형질전환 고구마에 대한 Glufosinate-ammonium 저항성 간이진단법

국용인(Yong In Kuk) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.4

본 연구는 유전자총기법에 의해 생산된 형질전환 고구마를 사용하여 glufosinate-ammonium에 대한 저항성 유무를 빠르고, 경제적이며, 신뢰할 수 있는 간이분석법을 찾고자 수행되었다. 저항성 진단법은 whole-plant 진단법, one leaf 진단법 및 leaf disk 진단법을 사용하였고, 이들 진단법에 의해 glufosinateammonium을 처리하고 잎의 피해율과 암모늄 축적량을 조사하였다. Leaf disk 진단법에서 glufosinateammonium 처리 후 형질전환 라인 7171의 잎에 대한 약해는 wild type에 비해 1.9배 낮았다. One leaf 진단법과 whole plant 진단법의 경우 glufosinateammonium 처리 후 7171의 잎에 대한 약해는 wild type에 비해 각각 59배와 92배 적었다. Leaf disk, one leaf와 whole plant 진단법에서 0.5-5mM glufosinateammonium 처리 후 암모늄 축적은 wild type이 7171에 비해 각각 2-20, 4-43 및 6-115배 더 많이 축적되었다. 이들 3가지 방법 모두 형질전환 고구마에 대한 glufosinate-ammonium 저항성 유무를 판단하는데 가능한 방법이나 one leaf 진단법이 가장 간편하면서 빠른 진단방법이었다. 그러나 이 방법은 엽령별 내성차이가 존재할 수 있어 고구마 엽이 10개 전개되었을 때 1, 3, 5, 7, 9엽을 각각 채취하여 3mM glufosinateammonium을 처리시 잎의 피해율과 암모늄 축적을 엽령별로 조사한 결과 유의적인 차이를 보이지 않았다. 따라서 분석에 소요되는 기간, 시료량, 정확성 등을 고려할 때 형질전환 고구마의 저항성을 판별하는데 one leaf 진단법이 가장 적합한 것으로 판명 되었다. Transgenic herbicide-resistant sweet potato plants [Ipomoea batatas (L.) Lam.] produced through a biolistic transformation were used in this study. The objective of this research was to find out a rapid and reliable assay method for confirming glufosinate-ammonium resistance. The techniques tested include whole-plant bioassay, one leaf bioassay, and leaf disk bioassay. Parameters investigated in this study were leaf injury and ammonium accumulation at 1 and 5 days after treatment of glufosinate-ammonium. In the leaf disk bioassay, leaf injury of the transgenic line 7171 was 1.9-fold less affected by glufosinate-ammonium than the wild type. The leaf injury of 7171 in one leaf and whole-plant bioassays was 59- and 92-fold less affected by glufosinate-ammonium, respectively, compared with that of the wild type. Leaf disk, one leaf, and whole-plant bioassays showed that ammonium accumulation of the 7171 was 2 to 20-, 4 to 43-, and 6 to 115-fold less affected by 0.5-5 mM glufosinate-ammonium than that of the wild type. All three bioassays successfully distinguished the resistance from the transgenic lines, but one leaf bioassay is the simplest and quickest. Leaf injury and ammonium accumulation were the same in leaves 1, 3, 5, 7, and 10 of 3 mM glufosinate-ammonium treated plants or nontreated plants. The one leaf bioassay was chosen as the standard procedure for future confirmation of resistance in transgenic sweet potato because it is a rapid and reliable assay.

Protoporphyrinogen Oxidase 저해형 제초제 Oxyfluorfen에 대한 호박 엽령별 내성기작

국용인(Yong In Kuk),윤영범(Young Beom Yun) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.2

