KR100831065B1 - 생물학적 제어 물질로서의 1,4-디티안-2,5-디올을 함유하는식물병 방제용 조성물 및 이를 이용한 식물병 방제방법 - Google Patents

생물학적 제어 물질로서의 1,4-디티안-2,5-디올을 함유하는식물병 방제용 조성물 및 이를 이용한 식물병 방제방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올(1,4-dithiane-2,5-diol) 화합물을 함유하는 식물병 방제용 조성물 및 이를 이용한 식물병 방제방법에 관한 것이다. 상기 1,4-디티안-2,5-디올 화합물은 식물-병원균 상호 작용에서 이중의 역할 즉, (ⅰ) 곰팡이의 발달을 억제하는 살균 효과 및 (ⅱ) 식물세포의 방어반응을 유도하는 효과가 있다. 따라서, 다양한 식물 병에 대하여 높은 방제 활성을 보이는 상기 1,4-디티안-2,5-디올 화합물을 환경 친화적인 살균제로서 진균 감염을 억제하고 식물의 방어 메카니즘을 활성화하는 수단으로 작물에 적용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112007025918231-pat00001
고추, 1,4-디티안-2,5-디올, 병원성관련(PR) 단백질, 생물학적 제어 물질, 탄저병, 진균, 식물

Description

생물학적 제어 물질로서의 1,4-디티안-2,5-디올을 함유하는 식물병 방제용 조성물 및 이를 이용한 식물병 방제방법{Composition For Protecting Planr Diseases Comprising 1,4-Dithiane-2,5-Diol As A Biocontrol Agent And Method For Controlling Plant Disease Using The Same}
도 1 - 실시예 1에서 1,4-디티안-2,5-디올을 처리한 고추 탄저병균의 생장 및 발달의 억제를 보여주는 사진(숫자는 1,4-디티안-2,5-디올의 양(㎍/㎖)을 나타냄)
도 2 - 실시예 3에서 1,4-디티안-2,5-디올을 다양한 농도로 처리한 녹색 고추 열매에 탄저병균을 접종하여 9일이 경과한 후에 나타난 탄저병 병징의 발달 여부를 관찰하여 탄저병 감염 방지 효과를 보여주는 사진
도 3 - 실시예 3에서 녹색 고추 열매에 처리된 1,4-디티안-2,5-디올의 농도에 따라 탄저병 병징 형성이 억제되는 결과(접종 9일 후의 (A) 병반의 크기; (B) 한 개 병반에서 형성된 포자의 수; (C) 병반의 형성율과 크기. * 병반 크기의 범주)
도 4 - 실시예 4에서 1,4-디티안-2,5-디올을 다양한 농도로 처리한 고추 열매에서 병원성 관련(PR) 유전자 발현 유도를 나타낸 사진((A) 1,4-디티안-2,5-디올 처리 24시간 후의 1,4-디티안-2,5-디올의 처리농도에 따른 PR 유전자 발현 유도; (B) 1,4-디티안-2,5-디올(500 ㎍/㎖)을 전 처리한 고추 열매에서 탄저병원균의 접종 시간에 따른 PR 유전자의 발현(접종 후 0, 24, 48, 72 hr). DD는 1,4-디티안-2,5-디올; FI는 탄저병 포자 접종(fungal infection); DD+FI는 1,4-디티안-2,5-디올(500 ㎍/㎖)을 30분 동안 전 처리한 후에 탄저병 포자 접종; 1% DMSO, 1,4-디티안-2,5-디올의 용매로 사용된 1% DMSO 처리.)
도 5 - 실시예 4에서 녹색 고추 열매에서 1,4-디티안-2,5-디올과 병 접종에 따라 변화되는 단백질의 축적양상을 비교한 사진((A) 대조구로 사용된 녹색 고추의 단백질 양상; (B) 탄저병원균을 접종한 후 48 시간에 나타나는 단백질 양상; (C) 1,4-디티안-2,5-디올(500 ㎍/㎖)을 처리하고 48시간 이 후에 나타나는 단백질 양상; (D) 1,4-디티안-2,5-디올(500 ㎍/㎖)을 30 분 동안 전처리하고, 탄저병 포자를 접종한 후 48시간에 나타나는 단백질 양상. 백색 □는 디티안디올 처리에 의해서 증가되는 단백질이다.)
