KR20090101565A - 식물의 오탄당인산 경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법 - Google Patents

식물의 오탄당인산 경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법

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KR20090101565A
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Abstract

본 발명은 식물의 오탄당인산 경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 식물을 재배하는 방법은, 산용액에 키토산 분말을 첨가한 뒤, 용해시켜 키토산 용액을 제조하는 제1공정, 제1공정에서 제조한 키토산 용액에 키토산 분해 효소를 첨가한 뒤, 분해시켜 분자량이 10,000 달톤이하인 키토산 분해물을 제조하는 제2공정, 상기 제2공정에서 제조한 키토산 분해물을 이용하여 엽면시비하거나 식물의 뿌리에 관주하여 식물을 재배하는 제3공정으로 구성된다.
본 발명에 의해, 식물의 오탄당인산 경로가 촉진됨으로 인해 항산화 효소의 활성이 증진되고, 식물 과실 또는 잎 내의 식물성화학물질의 함량도 증가되는 식물 재배방법이 제공된다.

Description

식물의 오탄당인산 경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법{THE PLANT CULTIVATING METHOD BY EXPEDITING THE PENTOSE PHOSPHATE PATHWAY OF PLANT METABOLISM}
본 발명은 식물의 오탄당인산 경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법에 관한 것이다.
현재, 사회가 발전함에 따라 농토는 지속적으로 감소되고 있으나, 생활수준의 향상과 더불어 다양한 소비성향으로 농작물의 수요는 날로 증가되고 있다.
이에 따라 연작 및 단위생산량을 높이기 위한 다량의 화학비료와 농약의 사용이 일반화되면서 과거에 비하여 다양한 작물의 재배와 단위면적당 수확량은 실로 엄청난 증가를 보여 왔지만 화학비료와 농약으로 인한 토양의 산성화, 농약의 잔류, 염의 축적 등 여러 가지 환경오염의 문제가 생기기 시작하였다.
따라서, 농산물에 대한 안전성 문제와 토양환경의 보존을 통한 지속 가능한 농업에 관한 관심으로 유기농업이 전 세계적으로 급격하게 확산되고 있는 실정이다.
그러나 이러한 생육환경에서 발생되는 활성산소의 생성속도는 식물조직이 보유한 항산화 체계로 활성산소 제거속도에 미치지 못하여, 그 균형이 무너지면서 산화적 손상을 일으키게 된다.
따라서, 산소를 이용하는 모든 생물체는 친산화성물질과 항산화성물질인 항산화효소 간의 균형을 유지하는 것이 필수적이다.
또한, 식물 세포 내에는 활성산소의 생성을 억제하거나 또는 생성된 활성산소를 제거하는 매우 유용한 항산화 체계를 가지고 있으며, 세포 내에서의 활성산소와 항산화 효소의 균형에 따라 식물의 산화적 스트레스를 예방할 수 있다.
또한, 식물의 뿌리나 잎에서 만들어지는 식물성화학물질은 식물 자체에서는 식물의 생장을 방해하는 각종 미생물, 해충, 태양, 곤충, 공해 산화적 스트레스로부터 자신의 몸을 보호하는 역할을 한다.
코르파스 등(Biochem. J. 330:777~784, 1998)은 살아있는 세포에서 환원형 조효소인 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산(NADPH)이 여러 가지 생합성이나 해독반응에 주요 전자 공여자(electron donor) 역할을 하며, 세포내에서 NADPH는 오탄당인산 경로(pentose phosphate pathway)의 탈수소효소, 즉 포도당 6-인산 탈수소효소(G6PDH) 및 6-인산 글루콘산 탈수소효소(6PGDH)에서 유래된다고 하였다.
또한, 포이어 등(Planta 133:21~35, 1976)은 식물세포에서 NADPH는 엽록체의 아스코빈산 글루타치온 회로(Ascorbate-glutathione cycle)에 관여하기 때문에 산화적 스트레스에 대한 방어 시스템에 중요한 역할을 한다고 보고하였다.
크루거 등(Curr. Opinion Plant Biol. 6:236~246, 2003)은 오탄당인산 경로가 활성 되는 것은 식물의 방어 기작의 일부분이며, 오탄당인산 경로의 속도 제한 효소인 G6PDH가 오탄당인산 경로를 통하여 포도당 대사를 조절함으로써 NADPH의 양을 결정한다고 보고하였다.
