초록 ▼

○ 연구결과
1. 민들레 수집종의 증식 및 유연관계 분석 연구
국화과(Compositae)에 속하는 다년생 초본 식물로 동․서양에서 식용과 약용으로 다양하게 이용되고 있는 민들레속(Taraxacum)식물자원을 국내 다양한 지역에서 수집하여 생육 및 형태학적 특성, 광원별 LED(Light Emitting Piodes) 조사 효과, 수집자원의 유전적 다양성 및 유전적 변이의 다양성을 조사ㆍ분석하여 민들레 식물의 자원화 및 고부가가치 민들레 소재의 개발을 위한 기초자료로 활용하고자 연구를 수행한 결과는 다음과 같다.

○ 연구결과
1. 민들레 수집종의 증식 및 유연관계 분석 연구
국화과(Compositae)에 속하는 다년생 초본 식물로 동․서양에서 식용과 약용으로 다양하게 이용되고 있는 민들레속(Taraxacum)식물자원을 국내 다양한 지역에서 수집하여 생육 및 형태학적 특성, 광원별 LED(Light Emitting Piodes) 조사 효과, 수집자원의 유전적 다양성 및 유전적 변이의 다양성을 조사ㆍ분석하여 민들레 식물의 자원화 및 고부가가치 민들레 소재의 개발을 위한 기초자료로 활용하고자 연구를 수행한 결과는 다음과 같다.
가. 생육 특성과 LED 조사 효과
1)개화 특성 및 종자생산
개화 특성으로 자생종(T. mongolicum, T. coreanum, T. coreanum var. flavescens)은 연 2회 개화하였고, 귀화종(T. officinale, T. laevigatum)은 봄부터 초겨울까지 다회 개화하였다. 개체당 화경수와 연간 종자 생산량은 귀화종이 자생종에 비해 5～11배 많았고, 자생종 민들레 중 다른 개체보다 많은 종자를 생산하는 수집종을 선발하였다.
2)기내대량증식법 개발
기내배양 재료를 육성하고자 MS배지에 자가수분된 종자를 치상하여 개체를 대량 증식 후 서양민들레 잎을 재료로 다양한 생장조절물질(NAA, BA, 2, 4-D, kinetin)을 MS배지에 단용첨가하여 농도별(0, 1, 2.5, 10mg/ℓ)기관분화 조사한 결과 BA와 IAA 혼용처리와 kinetin과 IAA 혼용처리에서 기관분화율이 높게 나타났으며, 특히 kinetin 2mg + IAA 0.1mg 혼용처리에서 가장 분화율이 높고 생육이 왕성하였다. 이러한 결과를 적용한다면 민들레의 기내 대량재배가 가능할 것으로 판단된다.
3)형태학적 유연관계 분석
5종 민들레 40수집 개체간의 형태학적 유연관계를 분석한 결과 7개 그룹으로 나뉘었고, 민들레(T. mongolicum)는 독립적으로 유집되었으나 흰민들레(T. coreanum), 흰노랑민들레(T. coreanum var. flavescens), 서양민들레(T. officinale), 붉은씨서양민들레(T. laevigatum)는 구분되지 않았다.
4)LED 처리 시험
서양민들레(T. officinalecv. Goldenboll)에 LED를 조사한 결과, LED 조사구의 초기발아 속도가 지연되었고, 발아율은 대조구, 적색광, 혼합광, 청색광 순으로 높았다. 엽수를 제외한 초장, 엽수, 근장, 생체중 등의 생장 특성은 LED 조사로 증가되었고, 적색광의 생장 촉진 효과가 가장 크게 나타났다.
항산화 활성과 기능성 성분 분석 결과 DPPH free radical scavenging과 SOD활성은 적색 LED 시험구에서 가장 높았으며, 대조구와 청색 LED 시험구는 상대적으로 소거능이 약했다. 총 페놀 함량은 적색 LED 시험구와 적색+청색 LED 시험구에서 대조구에 비하여 15~ 20㎎%가 증가하였고, anthocyan 함량은 적색 LED 시험구와 적색+청색 LED 시험구에서 대조구 보다 12~ 16㎎%의 증가를 나타내었다. 총 아미노산 함량은 지상부와 지하부 모두 적색 LED 시험구에서 가장 높은 함량을 보였으며, 적색+청색 LED 시험구도 청색 LED 시험구와 대조구에 비하여 높은 함량을 나타내었다. 적색광과 혼합광 LED 처리시 항산화 활성 및 기능성 성분 함량이 대조구에 비하여 증가하여 고기능성 민들레 소재 생산의 가능성을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 형광등에서 발아 후 적색광 또는 혼합광을 조사하여 재배한다면 수량증대 및 유효성분이 증진된 민들레의 주년생산이 가능할 것으로 판단된다.
나. 유전적 다양성 및 유연관계 분석
1)배수성 분석
배수성을 분석한 결과 자생종인 민들레와 귀화종인 서양민들레와 붉은씨서양민들레가 3배체, 자생종인 흰민들레와 흰노랑민들레는 4배체였다.
2)유전적 다형성
ISSR 마커를 이용하여 서양민들레와 흰민들레 30개체를 분석한 결과, 서양민들레와 흰민들레는 유전적 다형성(polymorphism)이 96.0%로 높았으며, 귀화종인 서양민들레가 자생종인 흰민들레 보다 높은 종내 유전적 변이를 나타내었다. 유전적 유사도 지수는 최저 0.179에서 최고 0. 922사이로 유전적으로 매우 다양한 것으로 나타났다. 군집분석결과 서양민들레와 흰민들레가 분리되어 군집되었으며, 조계산에서 수집한 개체는 노지와 해안 지역에서 수집한 개체와 유전적으로 차이를 나타내어 독립적인 그룹으로 유집되었다.
3)유전적 유사도
국내 노지, 산지, 도서, 해안에서 수집한 5종의 민들레속 32개체를 분석한 결과, 민들레속 5종간에 100% 다형성을 나타내었고, 자생종간 유전적 다형성과 귀화종간 유전적 다형성은 유사한 수준이었으며, 총 32수집 개체간의 유전적 유사도 지수는 최저 0. 025에서 최고 0. 860사이로 32개 개체간 전체 유전적 유사도 지수 평균은 0. 303이었다. 군집분석 결과 각각 자생종 4개 그룹, 귀화종 3개 그룹과 유집되지 않고 독립적으로 존재하는 2개체로 나뉘었다. 조계산에서 수집한 흰민들레는 ISSR 분석에서 모두 독립적으로 존재하여 유전적으로 상이한 개체로 평가되었다.
다. 핵 리보솜 DNA 영역의 유전적 다양성
생육특성과 ISSR 분석을 기초로 선발한 민들레속 유전자원 5종 22개체의 ITS영역을 증폭하여 염기서열을 분석한 결과, 염기의 길이는 최소 456bp에서 최대 460bp사이로 22수집 개체의 평균 염기의 길이는 457.45bp였다. 함량 평균은 최소 51. 54%에서 최대 52. 86% 사이로 전체 유전자원의 평균 GC 함량은 52.22%였다. 염기서열의 유사도는 최저 0.950에서 최고 0.997사이로, 22개 전체 염기서열의 유사도 평균은 0.974였다. Neighbor-joining phylogenetic tree로 계통분류를 실시한 결과 자생종과 귀화종이 분리되어 분류되었고 전체 수집종이 4개 분류군과 독립적으로 존재하는 1개체로 나뉘어졌다.
라. 엽록체 DNA 영역의 유전적 다양성
1)cpDNA 변이성 분석
생육특성과 ISSR 군집 분석을 기초로 선발한 민들레속 유전자원 5종 23개체의 cpDNA 변이성을 분석한 결과 trnL-trnF 영역의 염기서열의 길이는 자생종은 929 bp에서 930 bp, 귀화종은 910 bp에서 975bp로 자생종과 귀화종간 차이를 보였다. GC 함량은 36. 78%에서 38. 25% 사이로 평균 37. 02%였다. 개체 및 종간에 나타난 삽입, 결실 및 치환의 변이는 총 47개 영역에서 발생하였고, 이 중 11개 영역에서 귀화종과 자생종간 차이를 나타내었다. 개체별 transition이 15개 영역, transversion은 7개 영역에서 발생하여 transition이 transversion에 비하여 2배 이상 검출되었다. 삽입 및 결실 변이는 4개 영역에서 119개의 염기 변이가 검출되었다. 염기서열 유사도 지수는 최소 0. 864에서 최대 1. 000사이로 염기서열유사도 지수 평균은 0. 963이었다. Neighbor-joining phylogenetic tree로 유연관계를 분석한 결과, trnL[UAA]-trnF[GAA]에서는 전체 수집종이 4개 분류군으로, 자생종과 귀화종이 독립적으로 분류되었고, 흰노랑민들레를 제외한 다른 종들도 독립적으로 그룹을 이루었다.
2)rps16-trnK 영역 분석
민들레속 5종 21개체의 rps16-trnK 영역을 분석한 결과, 염기서열의 길이는 847bp에서 883bp 사이로 종간 및 개체간 차이를 나타내었다. GC 함량은 27. 65%에서 29. 05% 사이로 평균 28. 12%였다. 전체 염기서열에서 개체 및 종간 나타난 삽입, 결실 및 치환의 변이는 총 33개 영역에서 발생하였고, 이 중 2개 영역에서 귀화종과 자생종간 차이를 나타내었다. 종내의 개체별 치환된 염기 중 transition이 17개 영역, transversion은 7개 영역에서 발생하여 transition이 transversion에 비하여 2. 4배 이상 발생하였다. 염기의 삽입 및 결손은 5개 영역에서 47개의 염기 영역에서 발생하였다. 염기서열 유사도 지수는 최소 0. 938에서 최대 0. 998사이로 염기서열 유사도 지수 평균은 0. 978이었다. rps16-trnK 영역의 유연관계 분석결과, 전체 수집종은 5계통으로 분류되었으며 흰노랑민들레와 흰민들레는 분리되지 않고 한 그룹으로 유집되었으나 이를 제외한 다른 종들은 독립적인 그룹을 이루었다.
마. 양성자빔 처리와 생장 및 변이성
1)양성자빔 처리 시험
새로운 민들레의 유전자원 개발에 기초자료를 제공하고자 양성자빔을 10Gy에서 1500Gy사이에 다양한 선량으로 민들레(T. officinalecv. Goldenboll)건조종자에 조사하여 발아율과 생존율 및 생장에 미치는 영향을 조사한 결과 발아율과 초장, 엽수, 근장 모두 선량의 증가에 따라서 감소하였으며, 선량의 증가에 따른 상관은 발아, 초장, 생체중, 생존율, 엽수 순으로 높은 상관관계를 나타내었고, 발아를 기초로 한 LD50 선량은 100Gy에서 250Gy사이였다.
2)ISSR 분석
왜성, 색소체변이, 생육변이, 엽형변이 등 다양한 변이체를 선발하여 ISSR 분석을 실시한 결과 대조구는 총 33개 밴드 중 8개의 다형성 밴드가 검출되어 24. 2%의 다형성을 나타내었고, 양성빔 조사구는 총 33개 밴드 중 21개의 다형성 밴드가 검출되어 다형성 비율은 63. 6%로 양성자빔 처리에 의해 민들레의 변이성이 증대되었다.
