[논문]온도에 따른 단삼의 광합성 특성 및 수확시기가 품질에 미치는 영향

서영진; 김종수; 김선화; 김미연; 정용진; 성기운; 정신교

doi:10.11002/kjfp.2015.22.6.804

[국내논문] 온도에 따른 단삼의 광합성 특성 및 수확시기가 품질에 미치는 영향
Effect of temperature on photosynthetic capacity and influence of harvesting time on quality of Salvia miltiorrhiza Bunge 원문보기

한국식품저장유통학회지 = Korean journal of food preservation, v.22 no.6, 2015년, pp.804 - 810

서영진 (경북농업기술원 봉화약초시험장) , 김종수 (경북농업기술원 봉화약초시험장) , 김선화 ((주)케이엠에프) , 김미연 ((주)케이엠에프) , 정용진 ((주)케이엠에프) , 성기운 (경북대학교 식품공학과) , 정신교 (경북대학교 식품공학과)

초록
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본 연구에서는 고품질 단삼을 생산하기 위한 재배지대 구분과 수확시기에 따른 단삼의 생산성 및 성분함량에 대한 기초자료를 확보하기 위하여 온도조건별 생리반응과 수확시기별 품질을 조사하였다. 동화산물의 축적과 수분이용 효율에 영향을 미치는 광합성율, 증산율 및 엽록소 형광반응을 조사한 결과 $20^{\circ}C$에서 광합성율, 기공전도도, 수분이용 효율이 가장 좋았고 광보상점이 가장 낮아 약광조건에서도 광합성 효율이 높았으며, 최대광합성속도도와 순양자수율도 가장 높았다. 수확시기에 따른 단삼뿌리의 생육 및 수량은 큰 차이가 없었으나 salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinone I, tanshinone IIA의 함량은 수확시기가 늦을수록 유의하게 증가하였으며 salvianolic acid B 함량이 가장 많았으며 수확시기별로는 11월 상순에 비해 이듬해 3월 중순 이후에 수확시료에서 약25.5배 증가하였다. Cryprotanshinone, tanshinone I, tanshinone IIA 함량 또한 2015년 3월 20일 수확한 시료에서 가장 높은 함량을 나타내었다. 따라서 단삼재배에 적합한 온도는 $20^{\circ}C$전후가 적절한 것으로 사료되며 상대적으로 고온조건인 $30^{\circ}C$에서 광합성율, 증산율, 엽록소 형광반응이 크게 저하되므로 서늘한 기후조건인 준고랭지 이상의 지역에서 단삼을 재배하는 것이 유리할 것으로 판단된다. 또한 고품질 단삼 유통을 위한 적정 수확시기는 단삼을 파종한 다음 해 3월 중순 이후에 수확을 하는 것이 합리적인 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Salvia miltiorrhiza has been used for treating heart and liver disease. In the present study, the influences of temperature on photosynthetical capacity of S. miltiorrhiza under controlled cultivation environment using growth chamber were investigated because of providing information about growth and secondary metabolite synthesis. And effect of harvesting time on growth properties and constituents such as salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinone I, tanshinone IIA were evaluated. Maximum photosynthesis rate ($5.102{\mu}mol\;CO2/m2/s$) and net apparent quantum yield ($0.147{\mu}mol\;CO2/m2/s$), stomatal conductance (0.035 mmol/m2/s) and water use efficiency ($7.108{\mu}mol\;CO2/mmol\;H2O$) was highest at $20^{\circ}C$. Results of chlorophyll fluorescence showed that elevated temperature had contributed to reduce a quantum yield and electron flux in photosystem. This result demonstrated that favorable temperature condition was determined at $20^{\circ}C$. Contents of salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinone I and tanshinone IIA was highest in root sample harvested at 20 March, whereas growth and yield of S. miltiorrhiza had no significant differences with harvesting time. Therefore, this study shows that temperature play an important role in photosynthetic activity and harvesting time have influence upon accumulation of constituents in root of S. miltiorrhiza.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 단삼의 생육에 적합한 기상조건 구명을 위하여 온도별 광합성, 증산율 및 엽록소 형광반응을 조사하였고 고품질 단삼 유통을 위해 수확시기에 따른 생육, 수량 및 성분함량을 분석하였다.

