In this study, various physiological and biochemical experiments were conducted to know whether the selectivity between rice and barnyardgrass treated with bleaching herbicides containing diphenyl ether compounds was also partly based on their basic physiological proterties such as peroxidation ability, membrane stability or antioxidant system. It seemed to be partly based on the differences of their physiological characteristics that barnyardgrass was commonly more susceptible to most of the bleaching herbicides than rice. The scenescence of intact leaf segment was more rapid in barnyardgrass than in rice, indicating that barnyardgrass is weak at early stage. Also pigment metabolic ability, antioxidant enzyme activities(peroxidase, catalase, superoxide dismutase, glutathione reductase) and antioxidant content (tocopherol, ascorbic acid, glutathione, carotenoids) were lower in barnyardgrass on the basic of fresh weight. However, lipoxygenase activity and the content of unsaturated fatty acid which is vulnerable to oxygen radicals were higher in barnyardgrass, suggesting that barnyardgrass seedling bave a properties easy to be peroxidized. The differences of PPIX (protoporphyrin IX) or carotenoid content, which are the primary substances inducing herbicide activity, were not related to the selectivity between rice and barnyardgrass.
New benzenesulfonylurea derivatives possessing ${\beta}$-hydroxyalkyl subgroup were synthesized and found to have interesting herbicidal activity in greenhouse screening.
The comparative molecular field analyses (CoMFA) models for the herbicidal activities against barnyardgrass (Echinochloa crus-galli) and rice plant (Orysa sativa L.) by the substituent (R) on the hexahydroisoindol-1-one ring in a series of new 2-(4-chloro-5-(2-chloroallyloxy)-2-fluorophenyl)-3-thioalkoxy-2,3,4,5,6,7-hexahydroisoindol-1-one derivatives were conducted and discussed for selectivity between both plants. The statistical results of the two best models (B2 & R7) showed the best predictability for the herbicidal activities based on the cross-validated value $q_2(r^2cv.=0.529{\sim}0.755)$ and none cross-validated value $({r^2}_{ncv.}=0.937{\sim}0.945)$, respectively. Based on the findings, the predictability and fitness of the model (B2) for barnyard grass was better than that of the model (R7) for rice plant. From the two models and contour maps, it is revealed that the novel selective character for herbicidal activity between the two plants depend on the electrostatic field and steric field for the substituent of ortho-positions on the S-phenyl group as R-substituent in hexahydroisoindol-1-one ring.
This study was conducted to search new target enzymes of novel herbicide candidate. Total of 107 biochemical inhibitors reported to inhibit over than 100 different plant enzymes were purchased from commercial chemical companies. 15 inhibitors and 34 enzymes were selected by germination assay, seedling assay, wheat leaf disc assay, and whole plant assay. Among them, seven compounds of purine, phehyl-hydrazine, o-phenanthroline, oleylamine, dicyclohexylcarbodiimide, 7,8-benzoquinoline, and aminooxyacetic acid showed high herbicidal activity in the whole plant assay under greenhouse while 7,8-benzoquinone, 8-hydroxyquinoline, 2,2'-dipyridyl, and o-phenanthroline inhibited seed germination of barnyardgrass, rice, and tomato at concentrations of 1.25 to $5{\mu}M$. The compounds of 7,8-benzoquinoline, chlorpromazine, cyanuric fluoride, 4-methylpyrazole, oleylamine, tranylcypromine, and trifluoperazine inhibited the growth of cyanobacteria at 30 to $100{\mu}M$. The compounds of dicyclohexylcarbodiimide and chlorpromazine exhibited whitening effect on tile wheat leaf disc at $100{\mu}M$. These results suggest that the plant-specific enzyme inhibitors which have biological activities may supply the target enzyme for developing new herbicide candidate.
