KR100703871B1 - 식물내의 에틸렌 억제제 반응의 전도방법 - Google Patents

식물내의 에틸렌 억제제 반응의 전도방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물 및 식물 물질에서의 에틸렌 억제제 반응을 전도시키는 방법에 관한 것이며, 상세하게는 시클로프로펜 유도체 및 이들의 조성물에 미리 노출된 식물 및 식물 물질에 식물 성숙 및 분해를 포함하는 다양한 에틸렌 반응을 전도시키는 방법에 관한 것이다.
에틸렌 억제 반응, 시클로프로펜

Description

식물내의 에틸렌 억제제 반응의 전도방법{A Method To Reverse Ethylene Inhibitor Responses In Plants}
본 발명은 일반적으로 식물 및 식물 물질에서 에틸렌 억제제 반응의 전도방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 시클로프로펜 유도체 및 이들의 조성물에 미리 노출된 식물 및 식물 물질에서 식물 성숙(maturation) 및 분해(degradation)를 포함하는 다양한 에틸렌 반응의 전도방법에 관한 것이다.
에틸렌으로 인해 예를 들어, 꽃, 잎, 과실 및 채소를 포함하는 식물 및 식물부분이 조숙하여 고사되는 것으로 알려져 있다. 에틸렌은 또한, 잎의 황화 및 발육 저지 뿐만 아니라, 조숙한 열매, 꽃 및 잎의 낙화를 촉진한다. 과일, 채소 및 다른 생산물의 경우에, 에틸렌은 숙성(ripening)공정에 영향을 미친다. 이러한 활성성분은 식물 또는 식물 부분에서 특정한 에틸렌 수용체와 상호반응하여 이루어지는 것으로 이해된다. 에틸렌이 아닌 다른 대부분의 화합물이 이러한 수용체와 반응하며: 일부는 에틸렌의 작용을 모방하며; 일부는 에틸렌의 결합을 방해하며, 이에 따라서 에틸렌 반응이 저해된다. 이러한 에틸렌 유도 효과와 관련하여, 식물에 대한 에틸렌의 유해한 작용을 방지 혹은 감소시키는 방안이 현재 심도있는 연구의 대상이 되고 있다.
디아조시클로펜타디엔 및 그 유도체와 함께 식물에서의 에틸렌 반응을 저지하는 방법이 Sisler 등의 미국특허 제 5,100,462에 개시되어 있다. Sisler 등의 미국특허 제 5,518,988호에서는 에틸렌 결합의 효과적인 차단제로서 1-메틸시클로프로펜을 포함하는 시클로프로펜 및 그 유도체를 사용하는 바에 대하여 개시하고 있다. 이러한 화합물 및 화합물의 조성물이 식물 및 식물 물질에 대한 에틸렌의 영향의 억제에 매우 크게 작용한다.
식물 또는 식물 물질을 에틸렌 억제제로 처리하는 대부분의 경우에, 그 효과는 영구적이지 않다. 시간이 경과한 후에, 상기 식물 및 식물 물질은 예를 들어, 숙성 또는 분해와 같은 그 정상적인 성숙공정을 재사용한다. 그러나, 일부의 경우에, 성숙 공정이 영구적으로 억제될 수 있거나 또는 숙성 속도가 영구적으로 감소될 수 있다. 또한, 식물 또는 식물 물질의 하나 이상의 그룹 멤버가 에틸렌 억제 화합물로 동시에 처리되는 경우에, 이들은 다시 동시 또는 동일한 속도로 성숙 공정을 거칠수 없게 된다. 식물 또는 식물 물질의 나무틀(crate) 또는 용기가 상업적으로 판매되는 경우에 이러한 문제가 존재한다. 상업적인 영업소에서는 소비자에게 판매를 위해 거의 동일한 성숙단계에서 식물 및 식물 물질을 나무틀 또는 용기에 담아야 할 필요가 있다. 이러한 문제점은 식물 또는 식물 물질 종이 소비되기 전에 부분적으로 익은 상태로 선적되는 경우에 특히 심각하다. 이러한 식물로는 예를 들어, 아보카도, 복숭아, 배, 파파야 및 바나나를 포함한다.
본 발명자는 식물 및 식물 물질에서의 에틸렌 억제제의 반응을 전도시키는 방법을 개발하였다.
