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문제 정의
- 본 연구는 Agastache 속 여러 종에서 국내 자생지 환경요건에 적합하면서 생육 및 기능성 물질 함량면에서 가장 최적의 종을 선정하고자 하였다. 첫째, 11종의 배초향(Agastache)속 종자를 구입하여 미국 농무성(USDA) 식물 내한성 지도(plant hardiness zone map) 및 국내 식물 내한성 지도를 참고하여 11종에서 생육 및 기능성 분석을 할 5종을 선정하였다.
- 이러한 보고와 같이 배초향의 기능성 물질의 산업적 이용 가능성은 매우 높으며, 주년 생산 시스템을 갖추고 생산할 경우, 원료 수급을 일정하게 하여 산업화를 가능하게 할 수 있다. 본 연구는 배초향(Agastache)속에 포함되는 다양한 종들을 대상으로 생장 및 기능성 물질에 대한 비교 분석을 통해 국내 환경에 적합하면서 식물 부가가치가 상대적으로 높은 최적 종 선발을 목적으로 하였다.
제안 방법
- 2. Rosmarinic acid concentration (A), rosmarinic acid contents (B), tilianin and acacetin concentration (C), tilianin and acacetin contents (D) of five Agastache species grown under a hydroponic culture system for 4 weeks. F: Agastache foeniculum, R: Agastache rupestris, C: Agastache cana, SS: Agastache rugosa ‘Spike snow.
- 1. Stem length and root length (A), leaf area and leaf number (B), leaf length and leaf width (C), SPAD (D), shoot fresh weight and shoot dry weight (E), root fresh weight and root dry weight (F) of five Agastache species grown under a hydroponic culture system for 4 weeks. F: Agastache foeniculum, R: Agastache rupestris C: Agastache cana, SS: Agastache rugosa ‘Spike snow.
- 기능성 함량 분석은 NS-4000 HPLC system (Futecs Co., Daejeon, Korea)을 이용하였고, 컬럼(column)은 ProntoSIL 120-5 C18 ace-EPS column (1500, 5 mm; ProntoSIL, Bollinger, Germany)을 사용하였으며, 컬럼 온도는 30℃를 유지하였고, 유량은 1.0mL·min -1 및 검출파장은 340nm로 설정하여 분석하였다.
- 둘째, 배초향(Agastache) 속 5개 품종인 A. cana, A. foeniculum, A. rugosa ‘Spike Blue’, A. rugosa ‘Spike Snow’, A. rupestris에 대해 초장, 엽장, 엽폭, 엽면적, 엽수, SPAD, 지상부 생체중 및 건물중, 지하부 생체중 및 건물중 등의 생육 분석을 실시하였다.
- 정식 4주 후 배초향(Agastache)속 5종을 각각 수확하였으며, 줄자를 이용하여 초장, 엽장, 엽폭 그리고 엽록소 비파괴분석을 위한 SPAD(SPAD-502, Minolta, Japan)값을 측정하였다. 또한, 지하부 생체중 측정을 위해 실험용 티슈(Kimtech Science, Yuhan-Kimberly, Korea)로 뿌리 부분의 수분을 제거 후 전자저울(CAL MW-2N, CAS Co. Ltd., Korea)로 종별 뿌리 생체중 값과 지상부 생체중 값을 측정하였으며, 건물 중 분석에서는 종별로 분리한 지상부 및 지하부를 시료분석용 봉투에 넣은 후 7일간 건조(70℃)한 후 동일한 전자저울을 이용하여 측정하였다.
- 본 실험은 완전임의 배치법(completely randomized designs)으로 수행되었으며, 생육 및 기능성 물질 분석은 각 처리구별 3회 반복 수행하였다. 측정 데이터의 통계 분석은 SPSS 20(SPSS 20, SPSS Inc.
- rugosa 계통의 품종이 다른 품종에 비해서 유리하다고 볼 수 있다. 셋째, rosmarinic acid, tilianin, acacetin 성분에 대해 단위 중량당 함량 및 식물체 1중당 함량 등의 기능성물질 함량 분석을 실시하였다. 기능성 물질 분석 결과, A.
