천속단의 수확시기에 따른 수량과 Loganin 성분 변이
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Abstract
This study aimed to investigate the effect of harvest time on the growth, yield characteristics and loganin content in Dipsacus asperoides Wall.
Dipsacus asperoides seedlings were planted within a nursery environment in early May 2015 and harvested in early, middle and late October 2015, and early November 2015. Harvest time did not result significant differences in the plant height, stem diameter, branch length, leaf width and aboveground dry weight moreover, no significant differences were observed in root length, number of roots and root diameter. However, the diameter of lateral roots was greater in the harvests from the late October and period thereafter. The highest values of root dry weight and yield were recorded in early November. Specifically, the yield significantly increased from 205 ㎏/10 a (index: 100) in early October to 358 ㎏/10 a (index: 175) in early November, in terms of root part weight. Loganin contents of D. asperoides differed significantly among harvest times raging from 0.0766% in early October to 0.1704% in late November, thereby showing an increasing trend in later harvest times.
These results suggest that the optimum harvest time for D. asperoides is early November, when the yield is the highest. Harvest time significantly affected loganin contents, which constantly increased from early October until early November.
Keywords:
Dipsacus asperoides, Content, Growth Characteristics, Root Yield서 언
천속단 (Dipsacus asperoides)은 산토끼꽃과 (Dipsacaceae) 에 속하는 다년생 초본으로 뿌리는 생약으로 이용되며 생약명 으로는 속단으로 불린다 (KFDA, 2011). 이는 꿀풀과 (Labiatae)에 속하는 한속단 (Phlomis umbrosa)과 명칭이 유사 하여 혼용되기도 하지만 두 식물은 다른 종이다. 한속단은 국 내에 일부 재배가 되고 있지만 천속단의 주요산지는 중국의 사천성, 호북성, 호남성, 운남성과 서장에 분포하여 (Kwon et al., 2003), 전량 수입에 의존하고 있는 것으로 알려져 있다 (Cho et al., 2012).
천속단의 뿌리는 요배산통, 족슬무력, 태루와 봉루의 치료제 로 이용되고 있다고 하며 (Kim et al., 1998), 최근에는 알츠 하이머에 대한 약리효과가 보고된 바 있다 (Zhang et al., 2003). 이외에도 성분에 관한 연구로는 protocatechuic acid, caffeic acid, 3,4-di-caffeoylquinic acid 및 methyl 3,4-di-caffeoylquinate 구조를 결정한 것이 보고되었으며 (Kim et al., 1999), 화합물 분리 (Kwon et al., 2003) 및 물 추출물의 대 식세포에서의 염증반응 억제효과 (Min and Park, 2009) 등이 보고된 바 있다. 또한 유사 식물인 속단의 동시분석 (Cho et al., 2012)과 천속단 (dipsaci radix)과 한속단 (phlomidis radix)으로부터 로가닌을 포함한 5가지 주요 생리활성 성분 (Zhao et al., 2013) 등 두 식물의 차이에 관한 연구도 보고 되었다.
뿌리를 이용하는 약용작물의 지하부 생육은 지상부의 생육 이 중지된 이후에 일어나기도 하기 때문에 수확시기를 달리하 여 수확량 및 주요성분의 변화에 관한 조사가 요구된다. 식물 의 지상부와 지하부 생육 차이와 관련된 연구로는 맥문동의 수확시기에 따른 수량 및 전당함량 (Seong et al., 1995), 황 기의 생육과 근 수량 (Kim et al., 1996) 및 수확시기별 사료 용 비트의 수량과 질 (Albayrak and Yksel, 2010) 등이 보고 된 바 있다.
천속단의 성분 중 로가닌은 이리도이드 배당체 (iridoid glucoside) 중의 하나로 잘 알려진 물질로 추출 조건이 구명된 바 있다 (Cao et al., 2013). 로가닌은 인동덩굴 (Lonicera japonica)에서도 보고된 바 있으며 수확시기별로 분석하였을 때 11월 중순에서 12월 초에 수확하는 것이 가장 유리한 것으로 보고되었다 (Han and Fang, 2013). 이외에도 수확시기에 따른 약용작물의 주요성분 및 생리활성에 차이가 보고되었다. 그 예 로 지치의 시코닌계 색소의 항산화 활성 (Kim et al., 2011), 단삼의 salvianolic acid B (Kim et al., 2015), 오미자의 항 산화 활성 (Choi et al., 2011) 및 꾸지뽕나무의 메탄올 추출 물의 향균성 (Choi et al., 2009) 등이 수확시기에 따라 차이 를 보인다고 보고된 바 있다. 그러므로 약용작물은 수확량과 주요 성분 함량이 높은 시점을 고려하여 적정 수확시기를 구 명하는 것이 요구된다.
천속단과 관련하여 RAPD 분석을 이용한 한속단과 천속단 의 감별 (Lee et al., 2007)과 성분에 관한 연구가 보고되기는 하였으나 재배와 이에 관련된 성분 변화의 연구는 전무한 실 정이다. 따라서 주로 수입에 의존하는 천속단의 국내 생산 기 술 개발이 필요한 실정이다. 이와 관련하여 국내에서 천속단 재배법 확립을 위하여 수확시기에 따른 생육과 수량 및 주요 성분 변이를 구명하고자 본 실험을 수행하였다.
