KR20200124835A - 슈퍼 밀웜의 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 슈퍼 밀웜 배설물 추출물은 식물 생장 또는 바이오매스 증진용 조성물, 비료 조성물 또는 토양 개량제 등의 유효성분으로 활용가능하고, 식물의 성장 촉진 및 생산량 증대를 도모할 수 있으며, 인공 휴믹산으로 개발되어 기존의 천연 휴믹산 시장을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

Description

슈퍼 밀웜의 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물 및 이의 용도{Composition for promoting plant growth and increasing biomass comprising excrement extract of Zophobas morio as effective component and uses thereof}

본 발명은 슈퍼 밀웜의 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물 및 이의 용도에 관한 것이다.

최근 세계 인구 증가에 따른 식량 공급 문제, 지구 온난화에 따른 환경 문제, 석유 자원 고갈에 따른 에너지 위기, 인류 보건 문제 등이 사회적으로 대두되고 있다. 식물 자원은 수확량 증대를 통한 식량 문제 해결 또는 바이오매스를 이용한 바이오에너지 생산을 통한 에너지 문제 해결 등에 활용될 수 있다. 특히 20세기 이후 크게 진보된 생명공학기술을 이용하여 개량한 유전자변형 작물(GM 작물)들은 이들 문제를 해결하기 위한 주요 수단으로 여겨지고 있다.

식물 바이오매스는 통상 건초와 같은 사료작물에 대한 수확량을 의미하는데, 최근에는 비식용작물의 바이오매스를 증대시켜 에탄올과 같은 바이오에너지를 개발하는 연구가 활발히 진행 중에 있다. 식물의 바이오매스 수확량은 식물체 크기와 비례하며, 많은 생물종은 특정 발달 단계에서 식물체의 각 부분 간의 크기에 일정한 비율을 유지한다. 따라서 식물체의 크기 비교에는 한 기관의 크기 측정을 통하여 다른 기관의 크기를 추정할 수 있다. 예를 들어, 보다 큰 잎 면적을 갖는 큰 식물체가 보다 작은 식물체에 비해 전형적으로 많은 광 및 이산화탄소를 흡수하므로, 동일 기간 내에 보다 큰 중량을 얻는 것으로 알려졌다. 특히, 식물의 바이오매스 생산성 증대를 위해서는 식물의 빠른 생장이 중요하다. 통상 초기 발달 단계에서의 식물체의 크기는 전형적으로 발달 후기의 식물체의 크기와 연관되어 있기 때문에 식물의 초기 생장을 촉진시킬 수 있다면 바이오매스 생산성 증대를 도모할 수 있다.

슈퍼 밀웜(Zophobas morio)은 딱정벌레목(Coleoptera) 거저리과(Tenebrionidae)에 속하는 유충으로, 밀웜에 비해 크기가 크고 지방 성분비가 높아 어류, 절지류, 조류, 식충식물류, 파충류 또는 다른 곤충 등의 먹이로 사용되고 있다. 슈퍼 밀웜의 생활타입은 배회성, 버로우(burrow)성이고 성체의 크기는 4~5cm 정도이며, 성장 속도는 알에서 1~2주, 유충에서 4~5개월, 번데기로 1~2주, 성충으로 2~3개월을 보낸다. 또한, 사육온도는 25~30℃가 적합하고 암컷 성체 한마리 당 약 200~400개의 알을 낳는다.

최근에는 플라스틱 난분해성을 극복하고자 하는 다양한 시도가 이루어지면서 밀웜이 플라스틱을 분해할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 밀웜이 하루 34~39mg 정도의 스티로폼을 장내 미생물을 이용해 합성 고분자 물질을 소화시켜 제거할 수 있음이 밝혀졌으나 곤충을 이용해 스티로품 고분자를 유용물질로 전환시킨 사례가 보고된 바 없다.