본 발명의 방법은:
a)식물 또는 식물 물질을 에틸렌에 노출시키는 단계;
b)상기 식물 또는 식물물질의 주위에 이산화탄소의 수준을 감소시키는 단계; 및
c)상기 식물 또는 식물 물질을 30℃이하의 온도에서 유지하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "식물(plant)"은 일반적인 의미로 사용되며, 예를 들어, 수목 및 관목; 초본(herbs); 채소, 과실, 견과류, 농작물 및 관상용 식물과 같은 목질의 줄기를 갖는(woody-stemmed) 식물을 포함한다. 본 발명의 방법으로 처리되는 식물로는 예를 들어, 농작물, 화분에 심은 식물, 종자(seeds), 절화(줄기 및 꽃) 및 수확된 과실 및 야채와 같은 식물 전체 또는 이들의 어떠한 부분을 포함한다.
본 발명의 목적에 있어서, 본 발명의 방법을 사용하여 처리하기 전에, 상기 식물 또는 식물 부분은 식물 또는 식물 물질에서 에틸렌 반응을 억제하는 작용제와 함께 처리된다. 바람직하게, 상기 작용제는 식물 또는 식물 물질에서 에틸렌 수용체와 결합하는 물질이다. 보다 바람직하게, 상기 작용제는 시클로프로펜 또는 시클로프로펜 유도체이다. 보다 더 바람직하게, 상기 작용제는 다음 화학식을 가지며:
Figure 112004059425395-pat00001
이 때, 상기 식에서:
1)각 R1, R2, R3 및 R4는 독립적으로 화학식 -(L)n-Z 의 기이며,
이 때:
ⅰ)n은 0~12의 정수이며;
ⅱ)각 L은 기 D1, D2, E 또는 J의 멤버로부터 독립적으로 선택되며:
이 때,
D1은 화학식
Figure 112004059425395-pat00002
이며,
D2는 화학식
Figure 112004059425395-pat00003
이며,
E는 화학식
Figure 112004059425395-pat00004
이며;
J는 화학식
Figure 112004059425395-pat00005
이며,
이 때, 상기 식에서
A) X 및 Y는 각각 독립적으로 식 -(L)m-Z 기이며;
B) m은 0 내지 8의 정수이며;
C) 2개 이하의 E기가 서로 인접하며, J기는 서로 인접하지 않으며;
ⅲ) Z는 각각 독립적으로:
A) 수소, 할로, 시아노, 니트로, 니트로소, 아자이도, 클로레이트, 브로메이트, 아이오데이트, 이소시아네이토, 이소시아니도, 이소티오시아네이토, 펜타플루오로티오, 혹은
B) G가 비치환 혹은 치환된; 불포화, 부분 포화 혹은 포화; 단일고리(monocyclic), 이중고리(bicyclic), 삼중고리(tricyclic) 혹은 융합된(fused); 카르보시클릭(carbocyclic) 혹은 헤테로시클릭(heterocyclic) 고리 시스템인 G기이며;
1) 상기 고리 시스템이 3 또는 4 멤버 헤테로시클릭 고리를 갖는 경우, 상기 헤테로시클릭 고리는 1개의 헤테로원자를 가지며;
2) 상기 고리 시스템이 5 혹은 그 이상 멤버 헤테로시클릭 고리 혹은 폴리시클릭 헤테로시클릭 고리를 갖는 경우, 상기 헤테로시클릭 혹은 폴리시클릭 헤테로시클릭 고리는 1 내지 4개의 헤테로원자를 가지며;
3) 각각의 헤테로원자는 N, O 및 S로 부터 독립적으로 선택되며;
4) 치환체의 수는 0 내지 5이며, 각 치환체는 X로 부터 독립적으로 선택 되며;
2)각 화합물에서 비-수소 원자의 총수는 50이하인;
그 거울상 이성질체, 입체이성질체, 염, 및 이들의 혼합물이다.
여전히 보다 바람직하게, 상기 작용제는 다음 화학식의 시클로프로펜이며:
Figure 112004059425395-pat00006
이 때, R은 수소 또는 치환된 또는 비치환된 알킬, 알케닐, 알키닐, 시클로알킬, 시클로알킬알킬, 페닐 또는 나프틸기이며; 상기 치환체는 각각 독립적으로 할로겐, 알콕시 또는 치환된 또는 비치환된 페녹시이다. 가장 바람직하게, 상기 작용제는 1-메틸시클로프로펜("MCP")이다.
