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생물촉진제 (Biostimulants), 식물 생화학 조절제 (plant biochemical regulators), 그리고 식물 생장 조절제(plant growth regulators)는 비료 이외의 물질을 묘사하기 위하여 사용되는 용어이며, 작은 양으로 식물에 시용되었을 때 식물체 내에 생리적인 과정에 영향을 주는 생화학물질이다. 실례로 고농도의 호르몬을 함유한 물질들이다. 호르몬은 식물의 기능에 영향을 주는 옥신, 사이토카이닌, 지베렐린, 앱시식 산, 그리고 에틸렌과 같은 유기 화합물을 지칭한다. 옥신, 지베렐린과 사이토카이닌은 성장을 촉진하는 반면 앱시식 산과 에틸렌은 성장의 저해제이다. 식물의 조건을 변화시키기 위하여 식물 잎에 시용하는 물질처럼 이러한 촉진효과를 가진 호르몬의 사용은 현재 잔디 관리의 재배적인 관점에서 이용된다. 비록 식물에 대한 호르몬의 영향은 20세기의 전환점에서 실증되었지만, 미국에서 이것이 언급된 것은 1930년대 후반이었다. 그보다 20년 뒤에 호르몬 옥신과 사이토카이닌은 뿌리, 새싹, 그리고 꽃의 성장과 발달을 조절하고, 지베렐린과 사이토카이닌의 혼합물이 잎의 형성을 촉진시켰다는 것을 기록하였다. 생화학조절제와 호르몬은 1950년대에 시작된 많은 식물 연구의 주제였다. 하지만, 생물촉진제로 처리된 잔디풀의 반응이 연구되었던 것은 1980년대였다. Virginia Tech에서 생물촉진제 연구는 추운 계절의 잔디풀의 뗏장 생산을 증진시키기 위한 시도였다. 우리의 부서에서 1979년에 수행된 연구의 결과들은 60g/ha로 합성 사이토카이닌을 시용하였을 때, 콩 열매의 수량을 유의적으로 증가시켰으며 진행 중인 잔디풀 뗏장 개선 프로젝트에서 사이토카이닌 처리를 평가하는데 대하여 관심을 가지게 하였다. 사이토카이닌의 원천으로 상업적인 해초 제품을 이용하려는 몇 번의 시도 후에, 저온에서 해초 가공을 통하여 해초 추출액을 얻는 것이 현실화 되었다. 이러한 해초 추출액의 결과는 합성 사이토카이닌보다 더 일관된 결과를 주었다. 사이토카이닌에 더해서, 해초는 더 긍정적인 반응을 줄 수 있는 옥신과 아미노산과 같은 다른 화합물을 제공하였다는 결론을 내렸다. 결국에는 부식산을 해초 추출액과 함께 시용할 때, 부식산의 옥신 활성은 해초에 의해 공급된 호르몬의 활성을 고양시켰다는 것을 말해주는 더 일관된 결과를 얻을 수 있었다. 1980년대 중반에, Cornell 대학교의 Petrovic 박사는 트리아졸 살충제를 시용했을 때, 왕포아풀의 뿌리가 좋아졌다고 지적하였다. 우리의 계속된 연구는 이러한 관찰을 확신시켜주었다. 그때 이후 우리는 해초, 부식산과 트리아졸 살충제의 처리에 더해서, 아미노산이나 트리넥새패 에틸(trinexapae ethyl)의 시용은 생물촉진제 효과를 가진다고 보고하였다. 가장 최근에 우리는 실리케이트를 흰겨이삭(creeping bentgrass)에 시용했을 때 생물촉진 효과를 탐지하였다. 지난 10여 년 동안 다양한 대학원생 연구프로젝트는 추운 계절의 잔디풀에 해초, 부식산을 시용하면 염류, 가뭄, 선충 침입, 질병 감염, 제초제 독성, 그리고 그늘에 대한 내성을 증강시켰다는 결과를 보여주었다. 