Background: This study determined the effects of mulching, an environment friendly organic cultivation method, on antioxidant compound contents and growth in Codonopsis lanceolata, commonly known as Deodeok. Methods and Results: C. lanceolata was treated by mulching with several different methods (a...
Background: This study determined the effects of mulching, an environment friendly organic cultivation method, on antioxidant compound contents and growth in Codonopsis lanceolata, commonly known as Deodeok. Methods and Results: C. lanceolata was treated by mulching with several different methods (a non-woven fabric, biodegradable film, or rice husks) and also treated with hand weeding. A non-treatment plot was used as a control. The growth and levels of weed control in C. lanceolata were better in plants cultivated under mulching treatments (non-woven fabric, biodegradable film, and rice husks) than in those under non-mulching treatments (hand weeding and non-treatment). The contents of antioxidant compounds, such as total flavonoids, phenolics, and anthocyanins, were highest under the biodegradable film treatment, followed by the non-woven fabric treatment, rice husks treatment hand weeding, and non-treatment. There were identifiable differences in DPPH and ABTS activity in comparison to antioxidant compound content by solvent fractions. Mulching treatments resulted in higher DPPH scavenging activity in water and ethyl ether fractions and ABTS scavenging activity in n-butanol fractions than in other fractions, as opposed to hand weeding and non-treatment groups, although total activity of DPPH and ABTS did not increase with mulching treatments. Conclusions: Mulching C. lanceolata with biodegradable film and non-woven fabric is an effective method for improving plant growth and inhibiting the occurrence of weeds as well as for increasing antioxidant compound content and altering antioxidant activity.
Background: This study determined the effects of mulching, an environment friendly organic cultivation method, on antioxidant compound contents and growth in Codonopsis lanceolata, commonly known as Deodeok. Methods and Results: C. lanceolata was treated by mulching with several different methods (a non-woven fabric, biodegradable film, or rice husks) and also treated with hand weeding. A non-treatment plot was used as a control. The growth and levels of weed control in C. lanceolata were better in plants cultivated under mulching treatments (non-woven fabric, biodegradable film, and rice husks) than in those under non-mulching treatments (hand weeding and non-treatment). The contents of antioxidant compounds, such as total flavonoids, phenolics, and anthocyanins, were highest under the biodegradable film treatment, followed by the non-woven fabric treatment, rice husks treatment hand weeding, and non-treatment. There were identifiable differences in DPPH and ABTS activity in comparison to antioxidant compound content by solvent fractions. Mulching treatments resulted in higher DPPH scavenging activity in water and ethyl ether fractions and ABTS scavenging activity in n-butanol fractions than in other fractions, as opposed to hand weeding and non-treatment groups, although total activity of DPPH and ABTS did not increase with mulching treatments. Conclusions: Mulching C. lanceolata with biodegradable film and non-woven fabric is an effective method for improving plant growth and inhibiting the occurrence of weeds as well as for increasing antioxidant compound content and altering antioxidant activity.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 친환경 유기재배의 한 방법으로 친환경 피복물을 이용할 경우 잡초발생량 감소 정도와 더덕의 생육 특성 및 항산화 물질 함량 변화를 조사하고자 수행하였다.
제안 방법
총 페놀화합물 정량은 Arnous 등 (2001)의 방법을 변형하여 정량하였다. 1.5 ㎖ effendorf tube에 시료 0.1 ㎖와 증류수 790 ㎕, 1 N Folin-Ciocalteu (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) 50 ㎕ 를 혼합하여 1분간 반응시킨 후, 다시 20% sodium carbonate 150 ㎕ 를 첨가하여 120분간 암소에서 반응시킨 다음 spectrophotometer를 이용하여 750 ㎚ 에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 gallic acid (Sigma Aldrich, St.