도 6 - 실시예 6에서 고추 유묘 탄저병에 대한 1,4-디티안-2,5-디올의 식물병 방제 효과를 보여주는 사진(1,4-디티안-2,5-디올을 0, 125, 250, 500 및 1000 ㎍/㎖로 각각 처리한 다음에 탄저병 포자를 살포하였다.)
본 발명은 생물학적 제어 물질로서 1,4-디티안-2,5-디올(1,4-dithiane-2,5-diol)을 함유하는 식물병 방제용 조성물 및 이를 이용한 식물병 방제방법에 관한 것으로, 식물 세포 내에서 방어 반응을 유도해낼 수 있는 생물학적 제어 물질 및 식물 세포 내로의 진균 침투를 차단할 수 있는 직접적인 진균 억제자로서의 역할에 관한 것이다.
식물은 병원균의 침투에 대해 자신을 방어하는 세포기작을 보유하고 있어서, 병원균을 인식했을 때 복잡한 방어 반응을 활성화시킨다. 이는 감염 부위에서 일어나는 급성 방어에 이어서 식물 전체에서 면역 기능이 활성화되는 과정으로 병원성 관련 (PR) 식물 단백질의 발현 및 축적으로 나타난다. 병원성 관련 식물 단백질은 글루카나제(glucanase), 키티나제(chitinase) 및 리소자임(lysozyme) 등의 효소활성을 나타내는 PR 단백질이 잘 알려져 있다.
일반적으로 살리실산(salycilic acid), 자스몬산(jasmonic acid)또는 에칠렌(ethylene) 등의 식물 호르몬이 방어 관련 PR 단백질의 발현을 유도하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들 호르몬 들은 식물의 노화현상을 유발하는 등 식물의 생장에 심각한 영향을 유발하는 문제가 있다.
최근 집약적 농업으로 인하여 병· 해충에 의한 농작물의 수확량 손실이 증가되면서, 합성 농약의 수요가 증대되고 이에 따른 환경 오염 및 위해성에 대한 우려가 심화되고 있는 실정이다. 따라서 환경 친화적이고 효과가 우수한 생물 농약의 개발이 필수적이다.
한편, 식품첨가물은 식품의 품질을 개량하여, 보존성 또는 기호성을 향상시킬 뿐만 아니라 영양가 및 식품의 실질적인 가치를 증진시킬 목적으로 의도적으로 사용하는 물질들을 일컫는다. 1,4-디티안-2,5-디올은 고기 맛과 유황이나 난황 맛을 내는 향미료로서, 닭, 대합조개, 커피, 달걀, 겨자, 굴, 돼지, 새우, 토마토, 다랭이 등에 사용되고 있다. 자연계에서도 발견되는 물질이다.
본 발명에서 1,4-디티안-2,5-디올의 적용은 작물 재배 시에 유해한 부작용 없이 특이적으로 병원균 감염을 방제하여 작물의 수확을 조절할 수 있는 수단을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 1,4-디티안-2,5-디올을 이용하여 신규 살균제 제제를 개발하였다. 이 물질 적용의 일차적인 목적은, 식물체에서 PR 유전자들의 발현과 같은 식물 방어 반응을 유도하여 식물의 방어 반응을 활성화 시키는 것이다. 이차적으로는 1,4-디티안-2,5-디올 제제가 식물세포에 침투하기 위하여 발아되는 곰팡이 포자의 발아관 신장 및 부착기 형성 등의 곰팡이발달을 저해함으로써 식물 감염을 방지하고, 동시에 식물체에서 포자 증식을 통한 곰팡이의 증식을 제어하여 곰팡이의 이차적인 전염을 방지한다. 이는 기존의 화학농약으로 방제가 잘되지 않는 고추탄저병 등의 식물병원균을 효과적으로 방제할 수 있게 한다.
