Korean Journal of Medicinal Crop Science
[ Article ]
Korean Journal of Medicinal Crop Science - Vol. 32, No. 2, pp.80-89
ISSN: 1225-9306 (Print) 2288-0186 (Online)
Print publication date 30 Apr 2024
Received 21 Feb 2024 Revised 21 Apr 2024 Accepted 21 Apr 2024
DOI: https://doi.org/10.7783/KJMCS.2024.32.2.80

기능성분 고함유 단삼 품종 ‘홍단’의 재배 특성 및 성분 함량

한종원1, # ; 정진태2, 3, #, ; 이정훈4 ; 강민지5 ; 임정대6, 7 ; 이우문8 ; 마경호9
1농촌진흥청 연구정책국 연구사
2농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 연구사
3충북대학교 특용식물과 박사과정생
4농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 연구관
5강원대학교 바이오헬스융합학과 석사과정생
6강원대학교 바이오헬스융합학과 교수
7강원대학교 바이오기능성소재학과 교수
8농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 연구관
9농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 연구관
Cultivation and Quality Characterization of New Variety Salvia miltiorrhiza “Hongdan” with High Active Ingredients
Jong Won Han1, # ; Jin Tae Jeong2, 3, #, ; Jeong Hoon Lee4 ; Min Ji Kang5 ; Jung Dae Lim6, 7 ; Woo Moon Lee8 ; Kyung Ho Ma9
1Researcher, Planning and Coordination Division, RDA, Jeonju, 55365, Korea
2Researcher, Department of Herbal Crop Research, NIHHS, RDA, Eumseong, 27709, Korea
3Ph. D. student, Department of Industrial Plant Science and Technology, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea
4Researcher, Department of Herbal Crop Research, NIHHS, RDA, Eumseong, 27709, Korea
5Master’s student, Department of Bio-Health Convergence, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
6Professor, Department of Bio-Health Convergence, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
7Professor, Department of Bio-Functional Material, Kangwon National University, Samcheok 25949, Korea
8Researcher, Department of Herbal Crop Research, NIHHS, RDA, Eumseong, 27709, Korea
9Researcher, Department of Herbal Crop Research, NIHHS, RDA, Eumseong, 27709, Korea

Correspondence to: (Phone) +82-43-871-5672 (E-mail) powjjt@korea.kr #Jong Won Han and Jin Tae Jeong are contrituted equally to this paper


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.

Abstract

Background

Salvia miltiorrhiza Bunge, commonly known as Danshen belongs to the Lamiaceae family and is a perennial medicinal crop with purple flowers and red roots. Originated in China, this plant is known for its medicinal properties and has recently been cultivated for medicinal purposes in Korea as well.

Methods and Results

In 2007, plants were selected from seedlings grown through open pollination based on the “Dasan” variety, followed by replicated yield trials in 2016 - 2018 and local adaptability testing in 2019 - 2020. This process confirmed that “Hongdan” possesses yield potential comparable to that of “Dasan”. Salvianolic acid B and tanshinone IIA contents were analyzed using high-performance liquid chromatography, while the other components, hydrophilic phenolic acid and hydrophobic tanshinone, were also analyzed separately. “Hongdan” had higher contents of salvianolic acid B and tanshinone IIA, indicating its potential as a high-quality medicinal variety. “Hongdan” generally has a generally high content of hydrophilic phenolic acids and hydrophobic tanshinones.

Conclusions

“Hongdan” demonstrated excellent yield and was found to have a higher content of active ingredients than the “Dasan”. This study highlights the potential of “Hongdan” as an excellent source of medicinal and functional food.

Keywords:

Salvia miltiorrhiza, High Active Ingredient, New Variety

서 언

꿀풀과에 속하는 다년생 약용식물인 단삼 (Salvia miltiorrhiza Bunge, 丹蔘)은 꽃이 보라색이고 뿌리가 붉으며, 주로 약용으로 재배되고 있다 (Lee, 2006; Lu, 2019). 단삼은 인삼, 현삼, 고삼, 사삼과 함께 五參 (오삼) 중 하나로, 한의학에서는 활혈 (活血), 청심제번 (淸心除煩), 배농지통 (排膿止痛), 거어 (祛瘀) 등의 효능이 있다고 알려져 있다 (Chang et al., 2008). 항균 (Choi and Han, 2003), 항산화 (Kim et al., 2008), 항암 효과 (Kim et al., 1999) 뿐만 아니라 간 보호 (Yin et al., 2009), 세포 지방 축적 감소 (Ji and Gong, 2008)와 같은 다양한 효능을 보여주는 것으로 연구되어 있다.

『대한민국 약전』에서는 단삼은 뿌리를 약용하며 salvianolic acid B가 4.1% 이상 함유되어야 한다고 명시되어 있으며 (KFDA, 2012), 『중화인민공화국 약전』에는 salvianolic acid B가 3.0% 이상 함유해야 하며 tanshinone IIA, cryptotanshinone과 tanshinone I의 총량을 0.25% 이상이어야 한다고 규정하고 있다 (ChP, 2020).

