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논문 기본 정보

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학위논문
저자정보

윤미선 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수
김성문
발행연도
2014
저작권
강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

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2000년을 기점으로 환경과 건강에 대한 관심이 증가함에 따라 친환경농산물의 수요가 전 세계적으로 급증하고 있다. 이에 따라 시대의 친환경농산물 재배에 사용가능한 천연물 유래 농자재의 개발?연구가 활발히 이루어지고 있다. 현재 국내에서 등록되어 있는 유기농자재는 총 1,276건이나 그 중 작물보호제도 등록되어 있지 않다.
본 연구의 목적은 국내 자생 가중나무(Ailanthus altissima Swinggle)의 잎으로부터 제초활성물질을 분리 및 구조동정하는데 있다. 선행연구로 가중나무 잎 methanol (MeOH) 추출물의 제초활성검정 결과, GR50값(식물의 생장을 50% 저해할 수 있는 약량)이 739 mg/L로(Kim 2006) 높은 제초활성을 알 수 있었으며, 이 결과를 바탕으로 실험을 수행하였다.
가중나무는 소태나무과 낙엽교목성 식물로 가죽나무라고도 하며 원산지는 중국이다. 수고는 20m, 수피는 회갈색이다. 꽃은 암수딴그루로 녹색을 띄는 흰색으로 가지 끝에 원추화서로 달린다. 대기오염이나 병해충에 강하고 황폐한 곳에서도 잘 자라 아시아에 고루 분포하고 있다.
본 연구에 사용한 가중나무 시료는 전라북도 전주시 인근의 야산에서 수집하였으며, 잎을 수확하여 음건한 후에 마쇄하여 MeOH로 추출하여 감압농축한 다음 동결건조기를 이용하여 건조시켰다. 동결건조된 시료를 증류수를 이용하여 현탁한 후 hexane(Hex), dichloromethane(CH2Cl2), ethylacetate(EtOAc), butanol(BuOH), d-H2O 순서로 분획하여 각각의 분획물에 대한 제초활성을 유채(Brassica napus L.)종자를 대상으로 검정하였다. 제초활성검정(seed bioassay)은 24-well tissue culture test plate의 각 well에 모래 1g과 유채종자 5립을 치상하고 10,000 mg/L의 농도로 제조한 stock solution을 이용한 처리액으로 처리하였다. Test plate를 온도 26/24oC (낮/밤), 상대습도 50%, 광도 3,000 Lux, 광주기 16/8 hrs (낮/밤) 조건의 식물생장상에서 7일간 생장시킨 후 발아된 유채종자의 생체중을 측정하여 GR50값을 산출하였다. 각 분획물의 제초활성을 검정한 결과 각 분획물의 GR50값은 Hex, CH2Cl2, EtOAc, BuOH, d-H2O = 8,539, 1,365, 561, 5,049, 18,989 mg/L였으며 그 중 EtOAc 분획물의 GR50값이 561 mg/L으로 가장 높은 제초활성을 보였다. 이를 토대로 EtOAc 분획물을 전개용매(EtOAc:CH2Cl2:MeOH = 5:5:2 v/v/v)을 이용하여 column chromatography에서 fractionation-direct isolation를 수행하였으며 EA, EB, EC ED, EE 총 5개로 분리하였는데 GR50값이 각 2,398, 4,097, 6,902, 6,196, 5,077 mg/L이었다. 그 중 가장 낮은 GR50값을 가진 EA 분획층을 전개용매(EtOAc:CH2Cl2:MeOH:Hex = 5:5:2:11 v/v/v/v)를 이용하여 column chromatography를 통해 EAA, EAB, EAC, EAD, EAE 분리물로 각 분리물의 GR50값은 1,973, >5,000, 102, > 5,000, 3,832 mg/L이었으며, EAC 분리물의 GR50값이 가장 낮았음을 알 수 있었다. EAC 분리물을 gas chromatography(GC-MS)로 분석결과 단일 peak 임을 확인였으며, mass spectrometery 분석결과 molecular ion(M+)이 m/z 117, fragment ion은 m/z 116, 100, 72, 58이었다. 성분의 구조를 동정하고자 1H-NMR 기기분석 결과 δ (ppm) 3.30(6H, d, H-7,5,8) 3.85(2H, s, H-3)에서 proton signal을 확인하였으며, 13C-NMR 기기분석 결과 δ (ppm) 52.39(C-3, 3′, 3″), 65.86(C-2), 167.32(C-1)에서 carbon signal을 확인하였다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 가중나무에서 분리한 EAC 분획물은 분자량 117.14, 분자식 C5H11NO2인 glycine betaine(1-carboxy-N,N,N-trimethyl)으로 동정되었다. 본 연구에서 분리동정한 glycine betaine과 동일한 성분을 sigma사에서 구입하여 제초활성을 검정한 결과 GR50값은 91 mg/L로 EAC 분리물과 유사한 제초활성을 가졌다.