코르파스 등(Biochem. J. 330:777~784, 1998)은 완두콩 잎의 과산화소체에는 G6PDH가 있으며, 과산화소체 내에서 만들어진 과산화수소에 대하여 카탈라제(catalase)와 함께 항산화 방어 역할을 한다고 하였으며, 이와 같은 현상으로 볼 때 일반적인 대사를 하는 동안 또는 과산화소체에서 만들어진 과산화수소의 수준이 현저하게 증가할 경우와 같은 식물의 스트레스 조건하에서 세포질 내의 과산화수소 농도가 증가되는 것을 피할 수 있게 할 수 있다고 델리오 등(Biochem. Soc. Trans. 24:434~438, 1996)이 보고하였다.
류 등(Plant Cell Physiol. 48:511~522, 2007)은 완두콩 뿌리에 100 mM의 소금을 이용하여 염장해(salt stress)를 가할 경우 활성산소들이 축적되는 산화적 스트레스가 유발되며, 동시에 G6PDH의 농도와 활성이 증가함과 동시에 식물세포 내에 NADPH 생산이 증가하게 되었다.
또한, 항산화활성이 증가하여 염장해에 의하여 유도된 활성산소들을 제거할 수 있었다고 하였으며, G6PDH는 완두콩의 염장해를 극복하는데 중요한 역할을 한다고 보고하였다.
알리 등은(Molecules 12:607~621, 2007) 페놀성화합물(phenolics)의 합성에 관여하는 효소를 조사하기 위하여 40 일된 인삼의 부정근에 200μM의 메칠 자스몬산을 처리하였을 경우 G6PDH와 과산화효소(peroxidase) 활성이 높아진다는 것을 알게 되었으며, 동시에 디피피에이치 유리기 소거활성과 페놀성화합물의 함량이 증가한다는 것을 보여주었다.
식물에서 프롤린(proline)은 글루탐산으로부터 일련의 환원반응에 의해 생합성 된다(Asia Pac. J. Clin. Nutr. 13:1-24, 2004).
이 반응에서 피롤린 5-카복실산(pyrroline 5-carboxylate)과 프롤린은 산화환원제로 기능하는 대사조절제로 알려져 있다.
프롤린은 프롤린 탈수소효소(proline dehydrogenase)에 의하여 미토콘드리아 내부로 들어가서 산화적 인산화를 지원할 수 있다.
이 반응은 NADH 합성을 활성화시키는 것처럼 티씨에이 회로에서 프롤린이 합성 경로를 만들어주기 때문에 매우 중요하다.
세포질(cytosol)에서 피롤린 5-카복실산이 환원됨으로써 오탄당대사의 속도제한단계를 촉매하는 글루코스 6-인산 탈수소효소의 보효소인 NADP+를 만들어낸다.
이러한 결과로 볼 때 식물의 페놀성 화합물 생합성에 프롤린 관여 오탄당대사(proline linked pentose phosphate pathway)와 밀접한 연관이 있으며(Asia Pac. J. Clin. Nutr. 6:162-171, 1997), 이러한 연구내용을 이용하여 프롤린이나 프롤린 유도체 등을 효과적으로 이용하여 총 페놀화합물이나 특정의 페놀화합물의 함량이 촉진된다는 보고가 있다(J. Food Biochem. 22:37-51, 1998; J. Agric. Food Chem. 46:2888-2893, 1998).
상기와 같이 현재 식물은 다양한 해충이나 병원균등의 외부 병원체에 대하여 특정 물질을 단순히 잎, 줄기에 처리함으로써 식물체로 하여금 면역반응을 유도하여 내병성, 내충성을 유도하는 다양한 엘리시터 물질들에 대한 연구가 축적되고 있고, 식물의 영양분 흡수 속도를 높여서 작물의 생장속도를 높이고 개화 및 결실 시기를 앞당기는 등 농업에 유용한 식물 활성물질 제품들이 상용화되기 시작하였다.
또한, 식물 세포내의 특정 식물성화학물질의 농도를 변화시키는 기술에는 식물세포 또는 식물조직에 400 ~ 700 nm 범위의 파장을 지닌 빛을 조사하여 클로로필을 포함하는 식물세포 또는 식물조직내의 식물성화학물질의 농도를 변화시키는 방법(WO 2004-103060)이 공개되어 있다.