재료 및 방법
. 수확시기에 따른 천속단의 생육 및 수량 특성
천속단 (Dipsacus asperoides Wall.)의 수확시기별 생육 및 수량 특성과 주요 성분 변이를 보기 위하여 다음과 같이 시험 을 수행하였다. 시험재료는 국립원예특작과학원 약용작물과에 서 보존하고 있는 재래종 종자를 2월 하순 (2월 27일)에 200 공 연결육묘상자 (Bumnong Co. Ltd., Jeongeup, Korea)에 파종하고 온실에서 2개월 동안 육묘하여 5월 상순 (5월 4일) 에 정식하였다. 시험 포장은 정식하기 2주 전에 밑거름으로 유 기질 비료를 2,000㎏ 10 a–1 씩 시용하고 경운하였다. 정식은 이랑넓이 90㎝ (고랑 60㎝)로 만들고 비닐을 피복한 다음 재식밀도 30 × 10㎝ 간격으로 정식을 하였다.
수확시기는 10월 상순 (10월 4일), 10월 중순 (10월 15일), 10월 하순 (10월 24일), 11월 상순 (11월 5일) 등 10일 간 격으로 수확하여 물에 깨끗이 씻어 건조기 (DS-80-1, Dasol Scientific, Hwaseong, Korea)에서 40℃로 건조하여 생육 및 수 량 특성과 성분 변이를 분석하였다.
시험구는 난괴법으로 배치하였으며, 각 3반복으로 수행하 였다. 조사항목은 지상부는 초장, 경경, 엽수, 엽폭 및 건중을 조사하였으며, 지하부는 근장, 근수, 근경, 지근경 및 건중을 조사하였다.
. 수확시기에 따른 천속단의 로가닌 (loganin) 함량 변이
수확시기를 달리하여 수확한 천속단의 뿌리를 건조한 후 분 쇄기 (WF2211214, Waring Commercial, Torrington, CT, USA)로 균질하게 파쇄하여 80 mesh 체를 통과시킨 후 정확 히 0.5 g을 취하였다. 그 후 50% methanol 40㎖를 넣고 30 분간 초음파 추출 (CPX 5800, Branson Co., Danbury, CT, USA)하여 여과하였다. 다음 여과액을 모아 50㎖ 플라스크에 담고 손실된 양은 50% methanol로 채워 정확히 50㎖로 맞 추었다. 이 액을 2㎖를 취하여 methanol을 사용하여 10㎖로 희석하였다. 희석액은 0.45㎛ 필터로 여과하고 20㎕를 취하 여 검액으로 하였다. 시료는 시기를 달리하여 각 시험구로부 터 3반복으로 채취하여 분석에 사용하였다. 표준액 제조는 식 품의약품안전처로부터 분양받은 로가닌 표준품 (loganin) 10㎎을 정밀히 달아 100㎖ 플라스크에 methanol로 채워 용 해하였다. 이 액을 5, 10, 20, 40, 80㎖를 정확히 취하여 각 각의 100㎖ 플라스크에 넣고 methanol로 100㎖를 채웠다. 다음 이 용액을 0.45㎛ 필터로 여과하고 20㎕를 취하여 표 준액으로 하였다.
함량 분석은 2998 Photodiode array (PDA) detector for alliance HPLC system (Waters, Milford, MA, USA)을 이용 하였다. 컬럼은 Sun fire C18 (3.5㎛, 4.6 × 150㎜, Waters, Milford, MA, USA)을 이용하였으며, 검출기는 UV 240㎚를 사용하였다. 이동상은 물 (solvent A)과 아세토나이트릴 (solvent B)을 각각 85%와 15%로 시작하여, 50분 경과 후에 solvent A와 solvent B가 각각 65%와 35%로 되도록 조절하 여 구배용매 조건 (gradient mode)으로 분석을 수행하였다. 유 속은 1.0㎖ min–1로 고정하였으며, 주입 부피는 20㎕로 하 였다.
. 통계분석
통계분석은 SAS program (SAS Enterprise Guide 4.3, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 난괴법 실험 에 대한 분산분석을 수행하였다. 처리구 간 유의성 분석을 위 하여 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT) 분석을 실시하 였다.
결과 및 고찰
. 수확시기에 따른 천속단의 생육 및 수량 특성
천속단 (Dipsacus asperoides Wall.) 수확시기별 생육특성을 조사한 결과 초장은 58.2 - 62.6㎝로 수확시기별로 유의적인 차이가 없었고, 경경도 51.5 - 55.9㎜로 수확시기별 유의성이 없는 것으로 나타났다 (Table 1). 엽수도 47.3 - 49.7개로 수확 시기별로 차이가 없었으며, 건물중은 10월 상순 수확의 80.0 g 에서 수확시기가 늦어질수록 감소되어 11월 상순에는 70.6 g 이었으나 통계적인 유의성은 없었다.
