Evaluation of Allelopathy of Solanum carolinense on Forage Crops and Identification of New Allelochemical : 도깨비가지가 톨페스큐에 미치는 타감작용 평가 및 타감물질 분석 :

김이랑

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김이랑 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수: 이인중.

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

Evaluation of Allelopathy of Solanum carolinense on Forage Crops and Identification of New Allelochemical : 도깨비가지가 톨페스큐에 미치는 타감작용 평가 및 타감물질 분석

김이랑 응용생명과학부 2022.01 학위논문

2021

도깨비가지가 톨페스큐에 미치는 타감작용 평가 및 타감물질 동정

김이랑 , 감호준 , 강요셉 외 3명 한국잡초학회 별책(학술대회 초록집) 2021.10 학술대회자료

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국내의 외래잡초는 논, 밭, 과수원 및 목초지에서 각각 7종(4과), 130종(24과), 126종(24과) 및 80종(23과)으로, 총 28과 166종으로 조사되었다. 목초지는 다른 농경지에 비하여 제초제 사용이 제한적이며, 잡초 방제가 적극적으로 수행되기 어렵다. 외래식물들은 대체로 빠른 번식력과 타감작용이 특징이며, 그 작용들은 억제적인 경우가 많다. 특히, 도깨비가지는 환경부가 지정한 생태계 교란 외래식물에 속할 만큼 그 영향력이 입증되었다. 외래잡초를 대상으로 타감물질을 분리, 정제 및 동정하려는 연구가 진행되었으나, 도깨비 가지가 목초지 작물에 미치는 영향과 타감물질에 관한 연구는 아직 미비하다. 따라서 해당 연구에서는 도깨비가지와 톨페스큐를 파종 비율별, 생육 시기별로 경합 양상을 조사한 후, 도깨비가지 뿌리 추출물을 제조하여 톨페스큐에 처리 후 도깨비가지 추출물이 초지 식물에 미치는 영향을 알아보았다.
본 연구에서는 도깨비가지와 톨페스큐의 파종 비율 및 도깨비가지의 생육 시기별로 톨페스큐를 파종하여 경합 양상 조사를 실시하였다. 도깨비가지 식물체를 채취하여 MeOH를 이용해 3일간 추출하여 농축하여 추출물을 제작하고, 2500, 5000 ppm의 농도로 톨페스큐에 처리하여, 톨페스큐의 생육 및 엽록소 함량, 식물체 내 활성산소종, 항산화효소 및 식물호르몬 함량을 비교하였다. 이후, 추출물의 분리, 정제 후 GC-MS를 이용한 물질 분석을 실시하였다.
도깨비가지와 톨페스큐의 파종 비율별, 생육시기별 경합 양상 조사 결과, 도깨비가지의 파종 비율이 높아지고, 도깨비가지의 생육시기가 늘어날수록 톨페스큐의 발아율, 초장, 근장, 생체중, 건물중이 감소하였다. 추출물 처리 후 생육조사 결과, 처리 농도가 높아질수록 초장, 생체중, 건물중, 클로로필함량이 감소하였다. 활성산소종 O2-, H2O2 함량은 처리한 추출물의 농도가 2500, 5000 ppm으로 증가함에 따라 증가하였다. SOD 유사 활성을 비교한 결과, 도깨비 가지 뿌리 추출물의 농도가 높아짐에 따라 감소하였지만, 이에 반하여 CAT와 POD의 활성은 증가하였다. 식물체 내 식물호르몬 ABA, SA 함량을 분석, 측정한 결과, 추출물의 농도가 높아짐에 따라 함량이 증가함을 확인하였다. GC-MS를 이용한 물질 분석 결과 분리된 살초활성물질은 글리코알칼로이드 중 하나인 Solanidan-3-ol, (3β,5α)로 확인되었다.
해당연구는 도깨비가지 연구의 기초자료로 사용될 수 있으며, 추가적인 실험을 통하여 지속 가능한 농업을 위한 작물보호제의 개발로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Domestic exotic weeds having 7 species (4 families), 130 species (24 families), 126 species (24 families), and 80 species (23 families) in paddy fields, fields, orchards, and pastures, respectively, for a total of 28 families and 166 species. The use of herbicides in pastures is limited compared to other agricultural land, and it is difficult to actively control weeds. Exotic plants are usually characterized by rapid fertility and allelopathy, and the actions are often inhibitory. In particular, the influence of Solanum carolinense has been proven enough to belong to the ecosystem disturbing exotic plants designated by the Ministry of Environment. Although studies have been conducted to isolate, purify and identify allelochemicals from foreign weeds, studies on the effects of Solanum carolinense on pasture crops and allelochemicals are still insufficient. Therefore, in this study, after examining the competition patterns of Solanum carolinense and Festuca arundinacea by seeding ratio and growth period, Solanum carolinense extract was prepared and treated in Festuca arundinacea to investigate the effect of the Solanum carolinense extract on forage crops.
In this study, the competition pattern was investigated by sowing tall fescue by seeding ratio of Solanum carolinense and Festuca arundinacea, and by the growth period of Solanum carolinense. The Solanum carolinense plant was extracted using MeOH for 3 days and treated in Festuca arundinacea at a concentration of 2500 and 5000 ppm, the growth and chlorophyll content of Festuca arundinacea, reactive oxygen species, antioxidant enzyme and plant hormone content were compared and was further analyzed using GC-MS after separation and purification of the extract.
As a result of the investigation of competition patterns by seeding ratio and growth period of Solanum carolinense and Festuca arundinacea, the seeding ratio of Solanum carolinense increased, and as the growth period of Solanum carolinense increased, the germination rate, plant height, root length, fresh weight, and dry weight of Festuca arundinacea decreased. As a result of growth investigation after extract treatment, as the treatment concentration increased, plant height, fresh weight, dry weight, and chlorophyll content decreased. The content of reactive oxygen species O2- and H2O2 increased as the concentration of the treated extract increased to 2500 and 5000 ppm. As a result of comparing the SOD-like activity, it decreased as the concentration of Solanum carolinense root extract increased. On the other hand, the activities of CAT and POD increased. However, plant hormones such as ABA and SA were significantly increase in Festuca arundinacea as the concentration of the extract increased. As a result of material analysis using GC-MS, the isolated herbicidal compound was identified as one of the glycoalkaloids, Solanidan-3-ol, (3β,5α).
This study can be used as basic data for the Solanum carolinense research, and it is thought that it can be used for the development of crop protection products for sustainable agriculture through additional experiments.

