초록 ▼

• 본 연구는 2014년 11월에 개시하여 총 연구기간 30개월 동안 질량분석기 기반 안정동위원소비 및 대사체 측정을 통한 국내 제일의 주곡작물인 벼의 재배원산지, 재배년도 및 친환경재배 진위 판별법의 개발을 진행하였다. 해당 연구기간동안 총 (1) 재배원산지 판별, (2) 벼 재배/생산년도 판별, (3) 친환경벼 진위 판별 및 (4) 기능성대사체 profile 및 비교 분석으로 나누어 진행하였으며, 대표 연구 결과는 아래와 같다.

• 벼 원산지 판별의 경우, 한국, 중국, 일본을 포함하는 아시아 6개국에서 재배/생산된

• 본 연구는 2014년 11월에 개시하여 총 연구기간 30개월 동안 질량분석기 기반 안정동위원소비 및 대사체 측정을 통한 국내 제일의 주곡작물인 벼의 재배원산지, 재배년도 및 친환경재배 진위 판별법의 개발을 진행하였다. 해당 연구기간동안 총 (1) 재배원산지 판별, (2) 벼 재배/생산년도 판별, (3) 친환경벼 진위 판별 및 (4) 기능성대사체 profile 및 비교 분석으로 나누어 진행하였으며, 대표 연구 결과는 아래와 같다.

• 벼 원산지 판별의 경우, 한국, 중국, 일본을 포함하는 아시아 6개국에서 재배/생산된 쌀 종실 중의 다중무기원소 (K, Mg, Ca, Ba, Sr 등 25개 원소) 및 C/N/O/S 안정동위원소비 측정 후 PCA, PLS-DA, OPLS-DA 등의 다변량분석을 통해 국내생산 쌀의 진위 판별을 위한 chemical markers를 발굴하였다.

• C/N/O/S 안정동위원소비 측정의 경우, 중국에서 재배된 쌀에서 높은 탄소 (-27.00 ‰), 질소 (4.15 ‰), 황 안정동위원소비 (7.30 ‰)를 나타내었으나, 대만 생산 쌀의 경우 가장 낮은 탄소 (-28.83 ‰), 질소(2.03 ‰), 산소 (22.15 ‰) 및 황 안정동위원소비 (-13.53 ‰)를 나타내었다.

• 다중무기원소의 경우, 캄보디아에서 재배된 쌀에서 가장 많은 총 무기원소 함량을 보였고, 일본=필리핀>중국>한국>대만 순으로 무기원소 함량은 차이를 보였다 (p<0.05). 특히, 벼 생장/생식과 관련된 다량무기원소 함량은 총 무기원소 함량과 비교해 96% 이상을 차지하였고, K와 Mg은 대표 다량원소로 나타났다.

• 다변량 chemometrics 분석결과, δ³⁴S, Mn, Mg은 한국에서 재배/생산된 쌀과 본 연구에서 수집한 일본, 필리핀 등지의 다른 아시아 국가에서 재배/생산된 쌀을 효과적으로 구별할 수 있는 유용한 chemical markers로 나타났다. 특히, Na, Sr, As, δ³⁴S, Mn, Ca, Ba, Mg은 중국산 쌀과 국내 생산 쌀을 구별하기 위한 유용한 elemental markers로 나타났다.

• 벼 재배/생산년도 판별 연구는, 한국의 수원지역에서 5년간 (2009년 –2013년) 재배된 화청 품종의 현미 중의 방사성탄소 (¹⁴C)의 함량을 가속기질량분석기를 이용하여 측정하였다. 재배/생산 후, 저장 기간에 따른 ¹⁴C 함량은 저장 기간이 증가 할수록 벼 종실 중의 ¹⁴C가 줄어드는 경향을 보였고, 이 결과는 대기 중의 ¹⁴C 농도의 감소 pattern과 일치하여 ¹⁴C를 이용한 재배/생산년도 판별의 가능성을 확인할 수 있었다.