제안 방법

2013년도 수확한 단삼종자를 트레이상토에 파종하여 온실에서 2개월간 육묘한 모종을 직경 36 cm × 높이 44 cm 플라스틱 포트에 이식하여 재배하면서 온도에 따른 단삼의 광합성, 증산율, 엽록소 형광특성을 조사하였다. 수확시기별 단삼의 생육, 수량 및 성분함량 분석을 위하여 경북 영양군 일월면 도곡리 농가 포장에서 재배시험을 수행하였으며, 2014년 3월 하순에 모종을 정식하여 비닐피복 재배를 하면서 2014년 11월 10일, 11월 20일, 11월 30일과 2015년 3월 10일, 3월 20일 등 5회에 걸쳐 단삼을 수확하였다.
단삼을 식물생장상(JSPC-420C2, JSResearch Inc., Gongju, Korea)에서 상대습도 65%, 광량 800 μmol m^-1 s^-1의 조건을 유지하면서 온도에 따른 광합성, 증산율, 엽록소 형광반응을 측정하였다. 순광합성율과 증산율은 광합성측정기(LI-6400XT, Licor Inc.
, Lincoln, USA)를 이용하여 중간부위에 위치하는 만개한 잎을 공기유량 250 μmol/s, 온도 20±2℃에서 오전 9시에서 오후 1시까지 3반복으로 측정하였다. 광합성측정기의 광량조절은 LED light source를 이용하여 0, 25, 50, 75, 100, 250, 500, 750, 1000, 1500 μmol/m²/s의 단계로 조절하였다. 광-광합선 곡선을 측정하여 광보상점(light compensation point), 암호흡(dark respiration), 순양자수율(net apparent quantum yield), 최대광합성속도(maximum photosynthesis rate)을 구하였다(29,30).
광-광합선 곡선을 측정하여 광보상점(light compensation point), 암호흡(dark respiration), 순양자수율(net apparent quantum yield), 최대광합성속도(maximum photosynthesis rate)을 구하였다(29,30). 엽록소 형광반응 측정기 (FluorPen FP100 Fluorimeter, Photon System Instrument, Drasov, Czechia)를 사용한 OJIP 분석은 20분간 암상태에 적응시킨 잎에 1,500 μmol/m²/s의 광을 1초간 조사하고 50μs(O 단계), 2 ms(J 단계), 30 ms(I 단계), 300 ms(P 단계)의 엽록소 형광밀도를 3반복으로 측정하여 구하였다. OJIP 분석을 통해 단삼 잎의 생체물리학적 변수(Vj, Vi, Fv/Fm, ABS/RC, ETo/RC, DIo/RC)를 산출하였다(31).

대상 데이터

2013년도 수확한 단삼종자를 트레이상토에 파종하여 온실에서 2개월간 육묘한 모종을 직경 36 cm × 높이 44 cm 플라스틱 포트에 이식하여 재배하면서 온도에 따른 단삼의 광합성, 증산율, 엽록소 형광특성을 조사하였다. 수확시기별 단삼의 생육, 수량 및 성분함량 분석을 위하여 경북 영양군 일월면 도곡리 농가 포장에서 재배시험을 수행하였으며, 2014년 3월 하순에 모종을 정식하여 비닐피복 재배를 하면서 2014년 11월 10일, 11월 20일, 11월 30일과 2015년 3월 10일, 3월 20일 등 5회에 걸쳐 단삼을 수확하였다.

데이터처리

근장은 가장 긴 뿌리의 최대길이, 근직경은 가장 굵은 뿌리의 직경, 지근수는 주근을 제외한 뿌리수를 조사하였으며 건조중량은 열풍건조기를 이용하여 80℃에서 48시간 동안 건조한 무게를 측정하였다. 각 실험결과에 대한 통계분석은 SAS(9.13, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 프로그램을 이용하였으며 처리군 간의 유의성 검정은 일원 배치 분산분석법(one-way analysis of variance)을 시행하였고, Duncan’s multiple range test로 처리 평균간의 유의적 차이를 검증하였다(p<0.05)