본 발명은 예를들어, 꽃, 과실 및 야채의 숙성(ripening) 및/또는 노화; 잎, 꽃, 및 과실의 탈리(abscission); 화분에 심은 식물, 절화(cut flowers), 관목, 종자 및 휴면 종자(dormant seedlings)와 같은 관상용 식물의 수명단축; 몇몇 식물(예를들어, 완두콩)에서, 성장억제, 성장촉진(예, 벼), 옥신 활성, 말기 성장 억제, 끝눈 우성(apical dominance) 제어, 분지화 증대, 포기벌기(tillering) 증대, 식물 형태의 변형, 균류와 같은 식물 병원체에 대한 감염성의 조절(modifying), 식물의 생-화학 조성의 변화(줄기 면적에 비하여 잎 면적의 증대), 개화의 발육정지 혹은 억제 및 종자 발육, 도복 작용(lodging effects), 종자 발아 촉진 및 휴면차단 및 호르몬 혹은 상편생장(epinasty) 반응와 같은 다양하고 상이한 에틸렌 억제 반응을 전도시키는 데 사용될 수 있다.
다양한 기술을 사용하여 식물 또는 식물 물질을 에틸렌에 노출시킬 수 있다. 식물 또는 식물 물질이 식물에 바로 근접하여 측정가능한 에틸렌의 농도에 노출시키는 기술이 요구된다. 바람직하게, 상기 식물 또는 식물 물질은 예를 들어, 포장, 박스, 나무틀, 창고, 조절된 온도 및/또는 대기실(atmosphere rooms), 선적 콘테이너, 트럭 본체 또는 트레일러 및 다른 형태의 저장설비와 같은 용기에 장입될 것이다. 에틸렌 억제 효과의 전도범위(extent of reversal)는 에틸렌의 농도 및 노출 시간 모두에 의존한다. 노출은 연속적 또는 간헐적일 수 있다. 바람직하게, 에틸렌의 농도는 최소 10백만분율("ppm"), 보다 바람직하게는 최소 25ppm, 보다 더 바람직하게는 최소 50ppm, 가장 바람직하게는 최소 90ppm이다. 일반적인 농도는 약 100ppm이다.
식물 또는 식물 물질이 성숙함에 따라서, 이들은 호흡하고 이산화탄소를 생성한다. 본 발명의 방법으로 식물 또는 식물 물질 주위의 이산화탄소 수준을 정상적인 수준으로부터 감소시킨다. 바람직하게, 이산화탄소의 농도는 1부피% 미만이다. 또한, 에틸렌 억제 효과의 전도 범위는 이산화탄소의 농도 및 노출 시간 모두에 의존한다.
식물 또는 식물 물질이 에틸렌에 노출되는 시간 동안, 특정한 식물 또는 식물 물질의 경우에 정상적인 보존 저장온도가 되도록 이 기술분야의 당업자에 의해 고려되는 온도에서 또는 그 미만으로 유지되어야 한다. 용어 "보존 저장 온도(shelf storage temperature)"란 식물 또는 식물물질이 정상적인 성숙, 판매 또는 둘다의 목적을 위해 상업적으로 유지되는 온도를 의미한다. 이러한 온도는 일반적으로, 냉동 이상, 일반적으로 30℃미만, 바람직하게는 25℃ 미만, 보다 바람직하게는 20~25℃, 가장 바람직하게는 22~24℃이다.
상기된 바와 같이, 에틸렌에의 노출은 가스의 연속적인 흐름 또는 간헐적인 사이클을 사용할 수 있다. 간헐적인 사이클을 사용하는 경우에, 식물 또는 식물물질을 용기에 장입한 다음에 먼저 에틸렌에 노출시키고, 용기를 탈기하여 적합한 이산화탄소 수준을 유지할 수 있다. 상기 이산화탄소 수준은 세척기, 필터, 흡수제 또는 이들의 혼합을 사용하여 감소시킬 수 있다. 일반적인 간헐적 사이클은 함유된 식물 또는 식물 물질이 6~12시간동안 에틸렌에 노출된 다음 상기 용기가 0.5시간동안 탈기되는 것이다. 이러한 사이클은 원하는 상태의 에틸렌 억제 전도를 이루도록 요구되는 만큼 반복될 수 있다.