단삼의 지표성분인 salvianolic acid B는 항산화 (Li et al., 2021) , 신경보호 (Gao et al., 2020) , 항암 및 항종양 (Zhang et al., 2020; Kuang et al., 2023) 등의 효능이 알려져 있으며, 최근에는 초기 알츠하이머 증상인 망막 결손 완화 (Wang et al., 2023) 효능이 알려져 있다. 또 다른 단삼의 주요 활성 성분인 tanshinone IIA는 항암, 항종양 (Fang et al., 2021) 외에도 심혈관 보호, 항산화, 항염증, 항당뇨 및 신경 보호 등 다양한 효능 (Guo et al., 2020)이 알려져 있다. 그 외 단삼에서 활성이 알려진 성분으로는 친수성 페놀 화합물인 danshensu, protocatechuic acid, protocatechuic aldehyde, vanillic acid, caffeic acid, rosmarinic aicd, lithospermic acid, salvianolic acid A 및 salvianolic acid C와 소수성 탄시논류인 dihydrotanshinone, cryptotanshinone 및 tanshinone I 등이 알려져 있다 (Chen et al., 2012).

2007년에서 2016년 사이에 북한 의학 잡지에 발표된 1,101편의 천연물 의약품 논문 분석 결과, 인체 질병 치료에 자주 사용되는 약재로 당귀 16회, 콩 15회, 단삼 13회, 황기 13회, 인삼 12회 순일 정도로 단삼은 북한에서도 널리 이용되는 생약재이다 (Shin et al., 2017).

한편, 나고야 의정서 발효 등에 따른 국산 원료 수요 증가에 비해 원료 공급체계가 미비하며 안정적 원료공급을 위한 생산 지역 확대 및 생산단지 조성이 필요한 상황이다. 국내에서는 2009년까지는 수입에 의존하여 국내에서 단삼 재배는 1 ㏊, 1 톤 생산에 불과하였으나, 안전한 한약재에 대한 수요 증가와 함께 생산량이 점진적으로 증가하여 2022년 기준 8 ㏊에서 66 톤을 생산하였으며 (MAFRA, 2022), 최근에는 단삼의 항비만 효과에 관한 연구도 활발히 이루어지고 있어 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상되고 있다 (Ai et al., 2022; Wu et al., 2022).

독일과 중국에서는 이미 다양한 특성을 가진 품종 개발이 이루어지고 있으나 (Bomme et al., 2009; Chen et al., 2016a), 국내에서의 재배 역사가 짧아 품종 개발과 육종 기술에 관한 연구가 부족하며 농촌진흥청에서 개발한 단삼 다수성 품종 ‘다산’ 1품종이 보고된 바 있다 (Jeong et al., 2023).

이에 본 연구진은 수량성이 우수하면서도 대조 품종인 ‘다산’에 비해 유효 성분 함량이 높은 다수성 단삼 품종을 개발하였으며 재배 특성 및 성분 함량에 관한 결과를 보고하고자 한다.


재료 및 방법

1. 시험재료

본 연구는 육성 품종 ‘홍단’과 함께 단삼 최초 품종 ‘다산’을 대조품종으로 이용하여 수행하였다.

2. 재배 방법 및 생육조사

본 연구에서 질소 (N), 인산 (P2O5), 칼륨 (K2O) 비율을 9 – 8 - 10 ㎏/10a로 설정하고, 퇴비는 1,000 ㎏/10a를 전량 기비로 사용하였다. 3월에 1년생 뿌리를 채취하여 직경 0.5 ㎝ - 1 ㎝ 사이의 뿌리를 약 5 ㎝ 길이로 잘라 종근으로 사용하였다. 이후 4월 하순에 흑색 비닐로 덮인 두둑에 이 종근의 상부가 위를 향하도록 세워 심었으며, 주변을 3 ㎝ 두께로 덮었다. 식재 간격은 조간 (포기 간격)을 30 ㎝, 주간 (줄 간격)을 15 ㎝로 설정하였고, 시험구는 난괴법을 이용한 3 회 반복으로 배치하였다.

본 연구에서는 각 시험구에 대한 생육 특성을 조사하기 위해 20개 이상의 개체를 대상으로 하였다. 단삼의 생육 특성 조사 기준이 농업과학기술 연구조사분석기준에 명시되어 있지 않기 때문에, 뿌리 형태가 유사한 작약의 기준을 참고하여 생육 특성 조사를 실시하였다 (RDA, 2012).

3. Salvianolic acid B, tanshinone IIA 분석

대한민국 약전에서 단삼의 지표성분으로 인정한 salvianolic acid B와 주요 활성성분인 tanshinone IIA 성분 2 종을 정밀 분석하기 위해 음성군 소이면 지역적응성시험 포장에서 2019년 10월 하순에 수확한 1년생 시료를 수확하여 세척 후 급속 동결하여 고르게 분쇄하였으며, 0.2 g을 50 ㎖ 튜브에 넣고 75% 메탄올 10 ㎖을 첨가하여 실온에서 60 분간 초음파 추출한 뒤, 상층액을 0.45 ㎛ 멤브레인 필터로 여과한 것을 사용하였다.