Protoporphyrinogen oxidase(Protox) 저해형 제초제인 oxyfluorfen에 대한 내성차이는 동일 개체내의 호박 엽령에서 관찰되었다. 엽위별 oxyfluorfen에 내성기작을 구명하기 위해 잎의 피해정도, 세포내 구성물질의 누출, 포르피린 생합성 경로의 tetrapyrrole 중간물질 축적량 및 항산화효소 활성을 포함한 생리적 반응을 조사하였다. 중앙애호박의 1, 2 및 3엽에 대한 oxyfluorfen에 내성은 4엽에 비해 각각 >10,000, 1,286 및 1.6배 높았고, 신토좌의 1, 2 및 3엽에 대한 oxyfluorfen에 내성은 4엽에 비해 각각 725, 366, >0.6배 높았다. 그러나 oxyfluorfen과 작용기작이 다른 paraquat 처리에서는 oxyfluorfen 처리의 결과와 다르게 두 품종 모두 상위엽인 4엽이 하위엽인 1, 2 및 3엽에 비해 훨씬 피해가 적었다. Oxyfluorfen 처리에 따른 전해물질의 누출은 처리 후 광노출 기간이 경과할수록 상위엽(4엽)에서 하위엽(1, 2, 3엽) 보다 많았다. Oxyfluorfen 처리에 의한 tetrapyrrole 중간물질 protoporphyrin IX(Proto IX), Mg-Proto IX 및 Mg-Proto IX monomethyl ester의 축적량은 감수성인 4엽이 내성인 1엽에 비해 많았다. 따라서 oxyfluorfen 처리에 대한 호박 엽령별 반응 차이는 tetrapyrrole 중간물질의 과다한 축적에 의해 기인되는 것으로 생각된다. Tetrapyrrole 중간 물질 축적량의 결과와 다르게 항산화효소 superoxide dismutase, catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase 및 glutathione reductase 활성은 무처리 및 oxyfluorfen 처리 후 4엽이 1엽에 비해 높았다. 그러나 4엽에서 항산화효소 활성 유도는 Protox 저해제 oxyfluorfen의 독성효과를 극복하는데 충분하지 않아 결국 4엽은 고사하게 되는 것으로 생각된다. Differential tolerance to protoporphyrinogen oxidase (Protox)-inhibiting herbicides, oxyfluorfen was observed between leaf ages in squash. Physiological responses to oxyfluorfen, including leaf injury, cellular leakage, accumulation of tetrapyrroles, and antioxidative enzymes activity, were investigated in leaf age classes of squash to identify mechanisms of oxyfluorfen tolerance. Leaf 1, 2, and 3 injuries for Joongangaehobak were >10,000, 1,286, and 1.6-fold higher than that of leaf 4, after treatment of oxyfluorfen. On the other hand, leaf 1, 2, and 3 injuries for Sintowjahobak were 725, 366, and >0.6-fold higher than that of leaf 4, after treatment of oxyfluorfen. However, in contrast to oxyfluorfen treatment results, leaf injury of squash leaf 4 treated with paraquat was much smaller than in leaves 1, 2 and 3. Electrolyte leakage from the tissues treated with oxyfluorfen was higher in the youngest leaf (Leaf 4) than in the older leaves 1, 2, and 3. Differential leaf response to oxyfluorfen of squash appears to be due in large part to differences in protoporphyrin IX (Proto IX), Mg-Proto IX, and Mg-Proto IX monomethyl ester accumulation in treated leaves. In contrast, leaf 4 had higher activities of superoxide dismutase, catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase, and glutathione reductase than leaf 1 after treatment with oxyfluorfen. However, the induction in antioxidant activity in leaf 4 was not enough to overcome the toxic effects of a Protox inhibitor, oxyfluorfen, so the leaf eventually died.

Protoporphyrinogen Oxidase (Protox) 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼의 생육저해 기작

국용인(Yong In Kuk),신지산(Ji San Shin),윤영범(Young Beom Yun),권오도(Oh-Do Kwon) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.2

본 연구의 목적은 다양한 생물종의 Protox 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼의 저항성 수준과 생육저해 원인이 생육시기별 tetrapyrrole 중간물질 축적과 대사 경로 물질, 활성산소 발생, 지질과산화 작용 및 항산화 효소 능력과 관련성이 있는지를 조사하는데 있다. Myxococcus xanthus(MX, MX1, PX), Arabidopsis thaliana(AP31, AP36, AP37) 및 인간(H45, H48, H49) Protox 과다발현 형질전환벼는 비형질전환벼에 비해 oxyfluorfen에 각각 43~65, 41~72 및 17~70배 저항성을 보였다. 다양한 생물종의 Protox 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼 중에 일부 라인은 다른 광조건하에서 정상적인 생육을 보인 반면에 일부 라인은 초장 및 생체중 감소가 야기되었다. 그러나 일관성 있게 파종 후 7일과 14일에 초장의 감소가 야기 되었던 형질전환 라인은 AP37뿐이었다. 또한 이들 형질전환 벼 라인들은 저광 및 암조건보다 고광조건하에서 초장 및 생체중 감소가 뚜렷하였다. 파종 후 7일째 Proto IX 축적은 AP31, AP37 및 H48에서 비형질전환벼에 비해 유의적으로 많았고, 파종 후 14일째에는 PX, AP37 및 H48에서 유의적으로 많았다. 파종 후 7일째 Mg-Proto IX은 일부 라인(H41과 H48)을 제외하고 그리고 Mg-Proto IX monomethyl ester는 MX, MX1, PX를 제외한 형질전환 라인 간에 차이가 없었다. 비록 terapyrrole 중간물질이 축적 되었더라도 이들 축적량은 Protox 과다발현 형질전환벼의 생육을 저해 하는데 충분하지 않았을 것으로 생각된다. 또한 활성산소종 (H₂O₂와 O₂+-), MDA, ALA 합성 및 엽록소 함량에서도 형질전환 라인간에 유의적인 차이가 인정되지 않아 tetrapyrrole 축적량이 형질전환 벼의 생육저해에 충분하지 못했음을 확인할 수 있었다. 따라서 일부 형질전환벼에서 초기 생육저해는 어떤 단일 요인에 기인되는 것보다 복합적인 요인에 의해 기인되는 것으로 생각된다. We investigated the levels of resistance and accumulation of terapyrroles, reactive oxygen species, lipid peroxidation, and antioxidative enzymes for reasons of growth reduction in herbicide-transgenic rice overexpressing Myxococcus xanthus, Arabidopsis thaliana, and human protoporphyrinogen oxidase (Protox) genes. The transgenic rice overexpressing M. xanthus (MX, MX1, PX), A. thaliana (AP31, AP36, AP37), and human (H45, H48, H49) Protox genes showed 43~65, 41~72 and 17~70-fold more resistance to oxyfluorfen, respectively, than the wild type. Among transgenic rice lines overexpressing Protox genes, several lines showed normal growth compared with the wild type, but several lines showed in reduction of plant height and shoot fresh weight under different light conditions. However, reduction of plant height of AP37 was much higher than other lines for the experimental period. On the other hand, the reduction of plant height and shoot fresh weight in the transgenic rice was higher in high light condition than in low light condition. Enhanced levels of Proto IX were observed in transgenic lines AP31, AP37, and H48 at 7 days after seeding (DAS) and transgenic lines PX, AP37, and H48 at 14 DAS relative to wild type. There were no differences in Mg-Proto IX of transgenic lines except for H41 and H48 and Mg-Proto IX monomethyl ester of transgenic lines except for MX, MX1, and PX. Although accumulation of tetrapyrrole intermediates was observed in transgenic lines, their tetrapyrrole accumulation levels were not enough to inhibit growth of transgenic rice. There were no differences in reactive oxygen species, MDA, ALA synthesizing capacity, and chlorophyll between transgenic lines and wild type indicating that accumulated tetrapyrrole intermediate were apparently not high enough to inhibit growth of transgenic rice. Therefore, the growth reduction in certain transgenic lines may not be caused by a single factor such as Proto IX, but by interaction of many other factors.

