미네랄 및 호르몬 제제 처리에 따른 당귀의 생육특성 및 Decursin, Decursinol Angelate 함량 변화

서 언

참당귀 (Angelica gigas Nakai)는 다년생 식물로서 산형과 (Umbelliferae)에 속하며, 국내에서 자생한다. 서늘한 기후를 좋 아하는 작물로서 우리나라 북부지방인 강원도나 중북부 산간 지역 등 추운 곳에서 재배하고 있다. 현재 국내에서 참당귀는 강원 평창, 충북 제천, 경북 봉화 등 해발 300 - 700m의 산간 고랭지에서 재배되고 있다 (Yu et al., 2004). 농림축산식품부 2015년 특용작물 생산물 실적 조사 기준에 의하면 당귀의 전 국 재배면적은 약 497 ha이고, 전국 농가호수는 756 농가이 며, 국내 생산량은 1,398 톤으로 점차 줄어들고 있는 추세이 다 (MAFRA, 2016).

당귀는 뿌리를 약재로 이용하는 약용작물로서 뿌리를 건조 시켜 약으로 사용하는데, 나라마다 약전 및 기원이 다르다. 중 국약전은 A. sinensis (oliv.) Diels의 뿌리로, 일본약전은 A. acutiloba Kitag.의 뿌리로 규정하고 있다 (Lee et al., 2017). 대한약전 11 개정에 따르면 당귀는 ‘산형과 참당귀 (A. gigas) 의 뿌리’로 이 약을 건조한 것은 nodakenin 및 총 decursin (decursin과 decursinol angelate)의 합이 6% 이상 함유해야 한다는 기준이 있다.

당귀는 한방에서 사물탕 (四物湯), 십전대보탕 (十全大補湯), 당귀작약탕 (當歸芍藥湯) 등의 원료로 사용되어 왔으며, 주로 보혈약 (補血藥)으로 월경불순, 월경통, 빈혈증 등 부인과 질 병의 치료에 사용되어 왔다 (Sung et al., 2004). 참당귀는 당 뇨합병증 개선효과, 멜라닌 생성 억제 효과, 미백효과, 자외선 차단 효과가 있는 것으로 알려져 있으며 (Kim et al., 2008; Park et al., 2011; Kim et al., 2014), 특히 참당귀의 주요성 분이자 지표성분인 decursin과 decursinol angelate는 중국당귀 와 일본당귀에는 없는 성분으로 남성 난임 예방, 유방암, 전립 선암, 폐암, 간보호, 신경 보호, 항균, 항산화 등의 효능이 있 는 것으로 보고된 바 있다 (Kang et al., 2003; Lee et al., 2003; Yim et al., 2005; Jiang et al., 2007; Yoon et al., 2011; Bae et al., 2016; Kim et al., 2016b).

재배 시 작물의 생산량과 중요 성분을 증가시키기 위해서 첨가물을 이용한 연구가 많이 보고되어 왔으며, 첨가물에는 호 르몬, 미량원소, 효모추출물, 게르마늄 등 다양한 종류가 있다. 시호, 당귀, 삼백초, 땃두릅나무 등에서 첨가물 처리에 의해 생 산량과 특정 성분의 증가가 일어났다는 연구결과가 보고된 바 있다 (Lee et al., 2002; Rhee et al., 2010; Choi et al., 2016; Kim et al., 2016a). 특히, 뿌리를 이용하는 약용작물의 경우 생산량을 증가시키기 위해 뿌리 발육 향상제를 많이 이 용하는 데, 미량 원소 첨가제와 호르몬 첨가제의 두 가지 종 류가 많이 쓰이고 있으며, 작물의 뿌리가 비대 되는 시기에 이러한 첨가제를 시용한다.

현재 기후의 변화로 인해 참당귀의 재배 적지가 점점 북쪽 으로 이동함에 따라 재배 면적과 생산량이 점차 줄어들고 있 는 추세이다. 따라서 본 연구는 당귀의 안정적인 한약재 수급 을 위한 생산량 증가 및 적정 지표성분 함량을 유지시키기 위 한 방법을 찾기 위해 첨가제를 이용한 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

2 지표성분 분석

표준품은 ㈜코아사이언스 (Coresciences Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였으며, 검액은 20㎎의 분쇄된 건 조 당귀를 1㎖의 80% methanol에 현탁하여 15 분간 초음파 추출한 후, syringe filter (0.45㎛)로 여과하여 사용하였다.

분석은 Agilent 1100 Series HPLC system (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)을 이용하였고, column은 YMC-Pack ODS-AM (4.6 × 250㎜, 5㎛, YMC Co., Ltd., Kyoto, Japan)을 이용하였다. 분석 조건은 Table 1 과 같다.

