[스크랩] 상추의 기능성 향상 재배

상추의 기능성 향상 재배

(1) 자외선 조사에 의한 상추의 비타민 E 증가
 자외선은 식물의 생육, 꽃이나 과실의 착색, 병해충 발생 등에 영향을 미치는 것으로 알려져 있지만, 식물의 종에 따라 다양한 반응이 나타난다. 가지나 딸기의 착색 불량, 딸기와 상추의 회색곰팡이병, 오이 균핵병의 억제 등은 자외선의 효과로 잘 알려져 있다.
한편, 당근, 토마토, 오이 등에서는 자외선을 제외하면 생육이 촉진되는 것으로 보고되었지만, 연구자나 재배시기, 환경 등에 의해서 다른 결과가 얻어지는 경우를 볼 수 있다. 자외선이 작물의 생리와 생육에 미치는 영향에 관한 많은 연구가 이루어져 왔고, 작물별로 상대적인 감수성도 비교되었다. 그러나 자외선처리에 의한 작물의 성분 변화에 관한 연구는 거의 이루어지지 않은 실정이다. 뿐만 아니라 점차 고령인구가 증가하고, 건강유지에 대한 관심도가 높아짐에 따라 녹황색 채소 등 보건식품의 소비욕구는 증가되고 있다. 가) 자외선이용방법과 결과
상추, 쑥갓, 시금치에 정식 후 30일부터 1주일 동안 UV-B(280-315nm : 상대자외선량: 2.1～3.5mW/㎠)를 5, 10, 20분으로 하고, 조사 높이는 30cm간격으로 1회/일 조사한 결과 상추는 UV-B의 처리시간이 길수록 생육이 저조하였다(표 1). 초장은 20분 처리에서 17.5cm로 가장 작았다. 오이, 토마토 유묘에 UV-B를 조사한 결과 오이에서는 48시간, 토마토에서는 72시간의 건강선용형광등(UV-B)에서 가장 배축의 신장이 억제된다는 보고와 비슷한 경향이었다. 생체중과 건물중은 20분처리에서 각각 7.3g, 0.66g으로 가장 적었으며 엽면적도 가장 작았다. 그러나 엽록소의 함량은 처리시간이 길수록 증가하였다.

<표 34> 자외선조사시 상추의 생육특성

처리	초장 (cm)	엽수 (개)	엽장 (cm)	엽폭 (cm)	생체중 (g/주)	건물중 (g/주)	엽면적 (㎠/주)	엽록소 (SPAD unit)
대조구	19.5b	11.8a	15.5b	5.9	8.9b	0.8b	1060.0b	21.1a
5분	18.2a	12.5b	14.8a	5.6	8.4ab	0.76ab	1052.8a	21.6a
10분	17.9a	12.3b	14.5a	5.6	8.1ab	0.73ab	1050.2a	22.1a
20분	17.5a	12.3b	14.4a	5.4	7.3a	0.66a	1040.3a	22.6a

