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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 쑥의 온실 주년 재배를 위한 기초자료를 얻고자 온실 재배 강화쑥의 주년 생육 특성과 유파틸린 함량의 변화를 분석하고, 건조 및 염류 스트레스와 메틸 자스모네이트의 처리에 따른 유파틸린의 함량의 변화를 분석하는 것을 목적으로 하였다.
- 쑥은 세포 손상과 위염 회복에 효능이 있는 유파틸린을 가지고 있는 약용작물이다. 본 연구의 목적은 강화쑥의 온실에서의 주년 생육 특성을 분석하고, 환경 스트레스를 처리하여 유파틸린의 함량을 증대시키는 것이다. 유리 온실에서 강화쑥을 육묘 6주, 정식 후 8주간 재배하여 생육 특성과 유파틸린 함량을 비교하였다.
제안 방법
- 따라서 강화쑥의 주년 재배를 위하여는 이를 억제하기 위한 야파 처리의 적용이 필수적인 것으로 판단되었다. 2종류의 스트레스와 1종류의 eliciter를 처리하였다. 건조 스트레스는 수확 전 5, 6, 7, 8일간 관수을 중단하였고, 염류 스트레스는 수확 3일전 양액에 염화나트륨 추가하여 2, 4, 6, 8dS·m-1 농도로 하였고, 메틸자스모네이트는 수확 3일전 12.
- HPLC 칼럼은 Luna(II) C18(Φ 4.6 × 250mm, 5μm) (Phenomenex, Macclesfield, UK), 칼럼 온도는 35°C, 유속은 1.0mL·min-1로 하였고 시료의 양은 10mL, 관측 파장은 340nm, 분석 시간은 40분으로 하였다.
- 강화쑥은 수확 후 건조기(FS-420, Advantech, Tokyo, Japan)에서 80°C로 96시간 동안 건조한 뒤 분쇄하여 강화쑥 잎 1g 당 10mL의 95%(v/v) 에탄올을 가하고 2시간 동안 초음파 추출한 뒤 HPLC를 이용해 정량하였다 (Fig. 1).
- 강화쑥의 광량에 따른 엽광합성 속도는 포터블 광합성 측정장치(Li-6400, Li-Cor, Lincoln, NE, USA)을 이용하여 측정하였다. 측정 조건은 블록 온도 25°C, 유속 500µmol·s-1, 이산화탄소 농도 400µmol·mol-1로 설정하였다.
- 건조 스트레스는 관수를 수확 전 각각 5, 6, 7, 8일간 중단하는 4개 처리구이며, 염류 스트레스는 관수 양액에 염화나트륨을 가해 농도를 각각 2, 4, 6, 8, 10dS·m-1로 하여 수확 전 3일간 관수하는 5개 처리구로 구성되었다.
- 건조 스트레스는 수확 전 5, 6, 7, 8일간 관수을 중단하였고, 염류 스트레스는 수확 3일전 양액에 염화나트륨 추가하여 2, 4, 6, 8dS·m-1 농도로 하였고, 메틸자스모네이트는 수확 3일전 12.5, 25, 50, 100μM 농도로 엽면 시비하였다.
- 메틸자스모네이트 시비는 에탄올을 용매로 하여 개체당 8mL씩 수확 3일전 엽면 시비하였으며 각각 12.5, 25, 50, 100μM 농도의 4개 처리로 구성되었다.
- 5, 25, 50, 100μM 농도의 4개 처리로 구성되었다. 무처리를 대조군으로 하였고, 각 처리군과 대조군은 5개체씩으로 구성되었다.
- 본 연구의 목적은 강화쑥의 온실에서의 주년 생육 특성을 분석하고, 환경 스트레스를 처리하여 유파틸린의 함량을 증대시키는 것이다. 유리 온실에서 강화쑥을 육묘 6주, 정식 후 8주간 재배하여 생육 특성과 유파틸린 함량을 비교하였다. 광합성은 상대적으로 고광도인 1,200μmol·m-2·s-1에서도 포화되지 않았다.
- 1µM 이었다. 육묘 42일 후 상토(바로커 2호, 서울바이오, Korea)를 채운 직경 120mm 비닐 포트에 지주대와 함께 정식하였다. 정식 후에는 육묘기와 동일한 조성의 양액을 1.
