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수린 길
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1 Weed Turf. Sci. 2(3):242~247, 2013 DOI:dx.doi.org/ /WTS Print ISSN , Online ISSN Research Article Open Access Weed & Turfgrass Science The Korean Society of Weed Science and The Turfgrass Society of Korea 하늘타리추출물의제초활성 윤영범 1 변리나 1 장세지 1 현규환 1 신동영 1 김상수 2 김도익 3 권오도 3 국용인 1 * 1 순천대학교생명산업과학대학한약자원개발학과 2 순천대학교생명산업과학대학식물의학과, 3 전남농업기술원쌀연구소 Herbicidal Activities of Trichosanthes kirilowii Maxim Extracts Young Beom Yun 1, Ri Na Byeon 1, Se Ji Jang 1, Kyu Hwan Hyun 1, Dong Young Shin 1, Sang Su Kim 1, Do IK Kim 2, Oh Do Kwon 2, and Yong In Kuk 1 * 1 Department of Development in Oriental Medicine Resources, College of Life Science and Natural Resources, Sunchon National University, Suncheon , Korea 2 Department of Plant Medicine, College of Life Science and Natural Resources, Sunchon National University, Suncheon , Korea 3 Jeonnam Agricultural Research and Extension Services, Naju , Korea (Received on August 09, 2013; Revised on August 30, 2013; Accepted on September 05, 2013) ABSTRACT. Currently, methods for controlling weeds in organically produced crops have not been as effective as conventional methods. This research was carried out to determine the herbicidal effects of leaf, stem, fruit, root extracts of Trichosanthes kirilowii. The extraction methods used were water, boiling water and ethanol. The characteristics of potential herbicidal components among extraction methods were investigated by using the following solvent fractions: hexane, chloroform, ethyl acetate, butanol, and water. Generally, water extracts provided the best on inhibition of germination rate, plant height, and root length in cucumber and barley. Specifically, extractions made from fruit parts of T. kirilowii provided the greatest inhibition effect on plant growth in cucumber and barely. Inhibition of germination rate, plant height, and root length in cucumber and barley in solvent fractions was the best in water fractions, but there were no