3)고바이오매스 유전자원 육성
생육이 왕성한 고바이오매스 유전자원을 육성하고자 2011년에 서양민들레 종자에 양성자빔 50Gy를
조사하여 얻은 돌연변이 개체에서 종자를 채종하여 M₁ 세대를 육성하였다. 육성된 400여 M₁ 개체 중 생육이 왕성하여 초장이 크고, 엽수가 많은 22개체를 선발 후 포장에 이식하여 2012년 6월부터 2013년 4월까지 생육특성을 조사하고, 생육이 가장 왕성한 시기인 8월에 지상부를 수확하여 기능성 성분함량을 분석하였다. 선발계통별 초장은 원품종 골든볼에 비하여 3~5월 사이에는 9~24cm, 6~8월에는 최대 28cm까지 길었다. 엽수는 모든 계통에서 원품종보다 3배 이상 많았다. M₂세대 생장조사 결과를 바탕으로 초장이 길고 엽수가 많은 8계통의 고바이오매스 유전자원의 총페놀함량(클로로젠산, 탄닌산, 카테킨)과 총플라보노이드 함량을 분석한 결과, 3계통은 클로로젠산이 7~31%, 탄닌산이 6~27%, 카테킨이 6~28%, 그리고 총플라보노이드가 4~48% 정도 다른 계통보다 높게 나타났다.
바. 종합결론
본 연구는 다양한 지역에서 수집한 국내 민들레속 식물자원의 생육과 외부 형태학적 특성, LED 조사 효과, 유전적 다양성, 유전적 변이의 다양성을 구명하여 민들레 식물 자원화를 위한 개체선발과 고부가가치 민들레 소재개발의 가능성을 제시하였다. 그 결과로 생장조절물질의 적절한 혼용처리로 분화율이 높고 생육이 왕성한 기내 대량재배가 가능하고, 적색광 또는 혼합광을 조사하여 재배한다면 수량증대 및 유효성분이 증진된 민들레의 주년생산이 가능하다고 판단된다.
유전적 다양성 및 유연관계 분석에서 배수성 및 유전적 다형성에서 큰 차이를 보였고 특히ISSR 마커를 이용하여 서양민들레와 흰민들레 30개체를 분석한 결과, 서양민들레와 흰민들레는 유전적 다형성(polymorphism)이 96. 0%로 높았으며, 귀화종인 서양민들레가 자생종인 흰민들레보다 높은 종내 유전적변이를 나타내었다. 수집한 흰민들레는 ISSR 분석에서 모두 독립적으로 존재하여 유전적으로 상이한 개체로 평가되었다. 핵 리보솜 DNA 영역의 유전적 다양성에서 Neighbor-joining phylogenetic tree로 계통분류를 실시한 결과 자생종과 귀화종이 분리되어 분류되었고 전체 수집종이 4개 분류군과 독립적으로 존재하는 1개체로 나뉘어졌다.
엽록체 DNA 영역의 유전적 다양성에서는 Neighbor-joining phylogenetictree로 유연관계를 분석한 결과, trnL[UAA]-trnF[GAA]에서는 전체 수집종이 4개 분류군으로, 자생종과 귀화종이 독립적으로 분류 되었고, 흰노랑민들레를 제외한 다른 종들도 독립적으로 그룹을 이루었다.
rps16-trnK 영역의 유연관계 분석결과, 전체 수집종은 5계통으로 분류되었으며 흰노랑민들레와 흰민들레는 분리되지 않고 한 그룹으로 유집되었으나 이를 제외한 다른 종들은 독립적인 그룹을 이루었다.
양성자빔 처리에 의해 민들레의 변이성이 증대되었다. 생육이 왕성한 고바이오매스 유전자원을 육성한 결과 초장이 길고 엽수가 많은 고바이오매스 유전자원의 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량이 다른 계통보다 높게 나타났다.
따라서 한국에서 자생하는 민들레속의 귀화종과 자생종에 대한 유전적 다양성 및 유연관계가 분석되었고 이를 바탕으로 기능성 강화를 위한 다양한 고바이오매스 유전자원의 획득과 활용으로 기존의 민들레가 갖는 기능성을 강화된 민들레 종을 공급(제1과제)함으로써 재배생산 분야(제2과제)와 가공 및 제품화 분야(제3과제)에 크게 기여할 것으로 예상된다.
2. 민들레 수집종의 생태 및 생물학적 환경 모니터링 특성 연구
가. 민들레 수집종의 생리·생태 연구
1)수집종 민들레의 일반성분 및 무기질 함량 분석
전국 7개 지역에서 수집된 서양민들레의 일반성분을 분석한 결과 지역적으로 달리 나타났으며 지하부보다는 지상부가 높은 함량을 보였고 조회분이 평균 21. 18%로 가장 높았고, 조단백질과 조섬유 및 조지방 순으로 높게 나타났다.
지역별 서양민들레의 일반성분은 뿌리보다는 지상부가 높은 함량을 보였고 그 중 조회분이 가장 높게 나타났다. 칼슘, 마그네슘, 철, 알루미늄, 및 몰리브덴 함량은 잎에서, 칼륨, 나트륨과 망간은 뿌리에서 더 많이 함유되었다.
한편, 중금속 카드뮴, 니켈 및 납은 공단지역인 삼일과 상암에서, 뿌리보다 지상부에서 더 높게 검출되었다.
2) 수집종 민들레의 주변 토양환경 분석
지역별 토양의 유기물 함량, 전탄소, 전질소 및 전인산 함량은 민들레 토양이 비민들레 토양보다 훨씬 높게 나타났다. 한편, pH와 EC, K를 제외한 Ca, Mg및 Na를 포함한 양이온 함량 및 CEC는 민들레 토양이 비민들레 토양보다 낮게 나타났다.
지역별 토양의 중금속 함량은 크롬을 제외한 철, 비소, 카드뮴, 구리, 니켈, 납, 아연은 민들레 토양이 비민들레 토양보다 낮은 함량을 보였고, 수은은 검출되지 않았다.
토양의 생물성 연구에서 방선균(actinomyces), 세균류(bacteria), 곰팡이류(fungi)의 밀도는 전반적으로민들레 토양이 비민들레 토양보다 높은 경향을 보였다.
3)제주지역 서양민들레 서식지 토양환경
(1)서양민들레 수집 토양의 화학성
제주도 내 지역별로 수집된 서양민들레가 자라고 있는 뿌리 주변 토양(약어:민들레 토양)과 민들레가 자라지 않는 인근 주변 토양(약어:비민들레 토양)의 산도(pH)는 차이가 없었고, 민들레 토양의 EC는 비민들레 토양에 비해 높게 나타났다.
총 질소 함량, 총 인산 함량 칼륨 함량은 비민들레 토양에서 더 높게 나타났고, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 함량은 민들레 토양에서 더 높은 수준을 보였다. 한편, 양이온 치환 용량(CEC)은 민들레 토양에서 더 높은 함량을 보였다.
(2)토양의 중금속 함량
지역간 중금속 함량은 일정한 경향이 없었으며 철분과 구리 함량은 민들레 토양과 비민들레 토양 간에 차이가 없었다. 니켈, 크롬, 납 함량은 민들레 토양에서, 알루미늄과 아연 함량은 비민들레 토양에서 더 높게 나타났고, 비소, 카드뮴, 수은 함량은 미량이거나 미검출되었다.
4)서양민들레의 환경오염 제거능 (phytoremediation)연구
오염지 토양에서 재배된 민들레 생육은 대체적으로 오염물질에 의해서 영향을 받지 않고 정상적인 생육을 하는 것으로 나타났다.
오염토양에서 서양민들레가 재배된 후 토양의 화학성에 있어서 pH와 유효인산 함량은 증가하는 경향이 뚜렷하였으나, EC, OM, TP함량은 경시적으로 감소하는 경향이 뚜렷하였다. 오염토양에서 서양민들레가 재배된 후 토양에 있어서 칼륨만이 감소하였고 칼슘, 마그네슘, 나트륨 및 CEC는 증가하는 경향이 뚜렷하였다.
오염토양에서 서양민들레를 재배한 후 10개월 째 토양의 중금속 함량에 있어서 알루미늄, 철, 망간, 몰리브덴, 아연, 비소, 구리, 니켈, 납, 크롬 모두에서 감소하는 경향을 보였다. 하지만 비소, 카드뮴, 수은은 미량으로 검출되었고 일정한 경향을 보이지 않은 것으로 나타났다.
나. 시설 재배환경에 따른 민들레의 생육 및 수량 변이특성
1)시설재배지 환경 분석
시험기간의 각 재배지별 기상환경 특성 중 평균 광량은 하우스 안의 무차광, 50%차광 및 70%차광에서 각각 88.6, 39.6및 22.9μmolphotonsm^-2s^-1로 나타났다. 재배기간 중 특히 5월부터 10월의 광 강도는 내부의 플라스틱하우스 무차광, 50%와 70%차광에서 각각 4.8~ 341.4, 1.8~ 146.8, 1.4~ 59.0μmol photonsm^-2s^-1 범위를 보였다. 재배기간 중 5월부터 10월의 주간 온도는 하우스 외부는 13.8~ 27.2℃인데 비해 하우스 내의 무차광, 50%차광, 70%차광에서 각각 16.5~ 28.3℃, 16.5~ 27.9℃, 16.3~ 27.5℃ 범위를 보여 외부에 비해 1.1~2.5℃ 정도 높은 것으로 나타났다. 재배기간 중 5월부터 10월의 상대습도는 52.5~ 95.3%의 범위로 평균 상대습도 80.3%를 나타냈다. 재배시험 기간 중 시설하우스 외부의 일조시간은 조사일 중 9월 1일에 최대 10. 5시간으로 가장 높은 수치를 보인 것으로 나타났다. 따라서 시설하우스 내외부의 기상환경은 광, 온도, 습도에 있어서 뚜렷한 차이를 보임으로써 이에 따른 재배작물의 생육과 수량 및 생리활성에 적지 않은 영향을 미칠 것으로 예상된다.
재배지 및 배지별 토양환경 특성은 하우스 안의 pH, EC, 유효인산 함량, 치환성 양이온 및 CEC가 외부 포장에 비해 매우 높게 나타났다. 이는 하우스 안이 외부 포장에 비해 잔류 비효 성분이 많은 것으로서 비옥도가 높음을 알 수 있었다. 한편 각 고형배지 조합에 따른 토양의 화학성의 차이는 coco-peat함유비율이 높을수록 pH를 제외한 EC, 유기물 함량, 유효인산 함량, 치환성 양이온 및 CEC이 높게 나타났고 perlite가 많을수록 낮게 나타났다.
2)차광 및 배지조성에 따른 민들레의 생육 및 수량특성 연구
민들레 지상부의 주당 생체중은 무차광에서 12.3~36.6g으로 가장 높았고, 50%차광과 70%차광에서 각각 0.9~ 3.9g과 1. 0~ 3.2g으로 낮게 나타나 차광에 의한 지상부 생육의 감소가 뚜렷한 것으로 나타났다.
배지간에는 무차광에서 코코피트와 퍼라이트 두 혼합배지와 퍼라이트 단독배지에서는 높았으나 코코피트 단독배지에서는 유의적으로 낮게 나타났고, 50%차광에서는 코코피트와 퍼라이트 50:50혼합배지가 가장 높았고 퍼라이트 단독배지가 가장 낮았다. 한편, 70%차광에서는 배지간의 차이는 일정한 경향이 없이 유의성이 인정되지 않았다.
민들레 지하부의 주당 생체중은 무차광에서 1.6~ 14.2g으로 가장 높았고, 50%차광과 70%차광에서 각각 0.07~0. 4g과 0.04~0.2g으로 낮게 나타나 차광에 의한 지하부 생육 역시 크게 감소되었다.
배지간에는 무차광에서 코코피트와 퍼라이트 50:50혼합배지에서 가장 높았고, 그 다음이 코코피트와 퍼라이트 70:30혼합배지, 퍼라이트 단독, 코코피트 단독배지 순으로 코코피트 단독배지에서 유의적으로 가장 낮게 나타났고, 50%차광에서는 코코피트와 퍼라이트 50:50혼합배지가 가장 높았고 코코피트 단독배지가 가장 낮았다. 한편, 70%차광에서는 배지간의 차이는 일정한 경향이 없이 유의성이 인정되지 않았다.