- 육묘 기간 중에는 매일 30분간 저면 관수하였고 삽목 개체의 발근률이 50% 이상일 때부터 0.8dS·m-1 농도의 양액을 적용하였다.
- 실험에 사용한 쑥은 서울대학교 농업생명과학대학 부속 농장의 유리 온실(경기도 수원, 37°16’13”N, 126°59’23”E)에서 주간 온도 및 야간 온도를 30°C 및 18°C로 조절하며 육묘 6주, 정식 후 8주간 재배 후 수확되었다. 육묘는 삽목 번식하였으며 삽수는 줄기에 잎을 1매 부착한 상태로 하부 줄기 30~50mm, 상부 줄기 11mm 미만으로 하여 발근제(동부루톤, 동부한농화학, Korea)를 적용한 뒤 상토(바로커 2호, 서울바이오, Korea)를 채운 50공 육묘 트레이에 삽목하였다. 육묘 기간 중에는 매일 30분간 저면 관수하였고 삽목 개체의 발근률이 50% 이상일 때부터 0.
- 0mL·min-1로 하였고 시료의 양은 10mL, 관측 파장은 340nm, 분석 시간은 40분으로 하였다. 이동상은 ACN과 0.1% TFA water를 사용하여 0분(ACN : 0.1% TFA water = 30 : 70), 18분(42 : 68), 25분(60 : 40), 32분(95 : 5) 그리고 40분(30 : 70)으로 농도 구배를 주었다.
- 이차대사산물 함량 증가를 위한 스트레스 처리로는 건조 스트레스, 염류 스트레스, 메틸자스모네이트 엽면 시비를 이용하였다. 건조 스트레스는 관수를 수확 전 각각 5, 6, 7, 8일간 중단하는 4개 처리구이며, 염류 스트레스는 관수 양액에 염화나트륨을 가해 농도를 각각 2, 4, 6, 8, 10dS·m-1로 하여 수확 전 3일간 관수하는 5개 처리구로 구성되었다.
- 정식 후에는 육묘기와 동일한 조성의 양액을 1.5dS·m-1 농도로 매일 15분씩 저면 관수하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용한 쑥은 서울대학교 농업생명과학대학 부속 농장의 유리 온실(경기도 수원, 37°16’13”N, 126°59’23”E)에서 주간 온도 및 야간 온도를 30°C 및 18°C로 조절하며 육묘 6주, 정식 후 8주간 재배 후 수확되었다.
- 외부 기상자료는 실험이 수행된 유리 온실과 근접한 수원 기상대(37°16’21”N, 126°59’07”E)에서 수집된 자료를 기상청에서 제공받아 사용하였다.
데이터처리
- 통계 분석은 Sigmaplot 프로그램(SigmaPlot 12.5, Systat Software, Inc., San Jose, CA, USA)을 사용하여 일원배치 분산분석 및 던컨의 다중범위 검정을 이용하였고, 유의수준은 p ≤ 0.05로 설정하였다.
성능/효과
- 생육 및 유효 성분 함량 모두 봄 작기에 재배되었을 때가 가장 높았으며 여름과 가을, 겨울로 갈수록 생육과 유효 성분이 감소하였다(Table 1). 가을 재배 시 강화쑥 개체에서 추대 및 개화 현상이 발생했고 겨울 재배 시에는 생육이 거의 일어나지 않고 매우 짧은 초장으로 유지되는 특성을 나타내어 계절에 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 4). 이러한 특성으로 볼 때, 강화쑥은 근연종인 개똥쑥(Artemisia annua L.
- 건조 스트레스의 신호 경로에서 자스모네이트의 상위에 있는 아세트산을 이용하여 메틸자스모네이트 처리와 같은 효과를 낼 수 있다는 것이 보고되었다(Kim 등, 2017). 강화쑥에 수확 전 환경 처리를 적용하여 유효 성분인 유파틸린의 함량 증대가 가능한 것을 확인하였으며 이를 통해 의약 원료로서의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있다는 점을 확인하였다.