significant differences among the other fractions. Digitaria siliaris and Solanum nigrum were controlled % by 5% extractions of water fraction. However, there were no herbicidal effects from foliar treatment in cucumber, barley, black nightshade, and henry crabgrass by 5% extractions of the water fraction. These results show that extractions of T. kirilowii can be used for controlling some weeds in organically produced crops. Key words: Herbicidal activity, Plant extract, Trichosanthes kirilowii 서 론 유기합성농약은병해충및잡초방제에있어서중요한농자재중에하나로서농약을사용하지않을경우작물에따라 30~100% 수확이감소된다 (Aldrich and Kremer, 1997). 그러나작물재배시사용한농약의남용및오용으로인축에대한독성뿐만아니라토양, 수질및농산물오염과생태계파괴등여러가지문제가야기되고있다. 이에따라정부는 2013년까지화학비료와합성농약의사용량을 *Corresponding author: Phone) , Fax) ) yikuk@sunchon.ac.kr 2004년을기준으로 40% 수준까지절감할것을권고하고있다 (MFAFF, 2011). 이러한상황에서친환경및유기농업을실천하는농가를위하여유기합성농약을대체하는병해충및잡초방제법을개발하는것이시급하다. 식물은페놀화합물, 테르펜화합물, 질소함유화합물 ( 알칼로이드등 ) 등과같은다양한 2차대사물질을함유하고있다 (Taiz and Zeiger, 1998). 또한식물에서추출한천연물질들은일부병해충및잡초에선택성을보이며, 인축에영향이적고환경에도안전하여유기합성농약을대체하는대안이될수있다 (Copping, 2009; Duke et al., 1997; Head, 1966). 하늘타리 (Trichosanthes kirilowii Maxim) 는박과에속하는다년생초본식물로우리나라남부지방이나중부지방 242

2 하늘타리추출물의제초활성 243 의산밑, 초원및인가담벼락에자생하는식물이다 (Jung and Shin, 1998; Kim, 1996). 잎은호생이고둥근모양이며단풍잎처럼 5~7갈래로갈라지고아랫부분은심장형이고위부분은톱니가있고잎표면에짧은털이있다. 덩굴손은잎과대생이며다른물체에 5m 정도까지감겨올라간다. 꽃은암수딴그루이고 7~8개백색꽃이핀다. 열매는구형으로황색을띠며많은종자가들어있다. 하늘타리열매와근경은해열, 이뇨, 변비, 피부병, 당뇨병치료에많이사용되었는데약재의사용부위에따라서질병에대한적응도가다른것으로기록되어있다 (Zhu, 1998). 근경에서생합성되는 trichosanthin은항진균성물질로항암효과가있는것으로알려져있다 (Byers et al., 1990). 다양한식물로부터제초활성성분탐색연구는오랫동안수행되어왔으며현재많은식물종의잎, 나무껍질, 뿌리, 꽃, 열매에서 phenol류, quinone류, tannin류, alkaloid류, terpenoid류등여러가지다양한성분들이발굴되고있다 (Duke et al., 2002; Kim et al., 2003; Rice, 1984). 대표적인식물기원제초활성물질로는귀리짚에함유되어있는 naringin, 냉이에함유되어있는 phenol 화합물 (hydroquinone, ferulic acid, cinnamic acid), 쇠비름추출물에서 phenol류, linalool, dihydroactinidiolide 등을들수있다 (Kim et al., 2010). 최근인가및비농경지에잡초식생분포를조사하는중에하늘타리발생량이과거와다르게증가하고있으며, 하늘타리발생지역에서특이하게쌍떡잎잡초의발생량이적은경향을보이고있었다. 현재하늘타리의뿌리, 열매및종자는약용으로이용되고있을뿐또다른생리활성효능뿐만아니라제초등에관한연구는미진한형편이다. 따라서본연구는하늘타리의잎, 줄기, 뿌리, 열매중어느부위에서제초효과가가장높은지를알아보기위해서물, 열수그리고에탄올로추출하여활성을평가하고자수행하였다. 