Fenoxaprop-edhyl의 초종별 제초활성 변이를 유발하는 생리적 요인

마상용(Sang-Yong Ma),전재철(Jae-Chul Chun) 한국농약과학회 1997 농약과학회지 Vol.1 No.1

Paraquat 저항성 및 내성 (耐性) 발현 기구

마상용,전재철 ( Sang Yong Ma,Jae Chul Chun ) 한국환경농학회 1994 한국환경농학회지 Vol.13 No.3

Resistance to paraquat (1,1`-dimethyl-4,4`-bipyridilium ion) has developed in 12 species of 8 genera to which paraquat has been applied 6 to 10 times per year for 5 or more years. In recent years, tolerance to paraquat has been found in Rehmannia glutinosa (Gaertn.) Liboch. ex Fisch. & Mey. which has never been applied with any herbicides involving paraquat. In this review, we differentiate the terms, resistance and tolerance, on the basis of the paraquat-exposure history. Five hypotheses have been evaluated in several species as potential mechanisms of paraquat resistance and/or tolerance. In a species, the mode of action may be due to 1) reduced quantities of paraquat absorbed through the leaf surface, 2) detoxification of paraquat caused by the enhanced paraquat-metabolic activity, 3) rapid sequestration reducing level of paraquat at the site of action in chloroplast, 4) alteration of site of action in photosystem I resulting in interruption of electron transport to paraquat, and 5) rapid enzymatic detoxification of superoxide and other toxic forms of oxygen.

율무(Coix lacryma - jobi) 의 제초제 Simazine 에 대한 내성기구

마상용,김종석,전재철 한국환경농학회 1997 한국환경농학회지 Vol.16 No.1

율무의 simazine에 대한 내성이 GSH와의 conjugation에 의한 약제의 불활성화 반응에 기인하는지 여부를 검정하기 위하여 화본과 작물인 옥수수와 비교하여 약제의 흡수 및 대사속도, GSH 함량 및 GST 활성, GST isozyme의 발현 양상 및 작용점에서의 약제에 대한 감수성의 차이를 조사하였다. 율무와 옥수수 모두 배양액중에 포함된 simazine에 대하여 약제처리 초기부터 빠른 흡수를 보였으며, 처리 12시간 후에는 두 초종 간의 흡수속도에 있어서 차이가 인정되지 않았다. 율무에 흡수된 simazine은 GSH-simazine conjugate의 형태로 신속히 대사되었으며, 특히 약제처리 1∼6시간 까지의 처리 초기에는 율무에서의 대사속도가 옥수수에 비하여 약 2배정도 빠르게 나타났다. 두 초종 모두 초엽부에서 가장 높은 GSH 함량 분포를 보였다. 초종별로는 율무에서의 GSH 함량이 옥수수에 비하여 전반적으로 높게 나타났으며, 특히 율무의 초엽부와 근부에서 옥수수에 비하여 GSH함량이 각각 1.5배와 2.3배씩 높게 나타났다. GST[CDNB] 활성은 초종 간에 차이가 인정되지 않았으나, GST[simazine] 활성에 있어서는 옥수수에 비하여 율무의 모든 조직에서 약 2배 정도 높은 활성을 보였다. 두 초종 모두 지상부에서의 GST[simazine]활성이 근부에 비하여 20∼30% 정도 높게 나타났다. 율무와 옥수수에서 나타난 simazine에 대하여 특이성을 갖는 GST 활성의 차이를 이해하기 위하여 FPLC-anion exchange 컬럼을 이용하여 GST isozyme 활성을 조사하였다. 율무에 있어서 GST[CDNB] 활성을 보이는 1개 피크와 GST[simazine] 활성을 보이는 2개의 피크가 옥수수의 활성 피크와 같은 NaCl 농도범위에서 나타났으며, 이들의 활성은 옥수수에 비하여 높게 나타났다. 옥수수에서는 나타나지 않은 1개의 GST[simazine] 활성 피크가 율무에서 검출되었으며, 이 GST[simazine] 활성은 CDNB에 대하여 전혀 활성을 나타내지 않았기 때문에 율무에 simazine 특이성의 다른 GST isozyme이 존재함을 시사해 주고 있다. 율무와 옥수수의 완전 엽으로부터 추출한 엽록체 thylakoid막에 의한 전자전달 활성은 simazine 1∼100 μM 수준에서 매우 유사한 경향으로 억제되었다. 이상의 결과들은 율무의 simazine 내성이 흡수된 약제가 GSH와의 conjugation에 의하여 신속히 불활성화됨으로써 나타나며, 이러한 simazine 대사활성의 차이는 식물체에 내재하는 GSH 함량 및 GST 활성과 밀접한 상관성이 있음을 시사해 주고 있다. Tolerance mechanism to simazine (6-chloro-N,N'-diethyl-1,3,5-triazine-2,4-diamine) in Coix lacryma-jobi was investigated with respect to herbicide detoxification via glutathione conjugation. Simazine was initially absorbed by seedlings of C. lacryma-jobi and corn, but after 12 hours of treatment, no significant difference in simazine absorption was found in both species. Simazine absorbed was rapidly metabolized to glutathione-simazine conjugate. One to six hours after treatment, metabolism was approximately 2-fold faster in C. lacryma-jobi than in corn. Glutathione content was found 1.5- and 2.3-fold higher in coleoptile and root of C. lacryma-jobi, respectively, compared with corn. In both species, the highest concentration of glutathione was found in coleoptile tissue. Glutathione S-transferase that exhibits activity with 1-chloro-2,4-dinitrobenzene was not significantly different between two species. However, glutathione S-transferase activity with simazine was approximately 2-fold greater in C. lacryma-jobi than in corn. The glutathione S-transferase activity was 20 to 30% greater in shoot of either species than in root. Fast protein liquid chromatography-anion exchange column was used to separate glutathione S-transferase isozymes in coleoptiles of C. lacryma jobi and corn. A peak of glutathione S-transferase activity with 1-chloro-2,4-dinitrobenzene and two peaks of glutathione S-transferase activity with simazine from C. lacryma-jobi were coeluted with those from corn, but showed greater activity than in the case of corn. Another glutathione S-transferase isozyme that exhibits activity with simazine was detected in the elution of C. lacryma jobi extract, but not in corn. Electron transport in chloroplast thylakoids isolated from leaves of both species was equally sensitive to simazine applied at 1 to 100 nM. These results indicate that the simazine tolerance in C. lacryma-jobi is due to its capacity to detoxify the herbicide via glutathione conjugation, which is positively correlated with the level of glutathione content and glutathione S-transferase activity.

