Objective of this study was to investigate the residual levels of heavy metals in rice contract farming complex for exporting to China. Paddy soil, irrigation water and rice grain were taken from 20 fie1ds located in Icheon city, Cheorwon-gun, Cheongju city, Seocheon-gun, Gunsan city and Haenamgun. The elements of samples were analyzed using ion chromatography, ICP-OES, and ICP-MS after acid digestion. The arsenic (As) contents of paddy soil were ranged from 2.9 to 18.2 mg/kg, which were lower than 25 mg/kg as concern level of environmental pollution in Korea. Cadmium (Cd) was below the limit of quantitation (0.006 mg/kg) in all samples. The highest contents of copper (Cu) was detected to be 25.6 mg/kg in Seocheon-gun sample, but it was below 1/10 fold of the threshold levels 250 mg/kg for soil pollution. Also, the average contents of nikel (Ni), lead (Pb), zinc (Zn), and hexavalent chrome (Cr6+) were found to be lower than the criterion of soil pollution concern, and it was considered to be safe. The residual levels of arsenic in agricultural waters were relatively high, up to 24.3 ug/L in river water, but was detected as 1~2 ug/L level in the ground water. These levels are lower than the water quality standard, 0.05 mg/kg of agricultural water. The concentrations of mercury (Hg) and total chromium (Cr) in the white rice and brown rice were less than the limit of quantitation, and the levels of cadmium in the range of 0.004 to 0.068 mg/kg were less than safety criteria 0.2 mg/kg in Korea and China. In addition, the contents of lead (Pb) in white rice ranged from 0.002 to 0.136 mg/kg, which was safe to be 0.2 mg/kg for Korean white rice and 0.2 mg/kg for China brown rice. As a whole, the residual levels of heavy metals such as arsenic in rice was safely maintained as 1/10 to 1/20 of the residual limits of Korea and China. In conclusion, the heavy metals levels should not be worried in rice contract farming complex for exporting to China.

반하(Pinellia ternata(Thunb.) Breit)는 천남성과에 속하는 다년생 초본식물로서 조직배양을 이용하 여 대량번식 방법 연구가 활발히 진행되어 왔다. 하지만 대량생산된 괴경들의 토양 순화 및 적응을 위 한 환경 조건의 확립의 연구는 미비하다. 따라서 본 연구에서는 기내에서 증식된 반하의 괴경을 이용하 여 우수한 품질의 약재와 건전묘의 대량생산을 위해 생육에 적합한 토양조건을 탐색하였다. 본 연구에 서는 액체배지에서 현탁배양 한 괴경(Type 1)과 고체배지에 치상하여 배양된 괴경(Type 2)두 종류를 비 교하였다. 토양은 3개의 조성으로 조합하여 생육을 비교하였으며, 코코피트, 피트모스, 버미큘라이트, 펄라이트 및 제오라이트를 배합하여 사용하였다. 기내 배양 조건이 다른 처리구들의 토양 조성별 순화 율 측정하였으며, 생육의 차이를 확인하기 위해 8주동안 생육 후 초장, 잎 수, 마른잎 수, 괴경 수, 괴 경 크기, 생체중 및 건물중을 측정하였다. 또한 주아의 생성율을 확인하기 위하여 4주와 8주에 측정을 진행하였다. 그 결과 Type 2가 펄라이트를 20%증량한 상토 B에서 가장 우수한 생육을 보였다. 괴경의 비대에 영향을 주고 묘로서 이용을 위하여 필요한 잎의 수는 상토 B에서 가장 많은 1.7개로 나타났고 가장 잎의 출현이 없었던 Type 1의 상토 C가 0.9개로 나타나 1.8배의 차이를 나타냈다. 또한 같은 처 리구에서 건물중이 통계적으로 유의한 차이를 보이며 우수한 것으로 나타났다. 반하의 주아 생성율의 차이는 상토 B에서 1.1개로 우수하였으며, 가장 저조한 처리구의 수치보다 1.2배 높은 생성율을 확인할 수 있었다. 이러한 결과로 기내에서 배양된 반하의 토양 순화 및 적응기에 괴경의 비대를 유도하여 우 수한 한약재 생산이 가능 할 것으로 생각되며 차후 토양에서 재배 시 반하의 대량번식에도 도움이 될 것이라 사료된다.