또한위의추출방법중제초활성능력이뛰어난것을 hexane, chloroform, ethyl acetate, butanol, water로용 매분획하여제초성분에대한수용성유무를조사하였다. 재료및방법 식물재료하늘타리의잎, 줄기, 열매및뿌리는 2010년 10월중순에전라남도순천시서면에서수확한것을건조시켜사용하였고, 이들부위별제초활성정도를알아보기위한검정식물로오이 (Cucumis sativus L., 늘푸른청장오이 ) 와보리 (Hordeum vulgare L., 유효보리 ) 를사용하였다. 또한까마중 (Solanum nigrum L.), 바랭이 (Digitaria siliaris L.), 깨풀 (Acalypha australis L.) 및소리쟁이 (Rumex crispus L.) 종자를본실험에사용하였다. 하늘타리식물체부위별, 추출방법별제초효과건조된하늘타리의잎, 줄기, 열매및뿌리각각 30 g을증류수와 ethanol 200 ml에넣고 24시간교반하여추출하였다. 열수추출은물 200ml를넣고 100 o C에 30분간가열하였다 (Yun et al., 2012). 이들추출물을 4겹의 Miracloth 로여과한후다시 filter paper (Whatman No. 2) 로재여과하여감압농축기를사용하여최종농도가 30% 가되도록농축하였다. 각각의추출물을 0, 1, 3, 5 및 10% 의농도가되도록물로희석하여 Petri dish (90 mm) 에 2장의 filter paper (Whatman No. 2) 를깔고추출물 5ml를넣고오이와보리종자를각각 10립씩파종하여 25 o C의생장상 (1일광주기 14시간 ) 에두었다. 파종후 5일에발아율, 초장및근장을조사하였다. 물추출물의용매분획위의추출방법중에는물추출법, 하늘타리부위별로는열매에서제초효과가가장높았다. 따라서하늘타리열매열수추출물은다시 hexane, chloroform, ethyl acetate, butanol과물로분획하였다 (Yun et al., 2012). 각유기용매층은감압농축하고, pellet에남아있는유기용매는진공건조기 (Hanbaek Scientific Co. Korea) 를이용하여완전히증발시켰다. 이들각용매분획을 tween 20(0.1%) 과증류수로용해하여검정시료로사용하였고그밖의방법은위의 하늘타리식물체부위별, 추출방법별제초효과에관한실험방법 과동일하게사용하였다. 물추출물의물분획물에대한제초효과위의용매분획중물분획물에서제초효과가가장높게나타났다. 따라서이물분획을 0, 1, 3, 5 및 10% 의농도가되도록물로희석하여위의 하늘타리식물체부위별, 추출방법별제초효과에관한실험방법 과동일하게까마중과바랭이에대한제초효과를조사하였다. 또한이들추출물에대한경엽처리효과를알아보기위하여 2엽기까지생육한오이, 보리, 깨풀및소리쟁이에경엽처리하였다. 경엽처리후 5일째에초장과지상부생체중을조사하였다. 하늘타리부위별총 phenol 및 flavonoid 함량하늘타리부위별총 phenol 및 flavonoid 함량을측정하기위하여줄기, 열매및뿌리를사용하였다. 총 polyphenol 측정은 Folin-Dennis법을이용하였다. 80% 메탄올추출물시료 1ml에증류수 1 ml, Folin-Denis' reagent 1 ml 첨가한후혼합하여 27 o C의 shaking bath에서 5분간반응시켰다. 반응후, NaCO 3 포화용액 1ml를가하여혼합하여실

3 244 윤영범 변리나 장세지 현규환 신동영 김상수 김도익 권오도 국용인 온에서 1시간동안반응시킨후 640 nm에서흡광도를측정하였다. 총폴리페놀화합물은 ferulic acid를이용하여표준곡선으로부터함량을구하였다. 표준곡선은 ferulic acid 를 100 µg ml -1 농도로증류수에녹이고최종농도가 0, 1, 25, 50 및 75 µg ml -1 용액이되도록취하여위와같은방법으로 640 nm에서흡광도를측정하였다. 총플라보노이드측정은 80% 메탄올추출물 500 µl에 95% alcohol 1.5 ml 첨가하고, 다시 10% alumium chloride hexahydrate 100 µl, 1 M potassuim acetate 100 µl와증류수 2.8 ml를가하여상온에서 40분간반응시킨후 415 nm에서흡광도를측정하였다. 표준시약으로는 quercetin을이용하여표준곡선으로부터함량을구하였다. 