그러나, 상기와 같은 식물 대사 작용의 메커니즘과 이론적 배경은 계속 발표되고 있으나, 키토산과 같은 천연물을 대사과정에 작용하는 엘리시터 물질로 이용해서 식물의 생합성 대사과정 중 오탄당인산 경로에 작용하는 효소의 활성을 유도시켜 식물성화학물질의 함량을 특이적으로 높이고, 항산화 효소의 활성을 증진에 의한 식물의 재배방법에 대해서는 아직 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 식물의 대사활성 유도 물질인 분자량 10.000이하인 키토산 분해물을 이용하여 식물의 생합성 대사과정 중 오탄당인산 경로에 작용하는 효소의 활성을 증진시키고, 이로 인해 산화적 스트레스를 예방하는 식물 재배방법을 제공하려는 목적이 있다.
또한, 식물 과실 또는 잎 내의 식물성화학물질의 함량도 증가시키는 식물 재배방법을 제공하려는 목적도 있다.
본 발명의 식물을 재배하는 방법은, 산용액에 키토산 분말을 첨가한 뒤, 용해시켜 키토산 용액을 제조하는 제1공정, 제1공정에서 제조한 키토산 용액에 키토산 분해 효소를 첨가한 뒤, 분해시켜 분자량이 10,000 달톤이하인 키토산 분해물을 제조하는 제2공정, 상기 제2공정에서 제조한 키토산 분해물을 이용하여 엽면시비하거나 식물의 뿌리에 관주하여 식물을 재배하는 제3공정으로 구성된다.
이때, 식물재배에 사용되는 키토산 분해물의 분자량은 10,000 달톤이하 이고, 글루코사민 함량이 40 ~ 80 %이며, 이런 키토산 분해물을 희석하여 액상형태로 준비하거나, 건조시켜 분말형태로 준비한 후, 1회 키토산 분해물 사용량을 3.3 m2 당 10 ~ 500 mg씩 사용하여 식물을 재배하는 것으로 구성된다.
본 발명에 의해, 식물의 대사활성을 유도 시키는 물질로 키토산 분해물을 이용하여 식물의 생합성 대사과정 중 오탄당인산 경로에 작용하는 효소의 활성을 유도시켜 항산화 효소의 활성이 증진되고, 이로 인해 산화적 스트레스도 예방됨과 동시에 식물 과실 또는 잎 내의 식물성화학물질의 함량도 증가되는 식물 재배방법이 제공된다.
도 1: 키토산 구조
도 2: 키토산 분해물 구조
도 3: 식물의 오탄당인산경로와 페놀릭화합물, 항산화 효소 생합성 대사 경로
도 4: 항산화 효소 작용경로
본 발명에서 이용한 키토산은 갑각류나 버섯, 연체류 뼈를 탈단백, 탈칼슘화 한 N-아세틸-D-글루코사민 모노머가 β-(1,4) 중합결합된 고분자 다당인 키틴에 알칼리 등을 가하여 N-아세틸-D-글루코사민에서 아세틸기가 떨어져나가 생성된 D-글루코사민의 비율이 70 % 이상일 때 이것을 키토산(대한민국 식품의약품안전청, 식품첨가물공전)이라 한다.
즉, 키토산은 D-글루코사민의 비율이 70 % 이상이고, N-아세틸-D-글루코사민의 비율이 30 % 이하로 구성된 다당체이다(도 1).
키토산은 묽은 염산이나 초산, 젖산, 글루타민산, 아스코르빈산, 황산, 인산, 사과산, 호박산, 구연산, 푸마르산 등 유기산 또는 무기산에 용해되는 특성이 있으며, 단독 또는 2 종 이상의 혼합된 산에 용해시켜 산업적으로는 다양하게 응용되고 있다.
그러나, 키토산은 분자량이 700,000달톤 이상으로, 강한 응집력과 흡착력 때문에 여러 물질이 혼재되어 있을 때는 매우 불안정한 특성을 보이고, 중성이나 알칼리 존재 하에서는 불용화되어 응용하는데 문제가 많다.
식물에서의 티씨에이 회로(TCA cycle)는 캘빈회로에서 이산화탄소를 이용해서 생합성된 탄수화물을 가지고 시작되며, 티씨에이 회로에 작용하는 효소의 활성을 조사하는 것은 식물의 에너지대사를 확인하는데 매우 중요하다.
또한, 식물 생장에 피해를 주지 아니하고 식물성화학물질 함량을 높이는 것만으로 식물이 외부 환경에 보호될 수 있다고 보고된 바 있다.