ABTS (2,2’-azino-bis-3-ethylbenzo-thiazoline-6-sulfonic acid, Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) radical 소거활성의 측정은 Jeong 등 (2010)의 방법을 변형하여 2.45 mM potassium persulfate와 7 mM ABTS를 혼합하여 암소에서 여과 후 30℃, 16 h동안 암소에서 보관하여 사용하였다.
DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) radical 소거활성은 Brand-Williams 등 (1995)의 방법을 변형하여 측정하였다. 80% MeOH에 200 μM 농도로 녹인 DPPH 용액 700 ㎕ 와 시료 300 ㎕ 잘 혼합하여 30분간 반응시킨 후, 517 ㎚ 에서 흡광도를 측정하고, 아래의 식을 이용하여 항산화 활성을 계산하였다.
더덕의 지상부 생육특성 조사는 6월과 10월에 시기별로 2회 조사하였고, 지하부의 경우도 10월에 1회 조사하였다. 지하부는 근장, 근경, 세근수, 생체중, 건물중 등을 각각 조사하였다.
총 안토시아닌 함량은 Choi 등 (2013a)의 방법을 변형하여, 시료를 96 well plate에 시료용액과 1% HCl이 포함된 MeOH 을 혼합하여 추출한 후 여과지로 여과한 용액을 흡광도 530 ㎚ 에서 측정하고, 표준물질은 pelargonidin-3-glucoside (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 이용하여 농도를 계산하였다.
총 페놀화합물 정량은 Arnous 등 (2001)의 방법을 변형하여 정량하였다. 1.
총 플라보노이드 함량은 Shen 등 (2009)의 방법을 변형하여 시료 0.5 ㎖, 증류수 2 ㎖, 5% NaNO2 0.15 ㎖ 를 잘 혼합하여 5분간 실온에 둔 후 10% AlCl3H2O 0.15 ㎖ 를 첨가하여 5분간 반응시켰다. 그 다음 1 M NaOH 1 ㎖를 첨가하여 잘 혼합한 후 15분간 반응을 시켜 Spectrophotometer (EZ Read 2000, Biochrom, Cambridge, England)를 이용하여 415 ㎚ 에서흡광도를 측정하였다.
토양 수분지온 측정은 정식 후 4월 말부터 6월 중순까지 7일 간격으로 측정하였고, 잡초발생량은 피복 처리 후 70일경 (6월)에 0.25 ㎡의 Quadrat을 이용하여 발생한 모든 초종의 개체수를 조사하고 단위면적당 (㎡)으로 환산하여 나타내었다.
)은 2년생 종근을 이용하여 정식하고 피복물 처리를 하였다. 피복물처리는 검정 부직포 (Black, Sewonfilm, Goryeong, Korea), 생분해성 필름 (Batro, Ihlshin Chemical, Ansan, Korea), 왕겨 (Rice-husk, Helpfarm, Yeongju, Korea)등을 처리하였고, 무피복 처리로 손제초, 무처리 등 5가지 처리를 단구제로 처리하여 생육을 관찰 조사하고 추출물 위해 사용된 샘플은 5주씩 3반복으로 조사하였다.
대상 데이터
80% MeOH에 200 μM 농도로 녹인 DPPH 용액 700 ㎕ 와 시료 300 ㎕ 잘 혼합하여 30분간 반응시킨 후, 517 ㎚ 에서 흡광도를 측정하고, 아래의 식을 이용하여 항산화 활성을 계산하였다. 대조구로는 Lascorbic acid를 사용하였다.
80% MeOH에 200 μM 농도로 녹인 DPPH 용액 700 ㎕ 와 시료 300 ㎕ 잘 혼합하여 30분간 반응시킨 후, 517 ㎚ 에서 흡광도를 측정하고, 아래의 식을 이용하여 항산화 활성을 계산하였다. 대조구로는 Lascorbic acid를 사용하였다.