Protox 저해형 제초제 저항성 형질환벼와 비형질전환벼의 미질 및 이화학적 성분 차이

정하일(Ha-Il Jung),윤영범(Young Beom Yun),권오도(Oh-Do Kwon),이도진(Do Jin Lee),백경환(Kyoungwhan Back),국용인(Yong In Kuk) 韓國雜草學會 2012 Weed&Turfgrass Science Vol.32 No.1

본 연구의 목적은 Protox 저해형 제초제 저항성인 형질전환벼계통(MX, PX, AP37)과 비형질전환벼(WT) 백미에 대한 미질, 무기물, 구성아미노산, 유리아미노산 및 유리당 함량을 조사하였다. 형질전환벼계통의 완전미, 식미값, 단백질 및 백도(MX와 AP37제외)는 비형질전환벼에 비해 높거나 유사하였고, 형질전환벼 계통의 분상질립, 균열립 및 쇄미(PX와 AP37제외)는 비형질전환벼에 비해 낮았다. 그러나 피해립과 아밀로스함량에서는 형질전환벼계통과 비형질전환벼간에 유의적인 차이가 없었다. PX의 K 함량과 PX와 AP37의 Cu 함량은 WT에 비해 적었을 뿐 일부 다른 무기물에서는 WT보다 형질전환벼계통에서 오히려 높거나 유의적인 차이가 없었다. 대부분 구성 아미노산 함량은 형질전환벼계통에서 WT에 비해 높았거나 유사하였고, 단지 AP37의 Isoleucine 함량만이 WT에 비해 적었다. 한편 유리아미노산 Leucine과 Tyrosine의 경우는 PX와 AP37에서 그리고 총 유리아미노산의 함량의 경우는 PX에서만 WT에 비해 유의적으로 감소하였다. 그러나 형질전환벼 계통의 다른 종류의 유리 아미노산 함량은 WT과 유사하였다. MX와 PX의 Sucrose 함량은 WT에 비해 적었으나 형질전환벼계통의 fructose, glucose 및 maltose 함량은 WT에 비해 높거나 유사하였다. 따라서 Protox 유전자는 벼의 양분구성에 부정적인 영향을 미치지 않는다고 할 수 있다. Characteristics related to grain quality and physiochemical components such as mineral, total amino acid, free amino acid, and free sugar composition were investigated in Protox inhibitor resistanttransgenic rice (MX, PX, and AP37) and its nontransgenic counterpart (WT). Head rice, palatability, protein, and whiteness (except for MX and AP37) of milled transgenic rice were high or similar to those of the non-transgenic counterpart. Immature rice, unfilled grain, and cracked kernels (PX and AP37) of milled transgenic rice were lower than those of its non-transgenic counterpart. However, there were no significant differences in damaged grain between the transgenic rice lines and its counterpart. Potassium content in PX and copper contents in PX and AP37 were only low compared with their non-transgenic counterparts, but other mineral contents in transgenic rice lines were high or showed no significant differences compared with non-transgenic counterparts. Contents of most total amino acid composition in transgenic rice lines were high or similar to those in non-transgenic counterparts, but the content of isoleucine in AP37 was only low compared with its non-transgenic counterpart. On the other hand, free amino acid, leucine and tyrosine in PX and AP37, and total free amino acid in PX were low compared with their non-transgenic counterparts. However, the content of free amino acid in other kinds in transgenic rice lines were similar to those in their non-transgenic counterparts. Contents of sucrose in MX and PX were low compared with non-transgenic counterpars, but contents of fructose, glucose, and maltose in transgenic rice lines were high or similar compared with their non-transgenic counterparts. This results indicated that Protox genes had no negative affect on the nutritional composition of rice.