하수오(Polygonum multiflorum Thunb.)는 여뀌과에 속하는 초본식물로 동아시아와 북아메리카에 자생하고 있다. 하수오는 관상용으로도 이용되며, 한의학에서 뿌리를 약용으로 사용한다. 하지만 월동 이 어렵고 노동력 소모가 많아 최근 재배농가가 감소하고 있다. 본 연구에서는 하수오의 우량종묘를 짧 은 시간에 대량생산하기 위하여 수경재배에 적합한 양액과 조직배양묘의 크기를 조사하였다. 토양에 적 응이 완료된 하수오 종묘는 크기에 따라 Type 1, Type 2 및 Type 3으로 나누어 4종류의 양액에 치상 하였다. 치상 후 양액과 종묘에 따른 생육차이를 확인하기 위하여 생육조사를 실시하였다. 생육조사는 8주 동안 양액에서 생육시킨 후 줄기길이, 잎 수, 마른 잎 수, 줄기 수, 생체중과 건물중에 대해 측정 하였다. 그 결과 양액3에서 Type 1과 Type 2의 뿌리길이는 각각 33.8cm와 29.5cm로 각각 나타났다. 이와 유사한 경향으로 덩굴 길이도 CaCl2가 첨가 된 양액3에서 Type 1과 Type 2가 가장 길게 나타나 우수한 생육을 보였다. 이처럼 뿌리가 증대된 종묘는 밭으로 이식 될 때 활착을 도와 우수한 초기생육 을 나타낼 것이라 사료된다. 반면 Type 3는 잎끝마름과 고사하는 현상을 보여 추후 양액의 적정농도에 대한 추가 실험이 필요할 것이라 사료된다.

지황은 현삼과(Scrophulariaceae)에 속하는 다년생 초본식물 Rehmannia glutinosa(Gaertn.) DC.로 서 한의학에서는 뿌리를 지황(地黃)이라는 한약재로 이용하고 있다. 지황은 선지황(鮮地黃), 생지황(生 地黃), 숙지황(熟地黃) 등으로 널리 사용되고 있지만 종자파종에 의한 재배보다 종근을 이용한 영양번식 으로 재배하고 있다. 종근을 이용한 재배법은 뿌리 썩음병으로 인해 종근의 관리와 생산성이 높은 고품 질의 지황 생산이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 형태적 특징과 유전자 분석을 통해 기원이 검증된 지황 기원식물을 이용하여 정확한 기원의 무균 배양묘와 종근 생산을 위한 최적 조건을 확립하고자 하 였다. 기내배양묘 생산에 필요한 최적의 생장율과 다개체 형성율, 그리고 뿌리 형성율 및 비대조건을 탐색한 결과, WPM 배지와 1.0mg/L의 IAA와 0.5mg/L의 IBA 옥신계 생장조절제가 첨가된 배지(WPM + IAA 1.0mg/L + IBA 0.5mg/L)에서 최적 생장율과 뿌리다개체 형성율을 나타내었으며, 0.1mg/L의 NAA가 첨가된 WPM 배지(WPM + NAA 0.1mg/L)에서 가장 많은 수의 뿌리가 형성되었고 비대율도 높 게 나타났다. 이러한 최적조건에서 생산한 기내식물체는 토양 순화 후 정식하였을 경우에도 높은 뿌리 형성율과 지속적인 비대 효과를 보였다. 이상의 결과는 지황의 무균 배양묘 생산과 배양묘기반 종근 생 산을 통해 지황 대량 생산에 필요한 배양묘와 종근 생산에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 고품질 지황 생산량에기여할 것으로 사료된다.