수확한 더덕은 깨끗이 수세하여 세정 및 세절하여 동결건조기 (FD8508, Ilshin Biobase, Dongducheon, Korea)로 동결건조 후 마쇄하여 실험에 이용하였다. 시료 무게 10배에 해당하는 80% MeOH를 첨가하여 3시간동안 3회 환류 추출하고, 여과 후 감압 농축 (R-520, Ilsin, Daejeon, Korea)하여 더덕 MeOH 추출물을 얻었다.
시험재료로 사용된 더덕 (Codonopsis lanceolata Trautv.)은 2년생 종근을 이용하여 정식하고 피복물 처리를 하였다. 피복물처리는 검정 부직포 (Black, Sewonfilm, Goryeong, Korea), 생분해성 필름 (Batro, Ihlshin Chemical, Ansan, Korea), 왕겨 (Rice-husk, Helpfarm, Yeongju, Korea)등을 처리하였고, 무피복 처리로 손제초, 무처리 등 5가지 처리를 단구제로 처리하여 생육을 관찰 조사하고 추출물 위해 사용된 샘플은 5주씩 3반복으로 조사하였다.
그 다음 1 M NaOH 1 ㎖를 첨가하여 잘 혼합한 후 15분간 반응을 시켜 Spectrophotometer (EZ Read 2000, Biochrom, Cambridge, England)를 이용하여 415 ㎚ 에서흡광도를 측정하였다. 표준물질은 quercetin (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 사용하여 농도를 계산하였다.
데이터처리
본 연구의 실험 데이터는 처리당 3반복으로 측정하였고, 수집된 데이터는 SPSS program (SPSS version 21, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하여 일원배치 분산 분석 (one way ANOVA)을 실시한 후, Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)을 통해 5% 수준에서 통계학적 유의성을 검정하였다.
성능/효과
용매분획별로는 DPPH radical 소거활성과는 달리 항산화물질 함량이 높았던 n-butanol층에서 모든 처리에서 활성이 높았고, 그 다음으로 ethyl ether, MeOH 추출물, water, n-hexane층 순이였다. 따라서 DPPH와 ABTS radical 소거활성은 피복물 처리 간에 항산화물질 함량과는 달리 뚜렷한 경향을 찾을 수가 없었다. 이것은 Wang 등 (1998)의 보고에 따르면 폴리페놀의 종류에 따라 ABTS radical은 제거하지만 DPPH radical은 소거하지 못하는 경우가 있으므로 두 측정법 간에 반대의 결과가 도출될 수가 있다고 하여, DPPH, ABTS radical 소거활성간의 차이 또한 항산화 물질 함량보다는 소거활성을 나타내는 항산화물의 종류에 따른 차이로 인하여 발생한 것으로 판단된다.
E피복이나 볏짚피복에 비해 굵어지고, 수량 또한 증가한다고 하였고, Cho 등 (2008)은 토양피복 처리에 따른 석창포 생육을 조사한 결과 검정 부직포 피복을 할 경우 가장 양호한 생육을 나타냈다고 보고한 바 있다. 따라서 본 연구에서도 검정 부직포나 생분해성 필름과 같은 피복물 처리는 지온을 상승시키거나 유지시키고, 토양의 수분증발을 억제시킴으로써 더덕 뿌리의 생육을 촉진하는 효과가 있는 것으로 나타났고 또한 과도한 지온 상승에 의한 약간의 고온 스트레스도 있는 것으로 판단된다.
따라서 피복물 처리 중 생분해성 필름이나 검정 부직포 처리는 더덕의 생육을 촉진시킬 뿐만 아니라 지하부의 환경의 변화를 주어 항산화 물질인 페놀, 플라보노이드, 안토시아닌의 함량을 증대시키는 것으로 나타났다. 더불어 이러한 물질 외 다른 항산화 물질의 변화를 유도하여 항산화 활성에도 영향을 미치는 것으로 판단된다.