이상의 결과를 종합해 보면 민들레에서 배지조성간의 차이는 무차광에서 지상부는 코코피트와 퍼라이트 두 혼합배지와 퍼라이트 단독배지에서 가장 높은 생육과 수량을 보였으나 코코피트 단독배지에서 가장 낮았고, 50%와 70%의 차광에서는 무차광에 비해 현저한 감소를 보였다.
한편, 지하부 생육은 코코피트와 퍼라이트 50:50혼합배지에서 가장 높게 나타났고 코코피트 단독배지에서 가장 낮았다. 50%와 70%의 차광에서는 무차광에 비해 현저한 감소를 보였다. 따라서 민들레의 시설재배지에서 생육과 수량 특성은 차광에 의해서 유의적인 영향을 받는 것으로 나타났으며 배지조성의 경우 코코피트와 퍼라이트 혼합배지가 단독배지보다 더 높은 수량을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
3)온도변이에 따른 민들레의 생육 및 수량특성 연구
온도변화에 따른 민들레의 생육반응을 조사한 결과 25℃에서 가장 높은 생육을 보였고 20과 30℃에서 생육이 감소하였으나 통계적인 유의성은 없는 것으로 나타났다. 특히, 엽록소 함량, 엽면적, 근장,
근직경, 지상부중은 25℃에서 유의적으로 가장 높았으나 초장, 엽수와 지하부중에 있어서는 온도간 유의성을 보이질 않았다.
결과적으로 온도간의 민들레의 생육과 수량은 25℃에서 가장 높았고 다음이 20℃와 30℃로 나타나 시설재배지 민들레의 원료 생산을 위해 25℃온도가 가장 적절한 것으로 나타났다.
4)계절변이(정식시기)에 따른 민들레의 생육 및 수량특성 연구
계절별로 정식시기를 달리하여 60일간 재배된 민들레의 생육특성을 파악한 결과 초장은 5월에 정식한 것이 높았으나 정식시기 간의 유의성은 인정되지 않았으나 엽수와 엽면적은 3월과 5월에 정식한 것이 각각 19.9~ 23.3개와 1,380. 5~ 1,426. 5㎠로서 7월에 정식한 것 960.4㎠보다 유의적으로 높게 나타났다. 지상부 생체중은 3월과 5월에 정식한 것이 각각 40.4와 42.5g으로 7월에 정식한 35. 5g에 유의적으로 높게 나타났다. 따라서 7월에 정식했을 때 민들레의 지상부 생육에 부정적인 영향을 줄 수있을 것으로 예상된다. 한편, 지하부 생육에서는 근장, 근직경과 엽록소 함량은 3월과 5월에 정식한 것이 7월에 정식한 것보다 높게 나타났고 지하부 생체중은 5월에 정식한 것이 18.8g으로 가장 높았고, 3월과 7월에 정식한 것은 11.9와 8.6g으로 나타나 정식시기에 따라 유의적으로 뚜렷한 차이를 보였다. 따라서 민들레 재배시 적절한 정식시기는 5월 이전에 이루어져야 할 것으로 예측되었다.
다. 민들레 연중 대량생산 시스템 구축
1)종자 및 실생묘를 이용한 대량증식법 개발
(1)온도별 발아특성
광도별로 본 민들레의 발아는 30℃온도에서 5,000과 10,000lux광도에서 52%정도로 가장 높은 발아율을 보인 것으로 나타났다.
(2)휴면타파제 처리에 따른 발아특성
휴면타파제 처리에 따른 민들레의 발아는 KNO₃가 파종 후 10일째 발아율은 69%로 가장 높게 나타나 증류수(DW)48%보다 21% 증가되었고, GA3가 58%로 증류수(DW)보다 10% 증가한 것으로 나타났다. 그러나 BA는 발아율은 20%에 그쳐 휴면타파에 영향이 없는 것으로 나타났다.
(3)증식방법별 생육특성
종자로 파종된 것과 20일 정도 된 묘를 정식한 후 90일째 민들레의 생육특성을 조사한 결과, 정식한 민들레의 초장과 근장이 각각 22.3과 13.8cm로 파종한 민들레 각각 18.5와 10.1cm 보다 높았으나 유의적인 차이는 없는 것으로 나타났다.
2)고품질 다수확 양액재배 시스템 개발
(1)표준 시설재배 수량분석
배지별 서양민들레의 10a당 지상부 생체중은 코코피트와 퍼라이트가 70:30으로 혼합된 배지에서 1,976kg으로 가장 높은 수량을 보였고 노지토경 356kg에 비해 5. 5배 이상의 증수를 보였고 코코피트와 퍼라이트가 50:50은 1, 873kg으로 노지토경보다 5. 3배, 퍼라이트 단일 배지는 1,760kg으로 나타나 노지토경의 4.9배 증수된 것으로 나타났다. 한편, 코코피트 단일배지는 가장 낮아 664kg을 보였으나 노지토경보다 1.9배 높은 수량을 보였다. 이는 코코피트와 퍼라이트를 혼합한 배지에서 그들의 단일 배지보다 높은 수량을 보임으로써 민들레의 지상부 시설생산에서 최적배지인 것으로 나타났다.
한편, 재배지별 서양민들레의 10a당 지하부 생체중은 코코피트와 퍼라이트가 50:50으로 혼합된 배지에서 767kg을 보여 가장 높은 수량을 보였고 노지토경 205kg에 비해 3. 7배 이상의 증수를 보였고, 그 다음이 코코피트와 퍼라이트가 70:30은 567kg으로 노지토경보다 2.8배, 퍼라이트 단일 배지는 491kg으로 나타나 노지토경의 2.4배 증수된 것으로 나타났다. 그러나 코코피트 단일배지는 가장 낮아 86kg을 보였고 노지토경의 42% 수준의 낮은 수량을 보였다. 이는 코코피트와 퍼라이트를 혼합한 배지에서 그들의 단일 배지보다 높은 수량을 보임으로써 민들레의 지하부 시설생산에서 최적배지인 것으로 나타났고, 코코피트 단일배지는 적당하지 않는 것으로 나타났다.
(2)표준 시설재배법 개발
민들레의 시설재배지에서 생육과 수량 특성은 차광에 의해서 유의적인 영향을 받는 것으로 나타나 적절한 광을 필요로 하며, 배지조성의 경우 코코피트와 퍼라이트 혼합배지가 단독배지보다 더 높은 수량을 기대할 수 있을 것으로 판단되었다. 시설재배지 민들레의 원료 생산을 위해서는 25℃온도가 가장 적절한 것으로 나타났다. 온도별 발아는 30℃의 높은 온도에서 낮은 온도보다 높게 나타났다. 종자의 휴면 타파를 위해 KNO₃ 처리를 할 경우 발아율 향상을 기대할 수 있었고 민들레 시설재배시 정식하는 것이 파종할 경우보다 높은 생육과 수량을 기대할 수 있을 것으로 예상되며 적절한 정식시기는 5월 이전에 이루어져야 할 것으로 판단되었다.
양액은 일본원시(Ikeda, 1986)균형배양액을 사용하여 생육초기에는 1/2배액(EC 1.1dS·m^-1), 생육중반 이후부터는 표준농도(EC 2.2dS·m^-1)로 조정하여 급액하였으며, 파종 및 정식 후 1주일간은 물만 공급하였고, 2주째부터는 양액을 공급하였고 타이머를 이용하여 오전 10시부터 오후 4시까지 시간당 각각 15분간 비순환식으로 각 식물체당 100㎖씩 공급하는 것이 적절한 것으로 나타났다.
라. 종합결론
각 지역별로 수집된 서양민들레의 식물체 및 토양의 화학적 특성은 유의적인 차이를 보여 원료 수집 및 재배시 표지물질의 정량적 특성파악은 필수적이라 사료되며 특히 자가수정을 통해 번식하는 민들레 특성상 유전적으로 높은 다양성과 다형성을 갖고 있는 것과 연관성이 있다고 볼 수 있다.
민들레에 의한 오염물질의 식물학적 제거능(phytoremediation)을 검토하기 위한 연구에서 민들레 재배 후 시간이 경과함에 따라 중금속의 함량이 감소됨을 확인할 수 있었다. 오염토양에서 서양민들레를 재배한 후 10개월 째 토양의 알루미늄, 철, 망간, 몰리브덴, 아연, 비소, 구리, 니켈, 납, 크롬 모두가 감소하는 경향이 뚜렷하였다. 토양 층위별로 중금속 함량은 다소간에 차이가 있었으나 중금속 종류마다 다르게 나타났다. 이는 앞으로도 정밀하고 집중적인 후속적인 연구개발이 이루어져야 할 것으로 보인다.
민들레의 시설재배지에서 생육과 수량 특성은 차광과 배지조성에 의해서 유의적인 영향을 받는 것으로 나타나 적절한 광과 배지조성은 야생 민들레의 작물화를 위해 반드시 고려해야 할 환경조건인 것으로 드러났다.
중금속을 제거(흡수)하는 능력의 monitor와 항산화, 항암성 및 항염성의 고기능성 식품이라는 아이러니한 민들레의 특성을 두고 논란의 여지가 없지 않으나 친환경적 시설재배는 필수적이며 재배에서 유통에 이르는 엄격한 인증절차를 준수하여 청결하고 깨끗한 원료로 제조된 식품개발에 기여할 것으로 기대된다.
따라서 민들레 지역별 특성 파악, 생물학적 중금속 흡수능력, 최적의 재배환경 설정을 통해 친환경적 대량재배생산 시스템을 농가에 보급할 수 있을 것으로 예상된다.
3. 민들레 수집종의 생리활성 분석 및 식이발효식품 개발 연구
가. 민들레 수집종의 생리활성물질 및 기능성
1)민들레 수집종의 생리활성물질
전국 7개 지역에서 수집된 서양민들레로 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 지역마다 달리 나타났고 지상부의 메탄올 추출물이 지하부보다 높은 함량을 보였다.
2)민들레 수집종의 기능성
전국 7개 지역에서 수집된 서양민들레의 지상부와 지하부의 DPPH radical-scavenging activity, Nitrite 소거능, 폐암 세포주(CALU-6)와 위암 세포주(SNU-601)에 대한 항암활성 역시 수집 지역마다 달리 나타났고 지상부의 메탄올 추출물이 지하부보다 높은 활성을 보였다.
3)입지별 민들레 수집종의 생리활성물질 및 기능성
Folin-Denis방법에 따라 표준물질 chlorogenic acid를 근거로 분석된 민들레 부위별 추출물 농도 1,000mg kg^-1에 대한 총 페놀 함량은 꽃 추출물이 73.0mg kg^-1로 가장 높게 나타났으며, 그 다음이 잎 추출물로 51.4mgkg^-1이었고 뿌리와 꽃대는 각각 20.6과 20.4mgkg^-1로 가장 낮은 함량을 보였다.
Naringin을 표준물질로 분석한 총 플라보노이드 함량은 총 페놀 함량 보다는 낮은 함량을 보였으나 민들레 부위별 함량 차이 같은 경향을 보였다.
민들레 부위별 메탄올 추출물에 대한 DPPH 라디컬 소거능을 HPLC로 분석한 결과 메탄올 추출물 2,000mgkg^-1에서 DPPH 라디컬 소거능은 꽃 추출물이 89%로 가장 높았고 다음이 잎, 뿌리, 꽃대 순으로 각각 62.1, 54.7, 37.2%로 나타났다.