박사 과정의 한 학생은 우산잔디 (Bermuda grass)가 사이토카이닌과 철로 처리되었을 때 영하 온도에 피해를 덜 받았다는 것을 보여주는 자료를 얻었다. 잔디풀 성장의 측정은 참으로 식물 성장 조절제들이 스트레스 환경을 더 잘 이겨내도록 잔디풀을 조건화 시킨다는 강한 증거를 제공하였다. “우리는 왜 이러한 결과를 얻었을까?의 질문이 설명될 필요가 있다. Jiyu Yan의 박사학위 논문에서, 호르몬을 함유한 물질이나 트리아졸 살충제의 시용은 스트레스 환경에 잔디풀을 순화시킬 수 있다는 증거를 제공하였다. 그녀는 이러한 물질을 영연생 라이그라스에 시용하면 식물체의 세포막 유동성을 증가시켰으며, 이 풀의 염류와 가뭄에 대한 내성과 상관성이 있었다는 것을 보여주었다 환경 스트레스에 대한 내성을 증진시키기 위하여 잔디풀을 조건화 하도록 해초나 부식산을 이용하는 것은 X. Zhang의 박사학위 논문이 완성된 후에 완전히 끝났다고 “뱀기름(snake oil, 만병통치약)”을 의미하게 되었다. 그의 연구는 가뭄 내성은 잔디의 항산화제 함량과 연관이 있었다는 것을 보여주었다. 해초와 부식산의 시용은 추운 계절의 풀에서 항산화제인 비타민 C와 E와 효소 항산화제인 superoxide dismutase (SOD)를 유의적으로 증가시켰다. 식물 생화학의 간략한 평론은 왜 시험에서 얻어진 자료가 잔디풀 관리에 적절한지를 설명할 것이다. 엽록소에 의해 포획된 태양으로부터 온 에너지는 광계 II (PS II)로 불리어 지며 산화환원 과정에 의해 전자는 대기로부터 얻어진 이산화탄소가 탄수화물로 전환되도록 하는 광계 I (PS I)로 이동된다. 하지만, 스트레스 조건 하에서, 광계 II로부터 이동된 에너지는 아마도 광계 I 과정에서 탄수화물을 형성하는데 사용되는 것을 막는 것으로 보인다. 이것이 일어날 때, 그 에너지 (전자)는 초산화된(superoxided) 산소와 같은 반응성을 가진 산소 족(oxygen species)을 형성하도록 이용된다. 하지만, 만일 반응성을 가진 산소 족이 항산화제와 반응한다면, 물과 산소가 형성되고 광합성의 손상, 또는 노화가 발생하지 않게 된다. 다르게 말하면, 풀의 항산화제 함량이 더 높을수록, 자유 라디칼은 더 적어지고, 풀은 스트레스에 더 잘 견디게 되는 것이다. 지난 2년 동안, 우리는 이른봄부터 늦가을까지 큰김의털 (tall fescue)와 흰겨이삭의 항산화제 함량을 조사하였다. 항산화제 함량이 가장 낮은 시기는 6월 하순부터 7월 하순까지였다. 이 기간 동안 비 구조적인 탄수화물이 과다하게 사용되고 호흡이 높기 때문에 항산화제가 빠르게 소모되는 이 시기 동안에 항산화제의 생산은 제한된다는 가정이 세워졌다. 잔디풀의 항산화제 농도는 생물촉진제의 시용으로 촉진될 수 있다. 부식산과 해초추출액을 흰겨이삭에 시용하면 항산화제인 SOD의 활성을 유의적으로 증진시킬 것이다. 항산화제 함량과 연관된 흰겨이삭의 증진된 활력은 증명되었다. 잔디 동전마름병의 감염은 흰겨이삭 잎의 항산화제 함량의 증가로 감소하였다. 우리의 결과들은 잔디풀에서 생물촉진제의 시용으로 유도된 이점은 잔디에서 생산되는 항산화제의 촉진에 기인한다는 것을 강하게 암시한다. 생물촉진제는 다른 환경 스트레스 하에서 유전자 발현을 증진시킨다. 잔디 뗏장에 대한 생물촉진제의 효과에 대하여 더 많이 알수록, 잔디 관리자들은 자유롭게 더 좋은 재배기술을 가지게 된다.