이러한, 식물성화학물질은 오탄당인산 경로를 통해서 만들어지며 오탄당인산 경로가 활성화되면 식물은 많은 량의 식물성화학물질을 만들어 축적을 한다(도 3).
식물의 오탄당 경로에 G6PDH 활성이 촉진되면 NADPH가 만들어지고, NADPH는 항산화 효소의 합성을 촉진시켜 활성산소에 의한 산화적 스트레스가 제거된다(도 3).
따라서, 본 발명의 발명자들은 식물을 재배함에 있어서 여러 연구를 한 결과, 키토산은 분자량이 700,000 달톤이상 으로써 물에 녹지 않으나, 분자량이 10,000 달톤이하인 키토산분해물은 물에 잘 용해되고, 흡수가 용이하다는 점을 이용하여, 분자량이 10,000 달톤이하이며, 글루코사민 함량이 40 ~ 80 %인 키토산 분해물을 식물의 잎 또는 뿌리에 시비하여 식물의 생합성대사 중 오탄당인산 경로를 촉진시키고, 이로 인해 산화적 스트레스를 예방하는 항산화 효소의 활성이 촉진되고, 재배한 후 수확물에서는 식물성화학물질의 함량이 증가되었음을 알아낸 것이다.
이하, 본 발명의 식물의 오탄당인산 경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
<식물의 오탄당인산 경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법>
1. 제1공정 : 키토산 용액 제조
산용액에 키토산 분말을 첨가한 뒤, 용해시켜 키토산 용액을 제조한다.
키토산은 분자량이 700,000달톤 이상으로 물에 녹지 아니하며, pH가 중성 또는 알칼리 용액에서는 녹지 않기 때문에 상기와 같이 산용액에 키토산 분말을 용해시킨다.
이때, 산의 종류로는 염산, 초산, 젖산, 글루타민산, 아스코르빈산, 황산, 인산, 사과산, 호박산, 구연산, 푸마르산인 유기산 및 무기산 중 선택된 1 종이상이 사용되는 것이 특징이다.
또한, 산용액 1 ℓ당 키토산 분말을 10 ~ 300 g을 첨가한 뒤 40 ~ 50 ℃에서 1 ~ 4 시간동안 잘 저어주면서 용해시키는 것이 바람직하다.
이때, 키토산은 동일 당량의 산에 녹지만, 키토산 당량보다 5 % 이상 높게 넣고 희석시켜 만든 산 용액을 사용하는 것이 더 좋다.
2. 제2공정 : 키토산 분해물 제조
제1공정에서 제조한 키토산 용액에 키토산 분해 효소를 첨가한 뒤, 분해시켜 분자량이 10,000 달톤인 키토산 분해물을 제조한다.
이때, 키토산분해물의 주성분인 글루코사민의 함량은 용해제로 사용하는 산의 종류에 따라 다르게 나타나며, 최종 건조물에는 잔류하여, 아스코르빈산과 같은 분자량이 큰 산은 첨가량이 많아 50% 전후, 염산과 같이 분자량이 적은 산은 첨가량이 적어 75% 전후의 글루코사민이 함유된 키토산분해물이 제조되기도 한다.
제2공정에서 제조한 키토산 용액에 키토산 분해 효소를 첨가한 뒤, 2 ~ 24 시간동안 분해시켜 키토산 분해물을 제조한다.
상기 분해 시간의 차이는 키토산 용액의 농도, 분해 온도, 키토산 분해 효소의 사용량에 따라 발생되며, 효소분해 온도는 효소의 기질에 따라 30 ~ 60 ℃에서 분해시키는 것이 좋다.
또, 사용한 키토산 분해효소는 키토산 500 g당 키토산 분해효소 100 ~ 1000 unit 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 추가적으로 상기 제조한 키토산 분해물을 한외여과막에 통과시킨다음 이를 농축시켜 사용하기도 한다.
3. 제3공정 : 식물 재배
상기 제2공정에서 제조한 분자량이 키토산 분해물을 이용하여 엽면시비하거나 식물의 뿌리에 관주하여 식물을 재배한다.
또한, 분자량이 10,000 달톤이하이고 글루코사민 함량이 40 ~ 80 %인 키토산 분해물을 액상형태로 준비하거나, 건조시켜 분말형태로 준비한 후, 1회 사용량은 3.3 m2당 10 ~ 500 mg씩 사용하여 식물을 재배하는 것이 바람직하다.