민들레 부위별 지상부의 폐암 세포주(CALU-6)에 대한 세포 생존율은 꽃 추출물에서 가장 낮았고 (IC₅₀ 값 =85.7mgkg^-1), 그 다음으로 잎(IC₅₀ 값 =251.3mgkg^-1), 꽃대(IC₅₀ 값 =284.5mgkg^-1), 뿌리 추출물(IC₅₀ 값 =775.4mgkg^-1)순으로 뿌리 추출물이 가장 높은 생존율을 보였다.
서양민들레 서식장소의 지형에 따른 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical-scavenging activity및 Nitrite소거능은 지형간에 차이가 없는 것으로 나타났다.
오염지별 서양민들레의 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical-scavenging activity 및 Nitrite소거능은 차이가 없는 것으로 나타났다.
서양민들레 종류별 1, 000mgkg^-1 농도의 메탄올 추출물에 대한 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 민들레가 흰민들레와 서양민들레에 비해 지상부 및 뿌리 추출물에서 각각 76.8와 40.0mgkg^-1을 보여 다른 종보다 유의적으로 높게 나타났다. 서양민들레의 지상부 및 지하부 추출물에서 DPPH 라디컬 소거능은 민들레, 서양민들레, 흰민들레 순으로 높은 활성을 보였다. 민들레 종류별 지상부와 뿌리의 폐암 세포주(CALU-6)에 대한 항암활성은 민들레 추출물에서 가장 낮았고, 그 다음으로 흰민들레, 서양민들레 순으로 높은 생존율을 보였다.
민들레 종류별 지상부와 뿌리의 위암 세포주(SNU-601)에 대한 항암활성은 폐암 세포주에 비해 상대적으로 낮은 항암활성을 나타냈다. 서양민들레 지상부 추출물에서 가장 낮은 세포 생존율(IC₅₀값 = 179. 6mgkg^-1)을 보였고, 뿌리는 민들레 추출물에서 가장 낮은 세포 생존율(IC₅₀값 = 201. 6mgkg^-1)을 보였다.
수집시기에 따른 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 지상부는 3월에 수집한 것이 가장 높은 함량을 보였으나 지하부는 수집시기간에 유의성은 없는 것으로 나타났다. 수집시기에 따른 DPPH 라디컬소거능은 2, 000mgkg^-1 추출물 농도에서 지상부와 지하부 모두 3월에 수집한 것이 각각 91. 5와 88. 4%로 6월과 9월에 수집한 것보다 높은 활성을 보였다.
용매분획에 따른 총 페놀 함량을 catechin을 표준물질로 하여 측정한 결과 지상부는 헥산층이 78.8mgkg^-1, 지하부는 에틸아세테이트층이 76.6mgkg^-1로 가장 높은 함량을 보였다. 총 플라보노이드 함량을 naringin을 표준물질로 하여 측정한 결과 지상부는 메탄올 추출물이 37.6mgkg^-1로 가장 높은 함량을 보였으나 용매분획 중에서는 헥산층이 27.7mgkg^-1로 가장 높은 함량을 보였다. 용매분획에 따른 DPPH 라디컬 소거능은 헥산층(30.4~36.3mgkg^-1)이 다른 용매분획에 비해 낮은 활성을 보였다.
4)제주지역 민들레 수집종의 생리활성물질 및 기능성
제주 지역에서 수집된 서양민들레로 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 지역마다 달리 나타났고 지상부의 메탄올 추출물이 지하부보다 높은 함량을 보였다. 제주 지역에서 수집된 서양민들레의 지상부와 지하부의 DPPH radical-scavengingactivity, Nitrite소거능, 폐암 세포주(CALU-6)와 위암 세포주(SNU-601)에 대한 항암활성 역시 수집 지역마다 달리 나타났고 지상부의 메탄올 추출물이 지하부보다 높은 활성을 보였다.
제주지역에서 지형에 따른 총 페놀 함량은 지상부와 지하부 모두에서 섬의 민들레가 각각 59.9와 36.1mgkg^-1로 가장 높은 함량을 보였다. 서식장소의 지형에 따른 총 플라보노이드 함량은 지상부에서 중산간지역의 민들레가 28. 9mgkg^-1, 지하부에서는 산간지역에서 8. 7mgkg^-1로 각각 높은 함량을 보였다. 서식장소의 지형에 따른 DPPH 라디컬 소거능은 섬 지역의 민들레가 89. 2%, 지하부에서는 섬과 산간지역에서 각각 90.5와 91.8%로 가장 높은 활성을 보였다.
제주지역에서 채취한 민들레의 추출물 폐암 세포주(CALU-6)와 위암 세포주(SNU-601)에 대해 세포독성을 MTT assay로 측정한 결과 지상부보다는 지하부 추출물이, 위암 세포주(SNU-601)보다는 폐암 세포주(CALU-6)에 대해 더 높은 항암활성이 있는 것으로 나타났다. 폐암 세포주(CALU-6)의 지상부와 지하부 추출물 800mgkg-1에서 세포생존율은 각각 89.7과 63.5%를 보였고, 위암 세포주(SNU-601)에서는 각각 101.4와 92.9%를 보여 높은 세포생존율을 보임으로써 폐암 세포주(CALU-6)에 대해 더 높은 항암 활성을 보인 것으로 나타났다.
나. 시설 재배환경에 따른 민들레 생리활성물질 및 기능성 변이
1)배지조성에 따른 생리활성물질 및 기능성 변이
배지조성에 따른 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 지하부(2.2~ 3.3mg kg^-1)보다는 지상부(16.1~ 21.9mgkg^-1)가 더 높게 나타났고 지하부는 배지간 유의적인 차이를 보이지 않았으나 지상부는 코코피트와 퍼라이트 70:30혼합배지와 퍼라이트 단독배지에서 가장 높은 함량을 보였다. 배지조성에 따른 DPPH 라디컬 소거능은 2, 000mg kg^-1 추출물 농도에서 지상부(26.8~ 48.4%)보다는 지하부(29.6~ 49.3%)에서 약간 더 높은 활성을 보였고, 지상부에서는 코코피트 단독배지가 48.4%로 가장높았고, 지하부에서는 코코피트와 퍼라이트 70:30혼합배지에서 49.3%로 가장 높은 활성을 보였다. 따라서 민들레 재배시 배지조성별 항산화성은 코코피트가 높을수록 높은 경향을 보였다.
배지조성별 민들레의 APX 활성은 지상부(273.2~ 379.0unit)보다는 지하부(540.6~ 934.2unit)가 뚜렷하게 높았으나 각 배지간의 활성차이는 없는 것으로 나타났다. 배지조성별 민들레 CAT 활성은 지하부(18.9~ 21.4unit)보다는 지상부(31.9~ 47.2unit)가 뚜렷하게 높았으나 배지조성간의 유의적인 차이는 인정되지 않았다. 배지조성별 민들레 POX 활성은 지상부(14.5 ~ 22.0 unit)보다는 지하부(52.4 ~79.9unit)가 뚜렷하게 높았으나 지상부는 배지조성간에 차이는 없는 것으로 나타났고, 지하부는 코코피트와 퍼라이트 단독 배지에서 코코피트와 퍼라이트 혼합배지보다 높은 활성을 보였다). 배지조성별 민들레의 SOD 활성은 지상부(78.2~ 90.6unit)보다는 지하부(83. 5~ 92.6unit)가 약간 높았으나 지상부와 지하부 모두 각 배지별 활성차이는 없는 것으로 나타났다.
2)차광정도에 따른 민들레 생리활성물질 및 기능성 변이
총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 지하부보다는 지상부에서 높게 나타났으며 총 페놀 함량은 무차광에서 차광보다 높게 검출되었고, 총 플라보노이드 함량은 50%차광에서 가장 높았고 그 다음이 무차광과 70%차광 순으로 높았다.
차광별 민들레의 APX 활성은 지상부는 무차광보다는 차광조건에서, 지하부에서는 50%차광에서 가장 높게 나타났다. 차광별 민들레CAT 활성은 지상부와 지하부 모두 차광이 높을수록 높은 활성을 보였고 지상부(5.8~ 25.4unit)보다는 지하부(9.3~ 73.8unit)가 더 높게 나타났다. 지상부에서는 70%차광에서 25.4unit으로 가장 높은 활성을 보였고, 지하부에서는 역시 70%차광에서 73. 8unit으로 가장 높은 활성을 보였다.
3)온도변이에 따른 민들레 생리활성물질 및 기능성 변이
온도변이에 따른 재배 민들레의 지상부 및 지하부의 총 페놀 함량은 30℃에서 75.7와 44.2mgkg^-1로 가장 높은 함량을 보였으나 온도 간에 유의성은 없는 것으로 나타났다. 온도변이에 따른 DPPH 라디컬소거능은 지상부보다는 지하부에서, 적정 재배온도인 25℃에서 보다는 20℃와 30℃온도에서 더 높은 활성을 보였다.
재배온도별 민들레의 APX 활성은 지상부에서는 30℃에서 지하부는 25℃에서 각각 가장 높은 활성을 보였으나 온도간의 유의성은 없는 것으로 나타났다. Catalase(CAT)활성은 지상부와 지하부 모두에서 25℃에서 가장 높은 활성을 보였으나 온도간의 유의성은 없는 것으로 나타났다. POX 활성은 지상부에서는 30℃에서, 지하부는 25℃에서 가장 높은 활성을 보였으나 온도간의 유의성은 없었다. SOD 활성은 각 온도별 활성차이는 없는 것으로 나타났다.
재배온도별 민들레의 MTT assay에 의한 세포독성은 폐암 세포주(CALU-6)에 대해 지상부와 지하부모두 30℃에서 각각 9. 4와 21. 3%로 가장 낮은 세포생존율을 보여 높은 항암활성을 보였다. 한편, 위암세포주(SNU-601)에 대한 항암활성은 지상부의 경우 30℃에서 높은 항암활성을 보였고 지하부는 20℃에서 가장 높은 항암활성을 보였다.
4)생육단계별 민들레의 기능성 변이
배지별 생육단계별 민들레의 APX 활성은 지상부와 지하부 모두 생육초기가 생육후기보다 높게 나타났으나, 각 배지별로는 활성차이는 없는 것으로 나타났다. Catalase(CAT)활성은 지상부는 생육초기가 생육후기보다 높게 나타났고, 각 배지별 활성차이를 보면 생육초기는 cocopeat50:perlite50혼합배지가 가장 높았으며, 생육후기는 perlite단독배지가 가장 높게 나타났다. POX 활성은 지상부와 지하부 모두 생육초기가 생육후기보다 높게 나타났고, 생육초기는 각 배지별로 활성차이가 없었고, 생육후기는 cocopeat50:perlite50 혼합배지가 가장 높게 나타났다. SOD 활성은 지상부와 지하부 모두 생육초기가 생육후기보다 높게 나타났고, 생육초기는 각 배지별로 활성차이가 없었고, 생육후기는 perlite단독배지가 71. 1unit으로 가장 높게 나타났다.
차광별 생육단계별 민들레의 APX 활성은 지상부는 생육초기(309. 7~ 329. 8unit)가 생육후기(115.4~150.4 unit)보다 높게 나타났으나, 생육초기는 차광별로 활성차이가 없었고, 생육후기는 70%차광이 150.4unit으로 가장 높게 나타났다. CAT활성은 지상부는 생육초기(28. 4~49. 8unit)가 생육후기(5. 8~25.4 unit)보다 높게 나타났고, 차광별 활성은 생육초기와 생육후기가 70%차광에서 각각 49.8과 25.4unit으로 가장 높았다. POX 활성은 지상부와 지하부 모두 생육초기가 생육후기보다 높게 나타났고, 차광별 활성은 생육초기와 생육후기가 70%차광에서 가장 높았다. SOD 활성은 지상부와 지하부 모두 생육초기가 생육후기보다 높게 나타났고, 생육초기는 차광별 활성차이가 없었고, 생육후기가 70%차광에서 가장 높았다.