한편, 한국공개특허 제2014-0066868호에는 '동충하초를 포함하는 슈퍼밀웜의 제조방법 및 이에 따라 제조된 슈퍼밀웜을 포함하는 동물 사료'가 개시되어 있고, 한국공개특허 제2018-0007552호에는 '밀웜을 이용한 항비만 효과를 가지는 조성물'이 개시되어 있으나, 본 발명의 슈퍼 밀웜의 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물 및 이의 용도에 대해서는 기재된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 스티로폼(styrofoam)을 먹인 슈퍼 밀웜(Zophobas morio)의 검정색 배설물 추출물 내에 상업용 휴믹산과 유사한 구조의 화합물이 존재함을 확인하였고, 상기 검정색 배설물 추출물이 상추의 잎 넓이 및 뿌리 길이를 증가시키는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 발포성 폴리스티렌(expanded polystyrene)을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 식물, 식물의 종자 또는 식물 식재 토양에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 생장을 촉진하고 바이오매스를 증진시키는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 발포성 폴리스티렌을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 비료 조성물 및 토량 개량제를 제공한다.

본 발명의 스티로폼(발포성 폴리스티렌)을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물은 식물의 생장 촉진 및 바이오매스의 증진 효과가 우수하여 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물, 비료 조성물 또는 토양 개량제 등의 유효성분으로 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 상추를 모델 식물로 하여 본 발명의 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 농도별(0.02, 0.1, 0.2, 0.5 및 1.0g/L)로 처리하였을 경우 상추의 생장 정도를 보여주는 사진(A)과 상추의 잎 넓이(B) 및 상추의 뿌리 길이(C)를 측정한 결과이다. Control; MS 배지.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 발포성 폴리스티렌(expanded polystyrene)을 먹인 슈퍼 밀웜(Zophobas morio)의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물을 제공한다.

본 발명의 상기 용어 '바이오매스'는 식물의 건중량 또는 생중량을 의미하며, 바이오매스는 다르게 규정되지 않은 이상 식물의 모든 부분, 예를 들면, 어린싹 바이오매스(땅위에 있는 모든 식물 부분), 잎 바이오매스 및 뿌리 바이오매스를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 용어 "건중량"은 대다수의 세포의 수분을 제거하기 위해 건조시킨 식물의 중량을 말한다. 용어 "생중량"은 건조시키지 않은 식물의 중량을 말한다. 바이오매스는 당업계에 알려진 바이오매스 측정 방법에 의해 측정이 가능하다.

본 명세서에서 상기 발포성 폴리스티렌은 "스티로폼(styrofoam)"을 의미하는 것으로, 체적의 98%가 공기, 나머지 2%가 수지로 이루어진 자원 절약형 소재이다. 본 명세서에서 용어 발포성 폴리스티렌은 스티로폼과 혼용되어 사용될 수 있다.

본 명세서에서 상기 슈퍼 밀웜은 딱정벌레목(Coleoptera) 거저리과(Tenebrionidae) 중에서 Zophobas morio라는 학명을 가진 거저리의 유충일 수 있고, 바람직하게는 등껍질이 갈색 또는 검정색을 띤 거저리 유충일 수 있다. 슈퍼 밀웜은 검정색 색소인 멜라닌을 제조할 수 있는 대사 과정을 보유하고 있으며, 등껍질이 하얀색인 거저리 유충은 검정색 멜라닌 색소를 합성할 수 없어 검정색 배설물을 배출할 수 없다.

또한, 상기 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물은 물, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올 또는 물과 저급 알코올의 혼합물을 추출용매로 이용하여 추출할 수 있고, 바람직하게는 물을 추출용매로 이용하여 추출할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물에서, 상기 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물은 스티로폼을 섭취한 슈퍼 밀웜의 배설물에서 검정색을 띤 배설물만 선별한 후 상기 선별된 검정색 배설물에 물을 첨가한 후 교반하고 여과하여 여과액을 수득하여 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 구현 예에 따른 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물에서, 상기 식물은 상추, 감자, 가지, 담배, 고추, 토마토, 우엉, 쑥갓, 도라지, 시금치, 근대, 고구마, 샐러리, 당근, 미나리, 파슬리, 배추, 양배추, 갓무, 수박, 참외, 오이, 호박, 박, 딸기, 대두, 녹두, 강낭콩, 완두 등의 쌍자엽 식물 또는 벼, 보리, 밀, 호밀, 옥수수, 사탕수수, 귀리, 양파 등의 단자엽 식물일 수 있으며, 바람직하게는 쌍자엽 식물이며, 더욱 바람직하게는 상추이다.