또한, 식물로는 채소, 감귤나무, 포도, 벼, 녹차, 허브식물, 고추, 토마토 중 선택된 1 종에 사용된다.
이때, 식물의 식물성화학물질 농도가 증가되는데, 특히 식물성화학물질 중 헤스페리딘, 나린진, 안토시아닌, 페놀화합물, 카로티노이드의 농도가 증가됨을 알 수 있으며, 식물의 항산화효소 활성도 촉진된다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예와 실험예를 통하여 상세히 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
<실시예 1> 본 발명인 식물 재배방법 1
1. 키토산 분해물 제조
98 %인 초산과 탈아세틸화도 95 %인 키토산을 준비하였다.
준비한 초산 380 g을 8.62 ℓ의 물에 넣어 용해시켜 초산용액을 준비하였다.
여기에 키토산 1,000 g을 첨가하여 45 ℃에서 2 시간 동안 잘 저어주면서 완전히 용해시켜 키토산 용액을 제조하였다.
이렇게 제조된 키토산 용액에 키토산 분해 효소(chitosan N.acetylglucosaminohydrolase EC 3,2,1,132; 시그마사) 1000 unit를 첨가한 뒤, 45 ℃에서 20 시간동안 분해시켜 글루코사민 함량이 9.3 %인 액상의 키토산 분해물 9.5 ℓ를 분무건조한 후, 글루코사민 함량이 65%인 키토산 분해물을 제조하였다.
상기 제조 분해물을 GPC를 이용하여 분자량을 분석한 결과 최고 분자량은 8,800 달톤이었으며, 평균 분자량은 3,000달톤으로, 분자량이 10,000 달톤이하인 키토산 분해물을 제조하였다.
2. 식물 재배
상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 65 %인 키토산 분해물을 배지에 0.05 %, 0.5 %, 5 %씩 첨가한 후 케일 새싹 채소 식물을 재배하였다.
<실시예 2> 본 발명인 식물 재배방법 2
99.9 %인 아스코르빈산과 탈아세틸화도 95 %인 키토산을 준비하였다.
준비한 아스코르빈산 800 g을 8.2 ℓ의 물에 넣어 용해시켜 산용액을 준비하였다.
여기에 키토산 1,000 g을 첨가하여 45 ℃에서 2 시간 동안 잘 저어주면서 완전히 용해시켜 키토산 용액을 제조하였다.
이렇게 제조된 키토산 용액에 키토산 분해 효소(chitosan N.acetylglucosaminohydrolase EC 3,2,1,132; 시그마사) 1000 unit를 첨가한 뒤, 45 ℃에서 15 시간동안 분해시켜 만든 액상의 키토산 분해물을 분무건조한 후, 글루코사민 함량이 50%인 키토산 분해물을 제조하였다.
상기 제조 분해물을 GPC를 이용하여 분자량을 분석한 결과 최고 분자량은 9,800 달톤이었으며, 평균 분자량은 3,900달톤으로, 분자량이 10,000 달톤이하인 키토산 분해물을 제조하였다.
2. 식물 재배
상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 50 %인 키토산 분해물을 배지에 0.05 %, 0.5 %, 5 %씩 첨가한 후 알파파 새싹 채소 식물을 재배하였다.
<실시예 3> 본 발명인 식물 재배방법 3
실시예 1과 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 65 %인 키토산 분해물을 1500 배 희석하여 액상형태로 준비하였다.
준비한 액상형태의 키토산 분해물을 3.3 m2당 80 mg씩 20 일 간격으로 3 회, 5회 감귤나무에 엽면 시비하여 재배하였다.
<실시예 4> 본 발명인 식물 재배방법 4
실시예 1과 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 65 %인 키토산 분해물을 2000 배 희석하여 액상형태로 준비하였다.
준비한 액상형태의 키토산 분해물을 3.3 m2당 200 mg씩 4 회 포도에 엽면 시비하여 재배하였다.
<실시예 5> 본 발명인 식물 재배방법 5
실시예 1과 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 75 %인 키토산 분해물을 2000 배 희석하여 액상형태로 준비하였다.
준비한 액상형태의 키토산 분해물을 3.3 m2당 300 mg씩 25 일 간격으로 3 회 벼에 엽면 시비하여 재배하였다.