다. 민들레 원료의 건조 및 가공법 개발
1)발효균주에 의한 민들레 시료 발효기술
Bacillus subtilis(BAS)를 처리한 것과 그렇지 않은 것(control)의 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical scavenging activity 및 nitrite scavenging activity를 12일 동안 비교한 결과, 민들레 잎과 뿌리에서의 성분 함량과 활성은 큰 변화가 없거나 오히려 처음보다 감소하는 경향이었다. 민들레에 Bacillus subtilis(BAS)를 처리하여 발효시키는 경우 지상부 잎보다는 지하부에 있어서 총 페놀 함량과 Yeast를 처리한 것과 그렇지 않은 것의 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical scavenging activity 및 nitrite scavenging activity를 12일 동안 비교한 결과, 민들레 잎과 뿌리에서의 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량과 DPPH radical소거활성은 큰 변화가 없거나 오히려 처음보다 감소하는 경향이었다.
2)건조 방법에 따른 유효성분 및 기능성 변화
민들레의 건조방법에 따른 총 페놀 함량은 지상부와 지하부에서는 자연건조법이 각각 96.9과 24.6mg kg^-1로 가장 높은 함량을 보였다. 한편, 총 플라보노이드 함량은 지상부에서는 동결건조법이 64.2mgkg^-1로 가장 높은 함량을 보였고 지하부에서는 상온건조법이 8. 8mgkg^-1로 가장 높게 나타났다.
민들레의 건조방법에 따른 DPPH 라디컬 소거능은 지상부는 고온건조(89.1%), 자연건조, 동결건조 순으로, 지하부는 자연건조(51. 5%), 고온건조, 동결건조 순으로 각각 높은 활성을 보였다.
3)추출 방법에 따른 유효성분 및 기능성 변화
에탄올과 증류수의 추출액 조합에 따른 회수율은 지상부와 지하부 모두에서 증류수와 에탄올 100:0과 75:25의 추출 조합이 가장 높은 회수율을 보였다. 한편, 추출온도와 시간에 따른 회수율은 지상부와 지하부 모두에서 온도가 높을수록 회수율이 높았으나 같은 온도에서 추출시간에 따른 회수율은 유의성이 없었다. 따라서 회수율은 추출시간보다는 추출온도가 영향을 미치며 추출온도가 높을수록 회수율이 높은 것으로 나타났다.
에탄올과 증류수의 추출액 조합에 따른 총 페놀 함량을 지상부는 증류수와 에탄올 25:75의 추출 조합이, 지하부는 증류수와 에탄올 25:75조합이 가장 높게 나타났다. 추출온도와 시간에 따른 총 페놀함량은 지상부와 지하부 모두에서 온도가 높을수록 회수율이 높았으나 같은 온도에서 추출시간에 따른 유의성은 없는 것으로 나타났다.
에탄올과 증류수의 추출액 조합에 따른 총 플라보노이드 함량을 지상부는 증류수와 에탄올 25:75의 추출 조합이, 지하부는 증류수와 에탄올 50:50조합이 가장 높게 나타났다. 추출온도와 시간에 따른 총플라보노이드 함량은 지상부와 지하부 모두에서 온도가 높을수록 회수율이 높았으나 같은 온도에서 추출시간에 따른 유의성은 없는 것으로 나타났다.
에탄올과 증류수의 추출액 조합에 따른 DPPH 라디컬 소거능은 추출물 농도 5,000mgkg^-1에서 지상부가 메탄올 100%, 증류수와 에탄올 25:75조합, 50:50조합, 75:25조합 순으로 높았고, 지하부는 증류수와 에탄올 25:75조합, 50:50조합, 메탄올 100%, 75:25조합 순으로 높았다. 추출온도와 시간에 따른 DPPH 라디컬 소거능은 지상부와 지하부 모두에서는 온도가 높을수록, 추출시간이 길수록 활성이 높음을 알 수 있었다.
라. 기능성 식이 발효식품 개발
1)비발효 차 음료 개발
민들레가 가지고 있는 특유의 쓴맛을 최소화하고 함유된 유효성분의 물질인 페놀화합물 량을 다량함유하면서 DPPH radical소거능 및 아질산염 소거능이 우수하도록 민들레를 이용한 차 음료를 개발하였다. 제조공정은 민들레를 증기처리 시키는 단계, 증기 처리된 민들레를 건조시킨 후에 볶아주는 단계, 볶아진 민들레를 일정한 비율로 물과 혼합한 후에 일정한 온도와 시간에서 추출시키는 단계로 구성되었다. 민들레 차 음료는 물에 장시간 우려내는 전통적인 방법이 아닌 가공과정에서 증기 처리함으로써 쓴맛을 최소화시키는 동시에 가공 비용과 시간이 절감될 수 있고, 또한 다량의 페놀화합물을 함유하고 DPPH radical소거능 및 아질산염 소거능이 우수하여 노화를 최소화시키고 인체 건강을 증진시키는 효과가 있다.
민들레 차 음료가 대조 음료에 비하여 페놀화합물 함량, DPPH radical소거능 및 아질산염 소거능이 증가됨을 확인할 수 있었다.
민들레 차 음료는 대조 음료에 비하여 맛, 향, 기호도에 있어서 월등히 우수함을 확인할 수가 있었다.
2)발효 차 음료 개발
당화 발효음료를 조제하기 위해 민들레 10kg과 사과 2kg을 2~4cm 크기로 절단하여 동시에 황설탕 7kg과 혼합하여 항아리에 치상한 후 60일 정도 발효시킨 후 즙액을 여과하여 거른 즙액을 다시 60일간 항아리에 숙성시 보관한다.
민들레 당화발효음료가 다른 두 가공 음료에 비하여 페놀 화합물을 많이 함유함을 확인할 수 있었다. 민들레 당화발효음료가 다른 두 가공 음료에 비하여 총 플라보노이드가 유의적으로 높게 함유되어 있음을 확인할 수 있었다. 민들레 당화발효음료가 다른 두 가공 음료에 비하여 DPPH radical소거능에 있어 활성이 유의적으로 높음을 확인할 수 있었다. 민들레 당화발효음료가 다른 두 가공 음료에 비하여 아질산염 소거능에 있어 활성이 비교적 높으나 유의성이 없음을 확인할 수 있었다.
민들레 발효음료는 색, 향, 맛의 경우 4. 7이상이었고 기호도에 있어서도 4. 8로 다른 두 음료에 비해 월등히 우수함을 확인할 수 있어 본 발명에 의해 제조된 민들레 발효음료의 상품성은 높다고 할 수 있다.
3)민들레꽃 식혜 개발
민들레꽃 식혜는 분말상 엿기름 가루를 5~ 10배의 따뜻한 물에 풀어 3~ 4시간 두어 엿기름 물을 얻는 단계, 민들레 꽃에 3~ 5배의 물을 붓고 50~ 60℃에서 2~ 3시간 범위로 열수추출하여 민들레꽃 성분을 추출시킨 후 이를 여과기로 여과시켜 얻은 여과액을 50∼60°C의 저온 분위기하에서 50±5％ 범위로 진공농축시켜 민들레 꽃 엑기스 추출물을 얻는 단계, 찹쌀이나 현미로 밥을 해서 먼저 제1단계에서 얻는 엿기름 물을 붓되 밥 10kg기준에 10~ 20ℓ의 엿기름 물을 붓고 30~ 45℃ 범위에서 5~7시간 숙성시키는 단계 및 상기 공정이 완료된 후 민들레 꽃 엑기스추출물을 2~ 3kg추가하여 90~100℃에서 30~ 60분 열탕시키는 단계를 포함하는 공정을 통하여 민들레 꽃이 포함된 식혜의 독특한 풍미, 외관, 담백한 맛 등을 훼손시키지 않는 민들레 꽃 식혜를 제조하였다.
민들레 식물체 부위별로 총 페놀 함량을 분석한 결과, 꽃, 잎, 뿌리, 꽃대 순으로 높은 함량을 보여 각각 73.0, 51.4, 20.6, 20.4mgkg^-1로 나타났다. 민들레 식물체 부위별로 총 플라보노이드 함량을 분석한 결과, 꽃, 잎, 꽃대, 뿌리 순으로 높은 함량을 보여 각각 21. 4, 16. 2, 8. 0, 5. 5mgkg^-1로 나타났다.
민들레 식물체 부위별로 DPPH 라디칼 소거능은 꽃, 잎, 뿌리, 꽃대 순으로 높은 활성을 보여 추출물 2, 000mgkg^-1에서 각각 89, 62, 55, 37%로 나타났다. 이는 총 페놀 함량의 결과와 유사한 경향을 보여 항산화 활성에 폴리페놀이 기여한 것으로 해석된다.
관능평가에 있어서 향은 꽃, 뿌리, 잎, 꽃대 식혜 순으로 높았고, 색향과 맛향은 꽃, 잎, 뿌리, 꽃대 순으로 높아 꽃이 가장 높게 나타났다.
마. 종합결론
각 지역별로 수집된 서양민들레의 생리활성물질 함량과 기능성 정도는 유의적인 차이를 보여 원료수집 및 재배시 표지물질의 정량적 특성파악은 필수적이라 사료되었다. 입지별로 차별화된 특성을 파악하고자 민들레 식물체 부위별, 재배 지형별, 민들레 종류별, 민들레 채취시기별, 용매분획별 민들레의 생리활성물질 및 기능성 정도는 유의적으로 다르게 나타났다. 하지만, 외국 문헌과 자료에 의존한 결과인체세포에 대한 세포독성 등의 안전성 시험에 대한 필요성이 대두되었다. 왜냐하면 민들레가 갖고 있는 오염물질 등 유해성분에 대한 흡수/제거 능력과 인체에 대한 고기능성 때문이다. 물론 원료 수집과 재배에 있어서 친환경(유기농)인증 절차는 필수적이다.
시설 재배환경에 따른 민들레 생리활성물질 및 기능성 변이를 연구한 결과 배지조성, 차광정도, 온도변이 및 생육단계에 따른 민들레 생리활성물질 및 기능성 변이는 뚜렷한 차이를 보였다. 기존 노지재배에 비해 월등한 생육과 수량을 보여 최적의 재배환경 하에서 생산성이 있음을 확인하였다. 민들레원료의 건조 및 가공법 개발을 위해 발효균주에 의한 민들레 시료의 발효에 따른 생리활성물질 및 기능성의 변이는 없는 것으로 나타났다. 건조방법에 따른 유효성분 및 기능성 변화는 유의성이 인정되었고 최적의 가공 및 제품화 조건을 추출 방법 등의 연구를 통해 설정하였다. 또한 제품의 유효성분과 효능 그리고 관능검사와 소비자 호응도 조사가 이루어졌다. 그 결과 민들레를 이용한 차 음료, 발효침출 음료와 식혜가 개발되었다.
시중에 판매되고 있는 민들레를 재료로 한 음료는 전무한 실정이어서 제출된 시제품은 최적 가공기술과 자연발효 기술응용, 고기능성의 민들레꽃 사용 등이 기존의 민들레 제품들과의 기술적 차별성이므로, 항노화 및 항염성이 탁월한 식이요법용 맞춤형 틈새시장을 공략할 사업화를 추진할 계획이며 차후 기업으로 기술이전의 방식을 통해 완제품을 개발하여 마케팅 전략을 수립할 예정이다.