본 발명자들은 안전성이 이미 거의 확인된 식품첨가물을 이용한 고활성 살균활성 물질을 탐색하던 중에 1,4-디티안-2,5-디올이 다양한 식물병원균에 대하여 높은 살균활성을 보이며, 또한 고추 탄저병에 대하여 높은 유도저항성을 나타낸다는 사실을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 생물학적 제어 물질로서 1,4-디티안-2,5-디올을 이용하여 식물 세포 내에서 방어 반응을 유도해 낼 수 있는 생물학적 조절 물질 및 식물 세포 내로의 진균 침투를 차단할 수 있는 직접적인 진균 억제자로서 다양한 식물병에 대해 우수한 방제활성을 나타내는 환경친화적인 식물병 방제용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 1,4-디티안-2,5-디올을 함유하는 식물병 방제용 조성물을 이용한 식물병 방제방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 1,4-디티안-2,5-디올을 유효성분으로 함유하는 항미생물제를 제공하는 것이다.
본 발명은 1,4-디티안-2,5-디올을 함유하는 식물병 방제용 조성물 및 이를 이용한 식물병 방제방법에 관한 것으로, 상기 디티안 화합물의 효과적인 양이 밀리리터(㎖) 당 100 ~ 500 마이크로그램(㎍)인 것을 특징으로 하는 식물병 방제용 조성물 및 이를 이용한 식물병 방제방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 하기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올(1,4-dithiane-2,5-diol; C4H8O2S2) 화합물을 유효성분으로 포함하는 식물병 방제용 조성물 및 상기 식물병 방제용 조성물을 식물에 국부적으로 도포하여 식물병을 방제하는 식물병 방제방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 1,4-디티안-2,5-디올(1,4-dithiane-2,5-diol) 화합물을 유효 성분으로 포함하는 항미생물제에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112007025918231-pat00002
상기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올 화합물은 병원균에 대한 직접적인 살균 효과와 식물세포에 대한 방어 반응을 유도함으로서 식물체에서 병원균의 증식을 제어하여 식물을 보호하는 기능을 지니고 있다. 상기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올 화합물은 농도에 따라 ⅰ) 진균 포자의 발아 및 생장을 억제하고; ⅱ) 식물세포에서 방어 기작을 활성화시킴으로써 미생물 침투를 억제하여 식물보호 효과를 나타낸다.
미생물은 콜레토트리쿰 글로에오스포리오이데스(Colletotrichum gloeosporioides), 콜레토트리쿰 코코데스(C. coccodes), 마그나폴세 그리세아(Magnaporthe grisea), 파이토프쏘라 인페스탄스(Phytophthora infestans), 알터나리아 브라시시콜라(Alternaria brassicicola), 라이족토니아 솔라니(Rhizoctonia solani)로 이루어진 군에서 선택되는 진균 및 아시도보락스 콘자시(Acidovorax konjaci), 아그로박테리움 투메페시언스(Agrobacterium tumefaciens) 및 펙토박테리움 카로토보라 아종 카로토보라(Pectobacterium carotovora subsp. carotovora)로 이루어진 군에서 선택되는 세균을 포함한다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올 화합물을 유효성분으로 포함하는 식물병 방제용 조성물은 고추, 벼, 토마토 및 밀로 이루어진 군에서 선택되는 식물의 병인 탄저병, 도열병, 역병 또는 녹병과 같은 식물병에 강한 길항작용을 나타낸다.
병원균에 대한 상기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올 화합물의 살균 효과를 증명하기 위하여, 탄저병균의 포자에 직접 1,4-디티안-2,5-디올을 처리하면, 균의 정상적인 발달이 저해되는 것으로 나타났다(도 1). 발아된 포자는 발아관이 신장되면서 식물 표피세포 침투에 필수적인 부착기를 형성하게 된다. 그러나 저농도의 1,4-디티안-2,5-디올을 처리한 균주는 발아관의 신장이 감소되고 부착기 형성이 억제되는 경향을 보였고, 500㎍/㎖의 1,4-디티안-2,5-디올을 처리하면 포자 발아 단계에서부터 제어되었다.