<실시예 6> 본 발명인 식물 재배방법 6
실시예 1과 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 65 %인 키토산 분해물을 500 배 희석하여 액상형태로 준비하였다.
준비한 액상형태의 키토산 분해물을 3.3 m2당 50 mg씩 30 일 간격으로 녹차 밭에 3 회 엽면 시비하여 재배하였다.
<실시예 7> 본 발명인 식물 재배방법 7
실시예 2와 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 50 %인 키토산 분해물을 3000 배 희석하여 액상형태로 준비하였다.
준비한 액상형태의 키토산 분해물을 3.3 m2당 100 mg씩 허브식물인 오레가노뿌리에 관주하여 식물을 재배하였다.
<실시예 8> 본 발명인 식물 재배방법8
실시예 1과 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 65 %인 키토산 분해물을 2500 배 희석하여 액상형태로 준비하였다.
준비한 액상형태의 키토산 분해물을 3.3 m2당 300 mg씩 8 주된 고추에 1 회엽면 시비하여 재배하였다.
<실시예 9> 본 발명인 식물 재배방법9
실시예 1과 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 상기 제조한 분자량이 10,000달톤 이하이고, 글루코사민 함량이 65 %인 키토산 분해물을 3500 배 희석하여 액상형태로 준비하였다.
준비한 액상형태의 키토산 분해물을 3.3 m2당 300 mg씩 토마토 유묘에 1회 엽면 시비하여 재배하였다.
<실시예 10> 본 발명인 식물 재배방법10
실시예 1과 같은 방법으로 키토산 분해물을 제조하되, 초산 대신에 33% 염산 900 g을 사용하여, 글루코사민 함량이 75%인 키토산 분해물을 제조하였고, 이를 이용하여 식물(케일 새싹)을 재배하였다.
GPC 분석결과 최고 분자량은 9,000달톤이었다.
<실험예 1> 뿌리를 통한 효과 측정
일반적으로 식물면역성물질을 식물에 처리하였을 경우 식물에서는 대사를 촉진시키고 또한 병원균이나 해충이 침입한 것으로 인식하여 여기에 대항하는 방어기작이 작동된다.
키토산 분해물을 식물의 오탄당인산 경로를 촉진시키는 유도 효과와, 산화적 스트레스를 예방하는 항산화 효소의 활성 유도 효과 및 이차대사산물의 생성 촉진 효과와의 상관관계를 검증하기 위하여 상기 실시예 1을 통해 재배한 케일 새싹 채소를 agar 배지 및 ms 배지(1/10농도) 내에 멸균 filter를 통과시 키토산 분해물을 첨가하여 bottle에 무균적으로 50 ㎖ 배지 첨가하여 멸균종자를 파종하고 11일 경과 후 오탄당 대사, TCA cycle에 관여하는 효소와 항산화 효소활성과 페놀화합물의 양을 측정한 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
G6PDHnmol/mgprotein/min SDHnmol/mg protein/min GPXnmol/mg protein/min Phenolicsmg/g FW
대조구처리구(0.05%)처리구(0.5%)처리구(5%) 51.852.157.754.4 9.19.69.710.1 2278246928462788 0.840.850.910.93
상기 표 1에서와 같이, 케일 새싹 채소에 키토산 분해물을 처리하였을 경우 G6PDH(Glucose-6-phosphate dehydrogenase)는 13.1%, SDH는 11%의 활성이 높게 나타나 식물의 오탄당인산 경로를 촉진시키는 유도물질로 작용하였다.
또한, 산화적 스트레스 예방하는 항산화 효소인 GPX(Guaicol peroxidase)의 활성는 대조구에 비하여 25.6% 높은 활성이 나타났다.
한편, 식물의 2차대사산물인 페놀화합물의 양은 대조구에서 보다 10.7% 높게 생성되었다.
따라서, 키토산 분해물은 오탄당인산 경로를 촉진시키는 유도 물질로 작용하였고, 키토산 분해물에 의해 촉진된 오탄당인산 경로활성은 항산화 효소의 활성을 촉진시키고, 또한 2차 대사산물인 식물성화학물질의 양이 증가되었다.
<실험예 2> 알팔파 새싹 채소(실시예 2)에서 오탄당인산 경로, 항산화 효소활성과 페놀화합물의 증가효과
상기 실시예 2을 통해 재배한 알파파 채소를 agar 배지 및 ms 배지(1/10농도) 내에 멸균 filter를 통과시 키토산 분해물을 첨가하여 bottle에 무균적으로 50 ㎖ 배지 첨가하여 멸균종자를 파종하고 11일 경과 후 측정한 결과를 아래의 표 2에 나타내었다.