- 0mL·min -1 및 검출파장은 340nm로 설정하여 분석하였다. 시료는 자동주입기로 20mL씩 주입하였으며, 이동상 용매로는 0.2% 아세트산을 포함하는 초순수 solvent A와 100% MeOH를 solvent B로 사용하였으며, RA, tilianin과 acacetin 분리에 70% solvent와 30% solvent B가 되도록 용액을 증가시켰다. 표준물질 RA(SIGMA-ALDRICH, Korea), tilianin (Ensol Biosciences Inc.
- 실험에 이용된 5개 품종의 phenyl propanoide 계통 rosmarinic acid (RA), tilianin, acacetin 성분 분석을 실시하였다. Agastache속 5개 품종에 대한 단위 중량당 RA 함량에서는 A.
- 6℃(10℉) 단위로 하여 총 10개의 지역으로 구분하였다. 우리나라 식물 내한성 지도(농촌진흥청 국립원예특작과학원, 2012)는 기상청 기상 자료인 최근 30년(1981~2010년) 최저온도 값을 분석하여 미국 식물 내한성 지도와 같이 10개의 지역으로 나누었다. 이 식물 내한성 지역(Plant Hardiness Zone)을 구분하는 온도범위는 다음과 같으며, 우리나라 대부분 지역은 식물 내한성 지역(Plant Hardiness Zone)의 6a ~ 9b(-23.
- 육묘 후, 미량 원소(mM: 45 B, 9 Mn, 0.4 Zn, 0.2 Cu, 0.1 Mo, 16 Fe)가 함유된 오츠카 하우스 A(Otsuka House A, OAT Agri Co., Ltd. Tokyo, Japan: NO3-N 17.4 me·L-1, NH 4 -N 1.2 me·L-1, P 5.1 me·L-1, K 8.6 me·L-1, Ca 8.2 me·L-1, Mg 3.6 me·L-1) 배양액을 이용하여 플라스틱 온실(단동)에서 nutrient film technique (NFT) 방식의 수경재배 시스템에 각 품종 당 20주씩 정식하였다.
- 이후 발아된 식물체는 형광등(T514EX-D, Byulpyo Co. Ltd., Korea)을 이용하여 광강도 180±15 μmol·m -2 ·s -1 , 주간 온도 24±1℃, 야간 온도 18±1℃, 상대습도 65 ~ 75%의 조건에서 6주간 육묘하였다.
- 재배베드는 poly vinyl chloride (PVC) 재질을 이용하여 1,100mm (wide), 1,000mm (length) 및 100mm (height)로 제작하여 각 골조 프레임에 수평으로 설치하였다. 온실은 복합환경제어기(Magma, Green Control System Ltd.
- 정식 4주 후 배초향(Agastache)속 5종을 각각 수확하였으며, 줄자를 이용하여 초장, 엽장, 엽폭 그리고 엽록소 비파괴분석을 위한 SPAD(SPAD-502, Minolta, Japan)값을 측정하였다. 또한, 지하부 생체중 측정을 위해 실험용 티슈(Kimtech Science, Yuhan-Kimberly, Korea)로 뿌리 부분의 수분을 제거 후 전자저울(CAL MW-2N, CAS Co.
- 본 연구는 Agastache 속 여러 종에서 국내 자생지 환경요건에 적합하면서 생육 및 기능성 물질 함량면에서 가장 최적의 종을 선정하고자 하였다. 첫째, 11종의 배초향(Agastache)속 종자를 구입하여 미국 농무성(USDA) 식물 내한성 지도(plant hardiness zone map) 및 국내 식물 내한성 지도를 참고하여 11종에서 생육 및 기능성 분석을 할 5종을 선정하였다. 둘째, 배초향(Agastache) 속 5개 품종인 A.
- 표준물질 RA(SIGMA-ALDRICH, Korea), tilianin (Ensol Biosciences Inc., Korea)을 이용하여 calibration curve를 작성하여 정량화(mg·g -1 DW)하였다.
- , Korea)를 설치하여 재배베드로 15분 On/Off 주기로 양액을 공급하였으며, 배수는 독립된 배수구를 통해 다시 양액탱크로 순환하도록 설치하였다. 휴대용 온습도 센서(testo-174H, TESTO Co. Ltd., Germany)를 이용하여 재배 베드의 온도와 상대습도를 모니터링 하였다.