#Allelopathy #Solanum carolinense #외래잡초 #도깨비가지 #추출물

1. Introduction 1
2. Materials and Methods 4
2.1 Materials 4
2.2 Investigation of contention patterns between Festuca arundinacea and Solanum carolinense 4
2.2.1 Investigation of contention patterns according to the ratio of Festuca arundinacea and Solanum carolinense 4
2.2.2 Investigation of competition patterns with Festuca arundinacea according to the growth period of Solanum carolinense 5
2.3 Investigation of allelopathy of Solanum carolinense extract on Festuca arundinacea 5
2.3.1 Crude extract manufacturing and treatment 5
2.3.2 Investigation of growth and chlorophyll content 6
2.3.3 Determination of reactive oxygen species (ROS) 6
2.3.3.1 Superoxide anion radical (O2-) measurement 6
2.3.3.2 Hydrogen peroxide (H2O2) measurement 7
2.3.3.3 Visualization of ROS (H2O2) 7
2.3.4 Determination of antioxidant enzyme 8
2.3.4.1 Superoxide dismutase (SOD)-like activity measurement 8
2.3.4.2 Catalase (CAT) measurement 8
2.3.4.3 Peroxidase (POD) measurement 9
2.3.5 Quantification of endogenous phytohormones 9
2.3.5.1 Abscisic acid (ABA) measurement 9
2.3.5.2 Salicylic acid (SA) measurement 11
2.4 Identification of allelochemical in Solanum carolinense 12
2.4.1 Herbicidal Activity Assay 12
2.4.2 Isolation, purification and identification of allelochemicals 13
2.5 Statistical analysis 14
3. Results and Discussion 15
3.1 Investigation of contention patterns between Festuca arundinacea and Solanum carolinense 15
3.1.1 Investigation of contention patterns according to the ratio of Festuca arundinacea and Solanum carolinense 15
3.1.2 Investigation of competition patterns with Festuca arundinacea according to the growth period of Solanum carolinense 16
3.2 Investigation of allelopathy of Solanum carolinense extract on Festuca arundinacea 18
3.2.1 Investigation of growth and chlorophyll content 18
3.2.2 Determination of reactive oxygen species (ROS) 20
3.2.2.1 Superoxide anion radical (O2-) measurement 20
3.2.2.2 Hydrogen peroxide (H2O2) measurement 21
3.2.2.3 Visualization of ROS (H2O2) 22
3.2.3 Determination of antioxidant enzyme 23
3.2.3.1 Superoxide dismutase (SOD)-like activity measurement 23
3.2.3.2 Catalase (CAT) measurement 25
3.2.3.3 Peroxidase (POD) measurement 26
3.2.4 Quantification of endogenous phytohormones 27
3.2.4.1 Abscisic acid (ABA) measurement 27
3.2.4.2 Salicylic acid (SA) measurement 28
3.3 Identification of allelochemical in Solanum carolinense 29
4. Reference 31

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