G6PDHnmol/mgprotein/min GPXnmol/mg protein/min SDHnmol/mg protein/min Phenolicsmg/g FW
대조구처리구(0.05%)처리구(0.5%)처리구(5%) 73.680.593.192.6 41.243.646.745.5 2.83.63.73.7 0.860.981.041.11
상기 표 2에 나타나 있듯이, 알팔파 새싹 채소에서 키토산 분해물을 처리하였을 경우 G6PDH는 26.5%, SDH는 32.1%의 활성이 높음을 알 수 있어 식물의 생합성대사가 촉진시키는 유도물질로 작용하고 있음을 보여주고 있다.
또한, 항산화 효소인 GPX의 활성은 13.3% 높게 나타났고, 한편 식물의 2차대사산물인 페놀화합물의 양은 29.1% 높게 생성되었다.
<실험예 3> 식물성화학물질인 카로티노이드 및 헤스페리딘 함량 증가효과
상기 실시예 3을 통해 재배한 감귤의 과피에 있는 카로티노이드 및 헤스페리딘 함량을 측정하여 그 결과를 아래의 표 3에 나타내었다.
카로티노이드(mg/g dw) G6PDHnmol/mgprotein/min 폐놀계화합물(mg/g FW) 헤스페리딘(%, DW)
대조구 8.70±0.17 30.2 2.11 7.07±0.15
처리구, 3회 10.30±0.26 35.3 2.35 7.91±0.17
처리구, 5회 12.19±0.11 35.1 2.50 7.76±0.15
상기 표 3에서 나타나있듯이, 감귤나무에 키토산 분해물을 처리하였을 경우 G6PDH는 16 % 이상 활성이 높게 나타나 식물의 오탄당인산 경로를 촉진시키는 유도물질로 작용하였고, 과피 내의 카로티노이드 함량이 대조구에 비하여 18 ~ 40 %, 헤스페리딘은 10 ~ 12 % 증가되었고, 2차대사산물인 페놀화합물이 11.6 ~ 18.5 % 증가하였다.
이는 오탄당인산 경로 촉진효과는 과수 작물에서도 채소작물과 동일한 결과가 나타났다.
<실험예 4> 식물성화학물질인 안토시아닌과 페놀화합물의 증가 효과
상기 실시예 4을 통해 재배한 포도의 품질에 영향을 주는 당도 및 페놀화합물 함량을 측정하여 그 결과를 아래의 표 4에 나타내었다.
당도brix Phenolicsmg/g FW DPPHscavengingactivityug/g FW anthocyaninug/cm2
대조구처리구 13.516.4 753791 487551 8.29.3
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 포도에 키토산 분해물을 처리하였을 경우 당도가 대조구에 비하여 21 %까지 증가되었으며, 페놀릭화합물은 5 % 증가되었으나 안토시아닌 함량은 13.4% 증가되어 페놀화합물의 2차 대사 식물성화학물질의 증가를 유도시키고 있었다.
<실험예 5> 벼의 페놀화합물의 함량 증가 효과
상기 실시예 5를 통해 재배한 벼의 품질에 영향을 주는 중량, 아밀로스, 수용성 단백질 및 페놀화합물 함량을 측정하여 그 결과를 아래의 표 5에 나타내었다.
중량/1000알 Phenolics(ug/g FW) AmyloseA620 Water soluble protein(mg/g)
대조구처리구 26.629.2 808890 0.320.29 3.31.5
상기 표 5에 나타난 바와 같이 벼에 키토산 분해물을 처리하였을 경우 중량이 대조구에 비하여 수확량은 9.8%까지 증가하였고, 페놀화합물 함량은 10.1% 높게 함유되었으며, 쌀의 맛에 영향을 줄 수 있는 아밀로스와 수용성 단백질 함량도 키토산 분해물 처리구가 낮아 수확량 증대뿐만 아니라 맛에도 좋은 효과가 있음을 보여주었다.
<실험예 6> 오탄당인산 경로 촉진에 의한 기간별 항산화 효소의 활성 효과
상기 실시예 6를 통해 재배한 녹차에서의 기간별 오탄당인산 경로의 유도작용 기간과 항산화 효소를 측정하여 그 결과를 아래의 표 6과 같이 나타났다.