고추 열매 감염 과정에서 1,4-디티안-2,5-디올의 효과를 관찰하기 위하여, 고추 열매 또는 고추 유식물에 1,4-디티안-2,5-디올을 전처리하고 인접 부위에 접종된 탄저병균에 의한 감염을 관찰하였을 때 고추 열매에서 병반 형성이 초기 감염 단계로부터 완전하게 차단되었다(도 2). 상기 1,4-디티안-2,5-디올의 처리 농도에 따라 100㎍/㎖을 처리하면 병반 형성율이 25% 감소하였으며, 500㎍/㎖에서는 98%까지 감소하였다(도 3). 상기 1,4-디티안-2,5-디올이 식물의 방어기작의 활성화에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 1,4-디티안-2,5-디올을 단독 처리하거나 또는 전 처 리한 후에 균을 접종하여 식물세포에서 병원성 관련(PR) 단백질 유전자의 발현을 관찰하였다(도 4). 그 결과 주요 PR 유전자가 1,4-디티안-2,5-디올을 처리한 고추에서 발현이 현저하게 증가되는 것으로 나타났다.
또한, 1,4-디티안-2,5-디올이 고추의 전체 단백질 축적에 영향을 관찰하기 위하여 처리된 고추열매의 단백질 양상을 이차원 전기영동법을 사용하여 비교 분석하였다(도 5). 그 결과 1,4-디티안-2,5-디올 처리에 의해 소수의 단백질 양상이 변화되는 것으로 나타났다.
이러한 결과는 1,4-디티안-2,5-디올이 고추 열매에서 유전자 전사 및 단백질 축적에 영향을 미치고, 특히 균주에 대한 방어 반응 메카니즘을 활성화시키는 기능이 있음을 시사해 주고 있다.
결론적으로 1,4-디티안-2,5-디올은 방어-관련 유전자의 발현을 유도함으로서 진균 감염에 민감한 고추 열매를 보호함으로써, 고추열매 또는 고추 유식물에 상기 1,4-디티안-2,5-디올을 전 처리한 후에 병원균을 접종했을 때 병반 형성이 효과적으로 제어되어 건강한 상태를 유지하였다(도 6). 이 결과는 1,4-디티안-2,5-디올을 효과적인 생물학적 제어 물질로서 식물병 방제에 이용할 수 있는 가능성을 보여 주고 있다. 1,4-디티안-2,5-디올의 사용은 수확 비용의 절감 뿐 아니라, 작물 재배에 사용되는 화학 농약의 양을 감소시킴으로서 환경 보존에 기여할 수 있다.
다음은 본 발명을 실시예에 의하여 상세하게 제시한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 예시로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
[ 실시예 1] 1,4- 디티안 -2,5- 디올 처리에 의한 고추 탄저병균 발달의 억제효과
탄저병균 (C. gloeosporioides)의 모노클론 분리체 KG13(금호생명환경과학연구소)을 감자 덱스트로스 한천배지(PDA)(Difco) 상에서 28℃의 암조건에서 7일간 배양하였고, 포자를 수확하여 멸균 증류수에 현탁하였다. 탄저병균 형태 발생에 대한 1,4-디티안-2,5-디올의 영향을 조사하기 위하여 투여량-반응 실험이 수행되었다. 1,4-디티안-2,5-디올은 디메틸설폭사이드(DMSO)에 녹여서 사용하였고, 처리시의 최종농도는 1%로 하였다. 10 ㎕의 디티안디올과 동량의 포자 현탁액(5 × 105 포자수/㎖)을 혼합하여 커버글라스 상에서 24시간 동안 배양하였다. 커버글라스는 28℃의 암 조건에서 100%의 상대습도를 유지하기 위해 젖은 종이 타월을 포함한 플라스틱 상자(25 x 16 x 6 cm) 내에서 배양하였다. 정상적으로 탄저병균의 포자는 커버글라스 상에서 약 1시간 후 부터 발아를 시작하여 발아관을 생성하고, 그 끝에 부착기를 형성하였다. 그러나 진균의 정상적 발달은 1,4-디티안-2,5-디올의 처리에 의해 심하게 저해되었다.