성능/효과

20℃에서 기공 전도도가 높지만 증산율이 25℃ 보다 낮은 원인은 대기 수증기압 차이(vapor pressure deficit)가 낮기 때문이며 뿌리로부터 수분의 흡수가 원활하지 못한 조건에서 대기수증기압 차이가 클 때에는 잎의 기저부 또는 말단부위의 위조현상 등 수분 스트레스를 유발할 수 있다. 온도 조건에 따른 수분 이용효율은 20℃에서 가장 높으므로 단삼의 수분 생리에도 상대적으로 낮은 온도에서 유리한 편이었다.
DIo/RC는 30℃에서 가장 높아 활성상태의 반응중심이 감소되어 반응중심에 에너지와 열의 방출이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 고온조건에서 광화학 반응에 이용되는 에너지가 줄어들고 전자전달에 이용되지 못하는 에너지가 증가하여 광계 II의 활성이 감소하며 과도한 여기 에너지로 인하여 광산화를 막기 위한 환원상태의 반응중심과 비광화학적 에너지의 소실을 증가시키는 반응을 나타낸 것으로 사료된다.
수확시기별 함량을 분석한 결과(Fig. 3.), salvianolic acid B 함량은 수확시기가 늦을수록 유의하게 증가하는 경향을 보였으며 2015년 3월 20일에 수확한 단삼이 7,417.75 mg/100 g으로 가장 높았고 다음은 2015년 3월 10일 시료로 6,058.81 mg/100 g이었으며 2014년 11월 수확한 시료는 291.01~363.58 mg/100g으로 11월 상순에 비해 이듬해 3월 20일 수확한 시료가 약 25.5배 정도 함량이 증가하였다. Cryprotanshinone 함량은 2015년 3월 20일 수확한 시료가 156.
Cryprotanshinone, tanshinone I, tanshinone IIA 함량 또한 2015년 3월 20일 수확한 시료에서 가장 높은 함량을 나타내었다. 따라서 단삼재배에 적합한 온도는 20℃ 전후가 적절한 것으로 사료되며 상대적으로 고온조건인 30℃에서 광합성율, 증산율, 엽록소 형광반응이 크게 저하되므로 서늘한 기후조건인 준고랭지 이상의 지역에서 단삼을 재배하는 것이 유리할 것으로 판단된다. 또한 고품질 단삼 유통을 위한 적정 수확시기는 단삼을 파종한 다음 해 3월 중순 이후에 수확을 하는 것이 합리적인 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유효성분 함량이 높은단삼을 생산하기 위해 재배관리 시, 기상조건을 고려해야 하는 이유는 무엇인가?	Tanshinone은 cytoplasm에서 melvalonate pathway, plastid의 methylerythritol phosphate pathway에 의해 생합성되며(18,19), rosmarinic acid와 salvianolic acid B는 phenylpropanoidpathway, tyrosine derived pathway를 통하여 L-phenylalanine,L-tyrosine이 대사과정을 거쳐 rosmarinic acid, salvianolic acid B로 전환된다고 보고하였다(20-22). 따라서 광합성 산물, 질소성분의 흡수량 등과 같은 환경조건이 전구물질의 생합성에 영향을 미칠 수 있어(20) 유효성분 함량이 높은단삼을 생산, 유통하기 위하여 기상조건을 고려한 재배관리 방법의 개발이 필요하다. 당귀의 경우 주요 약리성분인decursin의 함량은 재배지역에 따라 차이가 크다고 보고하였으며(23), 재배지의 해발고도가 500 m 이상의 고지대에서 적산온도가 3,700℃ 이하인 곳이 decursin과 decursinol angelate 함량이 높고 수량이 많으므로 당귀의 수량이나 성분은 재배지역의 환경조건에 의해 크게 영향을 받는 것으로 조사되었다(24).
	단삼은 한방에서 어떻게 사용되고 있는가?	1% 이상을 함유하도록 규정하고 있다. 한방에서는 생리불순,생리통 및 산후복통과 어혈성의 심복부동통과 타박상을 치료하는데 사용되고 있으며(2) 단삼은 고혈압, 관상동맥,경화성 심장병에 효능이 있으며(3), 동맥경화 개선(4), 세포 내 지방축적 비율을 감소시키고(5), 뇌세포 보호(6), 항산화 작용(7), 간세포보호(8), 항균효과(9,10), 항혈전작용(11)과 항암활성(12-14) 등의 생리활성을 가지는 것으로 보고되었다. 단삼의 뿌리에 함유된 약효성분으로 tanshinone I,tanshinone IIA, dihydrotanshinone I, cryptotanshinone 등과 같은 lipid-soluble diterpene 화합물과 rosmarinic acid,salvianolic acid B 등의 water-soluble phenolic acid 화합물이 주요한 약리작용을 나타내는 성분으로 알려져 있다(15-17).
	고품질 단삼을 생산하기 위한 재배지대 구분과 수확시기를 분석한 연구 결과, 단삼재배에 적합한 생육 조건은 무엇인가?	Cryprotanshinone,tanshinone I, tanshinone IIA 함량 또한 2015년 3월 20일수확한 시료에서 가장 높은 함량을 나타내었다. 따라서 단삼재배에 적합한 온도는 20℃ 전후가 적절한 것으로 사료되며 상대적으로 고온조건인 30℃에서 광합성율, 증산율, 엽록소 형광반응이 크게 저하되므로 서늘한 기후조건인 준고랭지 이상의 지역에서 단삼을 재배하는 것이 유리할 것으로 판단된다. 또한 고품질 단삼 유통을 위한 적정 수확시기는단삼을 파종한 다음 해 3월 중순 이후에 수확을 하는 것이 합리적인 것으로 사료된다.

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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