중국과 일본 들깨 수집 자원의 생육 특성 및 페놀 성분 분석

1. 공시재료

본 연구의 식물재료로는 중국 수집종 10종과 일본 수집종 7종을 대상으로 하여 농업 형질 특성 및 기능성 물질 분석을 통한 계통간의 차이를 연구하였다. 온실에서 키운 이들 공시 재료를 5월 중순경 강원대학교 부속농장에 이식하였다. 재배 방법에 있어서는 재식거리 휴폭 60cm ×주간 40cm로 이식하 였고, 비료는 10a당 질소 5kg, 인산 4kg, 칼륨 4kg을 전량 기비로 이용하였다. 적엽은 파종 후 1-3엽은 제거하고 4본엽 부터 수확하여 조사하였다.

2. 농업적 형질 특성 조사

중국, 일본 수집종의 농업 형질 관련 생육조사는 농림축산 식품부 국립종자원의 특성조사요령 (특용작물-들깨; 경장, 마 디수, 주당 분지수, 화방군수, 화방군장, 개화일수 및 잎과 종 자 특성)에 따라 수행하였다 (KSVS, 2000). 천립중은 건조 후 완전립을 무작위로 조사하였고, 생육특성 조사는 파종알에 서 성숙일까지 일수로 생육이 비교적 균일하고 중간정도 개체 를 조사하는데 이용하였다. 들깨 잎의 수확은 완전히 전개된 잎을 채취하여 엽장, 엽폭, 장폭비, 채엽기간, 채엽횟수, 채엽 량 등의 채엽 관련 수량 형질을 조사하였다.

3. 페놀화합물 분석

동결건조한 들깻잎의 수분을 제거한뒤 분쇄하여 분석시료 로 이용하였다 (Kim et al., 2008). 시료 2 g에 10ml 99.9% acetonitrile (HPLC grade)과 0.1N HCl을 넣고 실온에서 2시간 추출후, 감압농축기로 농축하여 0.45μm syringe filter로 여과한 샘플을 HPLC 분석에 이용하였다. HPLC 분석은 Shimadzu HPLC system (SPD-M10A Diode Array Detector, Kyoto, Japan) 기기와 YMC-Pack ODS AM-303 (4.6 × 250mm I.D., YMC Co., Kyoto, Japan) 컬럼을 이용하여 수행하였다 (Chung, 2004). 증류수와 0.1% acetic acid를 포함하는 3차 증류수를 혼합한 solvent A와 acetonitrile과 0.1% acetic acid 를 포함하는 3차 증류수를 혼합한 solvent B를 gradient program으로 하여 UV 흡광도 280nm에서 이동상을 측정하 였다. Flow rate의 양은 1 ml/min으로 하여 분석에 이용하 였다. 페놀화합물 분석은 gallic acid를 포함하여 총 28가지 물질로 검량선 작성 후 분석하였다 (Fig. 1).

4. 통계처리

모든 실험은 3반복으로 수행하였으며, 실험결과는 평균 ±표 준편차 (Mean ± S.D.)로 나타내었다. 통계분석은 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)를 이용하여 실험구간 유의성 검정을 실시하였다 (p < 0.05).

1. 중국, 일본 수집종 들깨의 작물학적 생육특성

중국 수집종 10계통과 일본 수집종 7계통의 작물학적 형질 특성 조사한 결과는 Table 1-3에 나타내었다. 중국과 일본 수 집종 전체에서 주당 분지수가 가장 많은 것은 일본 134계통 으로서 26.7개로 나타났다. 15개 이하의 주당분지수를 갖는 계 통은 중국 108계통과 일본 138계통으로 조사되었다. 마디수가 가장 많은 것은 중국 119계통으로 25개의 마디수를 갖는 것 으로 나타났고, 일본 138계통의 경우는 마디수가 11.7개로서 저조한 수치를 보여주었다. 화방군수에 있어서는 중국 114계 통이 180.8로서 가장 많은 것으로 조사되었고, 일본과 중국 수 집종 전체 화방군수는 89.5의 화방군수를 나타내었다. 화방군 당 삭수에 있어서는 중국과 일본 수집종 전체적으로 큰 차이 를 나타내지 않았으며, 평균적으로 41.9개의 화방군당삭수를 갖는 것으로 조사되었다. 화방군의 길이는 중국 118계통이 11.2cm로서 가장 큰 것으로 나타났고, 4cm 이하의 길이를 보 이는 것도 중국 100과 중국 113 계통 2 가지인 것으로 나타 났다. 천립중을 조사한 결과 중국 118계통이 4.12 g의 가장 무 거운 것으로 조사되었다. 중국과 일본 수집종 전체의 파종기 부터 개화기까지는 평균적으로 175.5일이 걸리는 것으로 나타 났으며, 성숙하기까지는 평균 205.1일이 걸리는 것으로 조사 되었다 (Table 1). 한국 들깨 수집종 85점을 가지고 생육 특 성을 조사한 결과, 천립중은 평균 2.7 g이었고, 경남 함양종이 3.9 g으로 가장 무거웠고, 강원 평창종은 1.7 g으로 극소립종인 것으로 나타났다 (Nam et al., 2004). 중국 수집종 118계통에 서 천립중이 가장 무거운 것이 4.12 g을 보여주므로서 국내종 에 비해 천립중이 더 무거운 것으로 나타났다. 국내 육성된 잎들깨와 종실들깨 대상 주요특성 분석을 한 결과, 잎들깨의 평균 개화기는 9월 28일로 종실용 들깨 평균 개화기 9월 5일 보다 23일 늦은 것으로 조사되었는데, 이는 우리 결과처럼 파 종기부터 계산된 개화기까지의 기간이 아니므로 정확한 비교 는 할 수 없다 (Choung, 2005).

