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문제 정의
- 최근 케일 내 GSL에 관한 연구는 케일의 생육이 이미 끝난 상태에서의 GSL 함량, GSL의 항산화 활성, 관상용 케일 품종에 따른 GSL 함량 분포에 대한 연구 등이 있는데 케일의 생육정도에 따른 GSL 함량 변화에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 생육단계별 GSL 함량이 최대가 되는 생육 단계를 보여줌으로써 케일 활용에 있어서 더욱 유용한 정보를 제공할 수 있다.
- 따라서 본 연구에서는 ‘케일 주스’로 많이 소비되고 있는 케일 잎을 생장 단계(35, 63, 91, 105, 119, 133 days after sowing, DAS)에 따라 수확하여 케일 잎의 GSL 함량을 평가하는 데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 5주 동안 지하수로 재배한 다음에 재배상태가 좋은 묘를 골라 상토(900g 사용)를 채운 포트(23 × 18cm)에 이식하였다.
- , Ltd, Seoul, Korea)에서 구입한 것으로 2012년 2월 20일 충남대학교 농업생명과학대학 소재 부속 농장 유리 온실에 파종하였다. 72공-플러그 트레이(72 hole-plug tray)에 원예용 상토(High, Punong bed soil, Gyeongju, Korea)를 가볍게 담고 평평하게 한 후에 물을 적시고 케일 종자를 심은 다음 다시 상토로복토를 하여 손가락으로 눌러 주었다. 햇볕을 차단하고, 수분의 증발을 막기 위하여 신문지로 덮고 그늘진 곳에 놓고 싹을 틔운 다음 삼일 후에 신문지를 걷어내고, 햇빛이 잘 비치는 곳으로 옮겨두었다.
- 재배기간은 총 133일로 각 시료는 이식 후 28일 간격(35, 63, 91, 119 days after sowing, DAS)과 14일 간격(91, 105, 119, 133 DAS)으로 3반복으로 수확하였다. 88, 101DAS에는 총 2회에 걸쳐 분말화한 비료(N-P-K, 22-12-12)를 각 1, 2g씩 추비하였다. 수확한 잎 시료는 -70℃ 급속 초저온 냉동고(SFDSF 12, Samwon Freezing Engineering Co.
- DS-GSL의 분석은 1200 series HPLC system(Agilent Technologies, CA, USA)를 사용하였고, 분석 칼럼은 Inertsil ODS-3 column(150 × 3.0mm I.d., particle size 3μm), 가드 칼럼은 Inertsil ODS-2 Cartridge Guard column E(10 × 2.0mm I.d., particle size 5μm)(GL Science, Tokyo, Japan)를 사용하였다.
- 각 DS-GSL 성분은 4000 QTrap LC-ESI-MS/MS system(Applied Biosystems Instrument)를 사용하여, positive ion mode([M+H]+)로 동정하였다. LC-ESI-MS/MS의 분석 조건은 다음과 같다.
- 각 GSL 성분의 정량은 외부표준물질인 sinigrin(0.1mg･mL-1, DS-sinigrin의 분자량 279)의 HPLC 피크 면적과 각 성분의 면적을 비교하고 그 값에 response factor(Clarke, 2010; ISO 9167-1, 1992.)를 곱하여 정량화(μmol･g-1 DW)하였다.
- 분석 칼럼은 Inertsil ODS-3 column(150 × 3.0mm I.D., particle size 3μm)을 사용하였으며, 가드 칼럼은 Inertsil ODS-2 Cartridge Guard column E(10 ⨯ 2.0mmI.D., particle size 5μm)(GL Science, Tokyo, Japan)를 사용하였다.
- 스캔범위(scan spectra)는 m/z 100–800로 설정하였고, 스캔시간(scan time)은 1.0s로 하였다.
- 항온수조(70℃)에서 5분간 조(crude) GSL를 추출하는 동안 2분 30초 후 진동혼합을 한 번 더 해주었다. 원심분리(12,000g, 10min, 4℃) 후에 상층액은 수거하고, 나머지는 동일한 과정으로 총 3회 추출하여 각 상층액을 모두 합하였다. 미니 칼럼 충진용 DEAE Sephadex A-25(30g)는 초순수에 녹여 분액여두에 넣은 다음 거의 빠져나가면 sodium acetate 0.
- 재배기간은 총 133일로 각 시료는 이식 후 28일 간격(35, 63, 91, 119 days after sowing, DAS)과 14일 간격(91, 105, 119, 133 DAS)으로 3반복으로 수확하였다. 88, 101DAS에는 총 2회에 걸쳐 분말화한 비료(N-P-K, 22-12-12)를 각 1, 2g씩 추비하였다.
대상 데이터
- , Ltd.(Pyeongtaek, Korea) 것을 사용했으며, DEAE-Sephadex A-25는 GE Healthcare Bio-Sciences AB(Uppsala, Sweden)를 사용하였다. Sinigrin(2-propenyl GSL), aryl sulfatase(type H-1, EC 3.