분석한 HPLC 기기는 Agilent 1260 series (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA)를 사용하였다. Column은 YMC pack ODS AM (150 ㎜ × 4.6 ㎜, 5 ㎛)를 사용하였다. 분석은 상온에서 진행하였으며 injection volume은 10 ㎕으로 정하였고 UV-wavelength 조건은 280 ㎚로 고정하였으며 Àow rate는 분당 1 ㎖로 용출하였고 이동상 조건은 Table 1에 나타내었다.

Chromatographic separation mobile phase parameters

본 실험에서 사용한 표준품은 Sigma-aldrich (St. Louis, MO, USA) 제품을 구입하여 사용하였으며 정량분석을 위해 salvianolic acid B를 0.04, 0.1, 0.2, 0.4, 1 ㎎/㎖과 tanshinone IIA를 0.005, 0.04, 0.05, 0.1, 0.2 ㎎/㎖ 농도에 따라 70% 에탄올에 녹인 후 사용하였다. 확립한 HPLC 조건을 통해 분석한 결과, 두 물질에서 결정계수 (r2)는 각각 0.9992, 0.9964로 양호한 직선성을 나타내었고, 이 식을 이용하여 salvianolic acid B, tanshinone IIA의 정량 분석을 실시하였다 (Table 2).

Calibraion curve equations of salvianolic acid B and tanshinone II A

4. 기타 성분 분석

지표성분인 Salvianolic acid B와 tanshinone IIA 외 추가적으로 친수성 (hydrophillic) 페놀산 9 종과 소수성 (hydrophobic) 탄시논류 3 종 성분에 대해 동시 분석하기 위해 Chen 등 (2012)의 방법을 응용하였다.

실험 분석 시료로 2023년에 2 지역 (음성군 소이면, 평창군 진부면)에 소재한 인삼특작부 시험포장에서 표준재배법으로 1 년간 재배한 시료를 사용하였다.

수확한 시료는 세척 후 건조 감량 30% 내외로 열풍 건조하여 고르게 분쇄하였으며 4℃에 50 일간 냉장 보관하였다. 분쇄한 시료 1 g을 칭량하여 100% 메탄올 50 ㎖를 추출 용매로 사용하였고 상온 (25℃)에서 30 분간 초음파를 처리한 후 (120 V, 60 ㎐, UCP-20, JeioTech, Daejeon, Korea), 100 rpm으로 1 시간 동안 교반하여 추출하였으며 이후 추출액은 Whatman No. 6 filter paper (0.6 ㎛, Whatman International Ltd., Maidstone, England)로 상압 여과한 것을 모두 합친 뒤, 40℃의 water bath에서 회전감압농축 (Eyela Co., Ltd., Tokyo, Japan)하여 회수하였다.

추출 시료는 10,000 ㎍/㎖의 농도로 동일하게 희석하여, syringe filter (13JP020AN, 0.20 ㎛, Advantec Mfs. Inc., Dublin, CA, USA)에 여과한 후 HPLC 분석에 사용하였다.

본 실험에서 사용된 salvianolic acid A와 salvianolic acid C의 표준품은 MedChemExpress (Romulus, MI, USA)에서 구입한 제품이며, danshensu, protocatechuic aldehyde, vanillic acid, caffeic acid, rosmarinic acid, lithospermic acid, salvianolic acid A, salvianolic acid C, dihydrotanshinone, cryptotanshinone, tanshinone I의 표준품은 Sigma-aldrich (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였고 protocatechuic acid의 표준품은 HWI pharma services GmbH (Germersheim, Germany)에서 구매하여 사용하였다.

HPLC system은 Shimadzu LC-20AT (Shimadzu Co., Kyoto, Japan)을 사용하였고 분석한 Column은 YMC pack ODS AM (250 ㎜ × 4.6 ㎜ I.D., 5 ㎛, YMC Co., Ltd., Kyoto, Japan)를 사용하였으며 기타 세부적인 HPLC 조건은 Table 3과 같으며 계산식과 결정계수 (r2)는 Table 4에 나타내었다.

HPLC operating condition for the analysis of 12 active ingredients.

Calibraion curve equations for 12 active ingredients.

4. 통계 분석

본 연구에서 얻은 데이터는 SAS Enterprise Guide 7.1 (Statistical Analysis System, 2009, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 소프트웨어를 활용해 분석하였으며, 모든 실험은 3 회 반복하였고 결과값은 평균 ± 표준편차 (means ± SD)로 표현하였다. 결과값의 유의성은 DMRT (Duncan’s Multiple Range Test)와 t-test를 수행하여 5% 수준에서 검증하였다 (p <0.05).


결과 및 고찰

1. 재배특성

1.1. 육성경위

2007년 ‘다산’을 모본으로 방임 수분하여 100 개체의 실생을 양성하였고 이 가운데 생육이 우수한 개체를 선발하여 계통육성 하였다. 2013년에서 2014년에 특성검정을 하였고 다수성 계통을 선발, 증식 한 후 2016년에서 2018년에 생산력 검정 시험하였다 (Fig. 1.).