Abstract ▼

IV. Project Results and Their Applications
1. Results of the Project
A.Propagation and Genetic Relationship Analysis of Taraxacum Accessions
(1)Growth·development and morphological characteristics,and LED irradiation effect of Taraxacum accessions
(a)Flowering traits and seed production<

IV. Project Results and Their Applications
1. Results of the Project
A.Propagation and Genetic Relationship Analysis of Taraxacum Accessions
(1)Growth·development and morphological characteristics,and LED irradiation effect of Taraxacum accessions
(a)Flowering traits and seed production
Flowering was twice peryearin Korean native species (T. mongolicum, T. coreanum, T. coreanum var.flavescens), mean while, itwasmany timesfrom spring to early winterin Korean naturalized species (T. officinale, T. laevigatum). The number of peduncle and the annual seed yield ofnaturalized species were 5 to 11 times higher than that of the native dandelion. In addition, high-yielding seed accessions were selected among the native dandelion accessions.
(b)Analysisofmorphologicalrelationships
According to the analysis of morphological relationships with 40 accessions of five species (T. mongolicum T. coreanum, T. coreanum var. flavescens, T. officinale and T. laevigatum), all the accessions could be classified into 7 categories, but only T. mongolicum was divided into independent group except the other four species.
(c)LED irradiation test
By LED irradiation toT. officinalecv. Goldenboll, an earlyseed germination speed was delayed, and germination rate wasthe highestin the control(fluorescent light) and the next was thered (660 nm), themixed (red and green, 6:4)and thegreen (450nm)LED irradiation. The growth (plant height, number of leaves, root length and fresh weight) except leaf number was increased under the LED treatments compared with the control and the growth promotion was the most effective in the red LED irradiation. The antioxidant activity of the dandelion leaf was the highest under the red LED irradiation and the total polyphenol content was increased by 15 to 20mg% underthered and the mixed light conditions compared with the control. Furthermore, the anthocyan content was increased by 12 ~ 16mg% under the red LED and the mixed light conditions compared with the control.
(2)Genetic diversity and genetic relationships of Taraxacum accessions
(a)Ploidy level
Ploidy levelby flow cytometery of T.mongolicum, T. officinale and T. laevigatum was triploid, and that of T. coreanum, T. coreanum var. flavescens was tetraploid.
(b)Genetic diversity by ISSR markers
The genetic diversity and the genetic relationships among 30 accessions of T. coreanum and T. officinale were evaluated by ISSR markers. Out of 127 loci detected overall, 122 were identified to be polymorphic with a rate of 96.0%. The genetic similarity matrix (GSM) among 30 accessions ranged from 0.179 to 0.922. According to the clustering analysis, the two different species were divided into independent groups and all the accessions could be classified into 7 categories. Especially, all the mountain collected accessions belonged to independent groups.
(c)Clustering analysis
The genetic diversity and the genetic relationship by using 32 accessions of five Taraxacum species (T. mongolicum T. coreanum, T. coreanum var. flavescens, T. officinale and T. laevigatum) which collected in field, mountain, island and seaside were evaluated by using ISSR markers. A total of 142 ISSR loci detected overall which all polymorphic loci (100%) were among five species of Taraxacum. Polymorphic rate of the Korean native species and the naturalized species were similar level. The genetic similarity matrix (GSM) among 32 accessions ranged from 0.025 to 0.860 with an average of 0.303. According to the clustering analysis, the three native species were divided into 4 independent groups and the two naturalized species were classified into 3 independent groups except 2 accessions. Furthermore, all the mountain collected accessions belonged to independent groups.
(3)Genetic variation analysis of Taraxacum accessions based on nuclear ribosomal DNA sequences Nucleotide lengths of the ITS (5.8s rDNA) region that cloned and sequenced in 22 accessions of the five Taraxacum species ranged from 456 bp to 460 bp, and the average length was 457.45 bp. GC contents of the region ranged from 51.54 to 52.86% with an average of 52.22%. Sequence similarity matrix (SSM) of the ITS (5.8srDNA) region ranged from 0.950 to 0.997 with an average of 0.974.
(4) Genetic variation analysis of Taraxacum accessions based on chloroplast DNA sequences
(a)trnL-trnF region
The genetic variations of trnL-trnF region were evaluated by using 23 accessions were evaluated of the five Taraxacum species. Nucleotide lengths of the trnL-trnF region in the native dandelions (T. mongolicum, T. coreanum and T. coreanum var. flavescens) ranged from 929 to 930 bp and those of the naturalized dandelions ranged from 910 bp (T. officinale) to 975 bp (T. laevigatum). GC contents of the trnL-trnF region ranged from 36.78 to 38.25% with an average of 37.02%. Insertion, deletion and transposition of DNA sequence of the trnL-trnF region were occurred in 47 sites among individuals, showing 11 classification sites of DNA sequence between the native and the naturalized dandelions and the transition and the transversion of thetrnL-trnF region were occurred 15 and 7. Sequence similarity matrix (SSM) of the trnL-trnF region ranged from 0.864 to 1.00 with an average of 0.963.
(b) rps16-trnK region
Genetic variations of rps16-trnK region were evaluated by using 21 accessions were evaluated of the five Taraxacum species. Nucleotide lengths of the rps16-trnK region ranged from 847 bp to 883 bp. GC contents of the rps16-trnK region ranged from 27.65 to 29.05% with an average 28.12%. Insertion, deletion and transposition of DNA sequence of the trnL-trnF region were occurred in 33 sites among individuals, showing 2 classification sites of DNA sequence between the native and the naturalized dandelions. And the transition and the transversion of the trnL-trnF region were occurred 17 and 7, respectively. And that of the rps16-trnK region ranged from 0.938 to 0.998 bp with an average 0.978. The transition was two times higher than that of the transversion both of the 2 cp DNAs.
(5)Diversity of growth and genetic variation of Taraxacum by proton beam irradiation
(a)Proton beam irradiation
To obtain fundamental data needed for development of new varieties of dandelion, proton beam was irradiated with dry seed of T. officinale cv. Goldenboll, with various dose of beam intensity (0 to 1500 Gy). Percentage germination was about 93.7% in control and more than 90% at low intensity of the beam irradiation (from 10 to 100 Gy). However, the rate was drastically decreased over 500 Gy. The lethal dose 50 (LD₅₀) of germination was estimated as approximately between 250 Gy to 500 Gy. In addition, plant height, number of leaf and fresh weight at early stage were significantly decreased as the irradiation dose was increased. According to the correlation analysis between dosage and growth factors, the orders of compactness of correlation were germination, plant height, fresh weight and number of leaf, respectively.
(b)SSR analysis
As a result of ISSR analysis by using 12 individual variant ssuch as, dwarf, color, plastid, growth and leaf shape, out of 33 bands detected overall, 8 bands was identified to be polymorphic with a rate of 24.2% at the control group, while 33 bands detected overall, 21 bands were identified to be polymorphic with a rate of 63.6% at the proton beam irradiation. The result indicates that the dandelion with proton beam treatment might be promoted variation at DNA level.
(c)Development of gene resources with high-biomass
To rear gene resources with high-biomass, dandelion mutant seeds, irradiated by proton beam (50 Gy), were planted to obtain mutant plant as a M₁ generation at harvest time in 2011. Of the reared 400 M₁ individuals 22 plants with excellent growth were selected and transplanted in the fields. Growth characteristics were investigated from June in 2012 to April in 2013 and harvested to determine content of functional substances on August in 2013. Plant height and leaf number of selected linesin M₁ generation was higher than conventional cultivar "Goldenball" Basis on the results of growth investigation of M₂ generation, total phenolics content and total flavonoids level from 8l ines of gene resources with high-biomass were determined, and the result showed that total phenolics and total flavonoids levels in the 3 lines were more increased by 7~31% and 4~48%, respectively than in other lines.
Conclusionally, this study demonstrated the characteristics of the growth and development, morphology, LED irradiation, the genetic diversity and relationships, genetic variation in Taraxacum accessions collected from variou sregions of Korea. And the results suggest that possibility to develop useful accessions and to produce high-value plant resources by using the Taraxacum.
B. Ecology and Metal Pollution Monitoring Characteristics of Taraxacum Accessions Collected from Various Regions in Korea
(1)Eco-physiological Study on Taraxacum Accessions in Korea
(a) Determination of proximate composition and mineral elements from dandelion accession plants Taraxacum officinale (dandelion) is a perennial herb, native throughout the northern hemisphere with many varieties and microspecies, found growing wild in meadows, pasturesand waste ground in Korea. In medicine, the dandelion root or the entire plant gathered while or before flowering, from both wild and cultivated plants, isused.
Greenhouse and laboratory experiments were conducted to determine differential chemical properties of 7 Taraxacum officinale (dandelion) accessions and their soils in Korea. General proximate composition sincluding crude protein, fat, ash and fiber were more present in shoot than root part in 7 T. officinale accessions. Crude ash among components was the highest in T. officinale shoot of Sangam accession and crude protein of Yanggu accession. Especially, Cd, Ni, Pb contents in leaf and roots of 7 T. officinale accessions was highest in Sangam region, specially industrial areass howing higher content in shoot than root.
(b)Analysis of soil environments in dandelion growing areas and their vicinity
Chemical properties, heavy metal content and microorganism population were measured and compared from different soils growing T. officinale accessions (TO soil) and its vicinity (Non-TOP soil). In 7 regions, pH, organic matter, total carbon, total nitrogen, and total phosphorous levels in TO soils were much higher than Non-TO soils. However, EC, cation contentand CEC in TO soils were much lower than Non-TO soils. Contents of heavy metals, Fe, As, Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn in TO soils was lower than Non-TO soils. Specially, Hg was not detected. Populations of actinomyces, bacteria and fungi in TO soils were higher than Non-TO soils.
(c)Analysis of dandelion soil environments in Jeju island
Chemical properties of soil samplesin Jeju island were as following. EC and CEC values, Ca, Mg and Na contents in TO soils were higher than Non-TO soils. However, total nitrogen, and total phosphorous levels in TO soils were lower than Non-TO soils.
Content in heavy metals of soil samples in Jeju island was not constant according to region. No difference in content of Fe and Cu was observed in two soil types. Ni, Cr, Pb contents were more present in TO soils than Non-TO soils, Al and Zn contents in Non-TO soils. However, As, Cd, and Hg were not detected in two soil types.
(d)Monitoring metal pollution by dandelion planting (phytoremediation)
Dandelion cultured in contaminated soils was not affected by metal pollution and showed normal growth and development. After dandelion cultivation, pH and available phosphorous level in the soil samples were clearly increased, while EC, OM, total phosphorousl evel was decreased with the lapse time. Especially, Ca, Mg, Na, and CEC values were increased and K, Al, Fe, Mo, Zn, Cu, Ni, Cr, Pb contents were decreased 10 month after dandelion planting. However, As, Cd, and Hg were not detected in the soil.
(2)Variation in growth and yield of dandelion under plastic house condition
(a)Environmental conditions under plastic house
During experiment from May to October,averaged light intensity under plastic house was 88.6,39.6 and 22.9 μmolphotons m^-2 s^-1 for no shade, 50%shade and 70%shade, respectively, ranging 4.8 to 341.4, 1.8 to 146.8, 1.4 to 59.0 μmolphotons m^-2s^-1 forno shade, 50%shade and 70%shade, respectively. Temperature ranges were 16.5~28.3℃, 16.5~27.9℃, 16.3~ 27.5℃ for no shade, 50%shade and 70%shade, respectively, showing 1.1~ 2. 5℃ higher than outdoor. Relative humidity was raged from 52.5 to 95.3% and averaged by 80.3%. Photoperiod was 10.5 hrs.
In chemicalproperties ofsubstrate components,EC,OM,available phosphorous level,
exchangeable cation'scontent,and CEC value were increased with increase ofcoco-peat
amountanddecreasedwithincreaseofperliteamount.