본 발명의 방법은 식물 또는 식물 물질이 원하는 성숙 단계에 도달할 때까지 계속된다. 몇몇 경우에, 이는 부분적으로 익은, 또는 완전히 익은 즉, "마켓 레디(market-ready)" 단계일 수 있다. 바람직한 성숙 단계는 식물 또는 식물 물질의 형 태 및 식물 또는 식물 물질이 상업적으로 연결되는 지점에 따라 변화할 것이다. 즉, 일부의 경우에, 식물 또는 식물 물질은 소비를 위해 준비될 것이다. 다른 경우에, 식물 또는 식물 물질이 소비되기 전에 시간이 있을 수 있다. 후자의 경우에, 바람직한 성숙 단계는 전자의 경우 보다 빠를 것이다.
일부 식물 및 식물 물질과 함께, 상기 식물 또는 식물 물질이 유지되는 상대습도가 성숙의 속도에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 아보카도는 90~95%의 상대습도에서 보다 빠르고 균일하게 익는다. 그러나, 높은 상대습도로 인한 단점은 예를 들어, 탄저병 및 줄기무름병과 같은 질병이 보다 잘 진행될 수 있다는 점이다. 결과적으로, 대부분의 경우에, 본 발명의 방법을 사용하여 처리된 식물 및 식물 물질 주위의 상대습도는 바람직하게는 80% 이하이며, 보다 바람직하게는 75~80%이다.
본 발명에서, 달리 명시하지 않는 한, 모든 퍼센트는 중량 퍼센트이며, 모든 부는 중량부이며, 이들은 서로 포함되며 결합가능하다. 모든 비율은 중량이며, 모든 비율 범위는 포함되며 결합가능하다. 모든 범위는 포함되며 결합가능하다.
실시예
실시예 1
본 발명의 방법을 평가하는 방법은 다음과 같다:
수확 위치를 고려하여 상업적인 실시에 따라서 생리학적 성숙단계(21% 이하 의 건조질 및 12% 오일 함량)에서 Hass 변종 아보카도를 수확한다. 아보카도 박스는 표준 상업 공정에 따라 처리한다.
이러한 박스 세트를 12시간동안 냉각 저장 조건(약 6℃/43℉ 및 85~90% 상대습도("RH"))하에서 1-MCP에 200ppb로 노출시킨다. 두번째 비처리된 아보카도 박스의 완전한 세트를 동일한 시간동안 처리된 과일의 것과 동일한 조건하에서 유지한다.
처리 및 비처리된 아보카도 박스의 대표 세트는 멕시코에서 미국/캐나다로의 냉동 트레일러(6℃/43℉ 및 90% RH)에서 또는 내수 칠레 시장의 임시 저장 + 트랜짓으로 6일동안의 운송을 면밀히 모의실험하는 조건으로 유지된다. 두번째 세트의 아보카도 박스는 멕시코에서 유럽/일본으로 또는 칠레에서 미국/유럽으로의 냉동 해양 용기(6℃/43℉ 표준 공기 및 90% RH)에서 20일동안 선적 모의실험하는 조건으로 유지된다.
6일 또는 20-일 모의실험된 선적/임시 냉동 저장의 말기에, 완전한 아보카도 박스 세트를 상온 조건(22~24℃/72~75℉ 및 75~80% RH)에서 자연스럽게 익도록 위치시킨다. 다른 박스 세트를 에틸렌 처리(22~24℃/72~75℉, 및 75~80% RH에서 100ppm)에 노출시켜 익도록 한다.
아보카도 과육을 에틸렌에 노출시키거나 또는 노출시키지 않고 점차적으로 승온시킨다(약 6℃/43℉에서 약 22~24℃/72~75℉로). 과실의 예비조절 및 에틸렌 처리를 동시에 진행하여 "마켓-레디" 단계로의 시간을 단축시킨다. 과육 온도는 25℃/77℉를 초과하지 않는다.