맥종별 주산지와 재배한계지 수집종자의 활력, 초기생장 및 이차화합물 차이

박현화,국용인,Park, Hyung Hwa,Kuk, Yong In 한국작물학회 2021 Korean journal of crop science Vol.66 No.2

본 연구의 목적은 다양한 맥종별 주산지 및 재배한계지에서 수집한 종자에 대한 종자활력과 이들 수집종에 대해 다른 온도조건(25, 13℃)하에서 발아율 및 생장과 저온 조건(13℃)하에서 엽록소 함량, 광합성 효율, 이차화합물(총 페놀, 총 플라보노이드, DPPH 라디컬 소거능력) 차이를 알아보는데 있다. 맥종에 상관없이 주산지와 재배한계지간에 전기전도도 값에는 유의적인 차이가 없었으나 일부 수집종자간에는 전기전도도 값에 차이를 보여 종자활력에 차이가 있음을 알 수 있었다. 25℃의 조건하에서 맥종별로 주산지와 재배한계지 수집종간에 발아율, 초장, 근장 및 지상부 생체중은 유의적인 차이가 없었으나 일부 수집종간에 차이를 보였다. 저온조건하에서도 맥종에 상관없이 주산지와 재배한계지간에 출현율, 초장 및 지상부 생체중에는 차이가 없었으나 일부 수집종간에 차이를 보였다. 그러나 겉보리 수집종은 파종 후 5일째에 출현하였고, 맥주보리와 쌀귀리는 파종 후 7일에 출현하여 맥종별 차이를 보였다. 맥종에 상관없이 수집종간에 엽록소와 광합성의 효율에는 차이가 없었다. 또한 맥종에 상관없이 주산지와 재배한계지간에 총 페놀, 총 플라보노이드 함량 및 DPPH 라디컬 소거능력이는 유의적인 차이가 없었으나 일부 수집종간에 차이를 보였다. 특히 맥주보리 경우 총 플라보노이드 함량은 강진>창원>해남=전주>나주 순으로 차이를 보였다. 따라서 기후 변화에 따른 겉보리, 쌀보리, 맥주보리 및 쌀귀리 등은 동일품종이라도 재배지역에 따라 종자활력 뿐만 아니라 생장 및 이차화합물의 함량의 차이가 있을 것으로 사료된다. The purposes of this study were to determine how changes in temperature affect germination rates and growth of hulled and dehulled barley, malting barley, and naked oat plants, and to measure chlorophyll content, photosynthetic efficiency, and secondary compounds (total phenol, total flavonoid, and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity) in plants grown at 13℃ or 25℃). Various types of barley seeds were collected from areas with ideal conditions for barley cultivation, hereinafter referred to as IA, and also from areas where barley cultivation is more difficult due to lower temperatures, hereinafter referred to as LTA. Seeds were tested for seed vigor. While there were significant differences in the electrical conductivity values between seeds collected from certain specific areas, no significant differences were evident between IA and LTA seeds, regardless of the type of barley seed. When plants were grown at 25℃, there were no significant differences in germination rates, plant height, root length and shoot fresh weight between plants originating from IA and LTA. However, there were differences in the measured parameters of some specific seeds. Similarly, under the low temperature condition of 13℃, no differences in the emergence rate, plant height, and shoot fresh weight were evident between plants originating from IA or LTA, regardless of the type of barley. However, there were differences between some specific seeds. One parameter that did vary significantly was the emergence date. Hulled barley and malting barley emerged 5 days after sowing, whereas naked oats emerged 7 days after sowing. There were no differences in the chlorophyll content and photosynthetic efficacy, regardless of the type of barley. There were no significant differences in total phenol, total flavonoid content, and DPPH radical scavenging activity between plants originating from IA and LTA, regardless of the type of barley. However, there were differences between some specific seeds. In particular, for malting barley the total flavonoid content differed in the order of Gangjin > Changwon > Haenam = Jeonju > Naju. The results indicate that crop growth, yield and content of secondary compounds in various types of barley may be affected by climate change.

Protox 저해형 제초제 저항성 형질전환벼와 비형질전환벼의 환경스트레스에 대한 생리적 반응 차이

윤영범(Young Beom Yun),권오도(Oh-Do Kwon),신동영(Dong Young Shin),현규환(Kyu Hwan Hyun),이도진(Do Jin Lee),정하일(Ha-Il Jung),국용인(Yong In Kuk) 韓國雜草學會 2012 Weed&Turfgrass Science Vol.32 No.1