대반하[大半夏: Pinellia tripartita(Blume) Schott]는 천남성과에 속하는 다년생 초본식물로써 중국, 일본, 우리나라를 포함한 아시아 전역에 분포하며 꽃과 전초가 아름다워 최근 원예용으로도 많이 이용 되고 있으나 체계적인 대량번식 체계가 구축되어 있지 않다. 본 연구에서는 조직배양을 통해 증식된 대 반하 기내 식물의 토양조성별 괴경 생육을 조사하여 비교하였다. 기내 증식된 대반하 괴경의 크기에 따 라 직경이 1cm 이상인 경우 TypeⅠ, 1cm 이하를 TypeⅡ로 나누어 6종의 조합상토에 파종하여 괴경의 비대와 생육을 조사하였다. 괴경의 비대와 전초의 생육변화를 확인하기 위하여 초장, 잎 수, 마른 잎 수, 괴경 수, 괴경 크기, 생체중 및 건물중을 8주간 변화를 측정한 결과, Type I와 II 모두 코이어 68.0%, 피트모스 14.7%, 펄라이트 3.0%, 버미큘라이트 7.0% 및 제오라이트 7.0%로 구성된 조합상토 B에서 가장 우수한 생육을 보였다. 특히 TypeⅠ은 조합상토 B에서 괴경 크기와 생체중이 각각 45%와 101%를 보였으며, 이는 생육이 가장 좋지 못했던 처리구인 조합상토 E(코이어 14.3%, 피트모스 14.3%, 펄라이트 42.9%, 버미큘라이트 14.3% 및 제오라이트 14.3%)와 약 2배의 차이를 보였다. 이러한 연구 결과는 종자번식이 어려운 대반하의 기내 대량증식을 통한 육묘에 있어 안정적인 토양 순화와 대규모 배양묘 생산을 위한 중요한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

한약재는 전초, 잎, 뿌리, 종자, 열매 등 다양한 부위가 약용부위로 활용되고 있다. 우수한 한약재를 안정적으로 생산하기 위해서는 종자의 특성 분석 및 발아율 검증을 통해 우량종자를 선발하고 발아율을 향상시키는 것이 매우 중요 하다. 특히 한약자원식물의 종자는 다른 작물종자와 비교하면 모양과 크기 및 내·외부 형태적 특징이 매우 다양하다. 본 연구에서는 비파괴측정기술인 광학현미경(Light microscopy) 와 X-선 회절분석법(X-Ray Diffractometer)을 이용하여 한약자원식물의 종자의 내·외부 특성을 평가 하여 건전종자를 파악하였고, 분광분석법(Hyperspectral system)을 이용하여 종자의 발아율을 예측 하 였다. 23개의 한약자원식물 종자를 대상으로 외부형태(길이와 폭)와 내부형태를 관찰하여, 배(Embryo) 의 상태가 건전한지 파악하였다. 종자표면이 거칠고 입체적인 표면을 가진 종자를 제외하고, 대부분의 종자들은 건전성 여부가 파악되었다. 한약재 내복자(萊菔子, Raphanus seed)로 사용되는 무(Raphanus sativus L.)종자를 선정하여, 192개의 종자를 임의적으로 선발한 후 국제종자검정협회(ISTA) 규정에 따 라 발아율 실험을 실시하였다. 총 192립의 종자 중 150립의 종자가 발아하였고, 42립의 종자가 발아되 지 않았으며, 이것을 바탕으로 발아 종자와 비발아 종자의 예측가능 모델 스펙트럼의 자료를 확보하여 최적 모델개발에 적용하였다. 발아측정모델을 만들기 위해서 근적외선 분광분석기(FT-NIR), 단파 적외 선 초분광기(SWIR) 및 가시/근적외선 초분광기(Vis/NIR)를 이용하여 발아 유무를 예측한 결과, 가시/ 근적외선 초분광기(Vis/NIR)를 이용한 분석 결과(Accuracy=90%)가 단파 적외선 초분광기(SWIR) 분석 결과(Accuracy=71%) 및 근적외선 분광분석기(FT-NIR) 분석결과(Accuracy=85%)보다 예측율이 높았 다. 본 결과를 바탕으로 한약자원식물 종자의 특성를 평가하고, 발아율을 예측하여 건전종자 및 우량종 자를 선발하는 기술로 활용이 가능하리라 사료된다.

