Volatile organic compounds (VOCs) in plants are various organic compounds with small molecular weight and high vapor pressure. The metabolomics approach was recently introduced to analyze VOCs involved in biological processes, such as abiotic and biotic stresses, spatial and temporal distribution, and genotypic differences. In addition, this approach is widely used in combination with identification of VOCs analysis and statistical analysis using multivariate analysis, such as principal component analysis (PCA), partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA), hierarchical cluster analysis (HCA), etc. First, in this review, the current condition of the metabolomics approach to analyze VOCs synthesized in plants using head space-solid phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS) is discussed. In addition, metabolomics approach, such as extraction and analysis of VOCs using HS-SPME-GC-MS, conversion, and processing of mass spectral (MS) data, a database for VOCs identification, useful statistical methods, and statistical tools and applications, are explained. Finally, multi-omics in combination with other omics techniques, such as genomics, transcriptomics, etc. are suggested as prospects of a metabolomics approach for VOC analysis in floricultural plants using HS-SPMEGC- MS. Therefore, the metabolomics approach of HS-SPMEGC- MS will facilitate our understanding of VOCs synthesized in plants. Furthermore, the multi-omics approach will help understand gene functions involved in the biosynthesis of VOCs and help develop new development cultivars with nicer floral scents by contributing to the development of the floricultural industry.

꽃노랑총채벌레(Frankliniella occidentalis) 방제 전략 가운데 하나로 대량유살 기술이 제기되었다. 이를 위해 본 연구는 이 해충에 적용되는 상용유인제 의 효능을 시설 고추재배지를 중심으로 분석하였다. 총채벌레 모니터링에 사용되는 점착트랩의 경우 청색과 황색 색상에 따른 유인력 차이는 크지 않았다. 그러나 트랩의 위치는 큰 변수로서 기주에 가까이 위치할수록 포획 밀도가 높았다. 또한 상하 위치도 중요한 변수로서 기주 작물 수관 부위에서 가장 높은 포획 밀 도를 보였다. 이를 기준으로 황색 점착 트랩을 설치한 경우 전체 총채벌레 밀도의 약 1%를 유살하였다. 이러한 낮은 유살 능력을 높이기 위해 상용유인제를 황색트랩에 추가하였다. 집합페로몬 또는 식물 휘발성 유인제(4-methoxybenzaldehyde) 성분의 두 가지 상용유인제 추가 처리는 황색트랩 단독 처리에 비해 크게 유인력을 증가시키지 못하였다. 그러나 Y-튜브 실내 행동분석은 집합페로몬과 식물 휘발성 유인제(methyl isonicotinate)들이 각각 꽃노랑총채벌레에 대해서 높은 유인력을 가지고 있는 것을 확인하였다. 반면에 이들 유인물질은 기주 고추 꽃보다 꽃노랑총채벌레에 대해서 상대적으로 낮은 유인력을 나타냈다. 이는 꽃이 없는 시설 대파(Allium fistulosum) 재배지에서는 상용유인제 추가 처리가 황색트랩 단독 처리보다 꽃노랑총채벌레에 대하여 높은 유인력을 가지는 것을 미뤄 이 곤충의 꽃에 대한 높은 선호성을 뒷받침하였다. 본 연구는 꽃노랑총채벌레에 사용되는 상용유인제들의 한계성을 지적하며 추후 고추 꽃을 중심으로 새로운 유인물질의 탐색에 대한 기초자료를 제공한다.

In the current study, oxidative decomposition of a volatile organic compound was investigated at room temperature and pressure. The experiment was carried out in lower ethylene concentration and with various higher gas flow rates. The reactor has 7 different compartments in which the reaction takes place independently. Plasma was generated inside each compartment by the application of alternating current (AC) voltage. 5 wt% manganese loaded and 5 wt% silver loaded 13X zeolite were used as catalysts. Bare zeolite showed higher ethylene decomposition efficiency than Ag loaded and Mn loaded zeolite. Ozone concentration was increased slightly while increasing the SIE, reached a maximum and started decreasing. Ag loaded zeolite also showed similar decomposition efficiency, but the concentration of ozone was greatly lowered.