Table 1

LC analyisis condition of decursin and decursinol angelate in Angelica gigas Nakai.

결과 및 고찰

1 첨가제 처리에 따른 생육특성

경경의 생육특성은 Table 2에서 보는 바와 같이 2 주 뒤 에는 무처리구를 제외한 TE, HM 처리구에서 모두 빠르게 생 장한 것을 알 수 있었으나, 4 주 뒤에는 무처리구와 유의성이 없었다.

Table 2

Effect of elicitor treatment on the growth of shoot and root diameter in A. gigas. (unit: ㎜)

하지만 처리 6 주 후에는 무처리구의 경우 경경이 생장하였 으나, TE, HM 처리구에서는 지상부 고사로 오히려 경경이 줄 어들기 시작하는 것을 알 수 있었다. 처리 8 주 뒤에는 무처 리구도 지상부 고사로 경경이 줄어들기 시작했다. 반대로 근 경의 생육특성은 처리 6 주 후까지는 처리구 간의 통계상 유 의성이 없었으나, 계속 근경이 성장함을 알 수 있었다.

그러나 처리 8 주 후에는 TE, HM 처리구만이 성장을 계 속하는 것을 알 수 있었다. 그러나 최종 근경의 크기는 HM 처리구가 가장 컸고, TE 처리구는 무처리구와 비슷한 크기를 보였다. 결과적으로 근경의 생장에는 HM 처리는 효과가 있었 던 반면에 TE 처리는 효과가 없었다.

지상부의 생산량은 모든 실험구에서 처리 4 주까지 올라가 다 6 주 후부터는 줄어드는 것을 알 수 있었는데, 이는 지상 부가 시들었기 때문으로 생각된다. 그러나 경경의 줄어드는 시 점보다 2 주가 빠른 것으로 나타났는데, 그 이유는 지하부의 물질축적을 위해 뿌리와 가까운 줄기는 2 주간 고사가 진행되 지 않았고, 뿌리로부터 먼 줄기부터 고사가 일어났기 때문으 로 사료된다.

지상부가 고사됨에 따라 지하부의 생장은 급격히 늘어나는 경향을 보였으나, TE 처리구에서의 지하부 생장이 더딘 것을 알 수 있었으며, 통계상 무처리군과는 지하부 생산량에 유의 미한 차이가 없는 것으로 나타났다. 반면에 HM 처리구에서는 지하부의 생산량이 빠르게 증가하였으며, 가장 높은 생산량을 보였다 (Table 3).

Table 3

Effect of elicitor treatment on aerial and underground parts yield in A. gigas. (unit: ㎏/10a)

이러한 결과를 종합해 볼 때, TE, HM 처리는 경경의 생장 을 2 주 정도 앞당겼으나, 생장이 멈추기 시작하는 지점도 똑 같이 2 주 정도 앞당겼음을 알 수 있었다. 반대로 근경의 생 장은 2 주 정도 연장시켜주는 효과를 보였다.

결과적으로 첨가제 처리는 경경의 생장시기만 조절할 뿐 생 장을 연장시켜주지는 않았지만, 근경의 생장은 2 주 정도 연 장시켜주는 효과를 보였다. 하지만 지하부 생산량의 경우 2 주 가 생장이 연장되었어도 TE 처리구는 생산량 증가에 유의미 한 효과가 없었고, HM 처리구만 생장 연장에 의한 생산량 증 가 효과가 있었다.

메리골드, 토마토 (Choi and Kang, 2005; Ryoo, 2012)에 서는 미량원소가 식물체의 생육 증진 및 생산량 증가에 영향 을 미쳤다는 결과가 보고된 바 있는데, 참당귀 (Angelica gigas Nakai)에서는 이러한 영향이 없었다. 이러한 원인으로는 Choi 와 Kang (2005)의 연구에서 보고한 바대로 미량원소제 처리가 오히려 미량원소 과잉으로 생육을 억제했었을 가능성 이 있었기 때문으로 생각된다. 결과적으로 참당귀에서 생육 증 진 및 생산량 증가는 미량원소제 보다는 호르몬제 처리의 효 과가 더 좋은 것으로 사료된다.

2 첨가제 처리에 따른 지표 성분 함량 변이

지상부의 decursin 함량은 무처리구의 경우 지상부의 생산 량이 감소하는 시기와 동일하게 TE, HM 처리 후, 6 주차 때 감소가 진행되는 경향을 보였다. 그러나 TE, HM 처리구에서 는 무처리구와 다르게 지상부의 decursin의 축적이 일어났으 며, 특히 TE 처리구에서 처리 후 8 주차 까지 decursin 축적 이 일어났다.

