간척지 토양에서 EC 처리에 따른 향부자와 갯방풍의 생육 및 기능성 물질 함량 분석 Analysis of Growth and Functional substance for Cyperus rotundus and Glehnia littoralis by EC Treatment in Reclaimed Soil Conditions원문보기
본 실험의 목적은 간척지 토양에서 다른 EC처리에 따라 향부자와 갯방풍의 생장 및 기능성물질 차이를 분석하고자 수행하였다. 향부자와 갯방풍 종자를 트레이에 파종 후 8주간 온실에서 육묘하였고 새만금 지역에서 채취한 간척지 토양을 담은 포트에 이식하였다. 식물은 EC농도에 따라, 대조구, 1, 2, 4, $8dS{\cdot}m^{-1}$ 조건으로 12주간 실험을 진행했고 추가로 간척지 토양에서의 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$과 원예용 상토를 구분하여 생육을 비교했다. 향부자의 초장, 엽장 엽폭은 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 높았다. 엽수, 화방 수, 인편 수는 EC $2dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 크고 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 적었으며, SPAD는 EC 2와 $4dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 높고 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 낮았다. 지상부와 지하부의 생체중은 EC $2dS{\cdot}m^{-1}$까지 증가하다가 농도가 증가함에 따라 값이 감소했다. EC $1dS{\cdot}m^{-1}$ 조건에서 간척지토양과 원예용 상토에서 자란 작물의 생육을 비교했을 때 SPAD, 엽수, 화방 수, 인편 수, 지상부와 지하부의 생체중은 원예용 상토에서 더 높았다. 갯방풍은 모든 생육 조건에서 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$가 가장 낮았으며 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$을 제외하고 다른 처리구에서는 유의적인 차이를 확인할 수 없었다. 향부자는 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 p-coumaric acid 함량이 가장 높았고, 갯방풍의 지상부는 catechin의 함량이 대조구에서 가장 높았으며 지하부는 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 benzoic acid 함량이 가장 높았다. 간척지 토양을 EC $4dS{\cdot}m^{-1}$ 이내로 관리 할 수 있다면 향부자와 갯방풍의 재배가 가능할 수 있을 것으로 판단된다.
본 실험의 목적은 간척지 토양에서 다른 EC처리에 따라 향부자와 갯방풍의 생장 및 기능성물질 차이를 분석하고자 수행하였다. 향부자와 갯방풍 종자를 트레이에 파종 후 8주간 온실에서 육묘하였고 새만금 지역에서 채취한 간척지 토양을 담은 포트에 이식하였다. 식물은 EC농도에 따라, 대조구, 1, 2, 4, $8dS{\cdot}m^{-1}$ 조건으로 12주간 실험을 진행했고 추가로 간척지 토양에서의 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$과 원예용 상토를 구분하여 생육을 비교했다. 향부자의 초장, 엽장 엽폭은 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 높았다. 엽수, 화방 수, 인편 수는 EC $2dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 크고 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 적었으며, SPAD는 EC 2와 $4dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 높고 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 낮았다. 지상부와 지하부의 생체중은 EC $2dS{\cdot}m^{-1}$까지 증가하다가 농도가 증가함에 따라 값이 감소했다. EC $1dS{\cdot}m^{-1}$ 조건에서 간척지토양과 원예용 상토에서 자란 작물의 생육을 비교했을 때 SPAD, 엽수, 화방 수, 인편 수, 지상부와 지하부의 생체중은 원예용 상토에서 더 높았다. 갯방풍은 모든 생육 조건에서 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$가 가장 낮았으며 EC $8dS{\cdot}m^{-1}$을 제외하고 다른 처리구에서는 유의적인 차이를 확인할 수 없었다. 향부자는 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 p-coumaric acid 함량이 가장 높았고, 갯방풍의 지상부는 catechin의 함량이 대조구에서 가장 높았으며 지하부는 EC $1dS{\cdot}m^{-1}$에서 benzoic acid 함량이 가장 높았다. 간척지 토양을 EC $4dS{\cdot}m^{-1}$ 이내로 관리 할 수 있다면 향부자와 갯방풍의 재배가 가능할 수 있을 것으로 판단된다.