• 2009년에 재배된 화청벼의 왕겨를 포함하여 ¹⁴C 농도를 측정한 결과, 현미 중 ¹⁴C 농도와 유의한 차이를 보이지 않았다. 한편, 2008년과 2011년에 일본에서 재배된 Shioka 품종의 ¹⁴C 농도는 재배/생산년도 간에 통계적으로 유의하게 나타나지 않았다. 따라서 벼 종실 중 ¹⁴C 농도에 대한 재배/생산년도의 정확한 측정을 위해, 화청 및 Shioka 품종의 현미에 Acid-Alkali-Acid (AAA) treatment를 하여 현미 중에 존재하는 자연 상태의 background ¹⁴C를 제거한 후, 흑연화 과정을 거친 후 가속기질량분석기로 측정하였으나, 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않아, 정확한 ¹⁴C 측정을 위한 시료 전처리 개발을 포함한 분석방법의 개발 및 최적화가 추후 필요 할 것으로 사료된다.

• 친환경 (유기농) 쌀 진위 판별 연구는, 2015년에 국내에서 재배/생산/소비되는 대표 유기농, 무농약 및 일반 생산 쌀 시료를 수집하여 안정동위원소비 질량분석기를 이용하여 C/N 안정동위원소비를 측정 하였다.

• 친환경 및 일반 쌀 종실 중의 탄소함량은 ~43%로 차이를 보이지 않았으나, 유기농 및 무농약 쌀의 경우 δ¹³C 함량이 일반 쌀에 비해 통계적으로 유의한 수준에서 높게 측정 되었다 (p<0.05).

• 질소함량은 0.92-1.28% 수준으로 통계적으로 유의한 차이를 나타내었으며, 유기농 쌀의 경우 무농약 및 일반 쌀과 비교하여 통계적으로 유의한 수준에서 높은 평균 δ¹⁵N 값을 보였다 (p<0.05).

• δ¹³C과 δ¹⁵N의 2D plot은 유기농 쌀을 일반 쌀로부터 보다 명확하게 구별할 수 있었으나, 무농약 쌀과의 구별은 명확하지 않았고, 친환경 쌀의 brand (품종)간 변이는 쌀 종류별 (유기농, 무농약, 일반 쌀) 변이보다 크게 나타나지 않았다.

• 또한, 본 연구에서 수집/측정한 쌀을 종류별로 무작위로 3반복 선발하여 240여종의 잔류농약을 측정한 결과 측정된 모든 유기농 (n=3), 무농약 (n=3) 및 일반 쌀 (n=3) 시료에서 현재 국내에서 인증 검사에 적용되는 잔류농약 성분이 검출되지 않았다. 따라서 bulk C/N 안정동위원소비 측정은 유기농 친환경 쌀 인증을 위한 현재의 잔류농약성분 측정법의 대체/보완적인 방법이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 선별된 지용성 기능성대사체 (지방산, 토코페롤) 비교분석 연구에서, 일본, 중국 및 한국에서 재배된 쌀 종실은 일반적으로 벼 종실의 총 토코페롤 및 지방산 함량이 높게 나타났으며 (p <0.05), 특히 α-tocopherol 과 β-tocotrienol이 쌀 종실 중의 주요 vitamin E vitamers로 검출되었다. 또한 중국 및 일본 등에서 재배된 쌀 종실 중의 불포화지방산 함량은 각각 >64%로 포화지방산에 비해 함량이 더 높게 나타났으며, 본 연구에서 측정된 모든 쌀 시료에서 필수지방산인 n-6 지방산이 n-3 지방산에 비해 월등히 높은 함량을 보였다. 그러나 기능성대사체 연구결과는 해당 지역에서 재배된 유전형질 및 재배지역의 기상/토양/재배환경 등의 차이가 복합적으로 관여해 나타나므로 장기간에 걸친 대사체분야 profiling 및 변이 연구가 추후 필요할 것으로 사료된다.

(출처 : I. 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 13