Although many synthetic pesticides have played important roles in pest management in agriculture, forest, housings, gardens, and managed landscapes for several decades, increased concerns to human health and environmental contamination have limited their usages and application in integrated pest management (IPM). Many plant essential oils have a variety of biological activities including adulticidal, acaricidal, larvicidal, ovicidal, repellent, antifeedant, and oviposition deterrent ones against insect pests. These oils and major terpenoid constituents show neurotoxic effects by interference with the cockroach octopamine and nematode SER-2 tyramine receptors. Most plant volatile oils contain plentiful phenylpropanoids, mono and sequiterpenes, and related phenols. They have been widely used in the flavor, fragrance, aroma therapy, food additives, and cosmetic industries. Some volatile plant essential oils have traditionally been used as stored product protectors and mosquito repellents, while their successful cases in commerce have been recently applied. Especially, these essential oils have not only been treated against house and garden pests, but these oils also have higher potential to be employed as “green pesticides” in the field of stored products, green house, and medical insect pests due to their fumigant action. Eventually, considering resistance development to many synthetic pesticides, it is likely that plant volatile or essential oil-based pesticides would play an essential role as an alternatives since they typically consist of the complex mixtures of constituents responsible for slow resistant development. In addition, the mixtures of these oils with conventional insecticides and the application of their capability to to enhance the efficacy of conventional products remains a main market niche. In this presentation, several cases of test evidences under laboratory and field conditions will be discussed. Ultimately, plant volatile-based pesticides and repellents would play an important role in future IPM programs due to their relative safety to non-target organisms and the environment.

식물휘발성 물질에 대한 벼멸구 촉각의 반응을 전기 생리학적인 반응을 관찰하였다. 식물휘발성 물질은 일반적으로 곤충이 그들의 먹이나 산란 장소를 찾는데 아주 중요한 요소로 작용하고 있다. 이러한 기주 특이적인 성질을 파악하기 위하여 벼멸구 촉각에 분포하고 있는 화학감각기의 반응을 AC반응을 통하여 기록하였다. 벼멸구의 plaque organ에서 기된 spike 의 모양은 positive-going biphasic형으로 background spike는 초당 1~22개로 다양하였다. 벼멸구 촉각은 실험한 화학물질들에 광범위하게 반응하고 있는 것을 보여주었으며 농도가 높아짐에 따라 더욱 흥분되지만 일정 수준이상의 농도에서는 더 이상 흥분되지 않거나 억제되는 것을 보여주었다. 본 실험에서는 검정된 대부분의 식물 휘발성물질에서 가장 큰 반응을 보인 농도는 단위 용기 안에 100의 물질이 있을 때였고, 가장 큰 반응을 보인 화합물은 hexanal 과 acetophenone이었다.

Volatile flavor compounds from the shoot and root of Angelica gigas Nakai were extracted by HE (Hydrodis-tillation extraction), SDE (Simultaneous steam distillation & extraction), and SFE (Supercritical fluid extraction system),and analyzed by GC-MS. The amount and the number of chemical components in essential oils from shoot and root by SFEwas the higher than those by other extraction methods. Respectively, thirty one constituents were identified from the essen-tial oil of the shoot and root by HE, twenty seven and twenty three constituents were identified from the essential oil of shootand root by SDE, thirty one and forty five constituents were identified from the essential oil of shoot and root by SFE. Theresult showed large differences in extraction methods and in plant parts of Angelica gigas Nakai. Also, the bioactive com-pounds in root part was identified as nodakenin and decursinol (11.95% and 8.42%, respectively) by SFE. These results sug-gested that SFE was the best extraction method for the increasing of extraction yield, the determination of volatilecomponents and the increasing of bioactive compounds in the shoot and root of Angelica gigas Nakai.