목차

I. 서 론 1
II. 연구사 3
2.1. 제초제의 역사 5
2.2. 제초제 저항성잡초 7
2.3. 제초제의 작용기작 12
2.3.1. 옥신형 (Auxin) 제초제 12
2.3.2. 아미노산 생합성 저해 14
2.3.2.1. Acetolactate synthase 저해 14
2.3.2.2. 5-Enopyruvylshikimate-3-phosphate synthase 저해 18
2.3.2.3. Glutamine synthease 저해 20
2.3.2.4. Imidazoleglycerol phosphate dehydratse 저해 23
2.3.3. 지질 생합성 저해 25
2.3.3.1. Acetyl-CoA carboxylase 저해 25
2.3.4. 광합성 저해 28
2.3.4.1. 광계 II 저해 28
2.3.4.2. 광계 I 저해 30
2.4. 식물유래 제초활성물질 32
2.4.1. 1,4-Cineole 33
2.4.2. 5,8-Dihydroxy-1,4-naphthoquinone 34
2.4.3. D-Limonene 35
2.4.4. Eugenol 36
2.4.5. Juglone 37
2.4.6. Leptospermone 38
2.4.7. Pelargonic acid 39
2.4.8. Sarmentine 40
2.4.9. 플람바고 (Plumbago auriculata) 41
2.5. 국내 자생식물로부터 분리된 제초활성물질 42
2.5.1. 섬쑥부쟁이 (Aster glehni Fr. Schm.) 42
2.5.2. 목향 (Saussurea lappa) 43
2.5.3. 소리쟁이 (Rumex crispus L.) 44
2.5.4. 가시박 (Sicyos angulatus L.) 45
2.5.5. 산초나무 (Zanthoxylum schinifolium S. et. Z.) 46
2.5.6. 애기수영 (Rumex acetosella L.) 47
2.5.7. 할미꽃 (Pulsatilla koreana Nakai) 48
2.6. 천연정유의 제초활성 49
2.6.1. 긴병꽃풀 (Glechoma hederacea) 49
2.6.2. 배초향 (Agastache rugosa) 49
2.6.3. Amyris (Amyris balsamifera) 50
2.6.4. Cajuput (Melaleuca cajuputi) 50
2.6.5. Eucalyptus (Eucalyptus spp.) 50
2.6.6. Palmarosa (Cymbopogon martini) 51
2.6.7. Lavender (Lavendula angustifolia) 51
III. 재료 및 방법 53
3.1. 식물시료 53
3.2. 가중나무 Methanol (MeOH) 추출 53
3.3. 가중나무 MeOH 추출물의 용매 분획 54
3.4. 제초활성검정 (Seed bioassay) 55
3.5. 가중나무 EtOAc 분획물의 분리 55
3.5.1. EtOAc 분획물의 분리 55
3.5.2. EA 분리물의 분리 56
3.5.3. EAC 분리물에 함유된 제초활성물질의 검정 57
3.6. 가중나무 유래 제초활성물질 EAC의 화학구조 동정 58
IV. 결과 및 고찰 59
4.1. 가중나무 MeOH 추출물 용매분획물 회수율 및 제초활성검정 59
4.2. 가중나무 EtOAc 분획물의 분리 및 제초활성검정 61
4.2.1. EtOAc 분획물 분리 및 제초활성물질 61
4.2.2. EA 분리물의 분리 및 제초활성물질 63
4.3. 가중나무 유래 제초활성물질 EAC의 화학구조 동정 65
4.3.1. 가스크로마토그래피(GC-MS) 65
4.3.2. 1H-NMR 분석 결과 66
4.3.3. 13C-NMR 분석 결과 66
4.4. Glycine Betaine의 제초활성검정 69
V. 적 요 71
VI. 인용문헌 73
VII. 석사학위과정 중 발표한 논문 및 특허 91
7.1. 학술논문개재 91
7.1.1. 천연정유 Cajput (Melaleuca cajututi) 유래 Benzaldehyde의
살초활성 91
7.1.2. 가막사리 (Bidens tripartita L.) 정유의 향취, 화학성분 및
세포독성 92
7.1.3. 곰취 (Ligularia fischeri) 와 한대리곰취 (Ligularia fischeri var.
spicifoprmis) 정유의 향취 및 향기성분 비교 93
7.1.4. 진향곰취 (Ligularia fischeri (Ledeb.)) 와 곰달비 (L. stenocephala) 정유의 향취 및 향기성분 비교 94
7.1.5. 아미리스 (Amyris balsamifera) 정유의 제초활성 95
7.1.6. 국내산 소나무, 잣나무, 낙엽송, 분비나무 정유의 제초활성 96
7.2. 학회지 발표 97
7.2.1. 학회지 구술발표 97
7.2.1.1. 카쥬풋 (Melaleuca cajututi) 함유 휘발성 유기화합물
Benzaldehyde의 제초활성 97
7.2.1.2. 천연정유 카쥬풋 (Melaleuca cajututi) 의 제초활성 98
7.2.1.3. 가막사리 (Bidens tripartita L.) 정유의 제초활성 및
피부독성 99
7.2.1.4. 가중나무 (Ailantus altissima Swinggle) 잎으로부터
제초활성물질 Glycine Betaine의 분리 100
7.2.1.5. 아미리스 (Amyris balsamifera) 정유의 제초활성 101
7.2.1.6. 국내산 소나무(Pinus densiflora), 잣나무(Pinus koraiensis),
낙엽송(Larix kaempferi), 분비나무(Abies nephrolepsis) 정유의
제초활성 102
7.2.2. 학회지 포스터발표 103
7.2.2.1. Essential oil from Cajuput and It’s compounds are herbicidal
103
7.2.2.2. 식물기원 천연정유의 제초활성 104
7.3. 특허출원 105
7.3.1. 팔마로사 유래 천연정유 함유 제초제 조성물 105
7.3.2. 비선택적 제초활성을 갖는 아미리스 식물 (Amyris balsamifera)
유래 천연정유 조성물 105
VIII. Summary 106

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