대상 데이터
- B&T World seeds (Paguignan, 34210 Aigues-Vives, France)를 통해서 Agastache astromontana (agastache Pink Pop, Mexican Balm), Agastache aurantiaca (Orange Humming-bird Mint), Agastache cana (Double Bubble Mint, Graue Agastache, Humming Bird Mint), Agastache foeniculum (Anise Hyssop, Anisysop), Agastache Mexicana blue form (Giant Hyssop), Agastache nepetoldes (Catnip Giant Hyssop, Giant Yellow Bubble-Mint), Agastache rugosa Spike Blue (Anise Hyssop blue, Liquorice Blue), Agastache rugosa Spike Snow (Anise Hyssop white, Liquorice White), Agastache rupestris (Apache Sunset, Licorice Mint), Agastache scrophulariifolia (Prairie Hyssop, Purple Giant Hyssop), Agastache urticifolia (Horse mint, Nettle-Leaf Girant Hyssop) 등 총 11개 종의 배초향(Agastache)속 종자를 구입하였다.
- B&T World seeds에서 구매한 배초향(Agastache)속 11개 종을 대상으로 우리나라 식물 내한성 지역(Plant Hardiness Zone)에 적용한 결과, 최종적으로 5개 종인 Agastache cana, Agastache foeniculum, Agastache rugosa ‘Spike Blue’(SB), Agastache rugosa ‘Spike Snow’(SS), Agastache rupestris를 실험 연구 대상으로 선택할 수 있었다.
- 다음으로 국내 자생지 환경요건과 적합한 종을 연구 대상 식물로 선정하는데 있어서 미국 농무성(United States Department of Agriculture, USDA) 식물 내한성 지도(Plant Hardiness Zone Map)와 이를 기준으로 국내에 적용 개발한 농촌진흥청 국립원예특작과학원의 식물 내한성 지도를 참고하였다. 미국 농무성(USDA) 식물 내한성 지도(USDA Plant Hardiness Zone Map)는 미국과 캐나다 지역을 대상으로 미국 연중최저기온 평균을 5.
- 배초향(Agastache)속 5개 종자를 240공 파종용 암면배지(Kiemplug standard tray, Grodan, Denmark)에 80개씩 파종하여 25±2℃에서 5일간 발아시켰다.
데이터처리
- 측정 데이터의 통계 분석은 SPSS 20(SPSS 20, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하여 ANOVA(변량분석)을 실시하였으며, 각 처리간 평균 비교를 위하여 Tukey의 다중검정법(P≤0.05)을 이용하였다.
성능/효과
- 1A). A. foeniculum의 초장은 가장 큰 값을 보인 A. rugosa의 SB 혹은 SS와 비교하여 3.6배, 3.2배 적은 값을 보였으며, A. rupestris와 비교했을 때 2.2배 적은 값을 나타내었다. 근장의 경우 A.
- A. rupestris를 A. foeniculum, A. rugosa ‘Spike Blue’와 비교했을 때는 유의적인 차이를 볼 수 없었으나, A. cana 및 A. rugosa ‘Spike Snow’와 비교했을 때 유의적으로 낮았다.
- 6배, 15배 및 20배 적은 수치를 보였다. Agastache 5가지 품종을 동일한 환경에서 재배시 엽수와 엽면적이 반비례하는 경향을 보였다. 휴대용 엽록소 측정기로 측정된 엽내의 엽록소 함량의 많고 적음을 나타내는 SPAD값은 A.
- Agastache속 5가지 종에 대한 생육 및 기능성 성분을 분석한 결과를 전체적으로 봤을 때 A. rugosa ‘Spike Blue’, A. rugosa ‘Spike snow’가 생육이 좋았으며 식물체당 성분 함유량도 높았으므로 A. rugosa 계통이 같은 환경 아래에서 재배 시 효율적이고 높은 가치를 가지는 작물로 사료된다.