본 연구는 Protox 저해형 제초제 저항성인 형질전환벼 라인(MX, PX, AP37)과 비형질전환벼(WT)에서 저온, 고온, NaCl 및 chemical(paraquat) 스트레스에 대한 생리적 반응차이를 파악하기 위해 수행되었다. 형질전환벼와 비형질전환벼는 저온실험의 경우 5℃에 1일 그리고 회복을 위해 25℃에 6일 두었고, 고온 실험은 45℃에 4일 그리고 회복을 위해 25℃에 8일 두었다. 또한 0.5%와 1% NaCl 처리 후 6일간 그리고 0~300μMparaquat 처리 후 5일간 형질전환벼와 비형질전환벼의 잎의 피해율, 지상부 생체중 및 생리적 반응(porphyrin 생합성 중간물질, 엽록소 함량)을 조사하였다. 형질전환벼 라인과 WT간에 잎 피해율 및 생제중은 저온처리와 저온처리 후 회복기간에는 유의적인 차이가 없었다. 한편 고온과 고온처리 후 회복 5일까지는 형질전환 라인과 WT간에 초장과 생체중에서 유의적인 차이가 없었으나 회복 6일째에 MX와 PX는 WT에 비해 초장 및 생체중의 감소가 컸다. NaCl 처리 후 잎의 피해율, 엽록소 함량 및 Mg-Proto IX ME 함량은 형질전환벼와 비형질전환벼간에 유의적인 차이가 없었으나 AP37의 Proto IX 함량과 PX와 AP37의 지상부 생체중은 0.5% NaCl 처리에서 WT에 비해 유의적으로 감소하였다. 그러나 paraquat 처리 후 잎의 피해율과 지상부 생체중의 변화는 형질전환벼와 비형질전환벼간에 유의적인 차이를 보이지 않았다. 비록 일부 환경스트레스의 일부 조사기간에서 형질전환벼와 비형질전환벼간에 다른 반응차이를 보였지만 일반적으로 형질전환벼와 비형질전환벼간에 환경스트레스에 유사한 반응차이를 보였다. The objective of this research was to confirm the difference in physiological responses to environmental stresses such as chilling, high temperature, NaCl, and chemical stress (paraquat) in Protox inhibitor resistant-transgenic rice (MX, PX, and AP37) and its non-transgenic counterpart (WT). Transgenic and non-transgenic rice plants were exposed to a chilling temperature of 5℃ for 1 day or a high temperature of 45℃ for 4 days and allowed to recover at 25℃ for 6 days after the chilling treatment or 8 days after the high temperature treatment. Leaf injury, shoot fresh weight, porphyrin biosynthesis substances, and chlorophyll content were investigated in transgenic and non-transgenic rice at 6 days after 0.5% and 1% NaCl treatments or at 5 days after 0~300 ${\mu}M$ paraquat treatments. No significant difference in leaf injury and shoot fresh weight were observed between transgenic and non-transgenic rice during chilling and recovery. Plant height and shoot fresh weight were also similar between transgenic and non-transgenic rice during the high temperature and recovery period (0~5 days). However, plant height and shoot fresh weight in transgenic rice line MX and PX were lower than in non-transgenic rice at 6 days for recovery. Leaf injury, chlorophyll, and Mg-Proto IX ME contents had no significant difference between transgenic rice and non-transgenic rice after NaCl treatment, but Proto IX content for AP37 and shoot fresh weight for PX and AP37 in 0.5% NaCl treatment were significantly reduced compared with non-transgenic rice. There was no difference in leaf injury and shoot fresh weight when comparing transgenic rice and non-transgenic rice after paraquat treatment. Although transgenic rice and non-transgenic rice showed a little difference at a particular measurement period in certain environmental stresses, there was generally no difference in physiological responses between transgenic rice and non-transgenic rice.

벼 친환경재배에서 다양한 유기자원별 잡초방제효과

권오도(Oh Do Kwon),박흥규(Heung Gyu Park),안규남(Kyu Nam An),이인(Yeen Lee),신서호(Seo Ho Shin),신길호(Gil Ho Shin),신해룡(Hae Ryoung Shin),국용인(Yong In Kuk) 韓國雜草學會 2010 Weed&Turfgrass Science Vol.30 No.3