70여종의 식물 중 약 60% 이상이 자외선 조사에 의해 엽면적 감소와 잎 두께의 증가를 보였는데 특히 콩, 옥수수, 수박, 오이 등에서 큰 감소를 보였으며, 감수성이 높은 식물은 약 60～70%의 엽면적 감소를 나타냈다고 하였다. 무, 콩, 강낭콩, 오이, 수박 등은 비교적 감수성이 큰데 반하여, 벼, 보리 등의 단자엽식물류와 해바라기 등은 둔감하다고 하여, 식물 종간의 UV에 감응성 차이가 있는 것으로 보고하였다. 이러한 현상은 UV-B에 대한 식물의 적응 반응으로 생각되는데 UV-B조사에 의해 잎이 두꺼워짐에 따라 표피세포 밑의 세포군에 UV-B 도달량이 줄어 정상적인 세포의 역할을 영위할 수 있도록 해주기 때문으로 생각되었다. UV-B의 영향중에서 가장 많은 연구가 되어 있는 광합성은 UV-B 조사에 의해서 감소하지만, 광합성에 필요한 광을 흡수하는데 중요한 역할을 하는 엽록소는 오히려 증가한다고 보고하였다. 기본적으로 엽록소 함량은 UV-B의 광도차이에 따라 좌우될 뿐 아니라, 식물의 종, 실험조건에 따른 변이도 크고 기존의 엽록소는 UV-B에 대하여 안정적인데 비하여 새로이 합성되는 엽록소는 UV-B조사의 영향을 받기 쉬운 경향을 보이므로 반응이 각각 다른 것으로 보고되고 있다.   잎은 동화기관으로 잎의 생장이 저하되면 식물 전체의 생육이 저조해진다. 식물의 생육과 UV-B 조사와의 관계는 3가지로 분류되는데 UV-B조사 시 생육에 상당한 영향을 받는 작물은 감수성 작물로 주로 오이, 토마토, 당근 등이 속하며, 중간의 감수성은 벼, 보리, 감자 등이며, 저항성 작물은 가지, 양배추, 셀러리, 아스파라거스, 양파 등이 속한다. 시금치는 일반적으로 감수성 작물로 분류되어 있지만 본 실험에서는 생육의 차이가 없는 것으로 나타나 품종 및 재배조건 등에 따라 반응정도가 달라질 수 있으며 특히 UV-B조사 시 광합성 유효방사가 강한 경우에는 좋은 효과를 얻을 수 있지만 오히려 약한 경우에는 영향을 미치지 못하는 것으로 보고되어 다양한 환경 및 재배조건 하에서 깊이 있는 연구가 필요할 것으로 생각된다.

<표 35> 상추에 있어서 자외선조사의 비타민C 및 토코페롤함량의 변화

처리	비타민 C(mg·100g-1)	토코페롤(mg·100g-1)
대조구	6.0c	0.6c
5분	7.2b	1.3bc
10분	7.7b	2.5b
20분	9.8a	4.9a

Ascorbic acid의 함량은 처리시간이 길수록 증가를 하였다. 20분처리구에서 9.8mg·100g-1으로 대조구보다 1.6배 증가하였다(표 2). 이는 UV-B 증가에 의한 활성산소 생성과 그로 인한 산화방지를 위한 식물의 생화학적인 방어반응으로 생각되었다. UV-B 증가는 식물의 개화 시기, 기간 등에 영향을 미치며 특히 과실의 색소합성에 관여하는 것으로 알려져 있다. 또한 UV-B 조사에 의해 일부 식물 종에서는 활성산소가 생성되고 그 독성에 의해 생육 및 생체 대사 기능의 장해를 보인다. 그러나 일부 식물은 UV-B조사에 의해 ascorbic acid, glutathione, polyamine 등과 같은 항산화물질의 증가와 superoxide, glutathione reductase 등의 항산화효소의 활성이 활발해진다고 하였다. α-tocopherol 함량은 상추는 20분에서 4.9mg·100g-1으로 대조구에 비해 8.2배 증가하였다. 시험 결과는 하우스 내에 UV-A와 UV-B를 설치하여 각각 1시간, 5분동안 조사한 결과 α-tocopherol의 함량은 증가하였다는 Higashio 와 Azuma(1996)의 연구결과와 일치하였다. 또한 쌀과 오이에서도 ascorbic acid 함량이 UV조사에 의해 증가한다는 보고가 있다. 이와 같이 단기간의 UV조사에 의해서도 효과가 인정됨에 따라 하우스재배의 채소 품질 향상을 실용화하고 특히 기능성물질인 천연색소(anthocyanin), 발암억제(carotenoid), 혈압강하(lutene)등의 함량을 상승시킬 수 있는 기술로서 UV처리는 금후 발전이 기대되며 앞으로 적정 처리시간 및 시기, 저장 후의 성분변화 등에 관한 연구가 더 이루어져야 할 것으로 생각된다