6A)은 피복물 처리보다는 무피복 처리에서 다소 활성이 높은 경향이었다. 용매 분획별로는 피복물 처리에 상관없이 항산화 물질의 함량이 가장 많았던 nbutanol층에서는 활성이 낮았고, 반면에 항산화 물질 함량이 적었던 water, ethyl ether층에서 오히려 높은 활성을 나타내었다.
이상의 결과를 보면 세 가지 항산화 물질 함량 모두 생분해성 필름 처리에서 많이 함유되어 있는 것으로 나타났는데, 이것은 생분해성 필름 처리가 지온을 많이 상승시킴으로 인해 더덕이 생육하는 과정에서 스트레스를 받아 항산화 물질 함량이 증가한 것으로 보여진다. 외부 스트레스에 의한 항산화물질 증가와 관련된 연구는 스트레스의 방어기작으로 항산화물질이 증가시키거나 (Dixon and Palva 1995; Choi et al.
지온 및 수분 변화에 따른 더덕 (Codonopsis lanceolata Trautv.)의 지상 및 지하부 생육을 조사한 결과, 지온과 수분 보유력이 높았던 생분해성 필름에서 6월과 10월에 모두 생육이 가장 왕성하였고, 무처리를 제외한 나머지 처리들은 약간의 생육 차이는 있었지만 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다 (Fig. 3). 지하부에서도 피복물 처리인 생분해성필름, 부직포, 왕겨 처리에서 무피복물 처리인 손제초와 무처리보다 뿌리직경이나 생체중이 일반적으로 높았는데 이러한 생육촉진효과는 토양수분과 지온이 관련 있는 것으로 판단된다.
5), flavonoid, phenolic compounds, anthocyanin 세 가지 물질 모두 피복물 처리 (생분 해성필름, 부직포, 왕겨)에서 무피복물 처리 (무처리, 손제초) 보다 높은 함량을 나타내었다. 추출용매별 물질함량을 조사해 보면 세 가지 항산화 물질 모두 n-butanol 층에서 함량이 가장 높았고, 플라보노이드 (Fig. 5A)와 페놀 화합물 (Fig. 5B)에서는 n-butanol층 다음으로 ethyl ether 층이 높았다. 반면에 안토시아닌 함량은 생분해성 필름과 검정 부직포 처리에서 높았으나 n-butanol층과 MeOH 추출물에서만 검출되었고 나머지 분획층에서는 검출되지 않았다.
2A). 토양 수분함량은 생분해성 필름 처리에서 가장 높았고 그다음이 부직포, 왕겨 순으로 나타나 피복물 처리들은 토양수분 증발 억제효과도 있는 것으로 나타났다. 반면 손제초 처리는 토양수분함량이 가장 낮았는데 이는 제초에 의해 토양이 교반되었기 때문에 수분함량이 가장 낮은 것으로 판단된다 (Fig.
피복물 종류에 따른 잡초 발생량을 조사한 결과 (Fig. 4), 검정 부직포, 생분해성, 왕겨 처리에서는 거의 발생하지 않았으나, 무처리, 손제초 처리의 경우 잡초 발생량이 매우 높은 것을 확인할 수 있었다. 이것은 Jung 등 (2011)의 안개초 재배시 토양에 흑색과 녹색 부직포를 전면피복 처리 하였을 때 무처리에 비해 잡초가 거의 발생하지 않았다는 결과와 일치하였다.
피복물 종류에 따른 토양의 지온 및 수분함량을 조사한 결과 (Fig. 2), 조사 기간 동안의 평균 지온은 생분해성 필름 처리에서 가장 높아 최고온도가 40℃이상 되는 경우도 있었다. 무처리와 손제초처리도 외기온이 오르면 지온도 올라 최고기온이 35℃이상 되는 경우도 있었다.