(b) Effects of shade treatment and substrate component on growth and yield of dandelion
Greenhouse and laboratory experiments were conducted to determine the effects of shade treatment and substrate components on plant growth and yield of Taraxacum officinale. The horticulture media are filled with substrates mixed with different combination ratios of coco peat and perlite, 100:0, 70:30, 50:50 and 0:100. Substrates combined with coco peat and perlite (ratio 70:30 and 50:50, v/v) showed higher growth and yield than their single substrates (p<0.05). Shade treatment also significantly reduced plant height, root length, root diameter, leafareas, chlorophyll content, and fresh weight (p<0.05), compared with no shade.
Shade treatment significantly reduced shoot and root fresh weight of dandelion, compared with no shade which showed highest weight. Substrates combined with coco peatand perlite (ratio 70:30 or 50:50, v/v) under no shade or 50% shade condition showed higher fresh weight than their single substrates (p<0.05). However, no difference in fresh weight among substrate combinations was observed. Therefore, the experiments demonstrated that shade treatment affects shoot and root growth of dandelion, and that optimum substrate combination for dandelion hydrophonics would be mixture with coco peat and perlite for maximized production.
(c)Effect of culture temperature on growth and yield of dandelion
Optimum temperature for dandelion production was 25℃, showing higher plant height, root length, root diameter, leaf areas, chlorophyll content, and fresh weight of dandelion than 20 or 30℃.
(d)Effect of planting timing on growth and yield of dandelion
Optimum planting timing for better growth and yield of dandelion was before May,and higher plant height, root length, root diameter, leaf areas, chlorophyll content, and fresh weight of dandelion showed when planted on March and May than July.
(3)Establishment of yearly mass production system of dandelion
(a)Development of mass propagation technology using seeds and seedling
Temperature and light conditions for better seed germination of dandelion were 30℃ and 5,000 and 10,000 lux showing higher germination rate (52%) than 20 or 25℃ and 15,000 lux. For chemical treatment for dormancy breaking, KNO₃ stimulated seed germination of dandelion by 69%. To determine optimum propagation method for better growth and development of dandelion, dandelion seedsand seedlings were planted and grown for 60 days, harvested, and compared. Transplanting method showed higher shoot and root fresh weight of dandelion 2.9 gand 241.3mg, respectively than seeding method (1.2g and 82.1 mg, respectively).
(b)Hydroponics for high-qualification and high yield of dandelion
① Standardization for yield maximization
Substrates combined with coco peatand perlite (ratio 70:30 and 50:50, v/v) showed higher growth and yield than their single substrates (p<0.05). Especially, substrates combined with coco peatand perlite (ratio 70:30 or 50:50, v/v) underno shade or 50% shade condition showed higher fresh weight than their single substrates (p<0.05). Therefore, the experiments demonstrated that optimum substrate combination would be mixture with coco peat and perlite for maximized dandelion hydrophonical production.
② Standardization for greenhouse culture technology and hydroponics
Shade treatment affected shoot and root growth of dandelion, and optimum substrate combination for dandelion hydrophonics was mixture with coco peat and perlite for maximized production.
Temperature and light conditions for better seed germination of dandelion were 30℃ and 5,000 and 10,000 lux. KNO₃ stimulated seed germination of dandelion by 69%. Propagation by transplanting showed higher dandelion growth than seeding method.
For the hydroponic experiment, nutrient solutions modified from Ikeda (1984) method were supplied when necessary using drop irrigation, and adjusted with 2 different solution concentrations, one was half-strength nutrient solution (EC = 1.1 dS·m^-1) at early growth stage and the second was standard nutrient solution (EC = 2.2 dS·m^-1) at late growth stage.
C. Analysis of Biological Activity and Development of Functional Dietary Fermented Foods from Dandelion Accessions
(1) Discovery of Biologically-Active Substances and Their Biological Activity from Dandelion Accessions
(a)Content of biologically-active substances in dandelion accessions
Dandelion has long been used in folk medicine to treat hepatic disorders and some women" sdiseases, such as breast and uterus cancers, and as lactating, choleretic, diuretic, and anti inflammatory remedies in Asian countries. Pharmacological activities of Taraxacum plants, especially T. officinale F. Weberex Wiggers (Asteraceae), have been in partevaluated so far. T. officinale was assessed to contain acute anti inflammatory activity by showing its protective effect against cholecystokinin induced acute pancreatitis in rats.
Greenhouse and laboratory experiments were conducted to determine differential chemical properties of 7 dandelion accessions and cultivated plants under plastic house condition. Total phenolics content and flavonoids level, DPPH radical scavenging activity, nitrite scavenging and anticancer activity of dandelion samples collected or cultivated were analyzed through in Vitro assay. Contents of total phenolics [mg tannicacid equivalents kg^-1 dry wt.] and total flavonoids [mg naringin equivalents kg^-1 dry wt.] showed the higher amount in shoot than root part of T. officinale accessions. In shoot part, total phenolics and total flavonoids were present as the highest amount in Osan and Yanggu accessions, and lowest amount in Sangam and Samil accessions. However, total phenolic and total flavonoid contents in root part showed the highest amount in Beopseong and Sangam accessions, respectively, and lowest amount in Haeryong accession.
(b)Biological activity in dandelion accessions
The antioxidant potential of the methanol extracts from the plants dose-dependently increased 1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl (DPPH) free radical scavenging activity, and the activity of root extracts was higher than that of shoot part, showing highest activity in Yanggu and Sangam accessions. By means of MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide)assay,anticancer activity of methanol extracts was more sensitive against CALU-6 for human pulmonary carcinoma than against SNU 601 for human gastric carcinoma. Anticancer activity against two cancer cell lines was higher in shoot(leaves) and in root part. And anticancer activity of shoot extracts from Samil and Sora accessions was the highest, and followed by Yanggu, Haeryong, Sangam, Osan and Beopseong (lowest). Root extracts, however, showed the highest activity of root extracts from Sangam and Yanggu accessions and lowest activity from Haeryong accession.
Anticancer activity of shoot extracts against SNU 601 was highest in shoot part of Haeryong accession and in root part of Beopseong accession.
(c)Variation in biologically-active substances and their biological activity from dandelion accessions under different conditions
Total phenolics [mg chlorogenic acid equivalents (FAE)kg^-1 DW] was highest in flower extracts(72.0 mg kg^-1), followed by leaf, root, and stalk extracts of T. officinale (p< 0.05). The result of total flavonoid level [mg naringin equivalents kg^-1 DW] had same tendency to differential total phenolics contents among plant parts, but showed lower ranges of amount. The antioxidant activity of the methanol extracts from all the plant parts dose-dependently increased. DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl radical) free radical scavenging activity was highest in flower extracts(IC₅₀ value = 624.3 mg kg^-1), and followed by leaf, root, and stalk extracts of T. officinale (p < 0.05). By means of MTT (3-(4,5-dimethylthiazol -2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay, cell viability of CALU-6 for human pulmonary carcinoma and SNU-601 for human gastric carcinoma showed the lowest IC₅₀ valuein the flower extracts(IC₅₀ value = 85.7 and 311.4 mg kg^-1, respectively), indicating the highest cytotoxicity. The results suggested that total phenolics content and total flavonoids level in different plant parts of T. officinale were highly correlated with antioxidative(r²2=0.7280 to 0.9971) or with cytotoxic activities (r²=0.5795 to 0.9515).
No significant difference in contents of phenolics and flavonoids, and antioxidant activity was observed according to geographical trait or degree of contamination.
Contents of phenolics and flavonoids, antioxidant activity and cytotoxicity were investigated in the methanol extracts of three different Taraxacum species, Taraxacum coreanum, Taraxacum mongolicum, and Taraxacum officinale. Total phenolics content at 1000 mg kg^-1 was more present in shoot parts than in roots, and was highest in T. mongolicum shoot and rootextracts(76.8 and 40.0 mg kg-1,respectively),followed by T.coreanum and T. officinale (p < 0.05). Total flavonoid level had same tendency to total phenolics among Taraxacum species, showing lower amounts (6.5 ~ 36.4 mg kg^-1)than total phenolics. The antioxidant activity of the methanol extracts from all the species dose-dependently increased. DPPH free radical scavenging activity at 1,000 mg kg^-1 was highest in shoot and root extracts from T. mongolicum by 89.6 and 83.4%, respectively. According to MTT assay, cell viability of CALU-6 (human pulmonary carcinoma) was lowest in the T. mongolicum shoot and root extracts (IC₅₀ values=83.4 and 66.4 mg kg^-1, respectively), and followed by T. coreanum and T.officinale (lowest). CALU-6 was more sensitive to the extracts than SNU-601 (human gastric carcinoma). Antioxidative and anticancer activities in three different Taraxacum species was more correlated with totalphenolicscontent(r²=0.0097 to 0.6213) than with total flavonoids level(r²=0.0027 to 0.4627). The results showed total phenolics content and total flavonoids level were highly correlated with anticancer activity and antioxidant activity, and their content and activities were different depending on species.
Effect of sampling time on contents of total phenolics and total flavonoids and DPPH free radical scavenging activity in dandelion was the highest on March, followed by June and September. However, no significant difference in the contents of root parts among sampling times.
Contents of total phenolics and total flavonoids in dandelion shoot were highest in hexane fraction and in dandelion root ethylacetate fraction. DPPH free radical scavenging activity in leaves was highest at ethylacetate fraction, followed by butanol, water fraction, and methanol extracts. Butanol fraction, on the other hand, in root parts had highest activity among fractions.
(d)Biologically-active substances and their biological activity from dandelion accessions in Jeju island
Total phenolics content and flavonoids level, DPPH radical scavenging activity, nitrite scavenging and anticancer activity of dandelion samples collected in Jeju region were analyzed through in Vitro assay. Contents of total phenolics [mg tannic acid equivalents kg^-1 dry wt.] and total flavonoids [mg naringin equivalents kg^-1 dry wt.] showed the higher amount in shoot than root part of T. officinale accessions, showing different amount by region. Total phenolics and total flavonoids of dandelion were highest in samples from island and from mountain areas, respectively. DPPH radical scavenging activity of dandelion leaves was highestin samples from island and that of dandelion roots was highest in samples from mountain areas.
According to MTT assay, no difference in anticancer activity of shoot and root parts of dandelion among regions was shown. However, extracts from shoot and root parts of dandelion in Jeju showed higher activity against CALU-6 (human pulmonary carcinoma) than against SNU-601 (human gastric carcinoma) under shading condition than no shade.
(2)Variation in Biologically-Active Substances and Their Biological Activity of Dandelion Plants Grown under Different Plastic House Conditions
(a)Effects of substrate components on biologically-active substances and their biological activity of dandelion plants
Greenhouse and laboratory experiments were conducted to determine the effects of substrate components on physiological activity of dandelion. Substrates combined with coco peatand perlite (ratio 70:30, v/v) and perlite single showed higher amounts of total phenolics and total flavonoids than other substrates (p<0.05).
Contents of total phenolics and total flavonoids showed higher amounts in shoot parts than root parts of T. officinale. The antioxidant potential of the methanol extracts from the plant sdose-dependently increased. DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl radical)free radical scavenging activity was higher in leaf parts than in root parts of the plants, and under no shade than under shade condition.
APX, CAT and SOD activities in dandelion shoot and root parts was not affected by substrate component. POX activity in dandelion shoot was not affected by substrate component, and in dandelion root part was increased by coco peat or perlite single.
(b)Effect of shade treatment on biologically-active substances and their biological activity of dandelion plants
Shade treatment increased total phenolic scontent in shoot and root parts of dandelion, compared with no shade. Total flavonoids level showed highest amounts in shoot parts than root parts of T. officinale under 50% shade.
The antioxidant potential of the methanol extracts from the plants dose-dependently increased. DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl radical) free radical scavenging activity in shoot and root parts of dandelion was higher under shading condition than under no shade. APX activity in dandelion shoot and root parts was higher under shading condition than under no shade. CAT, POX and SOD activities were increased with increasing of shading degree.