Three-dimensional quantitative structure-activity relationships (3D-QSARs) on the herbicidal activities against in-vitro pre-emergence rice plant (Oryza sativa L.) and barnyard grass (Echinochloa crus-galli) by new 5-benzofuryl-2-[1-(alkoxyimino)alkyl]-3-hydroxycyclohex-2-en-1-one derivatives were studied quantitatively using comparative molecular similarity indices analysis (CoMSIA) methodology. The optimized CoMSIA model(A5: $r^2_{cv.}=0.569$ & $r^2_{ncv.}=0.941$) for rice plant exhibited a good correlation with steric (31.6%) and hydrophobic (39.7%) factors of the substrate molecules, and the model (B4: $r^2_{cv.}=0.569$ & $r^2_{ncv.}=0.941$) for barnyardgrass exhibited a good correlation with electrostatic (46.7%) and H-bond acceptor field (30.8%), respectively. The predicted $R_1=SF_5,\;R_2=R_3=R_4=H(P1)$ substituent (Rice plant: $pI_{50}=4.84$ & Barnyardgrass: $pI_{50}=7.21$, ${\Delta}pI_{50}=2.37$) by the model (B4) not only exhibited to the highest herbicidal activity against barnyardgrass, but also exhibited to the highest selecticity between two plants.
To establish an efficient screening system for new herbicides using plant cultured cells, responses of tobacco photomixotrophic cultured (PH) cells to various herbicides with different modes of action were surveyed by measuring the cell growth and ion conductivity in medium. The cells were cultured in Murashige and Skoog (MS) medium containing 0.7mg/L 2,4-D, 0.3mg/L kinetin and 30 g/L sucrose at $25^{\circ}C$ in the light (100 rpm). Chemicals were treated to suspension cultures of tobacco PH cells at the time of subculture. The cell growth and ion conductivity in the medium were investigated on 12 days after chemical treatment. The ion conductivity assay gave well correlated results to the cell growth inhibition data. The responses of tobacco PM cells were dependent on the modes of action of chemicals tested. Atrazine, an inhibitor of photosynthetic electron transport (PET), strongly inhibited both the cell membrane and cell growth ($IC_{50}$/, about 1 $\mu$M). Butachlor (an inhibitor of cell division), glufosinate (an inhibitor of amino acid biosynthesis), and fluridone (an inhibitor of carotenoid biosynthesis) showed a dose-dependent inhibition. However, Quinclorac, a herbicide with an auxin activity, did not affect the cell growth and ion leakage. These results suggested that tobacco PM cells is suitable materials for the simple screening of new herbicides such as PET, amino acid biosynthesis, ceil division inhibitors by measuring the cell growth and ion conductivity.
The herbicidal activities against the pre-emergence of rice plant (Oryza sativa L.) and barnyard grass (Echinochloa crus-gall) with changing substituents $(R_1-R_4)$ of new 5-benzofuryl-2-[1-(alkoxyimino) alkyl]-3-hydroxycyclohex-2-en-1-one derivatives as substrate molecules were studied quantitatively using comparative molecular field analyses (CoMFA). The optimized CoMFA models (rice plant: A5 & barnyard grass: B3) were derived from atom based fit alignment and a combination of CoMFA fields. The two models for herbicidal activity against two plants showed the best predictability and fitness ($q^2$>0.6 & ${r^2}_{ncv.}$>0.94) for the herbicidal activities. Also, CoMFA-HINT contour maps showed that the selective herbicidal activity between rice plant and barnyard grass depends on the hydrophobicity of $R_2\;and\;R_3$ groups in molecule. Therefore, it is expected that the herbicidal activity against barnyard grass will be improved by the introduction of the steric bulk small and hydrophobic group.
