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ISSN : 1225-9306(Print)
ISSN : 2288-0186(Online)
Korean Journal of Medicinal Crop Science Vol.26 No.3 pp.220-226
DOI : https://doi.org/10.7783/KJMCS.2018.26.3.220

Comparison of Growth Characteristics and Active Ingredients in Atractylodes Inter-Specific Hybrid Cultivars

Jin Tae Jeong*,**, Hee Jung Lee*, Jeong Hoon Lee*, Chung Oui Hong*, Yun Ji Lee*, Yang Seon Jeong*, Dae Young Lee*, Seung Eun Lee*, Jae Ki Chang*, Bo Keun Ha**, Chun Geon Park*
*Department of Herb Crop Resources, NIHHS, RDA, Emseong 27709, Korea.
**Department of Plant Biotechnology, College of Agriculture and Life Science, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea.
Corresponding author: (Phone) +82-43-871-5664 (E-mail) pcg@korea.kr
20180419 20180515 20180615

Abstract

Background:

Atractylodes japonica Koidz. and Atractylodes macrocephala Koidz. belong to the family (Asteraceae). Their rhizomes, called white Atractylodes rhizomes, are used in traditional medicine. To address some issues with their cultivation, we recently developed eight hybrid cultivars by interspecific hybridization of A. japonica and A. macrocephala. This study was conducted to screen the hybrid cultivars that have high amounts of active ingredients and yield ability.


Methods and Results:

Experiments were conducted using the eight hybrid cultivars and A. macrocephala (control cultivar) in the experimental field of the department of Herbal Crop Research located in Eumseong, South Korea. We investigated the growth characteristics of the aerial and underground parts. Among the cultivars, ‘Sanwon’ had the highest rhizome dry weight (53.8 g/plant), followed by ‘Dachul’ (50.0 g/plant). In addition, the content of atractylenolide I, II, III and total active ingredients were investigated using high-performance liquid chromatography. Compared with A. macrocephala, most of the inter-specific hybrid cultivars had a higher content of active ingredients and yield ability.


Conclusions:

Through study, we established the superior quality of Atractylodes inter-specific hybrid cultivars. In particularly, it was found that ‘Dachul’ may be grown as a superior cultivar, with high amount of active ingredients as well as yield ability.



삽주 육성품종 간 생육특성 및 유효성분 분석

정 진태*,**, 이 희정*, 이 정훈*, 홍 충의*, 이 윤지*, 정 양선*, 이 대영*, 이 승은*, 장 재기*, 하 보근**, 박 춘근*
*국립원예특작과학원 인삼특작부 약용작물과
**전남대학교 농업생명과학대학 식물생명공학부

초록


    © The Korean Society of Medicinal Crop Science. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    서 언

    삽주속 (Atractypdes spp.)은 국화과 (Asteraceae)에 속하는 다년생 초본으로서 이 중 A. carlinodes를 제외하고 동아시아 에서 2000년 동안 근경을 약재로 사용해 왔으며 약효에 따라 서 백출과 창출로 분류하여 사용되고 있다 (Lee et al., 2002). 과거 국내에서는 삽주 (Atractylodes japonica Koidzumi)만이 자생하며 신근 (新根)을 백출로 구근 (舊根)을 창출로 구분하 였다. 하지만 중국에서 백출로 규정하는 큰꽃삽주 (Atractylodes macrocephala Koidzumi)가 국내에 도입되어 재배가 늘어감에 따라『대한약전 7개정』1997년부터 삽주 또는 큰꽃삽주의 뿌 리줄기로서 그대로 또는 주피를 제거한 것을 백출로 규정하여 사용하고 있다 (MFDS, 2000).

    백출의 기원식물 두 종간에는 약간의 차이가 있는데 먼저 괴 근의 형태에 있어서는 삽주는 비교적 횡으로 비대하는 반면, 큰꽃삽주는 주먹모양으로 불규칙하게 분지되어 있다. 특히, 가 장 차이가 큰 화기 형태를 보면 삽주는 흰 꽃을 피며 크기가 1.7 - 2.0㎝인데 이는 자홍색의 꽃을 피며 꽃의 크기가 2.5㎝ 에 달하는 큰꽃삽주 보다 작다 (Takeda et al., 1994; Fukuda et al., 1995; Kim et al., 2009).