도 1은 1,4-디티안-2,5-디올로 처리된 탄저병원균의 비정상적 발달을 보여주고 있다. 저농도(100 ㎍/㎖)의 1,4-디티안-2,5-디올을 처리하면 균사의 생장 팁의 신장이 감소되는 경향이 있었고 종종 부착기 형성이 억제되면서 포자를 생성하였 다. 탄저병균의 생장은 1,4-디티안-2,5-디올을 500㎍/㎖ 농도로 처리시에 완전하게 차단되었다.
[ 실시예 2] 다양한 병원균의 발아 및 생장에 미치는 1,4- 디티안 -2,5- 디올의 효과
1,4-디티안-2,5-디올의 다양한 식물병원 진균 및 세균에 대한 포자 또는 세포 발아 및 생장에 대한 효과를 조사하였다. 1,4-디티안-2,5-디올은 디메틸설폭사이드(DMSO; dimethyl sulfoxide)로 10, 3.3, 1.1, 0.37, 0.123 ㎎/㎖ 수준으로 용해한 후 실험에 사용하였다.
아시도보락스 콘자시(Acidovorax konjaci, 농업과학기술원), 아그로박테리움 투메페시언스(Agrobacterium tumefaciens, 농업과학기술원) 및 펙토박테리움 카로토보라 아종 카로토보라(Pectobacterium carotovora subsp . carotovora, 농업과학기술원) 등 3개의 세균은 영양액체배지(Nutrient broth)에서 1 내지 2일간 키운 후에 104 cell/㎖ 수준이 되도록 9% 멸균 NaCl용액으로 희석한 후 접종원으로 이용하였다.
또한 알터나리아 브라시시콜라(Alternaria brassicicola, 한국화학연구원), 마그나폴세 그리세아(Magnaporthe grisea, 한국화학연구원) 및 콜레토트리콤 코코데스(Colletotrichum coccodes, 고려대학교) 등 3개의 진균은 고체배지에 생성된 포자를 멸균수로 수확하여 105 포자수/ml로 조절한 후 접종원으로 이용하였다. 라이 족토니아 솔라니(Rhizoctonia solani, 한국화학연구원)의 경우 포자를 형성하지 못하기 때문에 감자덱스트로스액체배지(PDB; potato dextrose broth)에 7일간 배양한 액체배양체를 10초간 마쇄한 배양체를 접종원으로 이용하였다. 세균의 경우에는 96-well plate의 각 well 당 세균의 경우에는 영양액체배지를, 진균의 경우에는 감자덱스트로스액체배지를 각각 100 ㎕씩 분주한 후 접종원과 1,4-디티안-2,5-디올 용액을 각각 1 ㎕씩 분주하였다. 세균의 경우 30℃에서, 진균의 경우 25℃에서 1-4일간 배양한 후 최소억제농도를 조사하였다.
그 결과, 하기 표 1과 같이 1,4-디티안-2,5-디올은 라이족토니아 솔라니와 펙토박테리움 카로토보라 아종 카로토보라 등 2개의 균에 대해서는 33.3 ㎍/㎖에서 최소억제 농도를 보였고, 나머지 균에 대해서는 100 ㎍/㎖에서 최소억제농도를 보여, 실험한 모든 균주들의 발아 및 생장을 억제하는 것으로 나타났다.