대반하[大半夏: Pinellia tripartita(Blume) Schott]는 천남성과에 속하는 초본성 식물로써, 중요 한약재인 반하[半夏: Pinellia ternata(Thunb.) Makino]의 국내 자생 동속 종으로 활용가치가 높은 식물이나 반하에 비해 생리학 및 유전학 등 관련 연구가 거의 진행되지 않았다. 본 연구는 대반하의 소괴경 형성 및 분화에 적합한 최적 배지와 식물생장조절물질의 농도를 규명하고, 유전적인 안전성 및 토양환경 순화조건을 검증하여 향후 반하의 대체 약재로 활용시 이용가능한 배양묘 대량생산조건을 확립하기 위하여 수행되었다. 자생지에서 채집한 대반하는 소독 후 MS 기본배지에서 배양하여 기내식물체를 확보하였고, 소괴경 분화와 비대 최적배지 규명을 위해서 10종류의 다양한 식물배지에서 6주간 배양 한 결과, Nitsch & Nitsch(NN) 배지에서 가장 효과적이었다. 기내 배양 시 발생한 캘러스를 이용하여 식물체 최적 재분화 조건을 규명하기 위하여, 명/암 반응과 BA 호르몬의 다양한 농도별(0.5ppm-3.0ppm) 처리를 통해서 4주 동안 배양한 결과, 명상태에서 BA 1.0 ppm이 첨가된 배지에서 가장 효과가 높았다. 최적 기내배양 및 재분화 개체는 2주 후 토양으로 이식하여 환경적응을 유도한 후 배양묘 대량 생산조건을 설정하였다. 기내배양 및 재분화를 통해 생산된 배양묘의 유전적 안전성을 검증하기 위해서 각 증식 단계별 식물조직 및 캘러스 시료의 RAPD genomic profile을 분석한 결과, 원 식물체와 각 단계별 개체의 유전적 안전성이 증명되었다.

The reduction rate of pesticide residues on spinach(bifenthrin, metalaxyl, procymidone), chard(bifenthrin, imidacloprid) and mallow(bifenthrin, chlorpyrifos, imidacloprid) were tested on each step of washing and boiling(spinach: 1, 3, 5min., chard: 3, 6, 9min., mallow: 10, 20, 30min.). The reduction rates of bifenthrin and procymidone by washing were 58~64% and 82%, and these were not changed significantly after boiling. In case of imidacloprid, the rates showed 43% on chard and 12% on mallow by washing, and these were highly increased to 94% after boiling. And the reduction rate of metalaxyl and chloropyrifos were 69% and 11% by washing, and 96~98% and 77~79% by boiling. Specifically we monitored the pesticide residues on both boiled vegetable and its water because there are used to cook as soup in Korea. The total residual amounts of imidacloprid and chloropyrifos were effectively removed on both boiled mallow and its water (12% → 34~40%, 11% → 76~79%), however, the other tested pesticides were not changed on pesticide residues when calculated with total amounts on boiled vegetable and its water. These explained the other pesticides were just moved vegetable to water by boiling.

Today, environmental pollution has been found to be one of the causes of various diseases, including brain and nervous system diseases. In particular, neurodegenerative diseases have been found to be caused by hyperactivation of immune system cells such as microglia. Preventive and therapeutic measures are needed to suppress them. Hirudo is known as a traditional herbal medicine, based on its multiple biological activities such as anti-eczema and anti-coagulation. In the present study, the anti-neuroinflammatory potential of hirudo extract was investigated in lipopolysccharide (LPS)-stimulated BV2 microglial cells and in mice. Hirudo extract significantly inhibited LPS-stimulated nitric oxide (NO) production and cytokine (IL-1Ra, KC, MCP-5, and RANTES) expression in a dose-dependent manner without causing cytotoxicity. Pretreatment with hirudo extract suppressed LPS-induced NF-κB p65 nuclear translocation. Moreover, hirudo extract reduced LPS-stimulated microglial acitivation and improved memory impairments. The results demonstrated that hirudo extract exerts anti-neuroinflammation activities, partly through inhibition of the NF-κB signaling pathway. These findings suggest that hirudo extract might have therapeutic potential with respect to neuroinflammation and neurodegenerative diseases.