The purpose of this study was to analyze the growth and functional differences between C. rotundus and G. littoralis according to different electrical conductivity (EC) conditions in reclaimed soil conditions. C. rotundus and G. littoralis seeds were sown in a tray and managed for seedlings stage fo...
The purpose of this study was to analyze the growth and functional differences between C. rotundus and G. littoralis according to different electrical conductivity (EC) conditions in reclaimed soil conditions. C. rotundus and G. littoralis seeds were sown in a tray and managed for seedlings stage for eight weeks. They were transplanted in the pots containing reclaimed soils sampled in the Saemangum region. The plants were grown in the reclaimed land soil for 12 weeks under the control, 1, 2, 4, and $8dS{\cdot}m^{-1}$ conditions and in horticultural soils with EC $1.0dS{\cdot}m^{-1}$. Plant height, leaf length and width of C. rotundus were the highest in EC $1dS{\cdot}m^{-1}$. Leaf, flower and tuber numbers of C. rotundus were the highest in EC $2dS{\cdot}m^{-1}$ and the lowest in EC $8dS{\cdot}m^{-1}$, and SPAD was the highest in EC 2 and $4dS{\cdot}m^{-1}$ and the lowest in EC $8dS{\cdot}m^{-1}$. The fresh weights of shoot and root of C. rotundus grown under EC $2dS{\cdot}m^{-1}$ increased and then decreased as the concentration increased. When compared plant growth between reclaimed soil and horticulture soil with EC $1dS{\cdot}m^{-1}$, the fresh weights of shoot and root, SPAD, leaf number, flower number, and tuber number were higher in horticultural soils. Although G. littoralis grown under EC $8dS{\cdot}m^{-1}$ was the lowest in all growth parameters, there were no significant differences among other EC treatments. C. rotundus had the highest p-coumaric acid content in EC $1dS{\cdot}m^{-1}$. And the catechin content in shoot of G. littoralis was the highest in the control, and root of Glehnia littoralis had the highest benzoic acid contents in EC $1dS{\cdot}m^{-1}$. If the soil EC is well managed within $4.0dS{\cdot}m^{-1}$, two plants would be cultivated in reclaimed land.
The purpose of this study was to analyze the growth and functional differences between C. rotundus and G. littoralis according to different electrical conductivity (EC) conditions in reclaimed soil conditions. C. rotundus and G. littoralis seeds were sown in a tray and managed for seedlings stage for eight weeks. They were transplanted in the pots containing reclaimed soils sampled in the Saemangum region. The plants were grown in the reclaimed land soil for 12 weeks under the control, 1, 2, 4, and $8dS{\cdot}m^{-1}$ conditions and in horticultural soils with EC $1.0dS{\cdot}m^{-1}$. Plant height, leaf length and width of C. rotundus were the highest in EC $1dS{\cdot}m^{-1}$. Leaf, flower and tuber numbers of C. rotundus were the highest in EC $2dS{\cdot}m^{-1}$ and the lowest in EC $8dS{\cdot}m^{-1}$, and SPAD was the highest in EC 2 and $4dS{\cdot}m^{-1}$ and the lowest in EC $8dS{\cdot}m^{-1}$. The fresh weights of shoot and root of C. rotundus grown under EC $2dS{\cdot}m^{-1}$ increased and then decreased as the concentration increased. When compared plant growth between reclaimed soil and horticulture soil with EC $1dS{\cdot}m^{-1}$, the fresh weights of shoot and root, SPAD, leaf number, flower number, and tuber number were higher in horticultural soils. Although G. littoralis grown under EC $8dS{\cdot}m^{-1}$ was the lowest in all growth parameters, there were no significant differences among other EC treatments. C. rotundus had the highest p-coumaric acid content in EC $1dS{\cdot}m^{-1}$. And the catechin content in shoot of G. littoralis was the highest in the control, and root of Glehnia littoralis had the highest benzoic acid contents in EC $1dS{\cdot}m^{-1}$. If the soil EC is well managed within $4.0dS{\cdot}m^{-1}$, two plants would be cultivated in reclaimed land.