    자외선 조사 전경               대조구  5    10   20분 

(그림 3) 비닐하우스내에 설치할 자외선 처리 장치의 단면도 증가

(2) 상추의 안토시아닌 증가
외국에서의 상추에 대한 연구는 주로 결구상추에 대하여 많은 연구가 이루어지지 않았다. 국내에서도 잎상추에 관한 연구는 재배법에 따른 생육반응에 관한 것이 약간 이루어졌을 뿐이고, 영양학적 면에서의 연구는 미흡하다. 영양학적 면에서 잎상추는 무기질, 비타민 및 안토시아닌 색소가 다량 함유되어 있다. 이차대사산물 중 고등식물에 가장 많이 포함되어 있는 안토시아닌 색소는 채소 및 과실 등에 함유되어 있어 항산화 활성, 콜레스테롤 저하작용, 항궤양 기능 등 많은 생리활성이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 생리활성물질은 가공식품보다는 생식으로 섭취하는 것이 효과적이기 때문에 잎상추에 대한 재배기술이 더 한층 요구되고 있다. 특히 안토시아닌색소 발현 및 엽록소 등은 광, 온도, 호르몬, 영양원 등 여러 가지 환경요인에 현저히 영향을 받는 것으로 알려져 있고, 이러한 요인에 대한 해명은 생력적인 재배의 관점에서 큰 의미를 지닌다고 볼 수 있다. 광질과 광량처리에 의해 안토시아닌함량을 증가시킬 수 있는 방법을 모색하고자 하였다.

가) 광량과 광질의 이용과 방법
본 연구는 원예연구소 채소과의 생장상을 이용하여 광량(무차광, 30, 50%) 3수준 및 광질(Red, Blue, Green, Red+Blue, 형광등, 자연광) 6수준으로 하였으며 공시재료는 연산홍적축면과 뚝섬적축면상추를 이용하였다. 일장은 12시간으로 고정하였으며 정식 3주후부터 수확시기까지 약 10일 동안 처리하였다.

(그림 4) 광질별 파장대 영역

(그림 5) 광질처리에 따른 엽록소 함량


(그림 6) 광량처리에 따른 엽록소 함량

(그림 7) 광질처리에 따른 안토시아닌 함량

그림 8) 광량처리에 따른 안토시아닌 함량

엽록소의 함량은 무차광에서 저하되었으며, 연산홍적축면 보다는 뚝섬적축면상추가 높았다. 광질처리에서는 연산홍적축면 상추의 Red광 처리에서 엽록소함량이 가장 낮았다. 반면에 자연광처리에서 높았다. 
안토시아닌함량은 연산홍적축면 상추의 Red광 처리에서 가장 높았으며 뚝섬적축면상추의 Green광 처리에서 가장 낮았다. Red광에 비해 청색과 녹색처리구에서는 안토시아닌형성이 다소 떨어지는 것으로 보아 광질의 차이가 안토시아닌 형성에도 크게 관여하는 것으로 판단된다. 양배추의 경우 높은 수준의 안토시아닌 생성에는 가시광과 근가시광이 장시간 조사가 필요함을 인정하여, 안토시아닌 색소 발현에 광의 영향이 현저함을 시사했다. 광량처리에서는 차광 정도가 클수록 저하하였다. 50%차광을 한 저광량하에서는 상당히 적색의 착색이 감소하였다. 이는 적상추의 안토시아닌 색소발현이 광을 크게 의존하고 있음을 시사한다. 많은 연구결과들을 보면, 안토시아닌 색소 발현에 광이 가장 중요한 환경요인으로 작용하고 있음을 알 수 있으며 일반적으로 광은 안토시아닌의 형성 발현에 대하여 촉진적으로 작용한다고 알려져 있다. 이것은 광합성에 의해 체내에 탄수화물을 증가시킴으로서 색소의 형성을 촉진시키는 것으로 생각된다. 그러나 식물의 종류 및 품종에 따라서는 직접 광을 받지 않아도 착색하는 것, 광이 영향이 적은 내부조직으로 착색하는 종류도 있지만, 이러한 것들은 대부분 유전자 지배를 받는 것으로 사료된다. 채소류에 있어서도 종류, 품종에 따라 광의 유무와 관계없이 안토시아닌 색소가 잘 발현되는 것과 또는 광이 약하면 발현이 억제되거나 발현이 되지 않는 것 등 광에 민감한 종류가 많다. 즉, 가지 등은 광에 노출되지 않으면 안토시아닌이 발현되지 않으며, 순무의 적색품종은 지상에 있는 부분은 착색하지만 지하에 있는 부분은 착색하지 않는다. 즉, 식물에 따라 광에 대한 감응성이 각각 다름을 알 수 있다.