- 0μL 주입하였다. 용매 A(초순수)와 용매 B(acetonitrile)를 이동상 용액으로 사용하였다. 용매 B를 18분까지는 7 → 24%로 증가시키고, 32분까지는 24%를 유지시키고 32.
- 케일 종자(Brassica oleracea var. acephala)는 2품종(‘Manchoo Collard’, ‘TBC’) 모두 아시아종묘(Asia seed Co., Ltd, Seoul, Korea)에서 구입한 것으로 2012년 2월 20일 충남대학교 농업생명과학대학 소재 부속 농장 유리 온실에 파종하였다.
데이터처리
- HPLC 분석 결과는 Microsoft Office Excel 2010을 이용하여 각 성분에 대한 함량의 평균값과 반복(n = 3)의 표준편차(SD, standard deviation)를 구하였다.
성능/효과
- ‘TBC’의 총 GSL 함량 중 aliphatic GSL가 82%로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 indolyl GSL가 16%, aromatic GSL가 2%로 나타났다(Fig. 4).
- HPLC를 통하여 케일을 분석한 결과, ‘TBC’에서는 총 10종의 GSL(progoitrin, sinigrin, glucoalyssin, gluconapin, glucoiberverin, 4-hydroxyglucobrassicin, glucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin, gluconasturtiin, neoglucobrassicin)가 분리되었으나 ‘Manchoo Collard’에서는 glucoiberverin을 제외한 9종의 GSL가 분리되었다. 10종류의 GSL 중 aliphatic GSL는 5종(progoitrin, sinigrin, glucoallysin, gluconapim, glucoiberverin), indolyl GSL는 4종(4-hydroxyglucobrassicin, glucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin, neoglucobrasscin), aromatic GSL는 1종(gluconasturtiin)으로 나타났다.
- 133DAS에서 ‘Manchoo Collard’ 내 총 GSL 함량 중 가장 높은 비율을 나타낸 성분은 sinigrin으로 전체의 57%를 차지하였으며, progoitrin이 29%로 그 다음으로 높은 비율을 차지하였다.
- 35DAS를 제외한 모든 수확시기에 ‘TBC’가 ‘Manchoo Collard’보다 1.13-3.33배 높게 나타났으며, 35DAS에서는 ‘Manchoo Collard’가 ‘TBC’보다 3.7배 높게 나타났다.
- 91DAS에서, ‘TBC’ 내 총 GSL 함량 중 가장 높은 비율을 나타낸 성분은 sinigrin으로 전체의 43%를 차지하였으며, progoitrin이 33%로 그 다음으로 많은 비율을 차지하였다.
- GSL 총 함량으로 비교했을 때 ‘Manchoo Collard’는 119, 133DAS 사이에서, ‘TBC’는 63와 91DAS 사이에서 함량 변화가 크게 나타났다.
- HPLC를 통하여 케일을 분석한 결과, ‘TBC’에서는 총 10종의 GSL(progoitrin, sinigrin, glucoalyssin, gluconapin, glucoiberverin, 4-hydroxyglucobrassicin, glucobrassicin, 4-methoxyglucobrassicin, gluconasturtiin, neoglucobrassicin)가 분리되었으나 ‘Manchoo Collard’에서는 glucoiberverin을 제외한 9종의 GSL가 분리되었다.
- ‘TBC’의 경우 aliphatic GSL 함량은 63DAS와 91DAS사이에 크게 증가하였다가 이후에 점점 감소하였다. Indolyl GSL 함량은 35DAS와 63DAS사이에 크게 증가하였다가 119DAS에서 크게 감소하였다. Aromatic GSL인 gluconasturtiin은 91DAS에 처음 검출되었고, 133DAS까지 함량이 크게 변하지 않았다.
- 동정된 GSL 중 progoitrin, sinigrin, glucobrassicin, gluconasturtiin은 ‘Manchoo Collard’와 ‘TBC’의 총 GSL 함량 중각각 94%, 78%를 차지하였다.
- 따라서 ‘Manchoo Collard’와 ‘TBC’ 두 품종 모두 항암 효과를 가질 것으로 기대된다.
- 생장단계에 따른 케일 내 GSL 함량 범위는 ‘Manchoo Collard’(1.16–8.64μmol･g-1 DW), ‘TBC’(0.31–13.41μmol･g-1DW)로 나타났다(Table 1).
- 이식 직후 수확한 묘(35DAS)의 GSL 함량은 ‘Manchoo Collard’(1.16μmol･g-1 DW), ‘TBC’(0.31μmol･g-1 DW)로 모든 생장단계에서 가장 낮았다.
- 하지만 함량에서는 ‘Manchoo Collard’와 ‘TBC’가 최대 함량을 나타낸 133DAS, 91DAS기준으로 ‘TBC’가 ‘Manchoo Collard’보다 1.55배 높게 나타났다.
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