Fig. 1.

Pedigree diagram of S. miltiorrhiza ‘Dasan’.1)selected from 100 cross. 2)Line-4 (temporary line name) are assigned to selected resource. 3)AYT; advanced yield trial. 4)RYT; regional yield trial. 5)SM4; line name are assigned to selected line.

그 결과 고품질 다수성 단삼 계통-4를 선발하여 SM 4호로 계통명을 부여하였으며, 2019년 - 2020년 등 4 지역에서 지역적응시험을 실시하여 우수성을 확인한 뒤, 2022년 농촌진흥청에서 실시한 농작물 직무육성 신품종선정직무육성 품종심의회를 거쳐 붉은색 뿌리의 특징을 강조하여 ‘홍단’으로 명명하였고, 2023년 2월 2일에 국립종자원에 품종보호출원을 실시하여 2024년 1월 25일 식물신품종보호법 제43조 제1항에 의해 품종보호권 (등록번호 제9922호) 등록이 되었다.

1.2. 형태적 특성

‘홍단’ 품종 고유 특성은 Table 5과 같다. 잎 색에 있어 ‘홍단’은 녹색을 나타낸 반면, ‘다산’은 연한 녹색을 보였으며, ‘홍단’의 꽃 색은 진한 자두색인 반면, ‘다산’은 연한 자두색을 나타내었다 (Fig. 2). 뿌리 색깔은 ‘홍단’의 표피가 ‘다산’ 대비 진한 적자색을 띠고, 심부는 연황색을 나타내었다 (Fig. 3).

Inherent characteristics of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’.

Fig. 2.

Phenotype of aerial part and flower of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’ (A) and ‘Dasan’ (B). The white bar indicates 1 ㎝.

Fig. 3.

Harvested roots (A) and powder of roots (B) of S. miltiorrhiza varieties for Comparison. Left; ‘Hongdan’, Right; ‘Dasan’. The black bar indicates 10 ㎝.

Agronomic characteristics of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’.

1.3. 가변특성 및 수량성

지상부 생육조사 결과는 2020년에 음성에서 실시하였으며 그 결과는 Table 7와 같다. ‘홍단’의 개화기는 7월 28일로 ‘다산’의 개화기 7월 23일에 비하여 5 일이 늦었으며 출현율은 54.6%로 73.8%를 나타낸 ‘다산’에 비하여 19.2% 낮았다. 초장은 37.6 ㎝로 ‘다산’ 대비 3.6 ㎝ 짧았으며 엽장은 9.1 ㎝로 ‘다산’보다 0.5 ㎝ 길었고 엽폭은 ‘다산’보다 0.1 ㎝ 길었다 (Fig. 2).

Root yields of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’ on regional yield trial at four regions.

지하부 생육 조사 결과는 2015년에서 2020년까지 음성에서 실시하였으며, 지하부는 근장에서 ‘홍단’이 39.9 ㎝로 38.3 ㎝를 나타낸 ‘다산’에 비하여 1.6 ㎝ 길었고, 근경은 21.6 ㎜로 19.5 ㎜를 나타낸 ‘다산’에 비하여 2.1 ㎜ 굵었다 (Table. 6, Fig. 3).

1.4. 지역 적응성 및 수량 특성

단삼 ‘홍단’과 ‘다산’을 2019년 - 2020년 2 년간, 4 개 지역에서 지역적응시험을 실시한 결과, 대조 품종인 ‘다산’의 평균 건근 수량이 222.8 ㎏/10a을 나타낸 반면 ‘홍단’은 258.4 ㎏/10a로 ‘홍단’이 ‘다산’ 대비 평균 15%의 증수율을 나타내었으나 유의적인 차이는 아니었다 (Table 7).

북한에서 단삼이 상당히 많이 재배되어 의학적으로 많이 쓰이는 것으로 알려져 있는데 (Shin et al., 2017), 본 결과에서도 위도가 가장 높은 강원도 철원지역에서 수량이 가장 많았음을 확인 할 수 있었다.

농촌진흥청 농업기상 정보서비스 (http://weather.rda.go.kr)를 활용하여 각 지역적응성 시험포장과 인접한 음성군 소이면, 철원군 동송읍, 봉화군 봉성면, 나주시 금천면 등 4 재배지에서 2019년, 2020년, 최근 10 년의 생육기간 (4월 - 10월) 동안의 기상 데이터 분석 비교한 결과는 Table 8에 나타내었다.

Comparative analysis of average precipitation (AP) and temperature (AT) for the years 2019 and 2020, including last 10 year averages, in four agricultural regions.

2020년에는 2019년과 비교하여 모든 지역에서 강수량이 크게 증가하였고 (평균 90 ㎜ 이상 증가), 2020년의 평균 온도는 2019년보다 대체로 낮은 편 이였다 (평균 0.7 °C 이상 증가).

Table 8과 비교해보면 두 품종은 대부분의 지역에서 2020년에 2019년보다 낮은 수량을 보여 상대적으로 높은 강수량이 영향을 끼친 것으로 보이나 나주에서의 ‘홍단’ 품종과 철원군에서 ‘다산’ 품종은 예외적으로 수량이 증가하였으며 강수량 증가가 반드시 수량 감소를 의미하지 않음을 보여준다.