Parkinson’s Disease (PD) is a chronic neurodegenerative disorder caused by the progressive loss of dopaminergic neurons, leading to decreased dopamine levels in the midbrain. Although the specific etiology of PD is not yet known, oxidative stress, inflammation, and subsequent apoptosis have been proposed to be closely related to PD pathophysiology. Cera Flava (CF) is a natural extract obtained from beehives and is isolated through the heating, compression, filtration, and purification of beehives. CF has been used in traditional medicines for its various clinical and pharmacological effects. However, its effects on neurodegenerative diseases are unknown. Therefore, we investigated the effects of CF against 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)-induced PD in mice and explored the underlying mechanism of action. In MPTP-induced PC12 cells, CF protected NADH dehydrogenase activity and inhibited lactate dehydrogenase. In the mouse model, CF promoted recovery from movement impairments, prevented dopamine depletion, and protected against MPTP-induced dopaminergic neuronal degradation. Moreover, CF downregulated glial and microglial activation. Taken together, our results suggest that CF improves behavioral impairments and protects against dopamine depletion in MPTP-induced toxicity by inhibiting glial and microglial activation.

Molecular phylogenetic analysis was conducted to evaluate the taxonomic relationships of genus Arisaema L. distributed in Korea and the molecular phylogenetic characteristics of three authentic Arisaema species for the herbal medicine Arisaematis Rhizoma (the rhizomes of A. amurense, A. heterophyllum, and A. erubescens). The sequences of three DNA barcodes (rDNA-ITS, matK, and rbcL) were analyzed using 50 samples of nine taxa consisted of eight Korean and one Chinese Arisaema with one outgroup (Dracunculus vulgaris). Both individual and combined phylogenetic analyses of three DNA barcode sequences revealed that the treated nine taxa are independently classified into six distinct clades (Clade I, A. amurense f. amurense and A. amurense f. serratum; Clade II, A. serratum and A. takesimense; Clade III, A. ringens; Clade IV, A. erubescens; Clade V, A. heterophyllum; Clade VI, A. thunbergii subsp. thunbergii and A. thunbergii subsp. geomundoense). These six clades were reasonably divided into three individual sections, Pedatisecta, Sinarisaema, and Tortuosa. Futhermore, the results of comparative DNA barcode sequences analyses provided a significant information for the taxonomic reconsideration of Arisaema L. at the specific and intraspecific level. However, we could not confirm the taxonomic characteristics or identity among the three authentic medicinal species through the molecular phylogenetic analyses of genus Arisaema L. for Arisaematis Rhizoma.

Objective of this study was to investigate the difference of cadmium (Cd) levels in rice grains from non-polluted fields and to define the gene associated with Cd uptake for producing safety food. Cd was analyzed by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS). The average concentration of Cd in rice grains was 0.943 μg/kg and Cd levels ranged from 0.050 to 5.699 μg/kg. Genome-Wide Association study (GWAS) based on phenotype data for Cd levels was performed. However, results of GWAS were affected by subpopulation structure and caused false positive. Therefore, GWAS for rice ecotypes (temperate Japonica, tropical Japonica, Indica, Aus, Aromatic, and Admixture) was performed to minimize false positive. GWAS results showed that Os01g0611300, Os01g0611900, Os01g0611950, Os01g0612000, Os01g0612200, Os11g0444400, Os11g0444700, Os11g0444800, and Os11g0444900 genes have significant correlation with Cd levels in rice grains. The sequences of these genes were compared to sequence positions of each other gene (haplotype analysis). According to the results of haplotype analysis, Cd levels of non-synonymous group were higher than other groups and sequence of non-synonymous group was similar to that of Indica. These results were corresponding to the previous research result that Cd levels of Indica were higher than Japonica. Therefore, candidate genes detected through GWAS need to be examined by knock-out or cross breeding.