- 실험에 이용된 5개 품종의 phenyl propanoide 계통 rosmarinic acid (RA), tilianin, acacetin 성분 분석을 실시하였다. Agastache속 5개 품종에 대한 단위 중량당 RA 함량에서는 A. foeniculum 및 A. cana가 유의적으로 높았으며, 가장 낮은 수치를 보인 A. rupestris 종과 비교했을 때 각각 37배와 36배 더 많았다(Fig. 2A). 반면에 식물체 한 주당 함량 분석에서는 A.
- 가장 낮은 수치를 기록한 A. foeniculum는 A. cana와 A. rugosa ‘Spike Snow’ 품종과 비교했을 때 유의적으로 낮았으며 각 3.5배와 3.0배 적은 값을 나타냈다.
- rugosa의 SS와 SB가 가장 함량이 많았다. 그리고 tillianin과 acacetin 함량 또한 RA와 마찬가지로 식물체당 함유량으로 보았을 때 지상부가 발달할수록 성분 함량이 높은 것으로 나타났다. 이러한 성분의 차이에는 유전적인 부분이 영향을 미치는데(Hay와 Waterman, 1993), A.
- 1E). 그리고 지상부 건물중에서는 A. rugosa의 SB 품종이 A. foeniculum, A. cana와 비교했을 때 각각 11배, 1.7배 더 많았다. 또한 A.
- 셋째, rosmarinic acid, tilianin, acacetin 성분에 대해 단위 중량당 함량 및 식물체 1중당 함량 등의 기능성물질 함량 분석을 실시하였다. 기능성 물질 분석 결과, A. rugosa 계통 종에서 기능성 물질 및 항산화물질 함량이 유의적으로 높았으며, 이는 생육 결과값과 정비례적인 연계성이 크다고 보여진다. 따라서, 배초향(Agastache)속 종에 대한 생육과 기능성 부분을 종합적으로 고려할 때, A.
- 0배 적은 값을 나타냈다. 단위 중량당 acacetin의 함량은 A. foeniculum 품종이 유의적으로 높았으며, A. ruprestris, A. rugosa의 SS, SB 3개의 품종 사이에서는 유의적 차이가 보이지 않았다. 식물체 한 주당 tilianin의 함량은 A.
- 두과 식물인 콩의 경우 잎의 무게, 두께, 엽육세포, 엽록소의 함량은 광합성량과 정비례하는 관계를 가지고 있으며(Sung 등, 1990), 단위엽면적은 생산량과 높은 상관을 보이는 사례가 있었다고 보고되었다(Fehr 등, 1981). 따라서 배초향 5가지 품종의 생육조사를 실시한 결과 A. rugosa의 SS와 SB가 엽이 가장 발달되어 광합성율이 높아 생장에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다.
- rugosa 계통 종에서 기능성 물질 및 항산화물질 함량이 유의적으로 높았으며, 이는 생육 결과값과 정비례적인 연계성이 크다고 보여진다. 따라서, 배초향(Agastache)속 종에 대한 생육과 기능성 부분을 종합적으로 고려할 때, A. rugosa SS 및 A. rugosa SB 등 A. rugosa 계통이 가장 최적의 고부가가치 작물로 적합할 것이라고 판단된다.
- rugosa의 SB와 SS가 유의적으로 높은 값을 보였다. 또한 A. foeniculum가 가장 낮은 값을 나타내었고, A. rupestris, A. cana, A. rugosa의 SS 및 SB와 비교했을 때 2.9배, 6.6배, 15배 및 20배 적은 수치를 보였다. Agastache 5가지 품종을 동일한 환경에서 재배시 엽수와 엽면적이 반비례하는 경향을 보였다.
- 7배 더 많았다. 또한 A. rupestris는 A. cana, A. rugosa의 SS와 비교했을 때 지상부 건물중은 유의적 차이는 보이지 않았다. 뿌리의 생체중과 건물중 모두 A.
- rugosa의 SS와 비교했을 때 지상부 건물중은 유의적 차이는 보이지 않았다. 뿌리의 생체중과 건물중 모두 A. rugosa의 SS와 SB가 가장 높은 수치를 보였으며, A. foeniculum, A. rupestris, A. cana를 비교했을 때 유의적 차이는 없었다(Fig. 1F).