According to MTT assay, no difference in anticancer activity of shoot and root parts of dandelion against CALU-6 (human pulmonary carcinoma) among shading degrees was shown. However, shoot and root parts of dandelion showed higher activity against SNU-601 (human gastric carcinoma) under shading condition than no shade.
(c)Effect of temperature on biologically-active substances and their biological activity of dandelion plants
Contents of total phenolics and total flavonoids in shoot and root parts of dandelion were highest at 30℃, and were higher in shoot parts than root parts. Therefore, total phenolics and total flavonoids level from dandelion shoot and roots were affected by temperature. The antioxidant potential of the methanol extracts from the plants dose-dependently increased DPPH free radical scavenging activity. DPPH free radical scavenging activity was higher in roots than in shoots. Methanol extracts from shoot and root parts showed higher activity at 30℃ and 20℃ than at 25℃.
Antioxidant enzyme APX activity in dandelion shoot part was higher at 30℃ and in dandelion root part at 25℃ than other temperature. Antioxidant enzyme CAT activity was highest at 25℃ in both shoot and root parts. POX activity in dandelion shoot part was higher at 30℃, and in dandelion root part at 25℃ than other temperature. SOD activity was not affected by any temperature in both shoot and root parts.
By way of MTT assay, shoot and root parts of dandelion grown at 30℃ showed highest anticancer activity against CALU-6 (human pulmonary carcinoma). Shoot and root parts of dandelion grown at 30℃ and 20℃, respectively, showed highest activity against SNU-601 (human gastric carcinoma).
(d)Effects of growth stage on biologically-active substances and their biological activity of dandelion plants
Antioxidant enzyme APX activity in dandelion shoot and root parts was higher early growth stage than late one. However, no difference in APX activity among substrate components was observed. Antioxidant enzyme CAT activity in dandelion shoot and root parts was higherearly growth stage than late one. POX activity in dandelion shoot and root parts was higher early growth stage than late one. At late growth stage POX activity was highest in substrates combined with coco peat and perlite (ratio 50:30, v/v). SOD activity was not affected by any temperature in both shoot and root parts. At late growth stage SOD activity was highest in perlite single.
APX activity in dandelion shoot and root parts was higher early growth stage than late one, regardless of shading degree. However, no difference in APX activity among shading degrees was observed. Antioxidant enzyme CAT activity in dandelion shoot and root parts was higher early growth stage than late one. At both two growth stages, CAT activity in dandelion shoot and root parts was highest at 70% shade. POX activity in dandelion shoot and root parts was higher early growth stage than late one. At both two growth stages, POX activity in dandelion shoot and root parts was highest at 70% shade. SOD activity in dandelion shoot and root parts was higher early growth stage than late growth stage. At late growth stage SOD activity was highest at 70% shade.
(3)Development on Drying Method and Processing of Dandelion Raw Materials
(a)Fermentation technology of dandelion raw materials by microbes
Total phenolics content was investigated for mixture of dandelion powders fermented by Bacillus subtilis by fermentation time. Total phenolics content of dandelion leaves was not affected by fermentation time. However, total phenolics content and total flavonoids level of dandelion roots were increased. DPPH free radical scavenging activity of dandelion samples was little decreased from 8 days after fermentation.
Total phenolics content was investigated for mixture of dandelion powders fermented by yeast (Saccharomyces carlsbergensis) for 12 days. Total phenolics content, total flavonoids level and DPPH free radical scavenging activity of dandelion leaf and root samples was decreased from 12 days after fermentation.
(b)Effect of drying method of raw materials on biologically-active substances and their biological activity of dandelion product
Total phenolics level of dandelion shoot and root was highest by 96.9 and 24.6 mg kg^-1, respectively, when natural dried. and lowest when freeze-dried. However, total flavonoids content of dandelion leaves was highest at freeze-dryness (64.2 mg kg^-1), and of roots at oven-dryness (8.8 mg kg^-1). DPPH free radical scavenging activity of dandelion leaves was highest at oven dry (89.1%), followed by natural dry and freeze-dry, and of dandelion roots was highest at natural dry (51.5%), followed by oven dry and freeze-dry. However, no significant difference in nitrite scavenging activities among dry methods of samples was observed in both leaves and roots.
(c)Effect of extraction method of raw materials on biologically-active substances and their biological activity of dandelion product
Extraction yield from leaves and roots of dandelion was the highest when extracted with 100% distilled water and when mixed with 75% distilled water and 25% ethanol.
Extraction yield from leaves and roots of dandelion was increased with increasing of extraction temperature. However, extraction yield was not affected by extraction time (duration) under the same temperature.
Total phenolics content of dandelion leaves and roots was highest when mixed with 25% distilled water and 75% ethanol. Total phenolics content from leaves and roots of dandelion was increased with increasing of extraction temperature. However, the content was not affected by extraction time (duration). No significant difference in the content of dandelion leaves and roots among extraction time was observed.
Total flavonoids level of dandelion leaves was highest when mixed with 25% distilled water and 75% ethanol, while the content of dandelion roots was highest when mixed with 50% distilled water and 50% ethanol. Total flavonoids content from leaves and roots of dandelion was increased with increasing of extraction temperature. However, the content also was not affected by extraction time(duration). No significant difference in the content of dandelion leaves and roots among extraction time was observed.
DPPH free radical scavenging activity of dandelion leaves was the highest when extracted with ethanol 100%, followed by 25% distilled water and 75% ethanol, 50% distilled water and 50% ethanol, 75% distilled water and 25% ethanol. The activity of dandelion roots, on the other hand, was the highest when extracted with 25% distilled water and 75% ethanol, followed by 50% distilled water and 50% ethanol, ethanol 100%, 75% distilled water and 25% ethanol. However, the activity from leaves and roots of dandelion was increased with increasing of extraction temperature and duration.
(4)Development of Functional Dietary Fermented Foods
(a)Non-fermented beverage
Non-fermented beverage was designed to minimize bitter taste of dandelion and to maximize the content of biologically-active substances through optimum processing. Manufacturing procedure was as following ; a) steaming, b) roasting after drying, and c) extraction. Total phenolics content, DPPH free radical scavenging activity, and nitrite scavenging activity from non-fermented beverage of dandelion leaves were more increased than other beverage. Non-fermented beverage extracted with dandelion leaves had higher values in taste, scent and acceptability than other beverage.
(b)Fermented beverage
To manufacture fermented dandelion beverage, dandelion, apple and sugar were cut in small size, mixed with sugar, and stored in an earthenware pot for 60 days for fermentation. After fermentation, the materials were filtered to separate the extract from solution and ripened for another 60 days. Total phenolics content, DPPH free radical scavenging activity, and nitrite scavenging activity from fermented beverage of dandelion leaves were more increased than other beverage. The beverage fermented with dandelion leaves had higher values in taste, scent and acceptability, showing above 4.7 than other beverage.
(c)Manufacturing method "Sikhae" (a sweet drink made from fermented rice)with dandelion flower
"Sikhae" as a Korean sweet drink was made from fermented rice mixed with water extracts of dandelion flower and maltose from barley sprouts according to following procedures ; a) Water extracts from barley sprouts, b) Water extracts from dandelion flower, c)Mixing with barley sprout extract and steamed rice, d) Ripening the mixture, e) Adding aqueous dandelion flower extracts into the ripened mixture.
Dandelion flower "Sikhae" was compared in biologically-active substance and their activity with "Sikhae" made from leaf, root or stalk. Total phenolics [mg chlorogenic acid equivalents (FAE) kg^-1 DW] was highest in flower "Sikhae", followed by leaf, root, and stalk "Sikhae"(p < 0.05). The result of total flavonoid level [mg naringin equivalents kg^-1 DW] had same tendency to differential total phenolics contents among different "Sikhae" types from plant parts, but showed lower ranges of amount. The antioxidant activity of "Sikhae" from all the plant part sdose-dependently increased. DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl radical) free radical scavenging activity was highest in flower "Sikhae" , and followed by leaf, root, and stalk "Sikhae" (p<0.05). "Sikhae" made with dandelion flowers had higher values in taste, scent and acceptability than "Sikhae" with other plant parts.
2. Applications of Project Outcomes
◦ Providing precious technologies on eco-friendly culture and specific greenhouse production for dandelion.
◦ For adaptation of climate change, effects of environmental variations on functionality of medicinal resources plants are investigated to provide fundamental information of future agro-food resources.
◦ Health-based products with high security and high quality are produced from eco-friendly cultural sites.
◦ Establishment of profit model for farmers through mass production and plant factory by transition from outdoor to greenhouse production.
◦ Providing lifestyles of well-being, LOHAS and eco-friendly agro-product by using dandelion with high anticancer, anti-inflammatory and antioxidative activities.
◦ High income of farmers and related companies by development of fusion technology for processed foods combined with traditional foods or soy sauce.
◦ Publication including paper and patent work, and technology transition and utilization to other institution.
◦ Credible certification of eco-friendly agro-product from culture to marketing of resources plant.
◦ Increase of productivity through introduction of green house mass production system in medicinal plants using roots.
◦ Improvement technology in production, functionality, processing, and commercialization byeco-friendly culture of dandelion.
◦ Providing standard criteria of investigation on variation in plant growth ,its yield, physiological substances level, and functionality of resource plants as of climate change.
◦ Results of the project play a key benchmarking role in processing, powdering, and quality preservation of other institution's.
◦ Increase of employment and farmer's income through production of eco-friendly agro-product.
◦ Utilization, industrialization, and green-tourism using dandelion as a regional special food.
◦ Utilization and contribution of dandelion as analternate crop.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 22
• CONTENTS ... 42
• 목 차 ... 44
• 제 1장 연구개발과제의 개요 ... 46
• 제1절 연구개발의 목적 ... 46
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 47
• 제3절 연구개발의 범위 ... 48
• 제 2장 국내·외 기술개발 현황 ... 50
• 제1절 국내·외 관련분야 기술개발 현황 ... 50
• 제2절 연구결과가 국내외 기술개발에서 차지하는 위치 ... 56
• 제 3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 57
• 제1절 민들레 수집종의 증식 및 유연관계 분석 연구 ... 57
• 1.서언 ... 57
• 2.재료 및 방법 ... 58
• 3.결과 및 고찰 ... 68
• 4.결과요약 및 종합결론 ... 115
• 제2절 민들레 수집종의 생태 및 생물학적 환경 모니터링 특성 연구 ... 120
• 1.서언 ... 120
• 2.재료 및 방법 ... 121
• 3.결과 및 고찰 ... 130
• 4.결과요약 및 종합결론 ... 169
• 제3절 민들레 수집종의 생리활성 분석 및 식이발효식품 개발 연구 ... 181
• 1.서언 ... 181
• 2.재료 및 방법 ... 182
• 3.결과 및 고찰 ... 197
• 4.결과요약 및 종합결론 ... 291
• 제 4장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에 기여도 ... 314
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 314
• 제2절 연구결과가 관련분야에의 기여도 ... 317
• 제 5장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 318
• 제1절 실용화·산업화 계획(기술 실시) ... 318
• 제2절 교육·지도·홍보 등 기술 확산 계획 ... 319
• 제3절 특허, 품종 및 논문 발표계획 ... 320
• 제4절 추가연구, 타연구에 활용계획 ... 322
• 제 6장 연구개발 과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 323
• 제1절 민들레 수집종의 생태 및 생물학적 환경 모니터링 특성 연구 ... 323
• 제2절 민들레의 생리활성물질 분석 ... 324
• 제 7장 참고문헌 ... 331
• 연구개발보고서 초록 ... 344
• 끝페이지 ... 364