   청색광처리 장면            Red광 처리 장면          녹색광 처리 장면

(3) 셀레늄(Se) 및 게르마늄(Ge)처리 기술
현재 소비자의 채소에 대한 인식이 영양적기능(1차)  → 감각적기능(2차) → 생체조절기능(3차)으로 전환되어 가고 있다. 엽채류는 쌈이나 샐러드용으로 이용되어 오는 것으로 소비자의 수준 향상에 따른 고품질화가 절실하며 채소류의 인체에 대한 효과 검증이 방송에 보도되면서 채소 소비량이 급증될 것으로 예상된다. 채소의 식용이나 감각적 기능을 중시하던 관점에서 국민 보건에 기여하는 기능성 물질의 향상이나 투입에 의한 인체 기능 조절물질로서의 역할이 가능토록 고부가가치 기능성 향상 기술 개발이 시급하다. 최근에 셀레늄(Se) 및 게르마늄(Ge)의 관심은 암과 면역 병과 같은 인간의 질환에 대한 치료효과가 증가되고 있다. 인체에 유익한 작용을 하는 기능성분을 추가하되 인체와 식물체에 해는 없으며 경비를 줄일 수 있는 방법을 찾아내고자 상추를 공시재료로 하여 담액수경시설에서 재배하였다.

가) 물질처리방법과 결과
게르마늄은 GeO2를 이용하였으며, 농도는 0, 2, 4, 8, 16ppm로 처리한 결과 상추는 4ppm 처리구에서 엽면적이 넓고 생체중이 무거웠으며, 16ppm에서 공히 생육이 저조하였다. 게르마늄의 흡수량은 처리 농도가 높을수록 흡수량은 많았다. 무기성분 함량은 생육이 좋았던 처리구에서 높았으나, 비타민C 함량은 처리간에 뚜렷한 차이가 없었다. 재배기간 중의 pH는 생육이 진행될수록 떨어졌으며, EC는 큰 변화가 없었다. 대조구의 뿌리와 비교해 보면 게르마늄을 처리한 뿌리는 유관속과 세포의 크기가 비슷하였다. 엽조직의 엽육세포는 대조구보다 더욱 더 밀집되어 있는 것으로 나타났다. 게르마늄을 처리한 상추의 엽은 대조구보다 매우 단단하고, 녹색을 띠고, 윤기가 나는 것으로 나타났다. 이러한 점에서 광합성율은 증가하였으며 생체중도 증가하였다. 결론적으로 작물간 게르마늄의 반응정도가 다소 상반되었지만 2, 4ppm이 적당한 것으로 판단된다. 셀레늄처리 농도를 알아보기 위하여 양액의 셀레늄농도를 0, 2, 4, 8 및 16mg·L-1으로 처리하였다. 셀레늄의 공급원으로는 Na2SeO4(Sigma Co.), Na2SeO3(Sigma Co.), Se-amino chelate compound(Biobest. Co)를 사용하였다. 상추에서 Na2SeO3의 처리구는 대조구에 비하여 생육이 저조하였는데, 특히 고농도인 16mg·L-1의 처리구는 생체중 및 엽면적이 대조구에 비해 각각 약 2.3배와 1.8배 감소하였다. Se-amino chelate compound는 대조구와 비교하여 큰 차이는 없었지만 16mg·L-1로 처리한 경우 생육이 다소 억제되었다. Na2SeO4의 2와 4mg·L-1처리구는 오히려 대조구에 비하여 생육이 좋았다. 생체중은 대조구가 54.5g로 4mg·L-1처리구의 63.5g보다 작았으며, 엽면적은 2mg·L-1처리구에서 1234.1cm2 대조구의 1193.1cm2보다 넓었다.