근장은 26.2 - 29.4㎝로 10월 상순에서 11월 상순까지 수확 기간을 달리하였을 때 유의적인 차이가 나타나지 않았다 (Table 2). 근수도 마찬가지로 10월 상순과 중순의 11.5개와 11.7개에 비해 10월 하순과 11월 상순에 14.4개와 14.9개로 증가되었으나 통계적인 유의성은 없었다. 근경은 10월 상순의 49.1㎜와 10월 중순의 49.4㎜에 비해 10월 하순의 53.9㎜와 11월 상순의 53.2㎜로 더 굵게 나타났으나 유의성은 없었다. 지근경은 10월 상순과 중순 수확인 12.6과 12.8㎜에 비해 10 월 하순과 11월 상순 수확에서 14.9㎜와 16.8㎜로 굵어졌으 며 유의적인 차이가 나타났다. 건근중은 10월 상순과 중순 수 확에서 24.7 g/plant과 29.0 g/plant으로 차이가 없었으나, 10월 하순에는 36.6 g/plant와 11월 상순 수확에서 43.1 g/plant로 각 각 증가되어 유의성이 나타났다. 수량은 10월 상순 수확시 10 a당 205㎏ 대비 10월 중순은 241㎏으로 18% 증가되었으 나 유의성은 없었고, 10월 하순에는 304㎏으로 48%가 증가 되었고 11월 상순에는 358㎏으로 75%가 증가되어 가장 많 았으며 통계적인 유의성이 있었다 (Fig. 1, 2).
뿌리를 약용으로 이용하는 작물의 경우 지상부 생육이 중단 된 이후에도 근의 생장 및 비대가 진행되는 경우가 발생한다. 뿌리를 약용으로 이용하는 식물 중 시호는 9월 이후 경장과 마디수는 변화가 없었으나, 근장과 지근경수는 11월까지 계속 증가하는 경향을 나타낸 바 있다 (Kim et al., 2000). 택사의 경우 첫 서리 후 지상부 경엽이 고사한 후에도 지하부의 근의 성숙 및 비대가 지속되어 이상적인 수확시기로 보고된 것과도 비슷하다 (Hyun et al., 2006). 또한 단삼은 10월 초 - 11월 초까지 지상부의 초장, 근경 및 건물중은 차이를 나타내지 않 았으나, 지하부 건근중은 시간이 지남에 따라 증가하여 11월 초에 가장 높았다고 보고되었다 (Kim et al., 2015).
이와 같은 결과를 토대로 볼 때 뿌리를 약용으로 이용하는 천속단의 지하부 생육은 지상부 생육이 둔화 혹은 정지 이후 에도 11월 초순까지 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. 다만 추위에 의한 근의 피해 등을 고려하여 11월 초순 수확하여 조 사하였으나, 월동 및 이와 관련한 근의 피해 등이 추후 조사 되면 이 후 생육에 관한 연구가 수행될 수 있을 것이다. Fig. 3
. 수확시기에 따른 천속단의 로가닌 (loganin) 함량 변이
천속단 (dipsaci radix)의 성분으로는 sweroside와 loganin 등 의 이리도이드 (iridoid) 계열의 화합물과 triterpenoid saponins 등이 알려져 있다 (NCOMTCC, 2007). 수확시기별 천속단 뿌리에 함유되어 있는 로가닌 성분은 10월 상순 수확시 0.0766%, 10월 중순 0.1391%, 10월 하순 0.1585% 및 11월 상순 0.1704%로 수확시기가 늦어질수록 증가되는 것을 확인 하였다. 이는 지상부의 생육이 둔화 혹은 낙엽이 시작된 이후 에도 지하부에서는 생육이 이루어지고 이와 함께 로가닌의 축 적도 이루어지는 것으로 볼 수 있다. 이와 같이 수확시기에 따른 유효 성분 함량의 차이가 나타나는 것은 식물 생합성 대 사기작에 의한 차이로 보여진다 (Shin et al., 1998).
지하부를 이용하는 약용작물 중 도라지 (길경)는 생육기 이 후인 3월과 12월에 수확한 것에서 유효성분인 crude saponin 함량이 높게 나타났다 (Lee et al., 1999). 또한 천마의 경우 이듬해 봄 수확이 당해 가을 수확보다 Ergothioneine (ERG) 의 함량이 1.7배 높은 것으로 보고되기도 하였다 (Kim and Park, 2013). 지상부를 이용하는 탐라오갈피나무 줄기의 주요 약리물질인 eleutheroside B와 E 함량을 분석하였을 때 생육 최성기인 7월에 비하여 5월과 9월에 수확하였을 때 함량이 높 은 것으로 보고된 바 있다 (Jwa et al., 2000).
이상의 결과를 종합하여 볼 때 천속단은 10월 상순부터 지 하부 수량 및 로가닌 성분이 증가하는 것으로 조사되어 11월 상순에 수확하는 것이 유리한 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 농촌진흥청 연구사업(과제번호: PJ009856022015) 의 지원에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.
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