- 관수 양액의 농도를 높여 염류 스트레스를 부여한 강화쑥에서는 4.0, 6.0, 10.0dS·m-1의 농도를 가진 양액을 관수한 처리구에서 2.0dS·m-1 농도의 양액을 관수한 대조구와 유의한 차이를 나타내지 않았으며 8.0dS·m-1 농도의 양액을 관수한 처리구에서는 유파틸린의 함량이 낮게 나타났다.
- 6). 관수 중단을 통해 건조 스트레스를 부여한 강화쑥 중, 7일 및 8일간 관수를 중단한 처리구가 관수를 중단하지 않은 처리구와 5일 및 6일간 관수를 중단한 처리구보다 유파틸린의 함량이 높게 나타났다. 식물에게 건조 스트레스는 광합성과 관련되어 산화 스트레스로 작용하며(Akula와 Ravishankar, 2011) 많은 작물에서 유효 성분 함량의 증가를 불러오는 것으로 알려져 있다(Oh 등, 2010; Poulson과 Thai, 2015; Zhang 등, 2017).
- 염류 스트레스 처리구에서는 유파틸린 함량 증대가 발견되지 않았다. 본 연구 결과는 환경 처리를 통해 유용 성분의 증대가 가능하고 의약 원료로써 강화쑥의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있음을 증명하였다.
- )과 동일하게 다년생 숙근초이며 가을에 개화하는 단일식물인 것으로 보인다(Ferreira 등, 1995). 본 연구에서 관찰된 강화쑥의 재배 시기에 따른 생육 특성은 봄과 여름 동안 생육하여 개화한 후 겨울에 지상부가 고사하고 월동한 숙근에서 다시 생육하는 다년생 숙근초의 생애주기 특성을 보여주었다.
- 식물의 유효성분의 축적은 식물의 생육뿐 아니라 생장상의 변화와도 밀접한 관련을 가지고 있다(Figueiredo 등, 2008). 본 연구의 대상인 강화쑥의 경우 유효 성분인 유파틸린은 영양 생장기에 축적되며 생식 생장으로의 생장상 변화 시 감소하는 것으로 보인다. 따라서 가을과 겨울에 강화쑥의 생장 및 유효 성분 함량을 유지하기 위해서는 생식 생장으로의 생장상 전환을 억제할 필요가 있다.
- 강화쑥은 재배 시기에 따라 생장량과 유파틸린 축적이 매우 달라지는 특성을 나타내었다. 생육 및 유효 성분 함량 모두 봄 작기에 재배되었을 때가 가장 높았으며 여름과 가을, 겨울로 갈수록 생육과 유효 성분이 감소하였다(Table 1). 가을 재배 시 강화쑥 개체에서 추대 및 개화 현상이 발생했고 겨울 재배 시에는 생육이 거의 일어나지 않고 매우 짧은 초장으로 유지되는 특성을 나타내어 계절에 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있었다(Fig.
- 스트레스 신호 물질인 메틸자스모네이트를 엽면 시비한 강화쑥에서는 12.5, 50, 100μM의 농도로 엽면 시비한 처리구와 0μM 농도를 시비한 대조구 간에 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 25μM 농도로 시비한 처리구에서는 유파틸린의 함량이 높게 나타났다.
- 3). 재배 기간 대비 생육량은 정식 후 8주에서 최대에 도달하여 투입 효율을 고려하였을 때 생육 속도가 감소하기 전에 수확하는 것이 유리할 것으로 판단되었다.
후속연구
- 작물이 의약원료로서 사용되는 경우 의약품의 안정적 생산을 위하여 연중 안정적 공급이 필요하지만 노지에서 재배·공급되는 쑥은 계절과 작기에 따라 생산량의 변동이 크게 발생하는 문제점이 있다. 쑥을 온실 재배할 경우 환경 제어를 통하여 계절에 따른 생산량 변동을 억제하고 재배 가능 작기를 확대할 수 있을 뿐 아니라 환경 제어를 통한 스트레스 부여를 통해 이차대사산물의 함량을 증가시킬 수 있어 의약원료로서의 생산성과 품질을 향상시킬수 있는 적절한 재배 방법이 될 것이다.
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