- rupestris에 대해 초장, 엽장, 엽폭, 엽면적, 엽수, SPAD, 지상부 생체중 및 건물중, 지하부 생체중 및 건물중 등의 생육 분석을 실시하였다. 생육 분석 결과, A. rugosa SB 및 A. rugosa SS 종에서 전체적으로 균형 있게 높은 수치를 나타냄을 알 수 있어, 생육 부문에서는 A. rugosa 계통의 품종이 다른 품종에 비해서 유리하다고 볼 수 있다. 셋째, rosmarinic acid, tilianin, acacetin 성분에 대해 단위 중량당 함량 및 식물체 1중당 함량 등의 기능성물질 함량 분석을 실시하였다.
- 식물의 성분 합성에는 유전적인 부분이 영향을 미치는데 5가지 품종에 따른 기능성 성분의 분석 결과 단위 무게당 RA 함량은 생육결과가 제일 좋았던 A. rugosa의 SS와 SB가 가장 적었던 반면에 지상부의 발달이 유의적으로 낮았던 A. foeniculum과 A. cana가 높은 값을 보였다. 그러나 식물체당 함량으로 보았을 때는 지상부의 생육이 좋았던 A.
- 식물체 한 주당 tilianin의 함량은 A. rugosa ‘Spike Snow’ 품종이 A, foeniculum, A, ruprestris, A. cana와 비교했을 때 유의적으로 높은 값을 나타내었으며 A. rugosa ‘Spike Blue’ 품종과는 유의적 차이가 없었다(Fig. 2D).
- 2D). 식물체당 acacetin 함량 분석에서는 A. rugosa의 SS, SB, A. foeniculum, A. ruprestris 순서로 수치가 높았으나 5가지 품종 전부 유의적인 차이를 보이지 않았다.
- 5 cm로 다른 4개 품종에 비해 엽장과 엽폭의 길이가 적은 경향을 보였다. 엽수는 Agastache 5개 품종의 엽장이 1cm 이상인 것을 골라서 측정하였는데(Fig. 1C), A. rupestris가 A. foeniculum, A. cana, A. rugosa의 SS, SB와 비교했을 때 유의적으로 높은 결과를 보였으며, 가장 낮은 값을 보인 A. foeniculum와 비교했을 때 9.3배 높은 수치를 보였다. 엽면적은 엽장과 엽폭의 결과와 마찬가지로 A.
- 정식 4주 후, 배초향의 초장은 A. rugosa의 SB와 SS가 각각 35.29cm, 32.26cm로 가장 낮은 수치를 나타낸 A. foeniculum과 비교했을 때 유의적으로 높은 값을 나타냈다(Fig. 1A). A.
- rugosa의 SS 및 SB와 비교했을 때 유의적 차이는 없었다. 지상부 생체중의 경우 A. rugosa의 SB와 SS가 유의적으로 높은 값을 나타내었으며, 가장 낮은 값을 보인 A. foeniculum와 비교하여 14배와 12배 많은 결과를 보였다(Fig. 1E). 그리고 지상부 건물중에서는 A.
- Agastache 5가지 품종을 동일한 환경에서 재배시 엽수와 엽면적이 반비례하는 경향을 보였다. 휴대용 엽록소 측정기로 측정된 엽내의 엽록소 함량의 많고 적음을 나타내는 SPAD값은 A. rugosa의 SS 종과 A. rupestris 종에서 각각 56.7, 50.3으로 26.9로 가장 낮은 수치를 보인 A. foeniculum와 비교하였을 때 유의적으로 높았다(Fig. 1D). 그러나 A.
후속연구
- 농도, 토양의 양수분 조건 등의 재배적 요인과, 기능성 물질 축적과 관련된 생물적(biotic) 또는 비생물적 스트레스(abiotic stress) 조건은 배초향의 생산성과 품질에 절대적인 영향을 미친다. 배초향(Agastache)속의 여러 품종들은 체내 함유되어 있는 이차 대사산물(secondary metabolite)의 종류와 함량적 측면에서 건강기능식품의 소재 식물로 활용 가치가 높다. 국내 일부 지역에 자생하는 종과 북미와 아시아에 자생하는 23종 등 다양한 종에 대하여 국내 기후 조건에서 재배에 적합한 종 선발이 필요하다.
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