<표 36> 셀레늄 처리 1주일 후 상추의 생육

종 류	Se 농도 (mg· L-1)	초장 (cm)	엽수 (개)	엽면적 (cm2/plant)	생체중(g)		건물율 (%)
					지상	지하
대조구	0	22.9	18.0	1193	58.1	10.9	20.4
Sodium selenate (Na2SeO4)	2.0 4.0 8.0 16.0	24.9 25.2 21.6 19.4	24.7 24.2 23.5 22.5	1234 1178 1027 701	55.9 63.5 58.2 33.9	9.9 10.0 11.2 10.4	18.9 18.6 15.5 15.1
Sodium selenite (Na2SeO3)	2.0 4.0 8.0 16.0	22.2 20.8 18.9 18.3	16.0 16.3 15.2 15.0	820 943 659 673	32.1 34.6 24.9 23.4	5.7 5.0 3.3 3.5	20.8 21.8 17.5 15.6
Se-Amino chelate compound	2.0 4.0 8.0 16.0	22.5 22.2 22.6 21.1	15.7 16.5 17.0 16.5	952 1026 1086 894	43.4 45.2 48.2 35.9	7.6 8.6 8.9 6.8	25.8 22.5 25.3 19.8
Source(A) Se Con.(B) A×B		** ** **	** ** **	** ** **	** ** **	NS ** **	** ** *

(표 37) 셀레늄 처리 1주일 후 상추의 무기성분 및 비타민C 함량

종 류	Se 농도 (mg· L-1)	비타민 C 함량 (mg·100g-1FW)	질산태질소 함량 (mg·g-1FW)	무기성분 (%, DW)
				K	Ca	Mg
대조구	0	11.3	2,212	2.256	1.184	0.669
Sodium selenate (Na2SeO4)	2.0 4.0 8.0 16.0	13.3 13.3 13.0 13.3	1,116 1,024 1,230 942	2.580 2.572 2.592 2.529	1.149 1.181 1.156 1.253	0.687 0.706 0.577 0.633
Sodium selenite (Na2SeO3)	2.0 4.0 8.0 16.0	13.5 13.5 14.1 12.0	1,536 1,868 1,576 914	2.594 2.535 2.547 2.384	1.201 1.160 0.992 0.865	0.674 0.529 0.471 0.458
Se-Amino chelate compound	2.0 4.0 8.0 16.0	11.1 13.6 12.9 12.1	1,324 1,193 842 657	1.966 1.834 1.929 2.161	1.267 1.177 1.289 1.134	0.677 0.637 0.874 0.693
Source(A) Se Con.(B) A×B		* * *	** ** **	** * **	** ** **	** ** **

셀레늄처리 후 상추의 비타민 C의 함량은 Na2SeO4의 8mg·L-1처리구가 14.1mg·100g-1 FW로 대조구보다 약 1.2배 높았으며 다른 처리구에 비해 Na2SeO4처리구가 비타민 C의 함량이 높았다. 질산염은 모든 처리구에서 감소하였으며 처리농도가 증가할수록 감소하였다. 특히 Se-amino chelate compound의 16mg·L-1 처리구에서 657mg·g-1 FW로 가장 낮았다. 무기성분 함량은 셀레늄의 종류간에는 큰 차이가 없었지만 농도가 높을수록 다소 감소를 하였다. 상추의 셀레늄 흡수특성은 처리농도가 높을수록 흡수량이 비례적으로 증가하였으며 다른 처리보다는 Na2SeO4의 16mg·L-1 처리구가 79.3㎍·kg-1 DW로 가장 많았다(표 4). 이는 Food Nutrition Board에서 성인에게 권장하는 셀레늄 섭취량인 하루 50～100㎍에 상응하는 양이다. 본 실험의 경우 대조구에서도 약간의 셀레늄이 검출되었는데, 이는 수돗물에 함유되어 있는 셀레늄이 식물체내 흡수된 것으로 생각된다. 셀레늄함량이 과다한 경우 작물의 피해현상이 발생했지만 양액재배를 통한 저농도(2, 4mg·L-1)의 셀레늄(Na2SeO4나 Se-amino chelate compound)처리는 식물체의 생육을 억제시키지 않는 범위 내에서 인체의 방어기작에 필요한 glutathione peroxide의 구성성분인 셀레늄을 공급하기 때문에 셀레늄함량이 높은 채소의 생산과 나아가 기능성이 높아진 고부가가치 상품 생산에 매우 의미가 있다고 생각된다.

 

출처 : ♧ 서울 관악지역 도시영농사업단 반딧불이

글쓴이 : 하늘데블스 원글보기

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