    백출은 한방에서 소화촉진 및 위장을 보호하는 용도로 이용 하며 대표적인 수입 의존 약재로서 2017년 농림축산검역본부 검역통계자료에 의하면 675 톤 가량이 중국 등지에서 수입에 되고 있다. 큰꽃삽주를 충북, 충남, 경북지역에서 주로 재배하 고 있으며 재배면적은 1998년도에 55㏊에 이르렀으나, 그 후 로 점차 감소하다 다시 늘기 시작하여 현재 59㏊에서 143 톤을 생산하고 있다 (MAFRA, 2016).

    백출의 주요 성분으로는 sesquiterpenoid류 화합물인 atractylenolide I, atractylenolide II, atractylenolide III, atractylon 등이 있다 (Yun et al., 2013; Kim et al., 2013). 특히 atractylenolide I의 경우 백출의 성분 중 가장 암세포증식 저해 효과가 우수하였고 (Yun et al., 2015), 만성염증에 의한 혈관 신생억제 (Wang et al., 2009), TNF-α, NO 등 과잉생산을 동반한 염증 억제 (Li et al., 2009), 알레르기 및 아토피 피 부염 등에 효과 등이 보고되었으며 (Lim et al., 2012), atractylenolide II는 악성 흑색종세포 사멸 효과 (Ye et al., 2011), atractylenolide III은 위궤양 유발모델에서 위장관 보호 기능과 폐암세포 (A549) 사멸효과가 보고되었다 (Kang et al., 2011; Wang et al., 2011). 이 외에도 항바이러스작용 (Cheng et al., 2016), 간 보호작용 (Hwang et al., 1996), 신장의 Na+, K+-ATPase 활성 억제로 인한 이뇨 작용촉진 (Satoh et al., 1996), 항염증 및 통증완화 (Chen et al., 2016), 백혈병 세포의 성장 억제 효과 (Wang et al., 2002), 항궤양 효과 (Matsuda et al., 1991) 등이 보고되었다.

    삽주는 재배기간이 길고 수량성이 낮아 재배보다는 주로 야 생채취에 의존하고 있으며 큰꽃삽주의 경우 수량성이 높아 주 로 재배가 되나 뿌리썩음병에 매우 취약한 단점이 재배 제한 요인이 되고 있다 (Cho et al., 2001a; Cho et al., 2001b).

    이를 극복하기 위하여 국립원예특작과학원 약용작물과에서 는 1990년대부터 삽주와 큰꽃삽주 종간교잡 (A. japonica × A. macrocephala)을 통해 내병성 다수성 품종육성이 시작되어 현재 다출 등 8 품종이 생산력검정시험, 지역적응성검정시험 거쳐 농작물직무육성 신품종선정 심의회를 통과하였으며 (Table 1), 이 가운데 현재 6 품종이 2016년 11월에 보호출원하여 재 배심사 진행 및 품종등록을 앞두고 있으나 이들 품종 간의 생 육 특성 및 성분 분석에 관한 연구는 전무하다.

    따라서 본 연구에서는 삽주 품종 간 생육 특성과 atractylenolide I, atractylenolide II, atractylenolide III 등 유효성분 함량을 비교 하여 농가 보급이나 기능성 제품 개 발 등을 목적으로 하는 품종 선발에 기초자료로 제공하고자 한다.

    재료 및 방법

    1 시험 재료 및 재배법

    본 실험에 사용된 재료는 육성 품종인 다출 등 8 품종 (Table 1)과 함께 농가에서 주로 재배하고 있는 큰꽃삽주 (Atractylodes macrocephala Koidzumi)를 조사하였으며 충북 음성군 소이면 비산리에 위치해 있는 농촌진흥청 국립원예특 작과학원 인삼특작부 시험포장에서 이랑 110㎝와 고랑 50㎝ 시험구에 재식밀도 30 × 30㎝ 간격으로 하였다.