본 발명은 또한, 상기 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물을 식물, 식물의 종자 또는 식물 식재 토양에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 생장을 촉진하고 바이오매스를 증진시키는 방법을 제공한다. 상기 식물의 생장을 촉진하고 바이오매스를 증진시키는 방법으로는 상기 조성물에 식물을 침지하거나, 관주, 즉, 분무하여 수행할 수 있다. 침지하는 방법의 경우, 조성물을 식물체 주변의 토양에 붓거나 또는 종자를 조성물에 담가둘 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

또한, 본 발명은 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는, 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 비료 조성물을 제공한다.

본 발명의 상기 용어 '비료'는 식물이 정상적으로 생육하기 위하여 필요한 원소의 하나 혹은 그 이상을 공급하는 모든 물질을 의미하며, 유기비료(분해되는 식물/동물 물질로 이루어짐)와 무기비료(화학 물질 및 무기 물질로 이루어짐) 등으로 구분될 수 있다.

본 발명에 따른 비료 조성물은 일반적인 제형기를 사용하여 적당한 크기의 액상, 분말, 펠렛 또는 과립 등의 다양한 형태로 제형화 될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기에서 제형화된 본 발명의 비료 조성물은 그대로 사용되거나 또는 실온에서 풍건하거나 동결 건조 또는 고온 건조 방법으로 건조시켜 사용할 수 있다. 액상 형태의 비료 조성물을 농가에서 적절히 사용하기 위해서는 작물에 사용 가능한 pH 범위로서 침전이 되지 않아야만 한다. 이는 사용하는 원료의 pH, 용해도를 고려하여 배합비를 선정하여야만 한다.

또한, 본 발명은 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는, 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 토양 개량제를 제공한다.

본 발명의 상기 용어 '토양 개량제(soil conditioner)'는 토양의 물리화학적 성질을 식물생육에 알맞게 개선하여 생산성을 높이기 위해 사용되는 물질을 의미하며, 상기 토양개량제는 본 발명의 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물 단독 또는, 기존의 화학비료, 벤토나이트(bentonite), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 암모늄, 석회염, 볏짚, 보릿짚, 들풀로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상과 혼합하여 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제조예 1. 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜( Zophobas morio )의 검정색 배설물 추출물의 제조

스티로폼의 무게를 잰 후 슈퍼 밀웜(미친밀웜에서 구입)과 함께 플라스틱 통에 넣고 1주~1달 동안 배양하였다. 배양된 슈퍼 밀웜 중 등껍질이 갈색 혹은 검정색을 띠는 개체를 선별하여 실험에 사용하였다. 이 때 플라스틱 통은 밑부분을 뚫고 철망으로 덧대어 배설물이 빠져나올 수 있도록 하였다. 플라스틱 통 아래로 빠져나온 플라스틱 파편 및 검정색을 띠는 배설물 5g을 채취하여 증류수 100㎖을 삼각플라스크에 넣고 37℃의 교반기(shaker)에서 교반하였고, 10일 동안 교반한 슈퍼 밀웜의 배설물을 필터지(filter paper; ADVANTEC No. 2)로 여과시켜 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 제조하였고, 상기 추출물을 동결건조하여 검은색을 띠는 파우더를 확보하였다.

실시예 1. 상추의 생장 촉진 및 바이오매스 증진 효과 분석

쌍떡잎 식물인 상추(Lactuca sativa)를 모델 식물로 사용하여 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물의 식물 생장 촉진 및 바이오매스 증진 효과를 확인하였다. 상추의 잎 넓이는 paint.net 프로그램을 이용하여 측정하였다.