[표 1]
Figure 112007025918231-pat00003
[실시예 3] 탄저병 균의 감염으로부터 고추 열매의 보호
고추 열매의 표면에 1,4-디티안-2,5-디올을 농도 별로 처리하여 탄저병의 병반 형성을 관찰하였다. 10 ㎕의 1,4-디티안-2,5-디올을 고추열매의 표피에 치상하고 30분 후에 10 ㎕ (5 × 105 포자수/㎖)의 탄저병균 포자 현탁액을 인접 부위에 접종하였다. 접종 열매는 28℃의 암 조건에서 100%의 상대습도를 유지하기 위해 젖은 종이 타월을 포함한 플라스틱 상자(25 x 16 x 6 cm) 내에 놓였다. 도 2는 접종 9일 후에 1,4-디티안-2,5-디올의 농도에 따른 병반 형성의 차이를 보여주는 사진이다. 대조구에는 증류수와 비히클(vechicle)로 사용된 1% 디메틸설폭사이드 (DMSO)를 각각 전 처리하였다.
그 결과 병반의 평균 직경은 100 ㎍/㎖의 1,4-디티안-2,5-디올 용액을 처리하였을 때, 대조구에 비해 약 37% 감소하였고, 500 또는 1000 ㎍/㎖을 처리하였을 때 87% 그리고 96%가 각각 감소하였다(도 3A). 한 개의 병반에서 형성된 포자의 평균치는 100, 500, 및 1000 ㎍/㎖ 처리구에서, 각각 47%, 97%, 그리고 100%가 억제되었다(도 3B). 그리고 병반 형성율의 경우, 대조구에서는 약 63%의 고추에서 병반이 형성되는 반면에, 100, 500 , 그리고 1000 ㎍/㎖의 1,4-디티안-2,5-디올 용액을 처리하였을 때에는 각각 47%, 2.7%, 그리고 1%의 병반 형성율을 보여주었다(도 3C). 이러한 결과로부터 1,4-디티안-2,5-디올이 탄저병 곰팡이에 대해서 살균효과가 있으며, 그 결과 식물세포를 식물병 감염으로부터 보호할 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 4] 식물 방어 관련 유전자의 발현 및 식물 단백질 양상의 변화
1,4-디티안-2,5-디올이 식물세포에서 방어기작을 활성화하기 위하여 병원성 관련 (PR) 단백질 유전자의 발현을 유도하는지 여부를 시험하기 위해서, 1,4-디티안-2,5-디올을 처리한 고추 열매에서 진균에 대한 드롭-적용 사이트에서 1 ㎠로 절제하여 노던블럿 (Northern blot) 분석을 수행하였다. PR3(키티나제 클래스 Ⅱ(CAChi2)), PR5(타우마틴(Thaumatin)-유사 단백질(TLP)), PR10, 및 PepThi와 같은 방어-관련 유전자의 프로브가 노던 하이브리디제이션에 의한 고추 열매 내 유전자 발현을 측정하는데 사용되었다. PCR방법으로 프로브 합성에 사용된 프라이머 쌍은 각각 PR3-5'(ATG GAG TTC TCT GTA TCA CCA GTG G)(서열번호 1), PR3-3'(TCC GAA TGT CTA AAG TGG TAC AAG)(서열번호 2), PR5-5' (ATG GGC TAT TTG AGA TCA TCT)(서열번호 3), PR5-3'(TCA CCT CTC TGC AAT CAA TAT)(서열번호 4), PR10-5'(CTG ACA AGT CCA CAG CCT CAG)(서열번호 5), PR10-3'(GTT CTT TCC ATG ACA ACC AAT TG)(서열번호 6), Pepthi-5'(GGG GGA TCC AAA ATG GCT CGT TCC)(서열번호 7), Pepthi-3' (CTC GGT ACC CTT TAT TTA ATT TTG TGT GAC ACT)(서열번호 8)이다. 그 결과 PR3, PR5, PR10 및 PepThi와 같은 PR 유전자가 1,4-디티안-2,5-디올을 처리한 고추 열매에서 유도되었다(도 4). PR3 및 PR5는 유도 초기 단계에서 강하게 유도된 후에 점차 감소되었고, PepThi 전사체는 시간에 따라 크게 증가하였다. 이는 1,4-디티안-2,5-디올이 식물 세포에서 방어기작의 활성화를 유도한다는 것을 나타낸다. 또한, 1,4-디티안-2,5-디올 처리와 동시에 탄저병균 포자를 접종했을 때에도 PR 유전자가 과량으로 발현되었다. 이 결과는 1,4-디티안-2,5-디올이 식물세포에서 방어 관련 기작을 활성화함을 알 수 있다.