Zhang (2019) 등은 강수량과 기온 뿐만 아니라 대기 수증기 압력, 일조 시간 등이 단삼의 유효성분에 영향을 끼친다고 발표 한 바 있는데, 수량에 있어서도 이러한 다양한 기후요소 등이 각각의 품종 특성과 결합하여 유리하게 작용했을 수 있으며, 단삼 다수확 재배를 위해서는 지역 및 환경적 요인에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 보인다.

‘홍단’은 ‘다산’ 대비 출현율이 낮았는데, 일반적으로 낮은 출현율은 수량성에 악영향을 끼치므로 (Masarirambi et al., 2012; Liang et al., 2018), 추후에 ‘홍단’에 맞는 영양 증식기술을 보완하거나 품종 개발 시 출현율이 우수한 ‘다산’과 교배를 통해 이러한 점을 보완이 필요할 것으로 보인다. 다만, 단삼 뿐만 아니라 뿌리를 약용하는 많은 약용작물에 있어서 근장과 근경은 지하부 수량과 상관관계가 높은 특성으로 보고된 바가 있으며 (Kim et al., 1998; Chen et al., 2023), 뿌리가 길고 굵은 ‘홍단’의 이러한 특성은 높은 수량성에 영향을 미친 것으로 생각된다.

2. 성분특성

2.1. salvianolic acid B, tanshinone IIA 분석

‘다산’과 ‘홍단’의 유효성분 함량을 분석한 결과 salvianolic acid B은 ‘홍단’이 72.3 ± 1.4 ㎎/g 함유되어 54.9 ± 7.8 ㎎/g의 ‘재래’와 비교하여 31%가 높았으며, tanshinone IIA는 ‘홍단’이 3.81 ± 0.07 ㎎/g 함유되어 2.70 ± 0.14 ㎎/g를 나타낸 ‘다산’ 대비 41% 수준으로 높은 함량을 나타내었다. salvianolic acid B와 tanshinone IIA를 합한 총 유효성분 함량도 ‘홍단’이 76.1 ㎎/g으로 나타나 57.7 ㎎/g을 나타낸 ‘다산’ 보다 높았다 (Table. 9).

Salvianolic acid B and tanshinone IIA contents and its yield of S. miltiorrhiza ‘Dasan’.

추출 조건과 분석방법에 따라 다를 수 있으나 ‘홍단’의 salvianolic acid B는 중국의 단삼 육성 품종 ‘Danza 1’과 ‘Danza 2’에 대한 연구 결과와 비교하여 큰 차이를 보이지 않았으며, tanshinone IIA는 더 높은 수준을 나타냈다 (Wen et al., 2017).

Tanshinone IIA는 지용성 diterpene으로서 항산화 및 항염증 효과를 가지며 다양한 질환에 대한 약리 효과가 있음이 알려져 있으며 (Jang et al., 2003; Jang et al., 2006; Wan et al., 2008; Ansari et al., 2021), 특히 Jeong 등 (2009)은 세포 실험에서 tanshinone IIA는 지방형성을 감소시키는 효과를 나타내는 것으로 보고한 바 있는데, 이러한 연구 결과는 ‘홍단’ 품종이 지방형성 억제와 같은 약리적 효능을 갖춘 고품질 품종으로서의 가능성을 보여준다고 하겠다.

한편 Zhan 등 (2019)이 보고한 바에 따르면 붉은색 뿌리가 더 연한색의 뿌리 대비 tanshinone IIA 함량이 높다고 보고하였는데, 마찬가지로 ‘다산’ 대비 뿌리색이 붉은 ‘홍단’이 tanshinone IIA 함량이 높은 것으로 확인되었다 (Fig. 3). 따라서, tanshinone IIA 함량이 높은 품종을 향후 선발하기 위해, 먼저 뿌리 색상이 진한 계통을 선별하는 것을 고려하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

2.2. 기타 성분 분석

‘다산’과 ‘홍단’의 salvianolic acid B 외 친수성 페놀산 성분함량을 분석한 결과는 Table 10와 같다.

Hydrophillic phenolic acids content by region and variety.

Danshensu에 대해서는, ‘음성’ 지역에서 ‘다산’ 품종은 평균 87.9 ± 2.8 ㎍/g의 함량을 나타냈으나, ‘홍단’ 품종에서는 이보다 높은 129.9 ± 15.5 ㎍/g을 보였으며 ‘평창’ 지역에서도 ‘다산’은 74.6 ± 11.1 ㎍/g, ‘홍단’은 127.1 ± 7.9 ㎍/g으로 측정되어, ‘홍단’이 더 높은 함량을 보이는 경향이 일관되게 나타났다.