본 연구의 목적은 벼 친환경재배 농가에서 사용되고 있는 다양한 유기자원들에 대한 잡초방제 효과와 문제점을 구명하여 친환경 벼 재배지에서 잡초관리기 술을 확립하기 위하여 수행하였다. 친환경 벼 재배지 에서 잡초발생밀도와 종류가 서로 다른 조건하에서 다양한 유기자원을 처리한 결과 왕우렁이, 종이멀칭 및 기계제초의 잡초방제 효과는 유사하였으나 쌀겨 및 EM당밀처리에서는 잡초발생량이 많은 처리구에서 적은 처리구에 비해 잡초방제 효과가 높았다. 일반적으로 유기자원처리에 의한 잡초방제 효과는 왕우렁이(97~100%) > 종이멀칭(93~98%) > 기계제초(73~75%) > 쌀겨(15~80%) > 당밀(7~31%) 순이었다. 왕우렁이는 여뀌를 제외하고 모든 초종에 대하여 높은 방제효과를 보였고, 종이멀칭도 피와 여뀌바늘, 올방개 등이 다소 발생하나 비교적 우수한 효과를 보였으며, 기계제초는 잡초종에 관계없이 전반적으로 70%의 방제효과를 보였다. 쌀겨/기계 및 EM/기계의 체계처리에 의한 잡초방제 효과는 각각의 단독처리에 비해 차이가 없었으나 쌀겨/ 왕우렁이 및 EM/왕우렁이 체계처리에 의해 100% 방제효과를 보였다. 다양한 유기자원 처리에 의한 벼 피해율은 왕우렁이와 기계제초(10~20%) > 쌀겨(10~15) > 종이멀칭 및 EM당밀(5~7%) 순으로 높았다. 피해증상은 유기자원에 따라 다소 다르지만 생육저해, 분얼경 가해 및 결주 등이다. 왕우렁이, 쌀겨, 당밀 및 종이피복의 잡초방제 비용은 제초제에 사용에 소요된 비용보다 각각 2.1, 3.1, 2.3 및 13.2배 높게 나타났다. 따라서 다양한 유기자원 중 친환경 벼 재배지에서 왕우렁이를 이용하여 잡초를 방제하는 것이 가장 적합할 것으로 사료된다. 추후 왕우렁이 농법 사용시 발생되는 제초비용과 벼 피해를 줄일 수 있는 연구가 수행되어야 할 것이다. The objective of this research was to find out the weed management techniques in environment-friendly rice paddy fields through the study on herbicidal effects and problems of various organic material. This experiment was conducted under different conditions of weed species and weed densities in environment-friendly rice paddy fields. There was no difference in weedy efficacy on golden apple snail (GAS), paper mulching (PM), and machine weeding (MW) between low and high weed densities. However, the effect of weed control in rice bran (RB) and effective microorganism (EM) + molasses was higher in high weed density than in low weed density. In general, the effect of weed control a affected by various organic materials was in the order of GAS (97-100%) > PM (93-98%) > RB (15-80%) > EM (7-31%). GAS provided excellent control of all weed species tested except for Persicaria hydropiper. PM gave acceptable control of the weed species except for Echinochloa crus-galli, Ludwigia prostrata, and Eleocharis kuroguwai. However, MW gave fair control (70% biomass reduction) of all weed species tested. BR followed by MW or EM followed by MW treatments had similar effect on weed control compared to each treatment alone. However, BR followed by GAS or EM followed by GAS provided 100% control of weed species tested. The level of rice foliar injury caused by various organic materials was in the order of GAS and MW (10-20%) > RB (10-15%) > PM and EM (5-7%). Typical symptoms of organic materials are wilting, inhibition of growth, missing hill, and reduction of tiller. Cost for weed control of GAS, RB, EM, and PM were 2.1, 3.1, 2.3 and 13.2 times higher than that of the herbicide. These data indicate GAS was the best method for weed management in environment-friendly rice paddy fields. Further study is required to elucidate the mechanisms underlying the rice injury as affected by GAS.

토착미생물과 EM 활용 액비 처리가 방울토마토의 토양 화학성과 미생물상 및 생장에 미치는 영향

최현석(Hyun-Sug Choi),정지식(Ji-Sik Jung),국용인(Yong-In Kuk),최인영(In-Young Choi),정석규(Seok-Kyu Jung) 유기성자원학회 2019 유기물자원화 Vol.27 No.4

The study was compared for soil chemical and microbial properties as well as growth of the cherry tomato (Lycopersicon esculentum var. cerasiforme) plants environmentally friendly gown for 3 years and 5 years, which had been fertigated with homemade liquid fertilizer (LF) with indigenous microorganism as an additional fertilizer. Treatment included LF with indigenous microorganism for 3 years (3-year IM-LF) and for 5 years (5-year IM-LF), with an effective microorganism for 10 years (EM-LF), which had been applied with 1,000 times of dilution in the farmhouse. IM-LF and EM-LF materials had increased pH pattern for 16 weeks, in particular for increase of 1.2 for EM-LF. IM-LF material contained slightly higher EC but similar level of 0.2 dS/m to EM-LF. For a pot experiment in the greenhouse, IM-LF treatment increased root dry weight of the cherry tomato plants. In the farmhouse experiment, IM-LF treatment increased to 7.5 of soil pH and 8.4 dS/m of EC, indicating high salt accumulation. EM-LF treatment increased to 62 g/kg of soil OM, which would have affected concentrations of macro essential nutrients, including T-N in the soil. However, the optimum soil chemical levels for growth of cherry tomato plants were observed on the IM-LF plots. EM-LF treatment increased number of bacteria and actinobacteria in the soil. EM-LF treatment increased concentrations of macro essential nutrients in the plants, except for P, with similar nutrient concentrations observed between 3-year IM-LF and 5-year IM-LF-treated plants. Leaf SPAD and PS II levels decreased in the plants treated with 3-year IM-LF. EM-LF treatment increased leaf width and length, number of leaves, canopy area, plant height, and stem diameter in the mid-term stage of growth, which were not significantly different between the treatments. EM-LF treated-plants had two times higher leaf dry weight than those of values observed on the IM-LF plants, which was the opposite result observed on the number of fruit. 본 실험은 방울토마토(Lycopersicon esculentum var. cerasiforme) 농가에서 자가제조한 토착미생물 액비를 3년 및 5년간 연용 처리하였을 때 토양 화학성 및 미생물상과 작물의 생장에 어떠한 영향을 미치는지를 비교하고자 수행하였다. 실험구는 3-year IM(토착미생물 3년 노지 처리구), 5-year IM(토착미생물 5년 노지 처리구), EM(effective microorganisms; EM 10년 온실 처리구)으로 분류하였고, 모두 1,000배로 희석하여 웃거름으로 관주하였다. IM과 EM 액비 자재의 pH 수준은 16주간 증가하였고 특히 EM의 pH는 1.2정도 상승하였다. IM 자재의 EC는 약간 높았지만 EM과 비슷한 수준인 0.2 dS/m으로 나타났다. 온실 내 포트 실험에서는 IM으로 처리된 토마토 뿌리의 건물중이 크게 증가하였다. 액비 처리에 따른 농가 현장 실험에서는 IM 액비 처리구의 pH는 7.5로 높았고 EC도 8.4 dS/m로 염류 과잉 수준을 보였다. EM 처리구의 유기물함량은 62 g/kg으로 가장 높았고 전질소 등 필수 무기성분 농도를 증가시키는데 영향을 끼쳤다. 하지만 IM 처리구에서도 토마토 생장을 위한 적절한 토양 화학성 수준이 관찰되었다. EM 처리구에서 세균수와 방선균수가 가장 증가하였다. EM으로 처리된 작물의 대량 무기성분 농도는 인산을 제외하고는 높게 나타났고 3-year IM과 5-year IM 처리구에서는 비슷한 무기성분 농도가 관찰되었다. 잎의 SPAD와 PSII 수준은 3-year IM 처리에서 낮게 나타났다. 토마토 작물의 엽폭, 엽장, 엽수, 수관면적, 초장, 경경은 생육 중기에는 EM 처리구에서 높은 수준이었으나 생육 후기에는 처리구 간에 비슷하였다. EM 처리로 잎 건물중은 IM 처리 보다 2배 이상 높았지만 수확과수는 2배 이상 감소되었다.