    전년도에 수확하여 5 - 6 등분으로 분근한 종근을 2017년 5 월 4일에 정식하였고, 그 해 11 월에 수확한 샘플을 채취하여 수세 후 동결건조 하여 분석에 사용하였다.

    시험포장의 관행시비는 N : P2O :K2O 성분을 7 : 4 : 3㎏/10a 의 양으로 정식하기 2 주 전에 시험포장에 시용하여 경운 정 지 하였고, 기타 재배법은 농촌진흥청 삽주 표준재배법에 준 하였다. 품종 별로 무작위로 시험구당 20 개체 씩 총 60 개 체의 샘플을 채취하여 분석에 사용하였다.

    2 생육 특성 조사

    농촌진흥청 시험연구조사 기준에 준하여 지상부는 정식 140 일 후 (9월 21일)에 생육이 비교적 균일한 개체를 이용하여 초장, 경경, 경수, 분지수, 엽장, 엽폭 등을 조사 하였으며, 지 하부는 정식 후 170 일 (10월 23일)후에 시험포장에서 굴취 하여 근장, 근경, 지근수, 건근중 및 생근 수량을 조사하였다 (RDA, 2012).

    3 성분 분석

    주요 유효성분인 atractylenolide I, atractylenolide II, atractylenolide III를 분석하기 위하여 표준품은 Wuhan ChemFaces Biochemical (Hubei, China)제품을 구입하여 사용 하였고, 동결건조한 시료는 분말화한 후 50호 (300㎛)체로 균 질화 하였다. 균질화된 분말은 100㎎씩 취하여 70% EtOH 1㎖을 추출 용매로 1 시간 동안 초음파 추출하였다.

    Atractylenolide I, atractylenolide II와 atractylenolide III는 Yun 등 (2013)의 방법을 응용하여 사용하였다. 분석한 column 은 INNO Column C18 (Yong Jin Biochrom Co., Ltd., Seongnam, Korea, 4.6㎜ × 250㎜, 5㎛)이고 column temperature는 25℃로 유지하였다. 시료의 injection volume은 10㎕이고 UV-wavelength는 236㎚에서 분석하였으며 flow rate를 분당 1㎖로 용출시켰으며, 이동상의 조건은 Table 2에 제시하였다. 정량분석을 위해서 표준물질을 6, 12.5, 25, 50, 100㎍/㎖의 농도별로 70% 에탄올에 녹인 후 HPLC (Agilent 1260 series, Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 성분 분석을 실시하였다.

    확립한 HPLC 조건으로 분석한 결과 세 물질 모두 상관계 수 (R2)가 각각 0.9989, 0.9998 및 0.9997로 양호한 직선성을 나타내었고 (Table 3), 이 식을 이용해서 atractylenolide I, atractylenolide II, atractylenolide III 정량분석을 실시하였다 (Table 3).

    4 통계 분석

    실험 결과는 SAS Enterprise Guide 4.2 (Statistical analysis system, 2009, Cray, SAS Institute Inc., NC, USA) 로 분석하고, 3 반복한 결과 값을 평균치 ±표준편차 (Means ± SD)로 나타내었다. 시료간의 유의적인 차이는 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의수준 5% (p < 0.05)에서 검증하였다.

    결과 및 고찰

    1 품종 별 생육 특성 비교

    품종 별 삽주 (Atractylodes japonica Koidzumi)의 생육 특 성을 조사한 결과 Table 4, Table 5에 나타내었다.