Protocatechuic acid의 경우, ‘음성’ 지역에서 ‘다산’은 3.64 ± 0.52 ㎍/g로 나타난 반면, ‘홍단’은 이보다 높은 4.16 ± 0.28 ㎍/g을 나타냈으며 평창’ 지역에서는 ‘다산’이 3.60 ± 0.27 ㎍/g, ‘홍단’은 4.50 ± 0.19 ㎍/g로 측정되어, 두 지역에서 ‘홍단’이 일관되게 높았다.

반면 protocatechuic aldehyde는 ‘음성’ 지역의 ‘다산’이 4.80 ± 1.26 ㎍/g인 반면, ‘홍단’은 더 낮은 2.20 ± 1.33 ㎍/g를 나타냈으며 ‘평창’ 지역에서도 ‘다산’은 8.50 ± 1.37 ㎍/g, ‘홍단’은 7.16 ± 0.58 ㎍/g로 측정되어 ‘홍단’이 낮은 함량을 보였다.

Ca൵eic acid의 경우, ‘음성’ 지역에서 ‘다산’은 13.25 ± 2.31 ㎍/g로 측정되었고, ‘홍단’은 이보다 높은 14.15 ± 8.52 ㎍/g를 나타냈으며 ‘평창’ 지역에서는 ‘다산’이 7.12 ± 0.73 ㎍/g, ‘홍단’은 13.27 ± 0.35 ㎍/g로 측정되어, 이 지역에서도 ‘홍단’이 더 높은 함량을 보였다.

Rosmarinic acid는, ‘음성’ 지역의 ‘다산’이 22,601.10 ± 5,069.36 ㎍/g인 반면 ‘홍단’은 19,558.23 ± 11,424.28 ㎍/g로 더 낮았으며 ‘평창’ 지역에서도 ‘다산’은 6,886.24 ± 632.04 ㎍/g, ‘홍단’은 5,419.87 ± 315.81 ㎍/g로 측정되어, 이 지역에서도 ‘홍단’이 ‘다산’보다 낮은 함량을 보였다.

다음으로 lithospermic acid는 ‘음성’ 지역에서 ‘다산’이 1,336.28 ± 217.07 ㎍/g를 보인 반면, ‘홍단’은 이보다 높은 1,831.49 ± 1,027.09 ㎍/g을 나타냈다. ‘평창’ 지역에서도 ‘다산’은 412.39 ± 72.56 ㎍/g, ‘홍단’은 564.93 ± 66.31 ㎍/g로 측정되어, 두 지역 모두에서 ‘홍단’이 더 높은 함량을 가지고 있음이 확인되었다.

Salvianolic acid A에 대해서는, ‘음성’ 지역에서 ‘다산’은 12.88 ± 1.53 ㎍/g, ‘홍단’은 3.89 ± 0.77 ㎍/g로 나타나, ‘홍단’이 상대적으로 낮은 함량을 보였으며 ‘평창’ 지역에서도 ‘다산’이 7.29 ± 1.10 ㎍/g, ‘홍단’은 6.21 ± 0.55 ㎍/g로 ‘홍단’이 더 낮은 함량을 나타냈다.

Salvianolic acid C의 경우, ‘음성’ 지역에서 ‘다산’은 59.29 ± 10.19 ㎍/g로 측정되었고, ‘홍단’은 이보다 낮은 51.41 ± 3.60 ㎍/g를 나타냈으나 ‘평창’ 지역에서는 ‘다산’이 39.46 ± 8.34 ㎍/g, ‘홍단’은 65.08 ± 4.29 ㎍/g로 ‘홍단’이 더 높은 함량을 가지고 있었다.

‘다산’과 ‘홍단’의 tanshinone IIA 외 소수성 탄시논류 성분 함량을 분석한 결과는 Table 11와 같다. Dihydrotanshinone는 ‘음성’ 지역에서 ‘다산’은 570.34 ± 100.73 ㎍/g, ‘홍단’은 이보다 높은 670.59 ± 46.29 ㎍/g를 나타냈으며 ‘평창’ 지역에서도 ‘다산’은 347.36 ± 44.36 ㎍/g, ‘홍단’은 480.57 ± 12.49 ㎍/g로 측정되어, 이 지역에서도 ‘홍단’이 높은 함량을 보였다.

Hydrophobic tanshinones content by region and cultivar.

Cryptotanshinone에 대해서는, ‘음성’ 지역에서 ‘다산’은 9,309.91 ± 1756.61 ㎍/g, ‘홍단’은 이보다 낮은 6,689.38 ± 355.55 ㎍/g를 나타냈으나 ‘평창’ 지역에서는 ‘다산’이 5,184.43 ± 679.37 ㎍/g, ‘홍단’은 5,489.84 ± 177.90 ㎍/g로, 이 지역에서는 ‘홍단’이 약간 더 높은 함량을 보였다.

마지막으로 tanshinone I의 경우, ‘음성’ 지역에서 ‘다산’은 1,333.63 ± 252.57 ㎍/g, ‘홍단’은 이보다 높은 1,742.43 ± 151.62 ㎍/g를 나타냈으며 ‘평창’ 지역에서도 ‘다산’이 851.78 ± 108.08 ㎍/g, ‘홍단’은 1,587.67 ± 38.37 ㎍/g로, 이 지역에서도 ‘홍단’이 높은 함량을 가지고 있었다.