Protoporphyrinogen oxidase (Protox) 저해제 저항성 형질전환 벼의 적응성과 Porphyrin 생합성 경로물질과 관련성

윤영범(Young Beom Yun),권오도(Oh Do Kwon),백경환(Kyoung Whan Back),이도진(Do Jin Lee),정하일(Ha Il Jung),국용인(Yong In Kuk) 韓國雜草學會 2011 Weed&Turfgrass Science Vol.31 No.2

Myxococcus Xanthus (MX, PX)와 Arabidopsis thaliana (AP37) 의 protoporphyrinogen oxidase (Protox) 유전자 과다발현 제초제 저항성 형질전환 벼와 비형질전환벼의 생육 및 수량에 관한 적응성 차이와 벼 생육별시기별 ALA 합성능력, tetrapyrrole 중간물질, 활성산소 발생, 지질과산화 작용 및 항산화효소 능력의 연관성이 조사되었다. Protox 과다발현 형질전환 벼 MX와 AP37의 초장은 이앙 후 43, 50, 65일에 비형질전환벼 비형질전환벼에 비해 유의적으로 적었고, 분얼수는 이앙 후 50일과 65일에 MX와 AP37 뿐만 아니라 PX에서도 비형질전환벼에 비해 유의적으로 적었다. 수확기의 간장과 수량은 MX, PX 및 AP37에서 비형질전환벼에 비해 유의적으로 적었다. 형질전환벼 계통 MX, PX 및 AP37 의 수량감소는 MX의 경우 영화수와 천립중에 의해, PX는 등숙율에 의해, AP37은 영화수, 등숙율 및 천립중에 의해서 기인되었다. 한편, 형질전환벼 계통 MX, PX 및 AP37의 수량감소는 또 다른 년찬변이 연구에서도 관찰되었다. 이러한 형질전환벼 계통의 생육 감소는 이앙 후 생육기간 뿐만 아니라 이앙 전 육묘기간 동안에서도 발생하여 결과적으로 수량이 감소되는 것으로 생각된다. Tetrapyrrole 중간물질 Proto IX, Mg-Proto IX 및 Mg-Proto IX monomethyl ester 의 축적량, 활성산소종(H₂O₂ 와 O₂), MDA, 및 항산화효소(superoxide dismutase, caltalase, peroxidase, ascorbate peroxidase, glutathione reductase) 및 엽록소 함량은 Protox 유전자 과다발현 형질전환벼 계통과 비형질전환벼간에 유의적인 차이가 없어 이들 porphyrin 대사 경로 물질과벼 생육 및 수량감소의 연관성은 적은 것으로 사료된다. 그러나 MX, PX, AP37의 ALA 합성능력은 광노출 후 1일과 이앙 후 52일에 비형질전환벼에 비해 유의적으로 감소하여 이 부분에 대한 상세한 연구가 추후에 수행되어야 할 것으로 보이다. The objectives of this study were to investigate fitness difference in growth and rice yield in herbicide-transgenic rice overexpressing Myxococcus xanthus and Arabidopsis thaliana protoporphyrinogen oxidase (Protox) genes and non-transgenic rice. We also aimed to determine whether these fitness differences are related to ALA synthesizing capacity, accumulation of terapyrroles, reactive oxygen species, lipid peroxidation, and antioxidative enzymes at different growth stages of rice. Plant height of the transgenic rice overexpressing M. xanthus (MX) and A. thaliana (AP37) Protox genes at 43, 50, and 65 days after transplanting (DAT) was significantly lower than that of WT. Number of tiller of PX as well as MX and AP37 at 50 and 65 DAT was significantly lower than that of WT. At harvest time, culm length and yield of MX, PX and AP37 and rice straw weight of MX and AP37 were significantly low compared with WT. The reduction of yield in MX, PX, and AP37 was caused by spikelets per panicle and 1000 grain weight, ripened grain, spikelets per panicle, 1000 grain weight, and ripened grain, respectively. On the other hand,the reduction of yield in MX, PX, and AP37 was also observed in another yearly variation experiment. The reduction of rice growth in MX, PX, and AP37 was observed in seedling stage as well as growth duration in field. There were no differences in tetrapyrrole intermediate Proto Ⅸ, Mg-Proto Ⅸ and Mg-Proto Ⅸ monomethyl ester, reactive oxygen species (H₂O₂ and O₂-), MDA, antioxidative enzymes (SOD, CAT, POX, APX, and GR) and chlorophyll between transgenic lines and wild type, indicating that accumulated tetrapyrrole intermediate and other parameters were not related to growth reduction in transgenic rice. However, ALA synthesizing capacity in MX, PX, and AP37 at one day after exposure to light and 52 DAT was significantly lower than that of WT. Further study is required to elucidate the mechanisms underlying the growth and yield difference between transgenic and WT lines.