따라서, 약용작물로 재배되는 갯방풍과 향부자를 간척지 토양에서 재배할 수 있는지에 대한 검토를 위하여, 간척지에서 채취한 토양을 포트에 채워 향부자와 갯방풍을 재배하였다. 또한 이를 통해 간척지 토양에서 공급 양액의 EC 농도별 처리가 향부자와 갯방풍의 생장 및 기능성물질 함량에 미치는 영향을 분석하는 것이 본 연구의 목적이다.
따라서, 약용작물로 재배되는 갯방풍과 향부자를 간척지 토양에서 재배할 수 있는지에 대한 검토를 위하여, 간척지에서 채취한 토양을 포트에 채워 향부자와 갯방풍을 재배하였다. 또한 이를 통해 간척지 토양에서 공급 양액의 EC 농도별 처리가 향부자와 갯방풍의 생장 및 기능성물질 함량에 미치는 영향을 분석하는 것이 본 연구의 목적이다.
제안 방법
배양액은 Hoagland Nutrient solution (NO3-N 14me·L-1, NH4-N 1me·L-1, PO4-P 3me·L-1, K 6me·L-1, Ca 8me·L-1, Mg 4me·L-1, SO4-S 4me·L-1) 을 사용하였고, 모든 EC 처리는 2dS·m-1 로 처리한 후 NaCl로 EC 농도를 4와 8dS·m-1 조절하였다. 공급된 배양액의 농도는 EC 0 (대조구), 1, 2, 4와 8dS·m-1, 총 5개의 EC 처리구로 재배실험을 진행하였다. 추가로 원예용 상토를 이용하여 EC 1dS·m-1 조건으로 재배하여 두 가지 토양 조건에서 작물 생육을 비교하였다.
생육 데이터는 정식 후 2주 간격으로 3개월 간 총 8 회에 걸쳐 조사 하였으며, 초장, 엽수, SPAD, 엽면적, 지상부와 지하부의 생체중과 건물중을 측정하였다. 향부자는 갯방풍과 달리 뿌리 인편을 약용으로 사용하기 때문에 뿌리인편 수를 추가하여 조사하였다.
공급된 배양액의 농도는 EC 0 (대조구), 1, 2, 4와 8dS·m-1, 총 5개의 EC 처리구로 재배실험을 진행하였다. 추가로 원예용 상토를 이용하여 EC 1dS·m-1 조건으로 재배하여 두 가지 토양 조건에서 작물 생육을 비교하였다. 모든 처리구의 양액 공급은 주 3회 저면관수하였으며 대조구(EC 0dS·m-1)는 양액을 처리하는 대신 지하수를 역삼투방식 정수를 거친 물(EC 0.
대상 데이터
갯방풍(Glehnia littoralis)과 향부자(Cyperus rotundus) 종자를 3일간 침종 처리한 후, 원예용 상토가 담긴 플러그 트레이에 직접 파종하였다. 파종 후 온도 27oC 조건에서 3일 동안 두었으며, 이 후 온도를 22oC 조건으로 바꾸어 육묘를 실시하였고 파종 후 8주 간 육묘하였다.
파종 후 온도 27oC 조건에서 3일 동안 두었으며, 이 후 온도를 22oC 조건으로 바꾸어 육묘를 실시하였고 파종 후 8주 간 육묘하였다. 전북 김제시 광활면 창제리 부근의 새만금 시험포 3곳에서 토양 30kg을 직접 채취하였다. 채취된 토양 450g을 직경 10cm 포트에 담아 묘를 이식하였다.