표준곡선은 quercetin을 1mg ml -1 농도로증류수에녹이고최종농도가 0, 1, 10, 30 및 50 µg ml -1 용액이되도록취하여위와같은방법으로 415 nm에서흡광도를측정하였다. 결과및고찰 식물체부위별, 추출방법별제초활성차이하늘타리부위별 ( 잎, 줄기, 열매및뿌리 ), 추출방법별 ( 물, 열수및에탄올 ) 제초활성을검정하고자 0, 1, 3, 5 및 10% 추출물에오이와보리종자를파종하고 5일후에발아율, 초장및근장을측정하였다 (Fig. 1, 2). 오이발아율의경우사용한모든하늘타리추출방법별그리고부위별처리농도가증가할수록억제되었으나물추출과열수추출법에서는뿌리를제외한잎, 줄기및열매의 3% 추출물에서 100% 발아억제를보였고, 에탄올추출물에서도모든 부위의 5% 추출물에서 100% 발아가억제되었다. 오이근장억제의경우추출방법별로는물추출 > 열수추출 > 에탄올추출순으로컸으나각추출방법별식물체부위간에는큰차이가없었다 (Fig. 1). 한편하늘타리추출물에대한보리의초장과근장에미치는영향을조사한결과, 보리초장은추출물농도가증가할수록감소하였으나물과열수추출법이에탄올추출법에비해초장감소가크게나타났다. 또한부위별초장억제는추출방법에관계없이뿌리부위를제외한잎, 줄기및열매추출물간에는큰차이가없었다 (Fig. 2). 그러나보리의근장은물추출 > 열수추출 > 에탄올추출법순으로감소정도가컸고, 물추출물의경우는부위별로큰차이가없었다. 열수추출법에서는줄기를제외한잎, 열매, 뿌리추출물간에는차이가없었고에탄올추출물경우는뿌리부위를제외한다른부위추출물간에는큰차이가없었다. 전반적으로추출방법별부위별로오이와보리의제초효과는추출방법중에서는물추출법, 부위별로는열매에서높았다. 이처럼제초활성을보였던것은페놀화합물과같은이차대사산물이하늘타리식물체에존재하고이러한이차대사함량은식물체부위별로차이가있을것으로사료된다. 예를들면야콘의제초활성은잎, 줄기보다뿌리에서높았고 (Yun et al., 2012), 이처럼야콘뿌리추출물에서제초효과가높았던것은야콘뿌리에 chlorogenic acid(lachman et al., 2003; Yan et al., 1999) 와 caffeic acid 유도체 (Takenaka et al., 2003) 와같은페놀화합물 (2,300 mg kg -1 ) 이상당히많이함유되어있기때문인것으로사료된다. Fig. 1. Effect of water (A, B), boiled water (C, D), and ethanol (E, F) extracts prepared from various parts of Trichosanthes kirilowii on germination rate (A, C, E) and root length (B, D, F) of cucumber (Parameters were recorded 5 days after treatment).

4 하늘타리추출물의제초활성 245 Fig. 2. Effect of water (A, B), boiled water (C, D), and ethanol (E, F) extracts prepared from various parts of Trichosanthes kirilowii on shoot (A, C, E) and root length (B, D, F) of barley (Parameters were recorded 5 days after treatment). Table 1. Total polyphenol and total flavonoid contents in fruit, stem and root of Trichosanthes kirilowii. Plant parts Total phenolic contents (mg/g DW) 하늘타리부위별총 phenol 및 flavonoid 함량하늘타리에서제초활성을보였던것이총페놀및플라보노이드함량과관련성이있는지를알아보기위하여조사하였다 (Table 1). 페놀함량은하늘타리줄기 > 열매 > 뿌리순이었으나제초활성은열매가줄기에비해다소높았다. 줄기와열매는뿌리에비해훨씬높은제초활성을보였고, 줄기와열매의페놀함량이뿌리에비해 2~3배높았다. 그러나전체페놀함량과제초활성과의직접적인관련성뿐만아니라식물체에존재하는특정페놀종류와도제초활성과관련성이있을것으로사료되어추후검토가되어야할것이다. 