온도변화에 의한 외래잡초 둥근잎유홍초의 제초제 약효 차이

이도진(Do Jin Lee),박현화(Hyun Hwa Park),국용인(Yong In Kuk) 한국잡초학회 2021 Weed & Turfgrass Science Vol.10 No.2

본 연구는 기후변화에 따른 온도상승에 의한 주요 토양 및 경엽처리제 제조제의 외래 잡초 둥근잎유홍초에 대한 약효반응을 평가하여 추후 기후변화에 따른 방제기술을 개발하는데 활용하고자 수행하였다. 토양처리제 제초제 처리시 생장상의 온도(25, 30, 35℃)가 증가할수록 둥근잎유홍초 방제가 높은 경향이었다. 토양처리제 alachlor 처리에 의한 둥근잎유홍초는 생장상의 온도조건에 상관없이 거의 방제되지 않았다. 그러나 ethalfluralin, metolachlor 및 linuron 처리에 의한 둥근잎유홍초 방제가는 생장상의 온도가 증가할수록 증가하였다. 경엽처리제 glyphosate-isopropylamine 처리에 의한 둥근잎유홍초는 생장상의 온도조건에 상관없이 방제가는 큰 차이가 없었다. 그러나 bentazone, glufosinate-ammonium 및 mecoprop 처리에 의한 둥근잎유홍초 방제가는 생장상의 온도가 증가할수록 증가하였다. 특히, bentazone, glufosinate-ammonium 및 mecoprop 표준량 처리의 경우 둥근잎유홍초는 30℃와 35℃ 생장상 조건하에서 100% 방제 되었다. 토양처리제 ethalfluralin, metolachlor, alachlor 및 linuron 처리에 의한 둥근잎유홍초 방제가는 실험기간의 평균온도(24, 26, 28℃)가 증가할수록 증가하였다. 경엽 처리 제초제 경우 평균온도 24℃와 26℃의 온실 조건 간에 둥근잎유홍초 방제가는 차이가 없었다. 그러나 실험기간의 평균온도 28℃의 온실조건하에서 경엽처리제 모든 제초제에서 24℃와 26℃의 온실조건에 비해 둥근잎유홍초 방제가 높았다. 따라서 기후변화에 수반되는 온도상승에 따른 새로운 잡초방제 기술 개발이 필요할 것이다. This study was conducted to evaluate the degree to which changes in temperature affect the efficacy of herbicides when applied to the exotic weed Quamoclit coccinea Moench using both soil and foliar application. Through studies like this, we hope to learn which weed control techniques will be most effective in the future as climate change continues to impact agriculture. Control value of Quamoclit coccinea Moench were highest in studies using growth chambers with high, constant temperatures (25, 30, and 35℃). Generally, as growth chamber temperatures increased, so did control rates as was observed in studies using soil applications of herbicides ethalfluralin, metolachlor and linuron. In studies using foliar application herbicides bentazone, glufosinate-ammonium and mecoprop also had increased control values as growth chamber temperatures increased. However, herbicide alachlor (soil application) and herbicide glyphosate-isopropylamine (foliar application) were not effective regardless of temperature conditions. Overall, the highest control value (100%) of Quamoclit coccinea Moench resulted from studies using bentazone, glufosinate-ammonium and mecoprop at each recommended dosage in growth chambers at 30℃ and 35℃. In greenhouse conditions where temperatures fluctuated but were measured as average daily temperatures, increases to greenhouse temperatures resulted in increases in control rates. This was especially true in studies using soil applications of herbicides ethalfluralin, metolachlor, alachlor and linuron with average greenhouse temperatures of 24, 26, and 28℃. In the case of foliar application herbicides in greenhouse conditions, average temperatures of 24℃ and 26℃ produced the same control value of Quamoclit coccinea Moench whereas control values by all foliar application herbicides at an average temperature of 28℃ were significantly higher. Overall, herbicide efficacy of Quamoclit coccinea Moench increased as temperatures in both the growth chamber and greenhouse increased.