분석된 모든 성분에 대한 전체적인 결과를 분석해보면, danshensu, protocatechuic acid, ca൵eic acid, lithospermic acid, dihydrotanshinone, tanshinone I 등 6 종의 성분에서 ‘홍단’이 일관되게 높은 함량을 보였으며, protocatechuic aldehyde, rosmarinic acid, salvianolic acid A 및 salvianolic acid C 등 4 종의 성분에서는 ‘다산’이 일관되게 더 높은 함량을 나타냈다. 이러한 결과는 품종 선택 시 고려해야 할 중요한 요소이며, 특정 성분의 함량이 높은 품종 선발에 중요한 참고 자료가 될 것으로 보인다.

단삼의 지표 성분으로 알려진 salvianolic acid B는 물에서 protocatechuic aldehyde 등으로 분해되는 것으로 알려져 있으며 (Chen et al., 2016b), 온도와 pH가 높고 추출 시간이 길면 salvianolic acid B의 분해가 촉진될 수 있다고 보고된 바 있다 (Pang et al., 2016; Xu et al., 2018).

‘홍단’은 ‘다산’과 비교하여 앞서 분석한 salvianolic acid B 뿐만 아니라 분해 산물로 알려진 성분 함량 또한 더 높았다는 점은 주목할 만하며 또한 추출 조건을 조절함으로써 ‘홍단’ 품종에서 특정 성분 함량을 더욱 증가시킬 수 있을 것으로 생각된다.

본 연구를 통해 ‘홍단’은 수량성이 뛰어날 뿐만 아니라 ‘다산’ 대비 유효성분 함량이 높은 것을 확인하였으며, 따라서 ‘홍단’이 생약재 혹은 기능성식품의 원료로써 활용성이 뛰어날 것으로 판단된다.

Acknowledgments

본 성과물은 농촌진흥청 연구사업(과제번호: RS-2022-RD010073)에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

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Fig. 1.

Fig. 1.
Pedigree diagram of S. miltiorrhiza ‘Dasan’.1)selected from 100 cross. 2)Line-4 (temporary line name) are assigned to selected resource. 3)AYT; advanced yield trial. 4)RYT; regional yield trial. 5)SM4; line name are assigned to selected line.

Fig. 2.

Fig. 2.
Phenotype of aerial part and flower of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’ (A) and ‘Dasan’ (B). The white bar indicates 1 ㎝.

Fig. 3.

Fig. 3.
Harvested roots (A) and powder of roots (B) of S. miltiorrhiza varieties for Comparison. Left; ‘Hongdan’, Right; ‘Dasan’. The black bar indicates 10 ㎝.

Table 1.

Chromatographic separation mobile phase parameters

Time (min) Flow (㎖/min) Mobile phase (%)
Solvent A Solvent B
1% formic acid in water 0.57% acetic acid in the mixture of acetonitrile (1000 ㎖) and methanol (750 ㎖)
0 1.0 60 40
7 1.0 60 40
12 1.0 40 60
13 1.0 20 80
40 1.0 13 87
41 1.0 0 100
45 1.0 0 100
46 1.0 60 40
50 1.0 60 40

Table 2.

Calibraion curve equations of salvianolic acid B and tanshinone II A

Sample Equation1) r2
1)y; peak area, x; concentration
Salvianolic acid B y=12218x – 49.20 0.9992
Tanshinone II A y=35535x + 236.06 0.9964

Table 3.

HPLC operating condition for the analysis of 12 active ingredients.

Instrument Shimadzu LC-20AT HPLC system
Column YMC Pack ODS-AM C18 250 × 4.6 ㎜
Detector UV-VIS detector (280 ㎚)
Solvent A Water : Acetic acid = 99.2 : 0.8
Solvent B Acetonitrile : Acetic acid = 99.2 : 0.8
Flow rate 1 ㎖/min
Oven 30℃
Injection volume 10 ㎕

Table 4.

Calibraion curve equations for 12 active ingredients.

Sample Equation1) r2
1)Equation (y; peak area, and x; concentration).
Danshensu y=18686x+4235 0.9996
Protocatechuic acid y=13384x-11699 0.9999
Protocatechuic aldehyde y=31339x-26651 0.9997
Vanillic acid y=16621x-7295.4 1.0000
Caffeic acid y=22102x-25255 0.9998
Rosmarinic aicd y=749.51x+1046.5 0.9954
Lithospermic acid y=4455.1x-17621 0.9901
Salvianolic acid A y=47158x-182113 0.9982
Salvianolic acid C y=6261.5x-27598 0.9985
Dihydrotanshinone y=39402x+24974 0.9999
Cryptotanshinone y=16828x-69004 0.997
Tanshinone I y=21089x+68375 0.9997

Table 5.

Inherent characteristics of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’.

Variety Color of leaves Color of flowers Color of roots
Epidermis Cortex
Hongdan Green Purple Dark Crimson Pale Yellow
Dasan Pale green Pale Purple Crimson Pale Yellow

Table 6.

Agronomic characteristics of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’.