BIOSTIMULANT PRODUCTS: WHAT RESEARCH HAS SHOWN: HOW THEY WORK R. E. Schmidt1 1Professor, Dep. of Crop and Soil Environmental Sciences, Virginia Tech, Biostimulants, plant biochemical regulators, and plant growth regulators are terms used to describe materials other than fertilizer, that when applied to plants in small quantities effect biochemicals that influence the physiological processes within plants. Examples are materials that contain high percentages of hormones. Hormones are designated organic compounds such as auxins, cytokinins, gibberellins, abscisic acid, and ethylene that influence plant function. Auxins, gibberellins and cytokinins stimulate growth while abscisic acid and ethylene are inhibitors of growth. The use of these stimulating hormones as foliar-applied materials to manipulate plant conditioning is currently pursued in cultural aspects of turfgrass management. Although the influence of hormones on plants was demonstrated at the turn of the Twentieth Century, it was not until the late 1930’s this was noted in the Biochemical regulators and hormones were topics of many plant studies initiated in the 1950’s. However, it was not until the 1980’s that responses to turfgrass treated with biostimulant materials were studied. The biostimulant studies at Virginia Tech initially were attempts to enhance cool season turfgrass sod production. Results from research concluded in 1979 in our department showed applications of a synthetic cytokinin at 24 gm per acre, significantly increased soybean seed yield generated interest in eval!uating cytokinin treatments in our on-going turfgrass sod enhancement project. After several attempts to utilize commercial seaweed products as the source of cytokinins, positive results were realized when seaweed extracts were obtained from seaweed processes at low temperatures. Results from these seaweed extracts gave more consistent results that the synthetic cytokinins. It was concluded that in addition to cytokinins, seaweed supplied other compounds such as auxins and amino acids to provide more positive responses. More consistent results were eventually obtained when humic acid was applied with seaweed extracts, indicating that the auxin activity of the humic acid enhanced the hormone activity supplied by seaweed. In the mid-1980’s, Dr. Petrovic of Various graduate student projects over the past ten years showed that application of seaweed, and humic acid to cool season turfgrass, conditioned the grass to enhance toleration of salinity, drought, nematode invasion, disease infestation, herbicide toxicity, and shade (Table 1). One doctoral student obtained data showing that bermudagrass was affected less by chilling temperatures when treated with cytokinin and iron. The measurements of turfgrass growth provided strong evidence that, indeed, plant growth regulators did condition turfgrass to better tolerate stressful environments. The question “Why did we obtain these results?” needed to be addressed. In JiYu Yan’s doctoral dissertation, evidence was provided that application of hormone-containing materials or a triazole fungicide can acclimate turfgrasses to stressful environments. She showed that the application of these materials to perennial ryegrass increased the plants’ cell membrane fluidity, which was correlated to saline and drought tolerance of this grass. The “snake oil” connotation that the use of seaweed or humic acid to condition turfgrass to enhance tolerance to environmental stress was completely dispelled after X. Zhang’s dissertation was completed. His studies showed that drought tolerance was associated with the antioxidant content of grass. Application of seaweed and humic acid significantly increased the concentration of the antioxidants Vitamins C and E, as well as enzymatic antioxidant superoxide dismutase (SOD) to cool season grasses. A brief review of plant biochemistry will illustrate why the data generated are pertinent to turfgrass management (Figure 1.) Energy from the sun captured by chlorophyll is referred to as photosynthesis II (PSII) and by oxidation reduction process the electron (e) is transferred to PSI process where CO2 from the atmosphere is converted to carbohydrates (Figure 1). However, under stressful conditions, energy (e) transferred from PSII may be prevented from being utilized in forming carbohydrates in the PSI process. When this occurs, the energy is donated to form reactive oxygen species such as superoxidized oxygen, or a free radical. The occurrence of reactive oxygen species, which are strong oxidizing agents that destroy biological molecules, cause photosynthetic damage (Figure 2). However, if the reactive oxygen species react with antioxidants, water and oxygen are formed and photosynthetic damage, or senescence, is negated (Figure 2). In other words, the higher the antioxidant content of the grass, the less free radicals, the better the grass will tolerate stress. In the past two years, we measured the antioxidant content of tall fescue and creeping bentgrass from early spring to late fall. The lowest concentration of the antioxidant content occurred during late June through late July (Figure 3). It is hypothesized that because non-structural carbohydrates are utilized excessively and respiration is high during this period that the production of antioxidant is limited during this period when antioxidants are rapidly being utilized. The antioxidant content of turfgrasses can be stimulated with applications of biostimulants. In Figure 3, it can be shown that the application of humic acid (HA) plus seaweed extract (SE) to creeping bentgrass will significantly enhance the antioxidant, superoxide dismutase (SOD), activity. The enhance vigor of bentgrass associated with antioxidant content can be demonstrated in Figure 4. Infection of Dollarspot disease is decreased with the increase of antioxidant content of the bentgrass leaves. Results of our studies strongly suggest that the benefits derived from applications of biostimulant materials to turfgrass results from the stimulation of antioxidant produced in the grass. Biostimulants enhance gene expression! under different environmental stresses. As more is learned about he biostimulant influence on turf, the better cultural tools the turfgrass manager has at his disposal.
Source: http://www.plant-wise.com |
출처: 양파를 무농약으로 재배하는 종태의 블로그 원문보기 글쓴이: organic