플라보노이드함량은줄기 > 열매 > 뿌리순으로많았고, 상대적으로제초활성이낮았던줄기가뿌리에비해 3.9배많았던것으로나타나제초활성과는관련성이없는것으로사료된다. 용매분획에의한제초활성 Total flavonoid contents (mg/g DW) Stem 33.7a a 0.58a b Fruit 24.6b 0.15b Root 11.7c 0.05c a,b Means within a column followed by the same letters are not significantly different at 5% level according to Duncan's multiple range test. 위의하늘타리추출방법별, 부위별제초효과에관한연구에서물추출법과열매에서가장제초활성이높았다. 따라서열매를물로추출하고그추출물을용매분획하여추출물의활성특성을조사하였다 (Fig. 3). 용매분획별오이의발아율억제는물층에서가장좋았고, butanol층 10% 추출물을제외한그밖의 chloroform, ethyl acetate, butanol 및 hexane 분획에서는효과가적었거나없었다 (Fig. 3A). 오이의근장억제에서도물층분획에서효과가가장좋았으나 0, 1, 3 및 5% 추출물의분획별간에차이가없었을뿐만아니라효과도보이지않았다 (Fig. 3B). 다만 hexane 과 butanol 분획의 10% 추출물은 chloroform과 ethyl acetate 분획의 10% 추출물보다효과가좋았다. 보리초장의경우에서도오이의발아율처럼용매분획중물층에서초장감소가가장크게나타났으며 ethyl acetate층에서는전혀효과가없었으며, 그밖의 hexane, chloroform과 butanol 층에서는다소초장감소가인정되었으나분획간에는차이가없었다. 보리의근장감소도물층분획에서가장효과가높았으나다른분획간에는큰차이가없었을뿐만아니라근장감소정도도적었다. 따라서본연구에서제초활성을보인추출물은친수성인것으로판단된다. 본연구와유사하게야콘추출물에서제초활성을보였던잠재적인물질도친수성으로보고되었다 (Yun et al., 2012). 추출물처리방법별제초효과위의용매분획에서물층에서가장효과가좋아서물층추출물을 0, 1, 3, 5 및 10% 농도로조제하여 Petri dish 에처리하고바랭이와까마중종자를파종한후 5일째에

5 246 윤영범 변리나 장세지 현규환 신동영 김상수 김도익 권오도 국용인 Fig. 3. Effect of solvent fractions prepared with water extracts of Trichosanthes kirilowii fruit on germination rate (A) and shoot (C) and root (B, D) length of cucumber (A, B) and barley (C, D) (Parameters were recorded 5 days after treatment). 발아율, 초장및근장을조사하였다 (Fig. 4). 바랭이와까마중의발아율, 초장및근장의경우추출물의농도가증가할수록감소하였으나바랭이에비해까마중에서효과가더좋았다. 그러나추출물 5% 이상의농도에서두잡초종의생장이 80~100% 억제되었지만물층 5% 와 10% 추출물을오이와보리뿐만아니라바랭이, 까마중, 깨풀및소리쟁이경엽에처리한경우초장과지상부생체중은무처리와차이가없었다 (Fig. 5). 따라서하늘타리식물체추 Fig. 4. Effect of H 2 O layer of water extracts of Trichosanthes kirilowii fruit on germination rate (A) and shoot (B) and root (C) length of black nightshade (Solanum nigrum L.) and henry crabgrass (Digitaria siliaris L.) (Parameters were recorded 5 days after treatment). Fig. 5. Effect of H 2 O layer of water extracts of Trichosanthes kirilowii fruit on shoot length (A) and weight (B) of crops and weeds by foliage spraying (Parameters were recorded 5 days after treatment).

