를 제외한 나머지 수종에서 높은 수치를 보였다. 식물체의 총 페놀 함량은 검정 식물의 발아 및 유식물 생장, 항균활성에 관계가 있다고 한다. 따라서 총 페놀 함량에 따라 공여체식물에 등급을 주어 발아율에 대한 상관분석을 한 결과 검정식물 F. myuros에 서만 역의상관(r = -0.288, p＜0.05)을 보이는 것으로 나왔으며 다른 검정식물에서는 유의성 을 보이지 않았다. 또한 실험균의 항균효과에 대한 총 페놀 함량을 상관 분석한 결과 R.
solani r = -0.380, p＜0.01, P. ultimum r=-0.587, p＜0.01, D. citri r=-0.641, p＜0.01, C. gloeo- sporioides r=-0.838, p＜0.01 순으로 r-square 값이 증가하여 공여체식물의 총 페놀 함량이 증 가함에 따라 항균효과가 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 B. cinerea의 항균효과와는 상 관을 보이지 않았다. 이는 제초 및 항균활성을 보이는 allelochemicals 중 하나인 페놀화합물 이 자연 상태에서 낙엽이나 빗물에 의해 세탈되어 수관 내 토양에 비활성화 상태로 잔존하 거나 다른 물질과 결합하여 타식물 종에 따라 발아, 유식물의 생장, 미생물의 생장 등의 서 로 다른 영향을 주는 것으로 판단된다.
이와 같은 결과를 종합하여 보면 공여체식물의 수용성 추출액은 제초 및 항균활성 효과 를 보임으로써 유기농업분야에서 천연 제초제 및 천연 살균제로 활용 가능성이 있다고 판 단되나 자연상태에서 토양미생물, 온도, 습도 등 다양한 환경인자의 영향으로 활성이 변화 될 수 있으므로 차후 자연상태에서의 실증실험이 진행되어야 할 것이다.
Table 2. Total phenolic compounds of water extracts analyzed from donor plants
S.a A.r P.w S.s E.p
Total phenol content (mg/g) 17.3±0.5 13.1±0.3 12.0±0.4 9.5±0.1 4.1 ±0.1
S.a : Solidago altissima, A.r : Amaranthus retroflexus, P.w : Physalis wrightii, S.s : Sida spinosa, E.p :
Eclipta prostrata
Ⅳ. 적 요
본 연구는 귀화식물인 Solidago altissima, Amaranthus retroflexus, Sida spinosa 등을 이용하 여 친환경 농자재로 개발하기 위한 기초자료를 제공하기 위해 수용성 추출액의 농도에 따 른 수용체 식물의 발아 및 유식물 생장과 실험 병원균의 생장을 조사하였다.
공여체식물에 따른 수용성 추출액 농도가 증가됨에 따라 대부분 검정식물의 상대발아율 은 감소하는 경향을 보이는데 S. spinosa(r = -0.540, p＜0.01), Physalis wrightii(r = -0.693, p＜
0.01),
A. retroflexus
(r = -0.724, p＜0.01),S. altissima
(r = -0.728, p＜0.01),Eclipta prostrata
(r = -0.779, p＜0.01) 순으로 감소하는 경향이 큰 것으로 조사되었고 평균발아일수도 처리구 농 도가 증가함에 따라 발아하는데 소요되는 시간이 증가 되었으며(r=0.769, p＜0.01) 공여체식 물과 검정식물에 따라 약간의 정도 차이를 보였다. 또한 공여체식물의 수용성 추출액 농도 가 증가함에 따라 유식물의 지상부의 길이(r = -0.587, p＜0.01), 지하부의 길이(r = -0.741, p＜0.01), 생체량(r = -0.574, p＜0.01)과 뿌리털의 발생도 감소하였다. 한편 공여체식물의 수용 성추출액 농도 증가에 따른 검정 병원균의 생장은 Botrytis cinerea(r = -0.266, p＜0.05), Dia- porthe citri(r = -0.323 p＜0.01), Colletotrichum gloeosporioides(r = -0.512, p＜0.01), Pythium ultimum(r = -0.581, p＜0.01), Rhizoctonia solani(r = -0.806, p＜0.01) 순으로 생장이 억제되었 다. 제초 및 항균활성을 보이는 수용체식물의 총 페놀 함량은 S. altissima 17.3±0.5mg/g, A.
retroflexus 13.1±0.3mg/g, P. wrightii 12.0±0.4mg/g, S. spinosa 9.5±0.1mg/g, E. prostrata 4.1±0.1 mg/g 순으로 분석되었다. 이들 결과를 종합하면 귀화식물인 수용체식물들은 자생식물과의 경쟁을 함에 있어 알레로패시 효과를 나타내는 페놀 화합물 등이 수관 내 토양으로 방출하 여 하부식생에 대한 발아 및 생장과 토양미생물 생장 등에 영향을 주기 때문에 경쟁적 우위 를 점하고 있으며, 천연제초제 ․ 살균제로서의 활용 가능성을 가지고 있는 것으로 판단된다.
[논문접수일 : 2013. 12. 31. 논문수정일 : 2014. 1. 3. 최종논문접수일 : 2014. 1. 24.]
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