프로테옴 분석을 위해 고추 시료로부터 수용성 전체 단백질을 추출하였다. 추출된 단백질 약 500 ㎍을 13 cm 부동 드라이 스트립(pH 4-7, 아머샴 파마시아)을 사용하여 등전점 전기영동을 수행하였다. pH에 따라 전개된 단백질을 에스디에스 페이지 전기영동을 수행하여 단백질의 분자량에 따라 이차적으로 전개한 다음 은 염색 방법으로 단백질을 염색하여 단백질 양상을 비교하였다(도 5). 1,4-디티안-2,5-디올 처리에 대응하여 식물 세포의 소수 단백질의 발현에 의한 양적인 변화뿐만 아니라 수식화 양상이 변화되는 것으로 나타났다. 이에 상기 1,4-디티안-2,5-디올의 처리 시에 식물 세포 대사의 전환이 수반되는 것을 알 수 있다. 이 결과는 1,4-디티안-2,5-디올이 고추 열매에서 유전자 전사 및 단백질 축적에 영향을 미치고, 특히 유전자 발현 결과를 보면 방어 반응 메카니즘을 활성화 시키는 기능이 있음을 시사해 주고 있다. 따라서, 1,4-디티안-2,5-디올은 방어-관련 유전자의 발현을 유도함으로서 진균 감염에 민감한 고추 열매를 보호함으로써 생산성을 향상시키게 된다.
[실시예 6] 디티안디올의 식물병에 대한 방제활성
1,4-디티안-2,5-디올의 식물병에 대한 방제활성을 조사하기 위하여, 대표적인 식물병인 벼 도열병, 토마토 역병, 밀 붉은녹병 및 고추 탄저병에 대한 방제활성 실험을 하기와 같이 수행하였다. 먼저, 1,4-디티안-2,5-디올을 DMSO에 용해시킨 후 250 ㎍/㎖의 트윈 20(Tween 20) 용액으로 희석하여 최종 농도가 1,000, 500, 250 및 125 ㎍/㎖이 되도록 준비하였다. 이때, DMSO의 최종 농도는 1% 수준이 되도록 하였고, 증류수 30 ㎖에 0.3 ㎖의 DMSO(최종 농도 1%)과 7.5 mg의 트윈 20(최종 농도 250 ㎍/㎖)을 첨가한 용액을 음성 대조군으로 사용하였다. 이와 같이 제조된 1,4-디티안-2,5-디올 용액과 대조군 시료들을 각각 병원균 접종 1일전에 식물체 유묘의 엽면에 분무 살포한 후 상온에서 24시간 동안 건조시켰다.
실험에 사용한 벼, 토마토 및 밀은 지름 4.5 ㎝의 플라스틱 포트에 수도용 상토 또는 원예용 상토를 70% 정도 채운 후, 종자를 파종하여 25±5℃의 온실에서 1주 내지 4주간 재배하였다.
벼 도열병은 3~4엽기의 유묘에 도열병의 원인균인 마그나포르테 그리세아(Magnaporthe grisea, 한국화학연구원)의 포자 현탁액(5×105 포자/㎖)을 분무 접종하고, 25℃의 습실상에서 하루 동안 습실처리한 후, 25℃의 항온실에서 5일간 배양하여 발병을 유도하였다.
토마토 역병은 3~4엽기 토마토 유묘에 역병의 원인균인 파이토프토라 인페스탄스(Phytophthora infestans, 강릉대학교)의 유주자낭(105 유주자낭/㎖)에서 나출된 유주자 현탁액을 분무 접종한 후 25℃의 습실상에서 2일간 습실처리하고 25℃의 항온항습실에서 2일간 배양하여 발병을 유도하였다.