향부자와 갯방풍의 기능성 물질을 분석하기 위해 15개의 페닐프로파노이드 계통물질 (hallic acid, catechin, 4-hydroxybenzoic acid, chlorogenic acid, caffeic acid, (-)-Epicatechin, vanillin, p-coumaric acid, ferulic acid, sinapic acid, benzoic acid, rutin, trans-cinnamic acid, quercetin, kaempferol) 을 선정하였고 향부자와 갯방풍에 적용하여 성분을 분석하였다. 시료를 액체질소를 이용하여 동결시킨 후, 동결 건조기를 이용하여 -80oC에서 건조시킨 후, 건조된 식물 시료를 막자 사발로 분쇄하여 100mg씩 나눈 분말시료에 2mL의 80 %(v/v) 메탄올을 넣고 진동혼합(vortex)한 후 60oC에서 1시간 동안 음파처리(sonication)를 수행하여 원심분리를 통해 상등액을 획득했다.
데이터처리
05)을 수행하였다. 또한 간척지 토양과 원예용 상토의 데이터를 비교하기 위해 t-test (P≤0.05)를 실시했다.
과 원예용 상토와의 비교및 갯방풍의 경우 처리당 3주씩 측정하였다. 측정 데이터의 통계분석은 SAS software (version 9.4, 2013; SAS Institute, Inc., NC, USA)을 이용하여 ANOVA(변량분석)을 실시하였고, 각 처리간 평균 비교를 위하여 Duncan‘s Multiple Range Test (P≤0.05)을 수행하였다. 또한 간척지 토양과 원예용 상토의 데이터를 비교하기 위해 t-test (P≤0.
성능/효과
향부자는 지하부의 인편에서 많은 페놀을 함유하고 있기 때문에 지하부의 총 페놀함량을 조사했다. EC 1dS·m-1 처리구에서 재배된 향부자에 다량 함유되어 있는 p-coumaric acid 함량이 3.6mg으로 매우 높게 나타났으며 대조구와 비교했을 때 3.5배 증가한 2차 대사산물이 축적되었고, EC 2dS·m-1 에서는 Benzoic acid가 대조구와 비교하여 매우 높게 나타났다(Fig. 7). 이는 염 스트레스로 인해 산화적 스트레스가 유발되어 과다하게 발생되는 활성산소를 제거하기 위한 방법으로 항산화효소 및 2차대사산물을 축적시킨다는 보고에 부합하며 (Alsher와 Hess, 1993), 간척지 토양의 적절한 물관리를 통하여 근권의 염 농도를 낮출 수 있다면 향부자 생산이 가능할 것으로 판단되며, 이러한 향부자의 인편에 함유된 기능성 물질은 일반 토양에서 재배하는 것보다 증가될 수 있을 것으로 판단된다.
갯방풍 지상부는 catechin이나 benzoic acid와 같은 페놀화합물의 함량이 높은 것으로 나타났다. 특히 catechin 함량의 경우 EC 4dS·m-1 에서 7.
이러한 결과는 염 스트레스로 인해 식물체가 수분결핍이 일어나면 뿌리 신호가 생성되고 이 신호가 ABA의 생성을 유도해 잎의 기공 개폐 및 신장을 조절 한다는 것과 유사했으며(Zhu, 2002), 염 스트레스 조건에서 잎은 수분 결핍으로 기공이 닫히고 CO2 흡수가 제한되어(Cornic과 Fresneau, 2002) 동화산물 생산이 억제되고 그에 따라 지상부의 생육이 지하부 보다 더 감소되는 것이라고 판단된다. 따라서 위 결과로 미루어보아 토양 EC의 수준은 적절한 농도에서 작물의 생육이 더 좋은 것으로 판단되었으며, 간척지 토양의 EC를 4 dS·m-1 이하 수준으로 관리할 수 있다면 갯방풍 재배가 가능할 것이라고 판단된다.