참당귀의 전초 (꽃봉우리, 줄기, 잎)와 뿌리의 정유성분을 분석한 결과 전초의 정유 함량은 0.063%로 뿌리의 0.389%에 비해서 아주 적은 함량을 나타내었다. 주요 성분에 있어서 전초와 뿌리의 정성적 차이는 없었으나, 함량에 있어서는 큰 차이를 보였다. 주요 휘발성 성분은 nonane, α-pinene, limonene + β-phellandrene이였으며, 이 중 nonane과 α-pinene의 경우 전초에서는 각각 7.5%와 14.6%이었으나, 뿌리에서는 각각 24.5%와 31.7%로 많은 양을 나타내었다. 이 외에 γ-terpinene, germacrene-d, (E,E)-α-farnesene, β- eudesmol의 경우 전초에서는 5%에서 8% 사이로 나타났으나, 뿌리 에서는 1% 안팎의 적은 함량을 보였다. 참당귀와 일당귀를 분석한 결과 줄기와 잎에서 각각 0.068%, 0.127%와 0.153%, 0.243%로 정유의 함량은 일당귀가 더 높았고, 부위별로는 잎이 줄기의 약 2배 정도 높았다. 참당귀 줄기와 잎의 성분으로는 각각 18개, 32개로 잎에서 더 다양한 향기성분이 분포되어 있었고, 주요 휘발성 성분으로는 α-pinene, myrcene, limonene, germacrene-d, eudesmol and butylphthalide로 잎에서 germacrene-d가 높았고, butylphthalide가 낮은 차이를 보였다. 일당귀줄기와 잎의 휘발성 정유 성분으로는 각각 21개, 32개로 참당귀와 같이 잎에서 더 다양했고, 성분은 γ-terpinene과 butylphthalide로 butylphthalide가 70%에 육박하는 주성분을 차지했다. 그러므로 Angelica gigas와 Angelica acutiloba는 관능적으로 확연히 다른 차이를 느낄 수 있지만, 분석결과로도 전혀 다른 향기성분임을 알수 있었다.

The various plant organs of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) were investigated to identify their volatile components using Dynamic Headspace (purge & trap). They showed slight differences concerning the volatile components both qualitatively and quantitatively. Results revealed that trans-anethole (12.65%) was the major compound in the leaf. The highest compound was α-pinene (28.78%), and trans-anethole (7.90%) was highly detected in the stem. The maximum values were 5.64, 4.59, 1.58, 1.51, and 1.04% for α-pinene, γ-terpinene, β-pinene, 1,8-cineol and fenchone, respectively in the flower. However, very little trans-anethole was detected (0.27%) in the flower. From these results, it was suggested that the major components were different depending on the plant organs. However it was demonstrated that the related plant organs like flower-fruit and leaf-stem contained the similar components.

간편하고 효과적인 정유성분 분석을 위해 SPME fiber를 선별하고 산초와 초피의 개체 정유성분 분석에 적합한 SPME fiber를 찾고자 실험한 결과는 다음과 같다. 단일물질별 흡착율은 PDMS, PDMS/DVB, CAR/PDMS 가 우수했다. 10종의 단일물질 표준품 혼합액 흡착 실험에서 직접주입 했을때와 가장 유사한 결과를 보인 것은 PDMS, PDMS/DVB fiber이였다. 최종 선발된 PDMS와 PDMS/DVB를 이용하여 24종의 단일물질 표준품 흔합액 흡착과 직접주입시를 비교한 결과 이들 간에 차이가 없었다. 또한 GC주입구의 split ratio별 성분의 검출에서도 차이가 없었다. 흡착시간이 길어질수록 분자량이 큰 성분의 흡착율이 높아지는 경향을 보였지만, 직접주입시와 비교해 볼 때 적절한 흡착시간은 30-40분이였다. SDE 추출물을 이용한 산초와 초피나무 개체 정유성분 분석에는 산초와 초피 모두 PDMS/DVB가 흡착시간 30-40분에서 분자량이 큰 sesquiterpene류까지 흡착하는데 유리하였다.