제초제 약해경감물질(藥害輕減物質) 탐색과 작용기구 규명 : Ⅰ. Metolachlor 흡수 및 대사에 대한 N -(4- chlorophenyl) maleimide 의 효과 Ⅰ. Effect of N -(4- chlorophenyl) maleimide on Metolachlo Absorption and Metabolism

마상용,전재철 한국환경농학회 1994 한국환경농학회지 Vol.13 No.3

Maleic anhydride와 4-chboroaniline에 의한 amination 反應을 통하여 CPMA를 回收하고, 다시 acetic anhydride 및 sodium acetate에 의한 CPMA의 dehydration 反應을 거쳐 CPMI를 合成하였다. 生成物의 녹는점(CPMA 200-202℃, CPMI 116-118℃) 比較와 NMR 分析을 통하여 화합물의 純度(95% 이상)를 決定하였다. 生育 初期段階의 수수에서 metolachlor에 의한 生育抑制는 根部에 비하여 地上部에서 더욱 크게 나타났으며, 이러한 地上部의 生育沮害는 種子에 CPMI를 被覆處理한 경우에 뚜렷한 減少를 보였다. CPMI를 수수 種子 1㎏당 1.2g의 水準으로 種子에 被覆處理한 경우에 가장 높은 藥害輕減 活性을 나타내었으며, 地上部의 50% 生育抑制를 나타내는 metolachlor의 濃度(GR_(50)値)로 표시한 藥害輕減指數는 無處理種子(15μM)에 비하여 被覆處理 種子 (53μM) 에서 약 3배 정도 增大되었다. CPMI의 處理 여부에 관계없이 [^(14)C]metolachlor의 吸收에는 差異가 認定되지 않았다. CPMI를 被覆處理한 수수에서 metolachlor의 不活性化가 촉진되어 수수내의 吸收된 metolachlor의 대부분이 빠른 시간내에 glutathione과의 結合을 통하여 代謝 또는 解毒되었다. Mode of safening action of N-(4-chlorophenyl)maleimide (CPMI) on metolachlor [2-chloro-N-(2-ethyl-6-methylphenyl)-N-(2-methoxy-l-methylethyl) acetamide] was investigated in sorghum(Sorghum bicolor L.). CPMI was synthesized by dehydration of N-(4-chlorophenyl)maleamic acid(CPMA) which was obtained from amination with maleic anhydride and 4-chloroaniline. Melting points of CPMA and CPMI (>95% purity) were 200-202℃ and 116-118℃, respectively. Growth response study indicated that seed treatment of CPMI increased tolerance of sorghum shoot to metolachlor approximately threefold. Sorghum shoot was more sensitive to injury caused by metolachlor and CPMI activity than the root. Metolachlor was initially absorbed by sorghum shoot and metabolized to the metolachlor-glutathione conjugate in CPMI-untreated and treated shoots. However, CPMI treatment significantly accelerated metabolism of [^(14)C] metolachlor in sorghum shoot, resulting in decrease in metolachlor content and increase in formation of the glutathione conjugate. It was concluded that the protection against metolachlor injury conferred by CPMI appeared to be correlated to detoxification of metolachlor in sorghum shoot tissue.