이는 토양에 축적된 염의 농도가 높아지면 식물체 뿌리의 수분포텐셜이 더 높아져 식물체로의 양수분 흡수가 억제되어 생육의 감소가 나타난 것으로 판단된다. 따라서 전체적인 향부자의 생육은 원예용 상토에서 간척지 토양보다 더 좋았으며, 인편의 개수와 뿌리의 생체중은 EC 1dS·m-1 보다 EC 2dS·m-1 에서 더 높았으므로(Fig. 3) 실제 간척지 토양의 염 농도를 2dS·m-1 수준으로 유지시킬 수 있는 물관리 및 토양 관리가 필요할 것으로 판단된다.
후속연구
이는 초기에 높은 EC 수준이 물질 함량을 증대시킬 수 있지만 시간이 경과함에 따라 적절한 EC 값의 물질 함량이 고농도의 EC 수준보다 더 좋은 것을 알 수 있었으며, 높은 EC 값은 질소 결핍 등의 식물의 생육을 저해시킬 수 있는 것으로 사료된다. 따라서 높은 함량의 페놀을 확보하기 위해서는 더 높은 EC 조건에서 재배의 필요성도 느껴지지만, 작물의 생육 및 품질을 고려하여 적절한 EC 농도를 판단하여야 할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
향부자에 함유된 주요 성분은?
가뭄에 강해 비옥하지 않은 사양토에서 잘 자라고 따뜻한 기후에서 생육이 좋다(Kim 등, 1997). 향부자의 주요 성분에는 β-sitosterol, cyperol, flavonoids, cyperene, ascorbic acid, sesquiterpenoids, polyphenols 등이 있는데(Sonwa와 Konig, 2001), 향부자의 뿌리는 염증 및 피부 발진에 사용되고(Pal과 Dutta, 2006), 자궁 억제작용, 진통작용 및 해열작용에 도움을 준다(Hwang 등, 2012). 갯방풍(Glehnia littoralis)은 산형과에 속하는 다년생 초본으로, 우리나라의 해안사구에서 자생하며, 한국에서는 해방풍이라 불리고(Seo와 Ryu, 1977) 중국에서는 북사삼, 해사삼 등으로 칭하고 있다(Zhu 등, 1989).
향부자란?
향부자(Cyperus rotundus)는 사초과에 속하며 한국, 인도, 중국 및 일본 등지에서 자라는 약용식물이다(Dassanayake 와 Fosberg, 1985). 가뭄에 강해 비옥하지 않은 사양토에서 잘 자라고 따뜻한 기후에서 생육이 좋다(Kim 등, 1997).
원예용 상토 대비 간척지 토양의 EC처리 농도에 따른 향부자의 생장 차이는?
식물은 EC농도에 따라, 대조구, 1, 2, 4, 8dS·m-1 조건으로 12주간 실험을 진행했고 추가로 간척지 토양에서의 EC 1dS·m-1 과 원예용 상토를 구분하여 생육을 비교했다. 향부자의 초장, 엽장 엽폭은 EC 1dS·m-1 에서 가장 높았다. 엽수, 화방 수, 인편 수는 EC 2dS·m-1 에서 가장 크고 EC 8dS·m-1 에서 가장 적었으며, SPAD는 EC 2와 4dS·m-1 에서 가장 높고 EC 8dS·m-1 에서 가장 낮았다. 지상부와 지하부의 생체중은 EC 2dS·m-1 까지 증가하다가 농도가 증가함에 따라 값이 감소했다. EC 1dS·m-1 조건에서 간척지토양과 원예용 상토에서 자란 작물의 생육을 비교했을 때 SPAD, 엽수, 화방 수, 인편 수, 지상부와 지하부의 생체중은 원예용 상토에서 더 높았다.
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