6 하늘타리추출물의제초활성 247 출물은경엽처리시효과가없는것으로보아하늘타리추출물에는일부잡초종의발아를억제하는생리활성성분을함유하고있는것으로사료된다. 본연구결과를볼때하늘타리식물체추출물은일부잡초종의발아를억제하는효과가있는것으로보아추후에하늘타리식물체에서제초활성성분분석과포장검정을통하여친환경및유기농농자재로서이용가능성을검토해야할것이다. 요약 현재유기재배에서잡초방제를위한방법은관행방법에비해효과적이지못하다. 본연구는하늘타리의잎, 줄기, 열매, 뿌리추출물중어느부위에서제초효과가가장높은지를알아보기위해서각부위별로물, 열수그리고에탄올로추출하였다. 또한위의추출방법중제초활성능력이뛰어난것을 hexane, chloroform, ethyl acetate, BuOH, H 2 O로용매분획하여잠재적제초성분에대한특성을조사하였다. 전반적으로오이와보리의발아율, 초장및근장억제는추출방법중물추출법이가장효과적이었고, 식물체부위별로는열매에서가장효과적이었다. Ethyl acetate, butanol, chloroform, hexane, water의용매분획에서오이와보리의발아율, 초장및근장저해는물층에서가장좋았고그밖의분획에서는차이가없었다. 5% 물층추출물발아전처리에의해바랭이와까마중의생장량은 80~100% 억제되었으나, 이추출물에의한오이와보리뿐만아니라잡초종 ( 바랭이, 까마중등 ) 경엽처리에의한생육저해효과는없었다. 본연구결과로볼때하늘타리추출물을친환경또는유기농재배에잡초방제를위해사용할수있을것으로본다. 주요어 : 제초활성, 물추출물, Trichosanthes kirilowii Acknowledgement This study was supported by joint research project of Rural Development Administration, Republic of Korea (Project number : PJ008423). References Aldrich, R.J. and Kremer, R.J Principles in Weed Management. Iowa State University Press. p Byers, V.S., Levin, A.S., Waites, L.A., Starrett, B.A., Mayer, R.A., et al A phase I/II study of trichosantin treatment of HIV disease. AIDS 4: Copping, L.G The Manual of Biocontrol Agents. BCPC. p 205. Duke, S.O., Dayan, F.E., Rimando, A.M., Schrader, K.K., Aliotta, G., et al Chemicals from weed management. Weed Sci. 50: Duke, S.O., Dayan, F.E., Hernandez, A., Duke, M.V. Abbas, H.K., et al Natural products as leads for new herbicide mode of action. The 1997 BCPC-Weeds Head, S.W A study of insecticidal constituents in Chrysanthemum cinerariaefolium. Pyrethrum Post. 8: Jung, B.S. and Shin, M.K Encyclopedia of Traditional Drug (2nd ed). Younglim Pub. pp (In Korean) Kim, H.Y., Choi, H.J., Yu, Y.M., Heo, S.J., Lim, S.M., et al Plant-derived herbicidal compounds. Kor. J. Weed Sci. 23(3): (In Korean) Kim, J,H., Kwon, O.K., Park, J.E., Lim, K.J., Choi, K.H., et al Plant Protective Secondary Metabolites in Plants. Rural Development Administration. National Academy of Agricultural Science. p (In Korean) Kim, T.J Korea's Resources Plants (IV). Seoul National University Pub. p (In Korean) Lachman, J., Fernandez, E.C. and Orsák, M Yacon [Smallanthus sonchifolius (Poepp. Et Endl.) H. Robinson] chemical composition and use-a review. Plant Soil Environ. 49: Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (MFAFF) ~2015 Third Eco-friendly Agriculture Fostering Five-Year Plan. Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries. pp (In Korean) Rice, E.L Allelopathy. Academic Press. pp Taiz, L. and Zeiger, E Plant Physiology. Sinauer Associates, Inc., Publishers. p Takenaka, M., Yan, X., Ono, H., Yoshida, H., Nagata, T., et al Caffeic acid derivatives in the roots of yacon (Smallanthus sonchifolius) J. Agric. Food Chem. 51: Yan, X., Suzuki, M., Ohnishi-Kameyama, M., Sada, Y., Nakanishi, T., et al Extraction and identification of antioxidants in the roots of yacon (Smallanthus sonchifolius). J. Agric. Food Chem. 47: Yun, Y.B., Kim, J.H., Jang, S.J., Kim, D.I, Kwon, O.D., et al Effect of yacon (Smallanthus sonchifolius H. Robinson) extracts on herbicidal, fungicidal, and insecticidal activities. Korean J. Weed Sci. 32(2): (In Korean) Zhu, Y.P Chinease Material Medica. Harwood Academic Publishers. pp

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Journal of Life Science 2011 Vol. 21. No. 8. 1120~1126 ISSN : 1225-9918 DOI : http://dx.doi.org/10.5352/jls.2011.21.8.1120 μ μ μ α β Journal of Life Science 2011, Vol. 21. No. 8 1121 μ μ 1122 생명과학회지 2011,