피복물 처리에 따라 80% MeOH 추출물과 4가지 추출용매별 항산화 물질함량을 조사한 결과 (Fig. 5), flavonoid, phenolic compounds, anthocyanin 세 가지 물질 모두 피복물 처리 (생분 해성필름, 부직포, 왕겨)에서 무피복물 처리 (무처리, 손제초) 보다 높은 함량을 나타내었다. 추출용매별 물질함량을 조사해 보면 세 가지 항산화 물질 모두 n-butanol 층에서 함량이 가장 높았고, 플라보노이드 (Fig.
피복물 처리에 따른 더덕 MeOH 추출물 및 용매 분획물의 DPPH, ABTS radical 소거활성을 분석한 결과 (Fig. 6), DPPH radical 소거활성 (Fig. 6A)은 피복물 처리보다는 무피복 처리에서 다소 활성이 높은 경향이었다. 용매 분획별로는 피복물 처리에 상관없이 항산화 물질의 함량이 가장 많았던 nbutanol층에서는 활성이 낮았고, 반면에 항산화 물질 함량이 적었던 water, ethyl ether층에서 오히려 높은 활성을 나타내었다.
후속연구
특히 고온 스트레스와 관련된 연구는 Lee 등 (2015)이 비트와 쌈추에서 온도 변화에 따라 총 페놀 함량과 플라보노이드 함량이 변화한다고 하였고, Hwang 등 (2014)은 인삼의 경우 수확 후 고온처리에 의해 gensenoside의 함량과 항산화활성이 증가한다고 하여 외부 스트레스와 항산화 물질과 관련이 있음을 알 수 있었다. 그러나 더덕의 고온에 의한 적정 스트레스 범위와 항산화 물질과의 관계는 더 깊은 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이것은 Wang 등 (1998)의 보고에 따르면 폴리페놀의 종류에 따라 ABTS radical은 제거하지만 DPPH radical은 소거하지 못하는 경우가 있으므로 두 측정법 간에 반대의 결과가 도출될 수가 있다고 하여, DPPH, ABTS radical 소거활성간의 차이 또한 항산화 물질 함량보다는 소거활성을 나타내는 항산화물의 종류에 따른 차이로 인하여 발생한 것으로 판단된다. 이것은 플라보노이드류, 페놀화합물과 안토시아닌류는 한 가지 물질이 아닌 여러 가지의 물질들의 총칭 (Dai and Mumper, 2010)이므로 각각의 물질이 DPPH와 ABTS과 다년생활성에 영향을 미친 것으로 판단되기 때문에 이들 생리활성물질에 대한 연구는 좀 더 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
lancemaside A의 효능으로 어떤 것들이 보고되었는가?
더덕의 사포닌은 lancemaside A, B, C, E, G, foetidissimoside A, aster saponin Hb 등이 주성분으로 보고되어 있으며 (Ichikawa et al., 2009), 그 중 lancemaside A는 대장염을 유발한 쥐의 염증 단백질인 NF-κB를 억제하여 대장염을 완화시키고 (Joh et al., 2010; Kim et al., 2014a), 기억력 및 불면증 개선에 효과 (Jung et al., 2012)등 다양한 효능이 있는 것으로 알려져 있다.
더덕은 무엇인가?
더덕 (Codonopsis lanceolata Trautv.)은 초롱꽃과 다년생 덩굴성 식물로 예로부터 인삼 등과 함께 오삼 중의 하나로 불리웠고, 천연식품 및 한약재로 널리 이용되어 왔다 (Yoo et al., 2002; Kim and Chung, 1975).
더덕의 친황경 유기재배 기술 개발이 요구된 계기는 무엇인가?
더덕을 비롯한 인삼, 잔대 등 뿌리를 약재 또는 식용으로 이용하는 작물들은 장기간 토양 속에서 재배되기 때문에 병충해 방제를 위해 농약, 제초제, 화학비료 등이 사용되어 왔다. 이로 인한 잔류 농약 문제가 사회적 문제로 대두되면서 많은 소비자들이 약용작물에 대한 안전성에 관심을 기울이고 있다 (Seo et al., 2009).
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