상기 실시예 1에서 수득된 슈퍼 밀웜의 변 추출 파우더를 MS(Murashige and Skoog) 배지에 농도별(0.02, 0.1, 0.2, 0.5 및 1.0g/L)로 투입하여 배지로 만들어 굳혔으며, 발아한 상추를 배지에 옮겨 심어 4주간 배양하였다. 그 결과, 슈퍼 밀웜의 변 추출 파우더가 처리되지 않은 MS 배지(대조구)에 비해 슈퍼 밀웜의 변 추출 파우더가 처리된 MS 배지에서 상추의 생장이 현저하게 증가한 것을 관찰하였다(도 1A).

또한, 슈퍼 밀웜의 변 추출 파우더가 처리되지 않은 MS 배지에 비해 슈퍼 밀웜의 변 추출 파우더가 처리된 MS 배지에서 상추의 잎 면적 및 뿌리 길이가 농도 의존적으로 증가하였으며, 특히 슈퍼 밀웜의 변 추출 파우더가 1.0g/L 농도로 처리된 MS 배지에서 상추의 잎 면적 및 뿌리 길이가 현저한 수준으로 증가된 것을 확인하였다(도 1B 및 1C).

실시예 2. 항산화 활성 분석

스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물의 ABTS(2,2'-Azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)) 라디칼 소거능 및 총 페놀 함량을 측정하여 슈퍼 밀웜 배설물 추출물의 항산화 활성을 분석하였다.

ABTS 라디칼 소거능은 슈퍼 밀웜 배설물 추출물이 처리되지 않은 샘플(대조구)의 흡광도 값을 420nm에서 0.8로 조정한 후 슈퍼 밀웜 변 추출 파우더 2mg을 ABTS 용액 1mL에서 약 하루 동안 반응시켜 대조구에 비해 무색화되는 정도를 측정하였으며 그 결과, 39.6%의 무색화 반응이 나타난 것을 확인하였다. 이를 통해 스티로폼을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물이 라디칼 소거능이 있음을 알 수 있었다.

또한, 슈퍼 밀웜 배설물 추출물 내의 총 페놀 함량은 슈퍼 밀웜 변 추출파우더 2mg을 증류수 2.25mL에 희석한 후 Folin-Ciocalteu Phenol Reagent 0.25mL 추가하여 5분간 실온에서 반응시키고, 7% Na₂CO₃ 용액 2.5mL을 추가하여 최소 90분간 실온에서 반응시키는 과정에서 나타난 발색 반응을 550nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. 갈산(gallic acid)을 표준물질로 사용하여 슈퍼 밀웜 배설물 추출물 내의 총 페놀 함량을 정량화한 결과, 97.6㎍(GA equivalent)으로 의미있는 페놀기 함유 수치를 보였다.

Claims (6)

1. 발포성 폴리스티렌(expanded polystyrene)을 먹인 슈퍼 밀웜(Zophobas morio)의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 배설물 추출물은 검정색 배설물에 물을 첨가한 후 교반하고 여과하여 여과액을 수득하여 제조한 것을 특징으로 하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 조성물.
3. 제1항 또는 제2항의 조성물을 식물, 식물의 종자 또는 식물 식재 토양에 처리하는 단계를 포함하는 식물의 생장을 촉진하고 바이오매스를 증진시키는 방법.
4. 발포성 폴리스티렌(expanded polystyrene)을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 비료 조성물.
5. 제4항에 있어서, 상기 비료 조성물은 액상, 분말, 펠렛 또는 과립의 형태로 제형화된 것을 특징으로 하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 비료 조성물.
6. 발포성 폴리스티렌(expanded polystyrene)을 먹인 슈퍼 밀웜의 검정색 배설물 추출물을 유효성분으로 포함하는 식물의 생장 촉진 및 바이오매스 증진용 토량 개량제.

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