제초제 약해경감물질(藥害輕減物質) 탐색과 작용기구 규명 : Ⅱ. Glutathione 함량과 Glutathione S - transferase 활성 변화에 대한 N -(4- chlorophenyl) maleimide , 식물생장조절물질 및 Alkylating Agents 의 효과

마상용,전재철 한국환경농학회 1995 한국환경농학회지 Vol.14 No.3

暗 條件에서 3日間 生育시킨 수수에 있어서 CPMI, 植物 生長調節物質 및 akylating agent 의한 GSH 含量 및 GST 活性의 變化를 調査하였다. 無處理 수수의 地上部 抽出物에서 GST의 活性과 GSH의 含量이 根部에 비하여 높게 나타났다. CPMI로 處理한 수수에서 나타난 GSH의 分布 樣相은 전반적으로 無處理와 差異를 보이지 않았으나, 초葉部에서 GST[metolachlor]의 活性이 無處理에 비하여 약 2.3배 증대되었다. 이러한 GST 活性의 增大는 metolachlor에 特異的으로 작용하는 GST isozyme의 發現에 기인하는 것으로 나타났다. 이어서 metolachlor 不活性化 酵素인 GST의 活性 變化를 가져오는 關聯機作, 즉 plant hormone regulation 및 substrate induction에 根據한 일련의 實驗을 實施하였다. GST [metolachlor]의 活性은 2,4-D 處理時에 약 2.1배 增加 하였으나, ethylene과 ABA에 의한 變化는 나타나지 않았다. 또한 metolachlor는 이 除草劑에 特異性을 갖는 GST isozymes의 發現을 통하여 3.4배의 GST活性 增加를 가져온 반면에, 기타 alkylating agent로 使用된 2-iodoacetamide와 2-bromo-N-phenylacetamide에 있어서는 GST의 活性을 抑制 또는 影響을 주지 않는 것으로 나타났다. 이상의 結果로부터 수수에 있어서 CPMI에 의한 GST[metolachlor] 活性의 增大가 auxin regulation 또는 substrate induction에 部分的으로 關聯되어 있는 것으로 나타났다. The effect of N-(4-chlorophenyl) maleimide(CPMI), plant growth regulators, and alkylating agents on gluathione(GSH) content and glutathione S-transferase(GST) activity was examined with 3-day-old etiolated sorghum(Sorghum bicolor [L.] Moench) seedlings. The GSH content and GST activity of untreated seedlings were higher in shoots than that in roots. Response of GST activity in coleoptile was significantly greater than in other tissues of sorghum seedling. In CPMI-treated seedlings, GSH content was not significantly different from that in untreated seedlings. CPM treatment resulted in 2.3-fold increase in GST activity measured with metolachlor as substrate in the coleoptile region. In contrast, change in GST activity measured with metolachlor as substrate in the coleoptile region. In contrast, change in GST activity measured with 1-chloro-2,4-dinitrobenzene did not occur. The increase of GST activity was caused by induction of a GST isozyme, which is substrate-specific to metolachlor. Subsequently, two hypotheses related to metolachlor detoxification were evaluated on the basis of regulation of plant growth regulators and substrate induction of GST activity. In coleoptile, GST activity measured with metolachior was increased to 2.1-and 3.4-fold by both 2,4-dichlorophenoxyacetic acid(2,4-D) and metolachlor treated at the germination stage of sorghum, respectively. Treatments of 2.4-D and metolachlor also induced isozymes exhibiting the activity toward metolachlor. One of the isozymes was co-eluted with that induced by CPMI. These results indicated that increase in GST activity by CPMI may be partially related to auxin regulation and substrate induction.