    지상부 특성을 조사한 결과로 초장은 고출이 45.10 ± 6.96㎝로 가장 큰 수치를 나타내었고, 경경은 큰꽃삽주 (Atractylodes macrocephala Koidzumi)가 4.79 ± 1.54㎝로 가 장 굵었으며, 경 수는 다출이 3.10 ± 1.04 개로 가장 큰 수치를 나타내었다. 분지 수는 ‘고출’이 13.64 ± 2.84 개로 가장 많았고 엽장과 엽폭은 큰꽃삽주가 9.74 ± 0.94 ㎝와 3.91 ± 0.32㎝로 가장 길고 넓었다.

    품종 간 경경과 경수에서는 크게 유의적인 차이를 보이지 않았지만 경장, 분지 수, 엽장, 엽폭 등에서는 차이가 있어 본 결과가 기본식물 유지 및 품종간 구별에 도움이 되는 기초자 료가 될 것으로 사료된다.

    지하부 생육 특성을 조사한 결과 근장은 큰꽃삽주가 8.4 ± 1.91㎜로 가장 길었고, 근경은 상원이 9.0 ± 1.09㎜로 가장 큰 수치를 나타내었다. 생근중과 건근중의 경우 근경에서 최 고치를 보인 상원이 149.5 ± 31.47 g, 53.8 ± 15.90 g으로 가장 큰 수치를 나타내었고, 생근 수량 에서도 상원이 1789.7 ± 21.2㎏/10a로 가장 높았다. 또한 모든 육성품종이 큰꽃삽주에 비하여 수량성이 높음을 알 수 있었다.

    전반적으로 육성품종은 큰꽃삽주에 비하여 경경이 얇고 분 지수와 경수가 적었으며 엽장과 엽폭이 작은데 반해 경장이 긴 특성을 보였는데 이는 지상부를 과번무 하지 않게 하고 전 체적인 수광태세를 좋게 만들어 지하부 수량 증가에 영향을 끼친 것으로 사료된다.

    외형적으로 봤을 때 육성품종과 큰꽃삽주간에는 차이가 컸 으나 육성품종 간에는 차이가 작았다 (Fig. 1). 이는 모든 육 성품종이 모본은 평창에서 수집한 삽주 단일 개체이며 부본은 같은 개체는 아니지만 큰꽃삽주이기 때문인 것으로 사료된다.

    삽주는 생산량이 많지 않고 재배가 잘 되지 않아서 주로 자 연산 채취에 의존하는데 노지에 재배한 결과 생육조사에 필요 한 충분한 개체 확보가 어려워 결국 이번 조사 결과에서 제외 하였다. 추 후 비교 연구 시 삽주의 작물화에 대한 연구가 선 행되어야 할 것으로 보인다.

    2 품종 별 유효성분 분석

    육성품종 별 유효성분 분석 결과는 Table 6에서 나타내었다. 육성품종과 큰꽃삽주 (A.macrocephala)의 유효성분 함량을 측 정한 결과 atractylenolide I은 후출 >상출 > 다출 > 다원 >만 출 >상원, 큰꽃삽주 >고출, 고원 순이였으며 후출이 0.10 ± 0.00 ㎎/g 함유하여 가장 높았다.

    Atractylenolide II의 경우 다출 > 다원 > 후출 >상출 > 만출 >고출 >상원 >큰꽃삽주 순이였으며 0.24 ± 0.00㎎/g를 함유 한 다출이 가장 높았는데 가장 낮은 상원에 비해 6 배 이상 높았다.

    Atractylenolide III은 다출 >상출 >만출 >후출, 큰꽃삽주 > 다원 >고출 >상원 순으로 0.07 ± 0.00㎎/g를 함유한 다출이 가장 높았다. 총 유효성분 함량은 다출, 다원, 후출, 상출, 고 원, 만출, 고출, 큰꽃삽주, 상원 순으로 높았다.

    본 결과를 통하여 삽주 유효성분인 atractylenolide I, atractylenolide II, atractylenolide III는 상원을 제외한 대부분 의 육성품종 (A.japonica × A.macrocephala)에서 큰꽃삽주보다 높은 함량을 함유하고 있음을 알 수 있었고, 특히 다출의 경 우 큰꽃삽주에 비하여 월등한 수량성과 유효성분 함량을 갖춘 것으로 조사되었다.