Table 1.

Comparison of agronomic characteristics in collected Perilla frutescens.

중국, 일본 수집종 들깨의 생육 조사 항목중 간장을 조사한 결과, 중국 107계통이 248.9cm로 가장 우량한 계통임을 나타 내었다. 전체적으로 간장에 있어서는 일본수집종 보다는 중국 수집종이 훨씬 우량한 계통이 많았으며, 전체 수집종의 평균 간장은 205.1cm인 것으로 조사되었다. 엽장에 있어서는 중국 108계통이 17.73cm를 보여서 가장 긴 잎을 가지는 것으로 나 타났고, 전체 수집종 중 15cm이상의 잎 길이를 갖는 계통은 9계통으로 확인되었다. 엽폭도 역시 엽장과 마찬가지로 중국 108계통에서 가장 우량한 것으로 나타났고, 수집종 전체의 장 폭비 평균은 1.4cm인 것으로 조사되었다 (Table 2). 강원지역 들깨 42점을 수집하여 분석한 결과, 경장은 80-140cm 정도로 수집종간 차이가 많았고, 131cm 이상되는 들깨 수집종은 전 체에서 16.7%로 나타났다 (Nam et al., 2004). 이는 중국과 일본 들깨 수집종의 본 연구 결과에서 205.1cm를 나타낸 것 으로 보아 강원지역 들깨 수집종에 비해 상당히 큰 것으로 나 타났다. 우리나라 들깨 수집종 85점을 육성한 결과에서 경장 은 평균 113cm를 보이는 것으로 나타났으며, 또한 들깨는 수 집 지역별 일장에 대한 민감성이 상당한 것으로 알려져 있다 (Nam et al., 2004). 따라서 우리 보고에서의 들깨 경장의 차 이는 수집 지역마다 일장이 다른 기후와 수집 품종의 차이 때 문인 것으로 생각된다.

Table 2.

Growth characteristics on plant height, leaf length, leaf width, ratio of length/width in collected Perilla frutescens.

Table 3.

Growth characteristics on number of leaf picked, picking days, number of picking, picking internal, yield per plant in collected Perilla frutescens.

들깨 수집종의 채엽 관련 특성조사에서는 채엽수, 채엽기간, 채엽 횟수, 채엽 기간, 식물체당 채엽량을 조사하였다. 총 채 엽수는 일본 134계통이 965개로 가장 많은 채엽을 하였고, 수 집종 전체 총 채엽기간은 평균 54일로 나타났다. 개체당 채엽 수는 중국 113계통이 12개로 가장 많았고, 중국 107계통과 일 본 141계통은 개화기가 다소 늦어서 다른 계통보다 채엽기간 이 더 길어진 것으로 나타났다. 중국 113계통의 경우는 채엽 기간이 가장 짧은 것으로 나타났고, 채엽 횟수에 있어서는 중 국 113계통과 중국 109계통이 12회와 10회로 가장 많은 것으 로 조사되었다. Kim 등 (2002)은 종실 수량 들깨의 채엽에 따른 개화 성숙기는 유의차가 없었으나, 파종이 늦어짐에 따 라 채엽수량이 감소하거나 조파할수록 많아지는 결과가 보고 되었다 (Kim et al., 2002). 본 연구에서는 채엽횟수와 종실 수량과의 관계에 있어서 채엽횟수가 수량에 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다.