Variety Emergence rate (%) Flowering date Plant height (㎝) Leaf length (㎝) Leaf width (㎜) Root length (㎝) Root diameter (㎜)
Values indicate means ± SD (n = 3). Significantly different according to Student’s t-test (*p < 0.05). NS; not significantly different.
Hongdan 54.6±15.2 July 28 37.6±11.9 9.1±0.8 6.0±0.8 39.9±1.8 21.6±8.3
Dasan 73.8±11.7 July 23 41.2±7.2 8.6±1.0 5.8±0.7 38.3±2.9 19.5±5.0
p < 0.05 NS   NS * NS NS NS

Table 7.

Root yields of S. miltiorrhiza ‘Hongdan’ on regional yield trial at four regions.

Regions Hongdan (㎏/10 a) Dasan (㎏/10 a) Index1)
2019 2020 Mean 2019 2020 Mean
1)Index; (root yield of ‘Dasan’ / root yield of local variety) × 100. Data represent the means (n = 3). *Means separation within columns by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT, p < 0.05).
Eumseong 229.7 212.9 221.3 278.7 220.4 249.6 89
Chulwon 380.2 234.9 307.6 236.3 278.8 257.6 119
Bonghwa 290.2 188.9 239.6 184.8 175.7 180.3 133
Naju 255.7 274.0 264.9 175.9 231.0 203.5 130
Mean 289.0 227.7 258.4ns 218.9 226.5 222.8ns 115

Table 8.

Comparative analysis of average precipitation (AP) and temperature (AT) for the years 2019 and 2020, including last 10 year averages, in four agricultural regions.

Location AP 2019 (㎜) AP 2020 (㎜) AP 10-Years (㎜) AT 2019 (°C) AT 2020 (°C) AT 10-Years (°C)
*The data represents the average precipitation (AP) and temperature (AT) during the growth period of April to October for the years 2019 and 2020.
Eumseong 79.5 172.5 130.7 19.5 18.8 19.2
Chulwon 128.1 267.8 166.9 18.3 17.5 18.3
Bonghwa 120 171.1 124.5 18.4 17.7 18.3
Naju 147.4 221.6 149.9 20.1 19.6 20.4
Mean 118.8 208.3 143.0 19.1 18.4 19.1

Table 9.

Salvianolic acid B and tanshinone IIA contents and its yield of S. miltiorrhiza ‘Dasan’.

Variety Salvianolic acid B Tanshinone IIA. Total
㎎/g ㎏/10a ㎎/g ㎏/10a ㎎/g
*Means separation within columns by Duncan’s Multiple Range Test (DMRT, p < 0.05).
Hongdan 72.35±1.39* 18.70±0.36* 3.80±0.07* 0.98±0.02* 76.15±1.47*
Dasan 54.88±7.77 14.18±2.01 2.69±0.14 0.70±0.03 57.58±7.90

Table 10.

Hydrophillic phenolic acids content by region and variety.

Regions1) Variety2) Content (/g·DW)
Danshensu Protocatechuic acid Protocatechuic aldehyde Caffeic acid Rosmarinic aicd Lithospermic acid Salvianolic acid A Salvianolic acid C
1)Region; cutivated region of Emseong and Pyeongchang 2)Variety; cultivated variety of Hongdan and Dasan. *Values indicate means ± SD (n = 3). Significantly different according to Student’s t-test (*p < 0.05). NS; not significantly different.
Emseong Hongdan 129.93±15.48 4.16±0.28 2.20±1.33 14.15±8.52 19558.23±11424.28 1831.49±1027.09 3.89±0.77 51.41±3.60
Dasan 87.86±2.78 3.65±0.52 4.80±1.26 13.25±2.31 22601.10±5069.36 1336.28±217.07 12.88±1.53 59.29±10.19
p < 0.05 * NS NS NS NS NS * NS
Pyeongchang Hongdan 127.13±7.85 4.50±0.19 7.12±0.58 13.27±0.35 5419.87±315.81 564.93±66.31 6.21±0.55 65.08±4.29
Dasan 74.64±11.11 3.60±0.27 8.50±1.37 7.12±0.73 6886.24±632.04 412.39±72.56 7.29±1.10 39.46±8.34
p < 0.05 * * NS * * NS NS *

Table 11.

Hydrophobic tanshinones content by region and cultivar.

Region1) Variety2) Content (μg/g·DW)
Dihydrotanshinone Cryptotanshinone Tanshinone I
1)Region; cutivated region of Emseong and Pyeongchang 2)Variety; cultivated variety of Hongdan and Dasan. *Data with different letters on the columns represent significant difference according to the Duncan’s Multiple Range Test (DMRT, p < 0.05).
Emseong Hongdan 670.59±46.29 6689.38±355.55 1742.43±151.62
Dasan 570.34±100.73 9309.91±1756.61 1333.63±252.57
p < 0.05 NS NS *
Pyeongchang Hongdan 480.57±12.49 5489.84±177.90 1587.67±38.37
Dasan 347.36±44.36 5184.43±679.37 851.78±108.08
p < 0.05 * NS *