밀 붉은녹병은 1엽기 유묘에 활물기생균으로 알려진 녹병의 원인균인 퍽시니아 리콘디타(Puccinia recondita, 인천대학교)의 포자를 250 ㎍/㎖의 트윈 20 용액에 0.67 g 포자/ℓ의 양으로 현탁하여 분무 처리하고 20℃의 습실에서 하루 동안 습실처리한 후 20℃의 항온실로 옮겨 6일간 배양하여 발병을 유도하였다. 벼 도열병과 밀 붉은녹병은 접종 7일 후, 그리고 토마토 역병은 접종 4일 후에 병반 면적율을 조사하였다.
한편, 고추 유묘 탄저병에 대한 방제활성 실험을 위해서는, 지름 7.0 ㎝의 플라스틱 포트에 원예용 상토를 70% 정도 채운 후 발아된 고추 종자를 파종하고, 이를 온실에서 5~6엽기까지 키운 다음 상기에서 준비된 1,4-디티안-2,5-디올 용액을 엽면 살포하였다. 시료 살포 후 24시간 동안 상온에서 건조시킨 다음 고추 탄저병원균인 콜레토트리쿰 코코데스(Colletotrichum coccodes, 고려대학교)의 포자 현탁액(1×106 포자/㎖)을 분무 접종하였다. 습실상에서 2일간 발병시킨 후 25℃의 항온실에 1일간 방치하였고, 접종 3일 후에 병반면적율을 조사하였다.
이로부터 얻은 병반면적율을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 방제가를 계산하였고, 상기 7가지 식물병에 대한 1,4-디티안-2,5-디올의 방제활성을 하기 표 2에 나타내었다.
[수학식 1]
Figure 112007025918231-pat00004
[표 2]
Figure 112007025918231-pat00005
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 1,4-디티안-2,5-디올은 고추 탄저병에 대하여 가장 강한 활성을 보였으며, 벼 도열병, 토마토 역병 및 밀 붉은녹병에도 효과를 보였다.
본 발명은 생물학적 제어 물질로서의 1,4-디티안-2,5-디올을 유효성분으로 함유하는 식물병 방제용 조성물, 이를 이용한 식물병 방제방법 및 1,4-디티안-2,5-디올을 유효성분으로 함유하는 항미생물제를 제공하는 것이다. 식물첨가물로 사용되고 있는 1,4-디티안-2,5-디올은 인체에 무해하고 고추 탄저병, 벼 도열병 등 다양한 식물병에 대해 높은 방제 활성을 나타내므로 환경친화적인 천연물 살균제의 개발 및 고부가가치의 유기 농산물 생산에 유용하게 사용될 수 있다.
서열목록 전자파일 첨부

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올(1,4-dithiane-2,5-diol) 화합물을 유효성분으로 포함하는 식물 병 방제용 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112007025918231-pat00006
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 식물 병은 탄저병, 도열병, 역병 또는 녹병인 것을 특징으로 하는 식물 병 방제용 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 식물 병은 고추, 벼, 토마토 및 밀로 이루어진 군에서 선택되는 식물의 병인 것을 특징으로 하는 식물 병 방제용 조성물.
  4. 하기 화학식 1의 1,4-디티안-2,5-디올(1,4-dithiane-2,5-diol) 화합물을 유효성분으로 포함하는 콜레토트리쿰(Colletotrichum)속, 마그나폴세(Magnaporthe)속, 파이토프쏘라(Phytophthora)속, 알터나리아(Alternaria)속, 라이족토니아(Rhizoctonia)속, 아시도보락스(Acidovorax)속, 아그로박테리움(Agrobacterium)속 및 펙토박테리움(Pectobacterium)속으로 이루어진 군에서 선택되는 미생물에 대한 항미생물제.
    [화학식 1]
    Figure 112008004383336-pat00007
  5. 삭제
  6. 제 1항 내지 제 3항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 식물 병 방제용 조성물을 식물에 처리하여 식물병을 방제하는 방법.
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