2. 페놀화합물 분석 이용 총페놀 고함량 들깨 선발

중국, 일본 수집종 들깨의 페놀화합물 함량을 HPLC를 통해 28가지 페놀물질을 기본으로 하여 측정하였다. 들깨에 많이 함 유되어 있는 페놀 물질은 2.95% Syringic acid, 8.83% Benzoic acid, 4.99% Naringin, 7.07% o-Coumaric acid, 25.57% Myricetin, 4.28% Naringenin, 7.10% Hesperetin인 것 으로 나타난 반면, catechin, p-coumaric acid, m-coumaric acid는 극소량만 존재하는 것으로 분석되었다. 28가지 페놀물질 총 함량의 경우, 일본 139계통이 8245.0μg/g 으로서 가장 높은 총 페놀 함량을 지닌 계통으로 나타났다. 중국 수집종 중에서 는 중국 100계통이 2847μg/g 으로서 중국 수집종 가운데 가 장 높은 것으로 확인되었고, 일본 수집종 가운데 2000μg/g 이상 총페놀 함량을 나타내는 수집종이 일본 133, 134, 136 으로 3계통인 것으로 보여졌다 (Table 4).

Table 4.

Comparison of phenolic compounds in 17 accessions of perilla using HPLC analysis.

각 페놀 물질의 수집종간 비교 분석한 결과, Gentisic acid 는 중국 107계통이 204.3μg/g을 나타내어서 가장 많은 함량 을 보여주었고, 중국 108, 일본 141의 2계통이외 수집종에서 는 검출되지 않았다. 수집종 들깨에 많은 함량을 가진 페놀 물질 Syringic acid는 14계통에서 137.8μg/g-358.3μg/g이 검 출되므로서 대부분 들깨에 존재하는 물질인 것으로 조사되었 고, 중국 100, 102, 104, 107의 4계통에서는 검출되지 않았다.

p-Coumaric acid의 경우 중국 109계통, 일본 139 계통을 제 외한 들깨 수집종에서 검출되지 않은 것으로 나타났다. m- Coumaric acid의 경우도 p-Coumaric acid와 마찬가지로 중국 114계통에서만 1.8μg/g 정도로 아주 극소량 존재하는 것으로 나타났고, 나머지 들깨에서는 전혀 검출되지 않은 것으로 보 여졌다. Benzoic acid는 대부분 들깨 수집종에서 많은 양을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 특히 중국 100계통은 603.9μg/g로서 가장 높은 benzoic acid양을 나타내었고 대부 분 수집종이 100μg/g이상 검출된 반면 중국 114계통만 소량 인 것으로 나타났다. Naringin은 일본 139계통에서 441.9μg/g 로 높은 함량을 보여주었고, 100μg/g 이상 함유하는 들깨는 5계통인 것으로 나타났다. o-Coumaric acid의 경우 많은 들깨 수집종에서 검출되지 않았지만, 중국 100, 일본 133, 일본 134 계통에서는 600μg/g 이상 큰 함량을 지니는 것으로 나타 났다. Myricetin은 대부분 들깨 수집종에서 많은 양을 함유하 는 것으로 나타났고, 특히 일본 139 계통의 경우 5973.0μg/g 으로 엄청난 함량이 검출되었다. Naringenin은 7계통이 100μg/g-260μg/g 정도의 함량이 검출되었고, Hesperetin은 중 국 104, 107, 119의 3가지 계통만 30μg/g 이하의 소량 함유 라는 것으로 나타났다 (Table 4).

한국 들깨종 15가지의 항산화 활성 및 페놀 화합물 분석을 실시한 결과, 9가지 페놀 화합물인 caffeic acid-3-O-glucoside, caffeic acid, luteolin-7-O-glucoside, apigenin-7-O-glucoside, rosmarinic acid-3-O-glucoside, rosmarinic acid, luteolin, apigenin, chrysoeriol이 검출된 것으로 보고하였다 (Lee et al., 2013). 이는 본 연구에서 실험한 중국, 일본 수집종 결과 와는 다른 종류의 페놀 화합물이 한국종 들깨에 상당량 함유 하고 있는 것을 나타낸 보고이다. 또다른 한국종 들깨 보고에 서는 5가지 종류의 페놀 화합물인 caffeic acid-3-O-glucoside, rosmarinic acid-3-O-glucoside, rosmarinic acid, luteolin, apigenin을 함유하는 것으로 나타났다 (Ha et al., 2012). 페놀 성분과는 예외적으로 30가지 들깨 수집종에서 정유성분이 75%를 넘지 않았고 다양한 성분 조성을 갖는 것으로 분석되 어 향기 성분 증가 들깨 품종 육성의 기본정보를 보고한 논문 도 발표되었다 (Kim et al., 2008). 또한 정유성분 합성대사에 관련된 유전자의 클로닝을 통해 식물병 방어 관련 유전자의 발현 기능 분석을 하여 들깨 기능성 유전자의 이용성에 대한 연구도 보고되었다 (Seong et al., 2009). 본 연구의 결과로부 터 들깨 수집종의 페놀 화합물 기능별 분류를 데이터화 하 고, 앞으로 기능성 대사 클러스터링과 분자적 접근을 통한 들깨 품종 육성에 대한 지속적 연구가 필요할 것으로 판단 된다.