Decursinol angelate 함량은 무처리구와 TE 처리구는 동일하 게 뿌리 발육 향상제 처리 후, 6 주차 때 감소가 일어났으나, HM 처리구에서는 축적량은 많지 않지만 계속적으로 축적이 일어나는 경향이 나타났다. Tables 4-5

Table 4

EEffect of elicitor treatment on decursin and decrusinol angelate contents in aerial part of A. gigas. (unit: %)

Table 5

Effect of elicitor treatment on decursin and decrusinol angelate contents in underground part of A. gigas. (unit: %)

지상부의 decursin과 decursinol angelate 함량 결과를 종합 해보면, 대체적으로 decursin 함량이 decursinol angelate 함량 보다 낮았으나, 뿌리 발육 향상제 처리구에서는 반대의 경향 을 보이는 시기가 나타났다. 이러한 결과는 뿌리 발육 향상제 처리가 decursin과 decursinol angelate의 함량 비율 변화에 영향을 미쳤으며, decursinol angelate보다는 decursin의 함량이 증가하는 방향으로 영향을 미친 것으로 생각된다. 본 실험의 결과는 인위적인 조건과 자연적인 조건의 차이는 있지만, Rhee 등 (2010)의 당귀 뿌리 조직 배양 연구 에서 식물 호르 몬 처리가 decursin과 decursinol angelate의 함량 증가에 영 향을 준다는 결과와 부합하는 것으로 사료된다.

모든 실험구에서 지하부의 decursin과 decursinol angelate 함량이 시간이 지날수록 높아지는 경향이 나타났으며, 특히 처 리 후 6 주에서 8 주로 넘어갈 때 급격히 함량이 늘어나는 경향을 보였다. 이러한 결과는 처리 8 주 후가 10 월 하순으 로 첫 서리가 내린 이후의 시기이기 때문에 지하부로의 물질 축적이 활발했기 때문으로 사료된다.

당귀를 포함해 첫서리가 내리고 수확하는 약용작물들은 이러 한 시기가 유용물질 축적으로 약효와 관련된 성분의 증가가 일 어나기 때문인데, 단삼의 tanshinone IIA, 작약의 paeoniflorin, 천마의 gastrodin이 10 월 하순에 가장 많이 함유되어 있다고 보고된 바 있다 (Kim et al., 2000; Kim and Park, 2013; Kim et al., 2015).

위의 결과를 종합해보면, 대체적으로 지상부에서는 decursinol angelate의 함량이 decursin에 비해 높고, 지하부는 반대의 경향을 보였다. 또한 첨가제 처리에 의해 지상부에서 는 decursin과 decursinol angelate 비율이 역전되는 시기가 나타났으나, 지하부에서는 이러한 현상이 나타나지 않았다. 뿌 리 발육 향상제 처리는 지상부의 지표성분 함량을 증가시켰으 나, 지하부의 지표성분 함량은 저하를 시키는 것을 알 수 있 었다.

무처리에 비해 HM 처리는 경미하게 지하부 지표 성분의 축적이 적었고, TE 처리는 지상부의 지표 성분 축적은 많았으 나 지하부의 지표 성분 축적은 적었음을 알 수 있었다. 그러 나 본 실험에서 모든 실험구에서 decursin와 decursinol angelate의 합이 6%를 넘겼기 때문에 한약재로의 이용은 모두 가능한 것으로 나타났고, 생산량까지 고려해 보면, HM 처리 가 가장 효과적인 것으로 사료된다.

본 연구를 통해 뿌리 발육 향상제 처리가 당귀의 수량은 증 가시킬 수 있으나, 지표 성분인 decursin과 decursinol angelate 함량의 지하부 축적을 저하 시킬 수 있음을 알 수 있었으며, 당귀의 한약재 생산량 증가와 관련된 기초자료를 확 보하였다고 사료된다.

뿌리 발육 향상제 중에 미량원소 첨가제는 지하부의 지표성 분 축적과 생산량을 저하시켜 사용하지 않는 편이 좋을 것으 로 사료되나, 지상부의 지표성분 함량을 증가시켰으므로 식방 풍, 일당귀 같은 잎채소나 화장품, 건강식품 등의 기능성 원료 로 활용할 수 있는 가능성이 있을 것으로 사료된다.

감사의 글

본 연구는 농촌진흥청 당귀/더덕의 품종육성을 위한 집단분 류 및 우수계통 선발 연구사업(과제번호: PJ01344301)과 2018 년도 농촌진흥청 국립원예특작과학원 전문연구원 과정 지원 사업에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

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