Acetolactate synthase(ALS) activity was determined in germinating seedlings of two rice cultivars treated with cinosulfuron [3-(4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-1-[2-methoxyethoxy)-phenylsulfonyl]-urea]. IR 74(Indica type) was more tolerant than Hwajinbyeo(Japonica type) under various rates of cinosulfuron applied at the pregermination stage. In vitro response of ALS activity in the two rice cultivars was similar to $I_{50}$ values(cinosulfuron concentration required for 50% inhibition of ALS activity) of about 23ppb. In vivo, ALS activity of IR 74 increased as the seedlings grew, but that of Hwajinbyeo dropped at 5 days after 10ppm cinosulfuron treatment and shoot growth of Hwajinbyeo lagged at 4 to 5 days after herbicide treatment. ALS activity and shoot growth of Hwajinbyeo was resumed from cinosulfuron-induced inhibition at 6 days after cinosulfuron treatment. The differential response of ALS activity in two different rice cultivars against cinosulfuron may not be due to difference of ALS sensitivity, but rather due to different metabolic inactivation rates of cinosulfuron.
The inhibition characteristics of chlorsulfuron [CHL, 2-chloro-N-[{ (4-methoxy-6-methyl-1,3,5-triazin-2-yl)amino}carbonyl]benzenesulfonamide] and imazaquin [IMA, 2-{4,5-dihydro-4-methyl-4-(1-methy-lethyl)-5-oxo-1H-imidazol-2-yl}-3-quinolinecarboxylic acid] on acetolactate synthase(ALS) activity of corn plants were investigated. CHL and IMA rapidly inhibited ALS activity of corn plants in vitro. Their $I_{50}$ values for ALS activity were 100nM and $5{\mu}M$, respectively, indicating that CHL had 50 times more inhibitory effect on ALS activity than IMA. The first applied herbicide had a dominant inhibitory effect on ALS activity when the two herbicides were applied sequentially. Branched-chain amino acids, valine(Val), leucine(Leu), and isoleucine(Ile) showed a feedback inhibition on ALS activity ; Val or Leu had a more inhibitory effect on ALS activity than Ile. Branchedchain amino acids and CHL or IMA exhibited an additive effect on inhibiting ALS activity. This suggests that branched-chain amino acids inhibit ALS activity by a different mechanisms) from that of CHL or IMA. Apparent ALS activity, which was measured on the basis of the conversion of pyruvate to acetolactate, was decreased by the addition of 2-ketobutyrate into the ALS reaction mixture in a concentration-dependent manner. In addition, kinetic studies revealed that CHL acts as a noncompetitive inhibitor, while IMA acts as an uncompetitive inhibitor to ALS with respect to pyruvate.
Won, Ok Jae;Kim, Young Tae;Kim, Jae Deok;Choi, Jung Sup;Ko, Young Kwan;Park, Kee Woong
Weed & Turfgrass Science
/
v.4
no.3
/
pp.219-224
/
2015
This study was conducted to evaluate the effect of herbicidin, new natural herbicidal substances, derived from soil actinomycetes Streptomyces scopuliridis. Several weed species were subjected to examine the germination inhibition and herbicidal activity at the concentration from 100 to 2,000 ppm. There was no selectivity in germination inhibition and herbicidal activity against crops. Germination of Echinochloa oryzoides, Digitaria ciliaris, Abutilon theophrasti and Amaranthus retroflexus was inhibited completely when 7.81 ppm of extract was treated in petri dish. Pre-emergence application of herbicidin in soil condition showed low inhibition against weeds. However, post application of herbicidin in green house resulted in the necrosis of weeds at the concentration of 2,000 ppm. A. retroflexus was sensitive to herbicidin at the low concentration of 62.5 ppm, whereas E. oryzoides was tolerant to lower concentration of herbicidin until it became withered at the concentration of 2,000 ppm. In conclusion, herbicidal substances derived from S. scopuliridis herbicidin, which is consisted with herbicidin A and B, have dominant effect on germination and growth inhibition. On the other hand, herbicidin was insufficient to control gramineous weeds. In future, it will be needed to develop the combination of herbicidin with other herbicide or compounds to control gramineous weeds as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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