에틸렌 가스의 연속적인 흐름 또는 간헐적인 사이클을 사용하여 에틸렌을 적용하고, 필요에 따라서 1% 수준 이하의 CO2 농도를 유지하도록 탈기된다(예를 들어, 에틸렌을 6~12시간 그리고 1/2 시간 탈기). CO2 세척기, 필터 및/또는 흡착제를 사용하여 상기된 환경 중 어떠한 것으로, CO2 농도의 증가를 감소시킬 수 있다.
처리된 과일의 데일리 과육 연화 평가를 "마켓-레디"의 견고함(약 5lb)에 도달할 때까지 에틸렌 처리를 유지한다. 에틸렌 없이 익게한 과일에 대하여 유사한 과육 연화 모니터링을 행한다.
모든 처리 및 비처리된 아보카도 샘플을 보존-수명 조건(24℃/75℉ 및 55~60% RH)으로 이동시켜 이들이 "레디 투 잇 단계(ready to eat stage)" (1-3lb)에 도달하는 일수 및 과일이 이상적인 마켓-리프 단계(market ripe stage)로 유지되도록 하는 실질적인 일수를 결정하여 데일리 평가를 수행한다.
이러한 평가의 결과는 1-MCP의 에틸렌 억제 영향을 전도시키는 본 발명의 방법의 효율성을 설명하는 것이다.
실시예 2:
아보카도를 상기한 바와 같이 1-MCP로 처리하고, 6일동안 모의실험 냉각 저장에서 유지한 다음, 100ppm의 수준으로 본 발명의 방법에 따라서 에틸렌으로 처리한다. 이산화 탄소 수준을 1% 미만으로 유지하였다. 아보카도의 퍼센트는 아보카도의 익음 또는 견고함에 대하여 0일 (1-MCP 처리), 초기 에틸렌 처리 일수(6+0일) 및 이후 3 및 5일(6+3, 및 6+5일)로 평가하였다. 이러한 평가의 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.
[표 1]
익은 것으로 여겨지는 수확물 퍼센트
처리 1-MCP ppm 에틸렌 ppm 0일 6+0일 6+3일 6+5일
1 0 0 0.0 0.0 20.0 45.0
2 0 100 0.0 0.0 25.0 85.0
3 200 0 0.0 0.0 15.0 35.0
4 200 100 0.0 0.0 20.0 75.0
[표 2]
견고함(뉴톤으로 - Nw)
처리 1-MCP ppm 에틸렌 ppm 0일 6+0 6+3 6+5
1 0 0 248.5 248.5 177.1 117.1
2 0 100* 248.5 248.5 85.5 55.9
3 200 0 248.5 248.5 231.9 152.9
4 200 100* 248.5 248.5 115.7 68.6
이러한 데이타는 에틸렉 억제제 1-MCP의 영향을 전도시키는 본 발명의 방법의 효율성을 설명하는 것이다.
본 발명에 따라서 시클로프로펜 유도체 및 이들의 조성물에 미리 노출된 식물 및 식물 물질에 식물 성숙 및 분해를 포함하는 다양한 에틸렌 반응이 전도된다.

Claims (7)

  1. a) 식물 또는 식물물질을 에틸렌에 노출시키는 단계;
    b) 상기 식물 또는 식물 물질 주위의 이산화탄소 수준을 감소시키는 단계; 및
    c) 상기 식물 또는 식물 물질을 30℃ 이하의 온도에서 유지하는 단계
    를 포함하는 식물 및 식물 물질에서의 에틸렌 억제제 영향의 전도방법.
  2. 제 1항에 있어서, 나아가 상기 식물 또는 식물 물질 주위의 상대습도를 80% 이하로 유지하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 식물 또는 식물 물질은 에틸렌에 간헐적으로 노출됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 식물 또는 식물 물질이 용기에 포함됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 용기내의 이산화탄소 수준은 상기 용기를 간혈적으로 탈기하여 1% 이하로 유지됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 식물 또는 식물 물질은 나무-줄기 식물; 초본; 채소, 과일, 농산물 및 관상용 식물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 식물 또는 식물 물질은 아보카도, 복숭아, 배, 파파야 및 바나나로 부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
KR1020040107136A 2003-12-23 2004-12-16 식물내의 에틸렌 억제제 반응의 전도방법 KR100703871B1 (ko)

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