Collected germplasms of five representative species belonging to Curcuma genus (C. longa, C. aromatica, C.zedoaria, C. phaeocaulis and C. kwangsiensis) were 52 samples from different farmhouse in Korea and China. To elucidatethe genetic diversity among the species, 52 samples were analyzed by genomic fingerprinting method using amplified frag-ment length polymorphism (AFLP). AFLP results of 6 primer combinations were revealed 643 total DNA fragments and349 polymorphic bands with the 54.3% ratio of polymorphism. In the analysis of coefficient similarity using unweight pairgroup method with arithmetic averages (UPGMA), 52 Curcuma germplasm lines were ranged from 0.60 to 0.99 and clus-tered distinct five groups according to the species and collected geographical levels. However, the result of principal coordi-nate analysis (PCA) by multi-variate analysis was shown significantly greater differences among species than geographicalorigins based on AFLP profiling data of these samples.

Collected germplasms of five representative dandelion species (Taraxacum ohwianum, T. platycarpum, T. platypecidum, T. officinale, and T. coreanum) were 104 lines from different habitates in Korea and China. Their genetic diversity was analyzed by genomic fingerprinting method using amplified fragment length polymorphism (AFLP). AFLP results of 6 primer combinations were revealed 1,176 total DNA fragments and 523 polymorphic bands with a 44.4% ratio of polymorphism. On the basis of similarity coefficient analysis by unweight pair group method with arithmetic averages (UPGMA), 104 dandelion germplasm lines were ranged from 0.64 to 0.99 and clustered distinct five group depending on the species. Furthermore, a principal coordinate analysis (PCA) by the application of multi-variate analysis indicated significantly greater differences among species than geographical origins.

The fruits of Schisandra chinensis have been used as an edible ingredient and traditional medicine in Korea. Due to morphological similarities of dried mature fruits, the correct identification of S. chinensis from other closely related Schisandrae species is very difficult. Therefore, molecular biological tools based on genetic analysis are required to identify authentic Schisandrae Fructus. Random amplifed polymorphic DNA (RAPD) and Sequence Characterized Amplified Region (SCAR) were used to develop an easy, reliable and reproducible method for the authentication of these four species. In this paper, we developed several RAPD-derived species specific SCAR markers and established a multiplex-PCR condition suitable to discriminate each species. These genetic markers will be useful to distinguish and authenticate Schisandrae Fructus and four medicinal plants, S. chinensis, S. sphenanthera, S. repanda and K. japonica, in species level.

The rhizomes and herbal medicines originating from Acorus gramineus, A. calamus, A. tatarinowii, and A. gramineus var. pusilus, show significant similarity, and the correct identification of species is very difficult. Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) and Sequence Characterized Amplified Region (SCAR) were used to develop a reliable method for identification of these four species. Several distinct SCAR markers were developed from species-specific RAPD amplicons for each species. Furthermore, a useful molecular marker was established for multiplex-PCR, in order to the four species could be distinguished concurrently. These markers allow efficient and rapid identification of closely-related Acorus species and will be useful for standardization of herbal medicines.

Adenophora racemosa is recently reported as a new Korean endemic plant species. However, the phylogenetic relationship of this genus has been controversial due to the morphological similarity and frequent morphological change of aerial parts. To verify the phylogenetic position of Adenophora racemosa and phylogenetic relationship of genus Adenophora, we analyzed the internal transcribed spacer (ITS) sequence of nuclear ribosomal DNA (nrDNA) and random amplified polymorphic DNA (RAPD) using 21 individual of 6 Adenophora species, A. verticillata, A. divaricata, A. racemosa, A. remotiflora, A. stricata and A. tetraphylla. In comparative analysis of the nrDNA-ITS sequences, we could not found not only any species specific nucleotide sequence but also could not estimated their inter or intra species. In the phylogenic analysis based on the RAPD derived DNA polymorphism, Adenophora species were classified into four groups by clustering analysis of the UPGMA. These results suggest that the DNA fingerprinting based on RAPD is more suitable than nrDNA-ITS sequence for the phylogenetic analysis of Adenophora species.