G6PDHnmol/mgprotein/min SODunit/mg protein Catalasenmol/mgprotein/min GPXnmol/mg protein/min
대조구 처리구 대조구 처리구 대조구 처리구 대조구 처리구
1주 25.3 34.2 2140 2346 1.7 2.4 490 594
2주 24.7 36.8 2211 2805 2.2 3.3 611 803
3주 30.2 33.1 3871 4238 3.3 3.6 807 1060
상기 표 6에 나타나 있듯이, 녹차에 키토산 분해물을 처리하였을 경우 3주까지 오탄당인산 경로를 촉진시키는 유도물질로 작용하고 있었고, 그로인해 항산화 효소들도 활성화를 시키고 있었다.
<실험예 7> 허브식물의 항산화 효소의 활성 효과
상기 실시예 7를 통해 재배한 허브식물인 오레가노의 오탄당인산 경로에 관여하는 효소, 항산화 효소활성과 식물성화학물질의 양을 측정한 결과를 아래의 표 7과 같이 나타내었다.
G6PHDdehydrogenase nmol/mgprotein/min Proline dehydrogenase unit/mg protein/min GPXnmol/mg protein/min Catalase nmol/mg protein/min Rosmarinic acidmg/g FW
대조구처리구 50.280.1 177189 170250 2635 0.861.02
상기 표 7에 나타나 있듯이, 허브식물에 키토산 분해물을 처리하였을 경우 오탄당인산 경로촉진에 관여하는 G6PDH는 59.5 %, 항산화 효소인 GPX는 47.1 %, Catalase는 34.6 % 높게 항산화 활성이 되었다.
한편, 오레가노의 식물성화학물질인 Rosmarinic acid의 양은 18.6 % 높게 생성되었다.
<실험예 8> 항산화 효소 유도 효과
상기 실시예 8를 통해 재배한 고추와 실시예 9를 통해 재배한 토마토의 1 일, 3 일, 6 일차에 시료를 채취하여 항산화 효소인 GPX 활성을 측정해본 결과를 아래의 표 8에 나타내었다.
고추 토마토
1일차 3일차 6일차 1일차 3일차 6일차
대조구 115.9 119.6 149.5 15.3 28.6 26
처리구 127.5 171.8 188.5 20.7 29.5 31.8
상대비(%) 110 143 126 135 103 122
상기 표 8에 나타나 있듯이, 유묘의 엽면에 시비하여 GPX 효소의 활성을 측정해본 결과 대조구에 비하여 높게 나타났고, 키토산 분해물에 의한 항산화 효소 활성이 유지됨을 알 수 있었다.

Claims (6)

  1. 식물을 재배하는 방법에 있어서,
    산용액에 키토산 분말을 첨가한 뒤, 용해시켜 키토산 용액을 제조하는 제1공정,
    제1공정에서 제조한 키토산 용액에 키토산 분해 효소를 첨가한 뒤, 분해시켜 분자량이 10,000 달톤이하인 키토산 분해물을 제조하는 제2공정,
    상기 제2공정에서 제조한 키토산 분해물을 이용하여 엽면시비하거나 식물의 뿌리에 관주하여 식물을 재배하는 제3공정으로 구성된,
    식물의 오탄당인산경로를 촉진시켜 식물을 재배하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    분자량이 10,000 달톤이하이고, 글루코사민 함량이 40 ~ 80 %인 키토산 분해물을 희석하여 액상형태로 준비하거나, 건조시켜 분말형태로 준비한 후, 1회 키토산 분해물 사용량을 3.3 m2 당 10 ~ 500 mg씩 사용하는 것이 특징인,
    식물을 재배하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    식물 재배 종류로는 채소, 감귤나무, 포도, 벼, 녹차, 허브식물, 고추, 토마토 중 선택된 1 종에 사용하는 것이 특징인,
    식물을 재배하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 의해 식물을 재배하되,
    식물의 식물성화학물질이 증가되는 것이 특징인,
    식물을 재배하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    식물성화학물질 중 헤스페리딘, 나린진, 안토시아닌, 페놀화합물, 카로티노이드가 증가되는 것이 특징인,
    식물을 재배하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 의해 식물을 재배하되,
    식물의 항산화효소 활성이 촉진되는 것이 특징인,
    식물을 재배하는 방법.
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