    선행 연구에 따르면 삽주와 큰꽃삽주에서 추출 된 물질 중 에서 특히 atractylenolide I는 강력한 항염 효과가 있는 물질이 라고 보고된 바가 있으며 atractylenolide II과 atractylenolide III 또한 항염증 효과가 있는 것으로 보고되어 있다 (Endo et al., 2012).

    여러 질환의 발병에 관여하는 염증 반응은 현대인에게 급증 하는 비만, 동맥경화, 암과의 연관성이 알려져 있으며 (Forsythe et al., 2008; Lee et al., 2010; Wang et al., 2010), 이러한 연구 결과에 따라 최근에는 항염증작용이 있는 약용작물을 이용한 기능성 물질에 대한 연구가 활발한 상황이 다 (Kim et al., 2012; Kang et al., 2014).

    과거 주로 한약재로서 쓰여 왔던 두충이 약용작물기능성 화 장품 (Gu et al., 2013)이나 식품첨가물 (Kim et al., 2012) 등으로도 주목 받고 있는 사례에서 보듯, 수량성과 유효성분 함량이 우수한 다출 등의 육성품종은 향후 한약재뿐만 아니라 항염증 제품, 기능성 화장품 등에 용이하게 쓰일 수 있을 것 으로 보인다. 또한, 다출 등 육성품종은 영양번식방법으로 증 식하기 때문에 매우 균일한 특성을 가지는데, 본 결과를 통해 국산 품종의 보급 확대 뿐 만 아니라 한약재 원료의 표준화 측면에서도 귀중한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

    감사의 글

    본 연구는 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ010292042018) 의 지원에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.

    Figure

    KJMCS-26-220_F1.gif
    1. Morphological characteristics of Atractylodes spp. and hybrid cultivars.

    A; Gowon, B; Gochul, C; Dawon, D; Dachul, E; Manchul, F; Sangwon, G; Sangchul, H; Huchul, I; A.macrocephala J: A.japonica.

    Table

    List of Atractylodes hybrid cultivar development.

    1)AJ; <i>Atractylodes japonica</i> Koidzumi
    2)AM; <i>Atractylodes macrocephala</i> Koidzumi
    3)NIHHS; National Institute of Horticultural & Herbal Science.

    Mobile phase condition of chromatographic separation.

    Calibraion curve equations of atractylenolide I, atractylenolide II, and atractylenolide III.

    1)Equation, y: peak area, x: concentration.

    Growth characteristics of aerial parts of Atractylodes spp. Hybrid cultivars.

    1)GW; Gowon
    2)GC; Gochul
    3)DW; Dawon
    4)DC; Dachul,
    5)MC; Manchul
    6)SW; Sangwon
    7)SC; Sangchul
    8)HC; Huchul
    9)AM; <i>Atractylodes macrocephala</i> Koidzumi.
    *Means within a column followed by the same letter are not significant based on the DMRT (<i>p</i> < 0.05).

    Growth characteristics of underground parts of Atractylodes spp. hybrid cultivars.

    1)GW; Gowon
    2)GC; Gochul
    3)DW; Dawon
    4)DC; Dachul
    5)MC; Manchul
    6)SW; Sangwon
    7)SC; Sangchul
    8)HC; Huchul
    9)AM; <i>Atractylodes macrocephala</i> Koidzumi.
    *Means within a column followed by the same letter are not significant based on the DMRT (<i>p</i> < 0.05).

    Atractylenolide I, atractylenolide II and atractylenolide III contents of cultivars (㎎/g).

    1)GW; Gowon
    2)GC; Gochul
    3)DW; Dawon
    4)DC; Dachul
    5)MC; Manchul
    6)SW; Sangwon
    7)SC; Sangchul
    8)HC; Huchul
    9)AM; <i>Atractylodes macrocephala</i> Koidzumi.
    10)ATD; atractylenolide.
    *Means within a column followed by the same letter are not significant based on the DMRT (<i>p</i> < 0.05).

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