KR20040014378A

KR20040014378A - 셀레늄 함량을 강화시키는 농작물 재배용 양액조성물

Info

Publication number: KR20040014378A
Application number: KR1020030079639A
Authority: KR
Inventors: 한광현; 최대영
Original assignee: 싸이토팜(주)
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2004-02-14

Abstract

본 발명은 농작물의 셀레늄 함량을 증가시키는 농작물 재배용 양액조성물에 관한 것으로, 농작물의 효과적인 셀레늄 흡수 및 셀레늄 함량의 증가를 위하여 셀레늄 함량과 SO₄ ^--이온함량을 한정하는 것을 특징으로 하는 양액 조성물을 제공한다.

본 발명의 효과는 부가가치가 높은 셀레늄이 강화된 작물재배를 가능케 하여 재배농가의 소득 증대와 소비자의 건강 증진에 기여하는 데에 있다.

Description

셀레늄 함량을 강화시키는 농작물 재배용 양액조성물{Cultivation composition which increases selenium content for the crops}

본 발명은 농작물의 셀레늄 함량을 증가시키는 농작물 재배용 양액조성물에 관한 것이다. 종래의 농작물 재배방식은 순수한 토양에 재배하는 것이 관행으로 되어져 왔다. 이러한 재배방식은 온도 및 일조량의 변화요인 및 작물의 토양에 대한 적응력 감소로 작황이 불안정하고, 상토로 쓰이는 토양은 카오린(Kaolin)이 주성분 이므로 무기양분이 결핍되기 쉽기 때문에 영양보충을 위해 사용되는 화학비료의 남용과 농약, 제초제의 오용으로 인하여 토양의 오염도를 점점 가중시키는 문제점이 있다. 또한 금비, 제초제, 소독제등의 사용에 의한 토양의 성질을 산성화 시키는 문제점 등으로 작물의 수확량이 감소하여 연작의 장애요인으로 지적되고 있다.

근래에 상기의 문제점을 근본적으로 제거할 수 있는 양액재배 기술이 도입되었으며 이러한 양액재배는 수경재배라 하기도 하며, 식물의 성장에 필요한 영양소가 모두 함유된 배양액을 공급시켜 각종작물을 재배하도록 하는 과학적인 영농기술로서, 토양에 구애받지 않고 식물을 재배하기 위한 것으로, 영농자들의 주목을 받고 있다.

이러한 양액재배가 재배농가로부터 좋은 반응을 얻어 '93년말 4ha에 불과하던 배지재배 면적이 '96년말 250ha를 상회하였으며, 금후 급진적인 증가추세를 보이고 있다.

그러나 이러한 배지경 양액재배 방식이 진보된 영농방식이라 할 수는 있어도 작물별 배지재배 전용양액이 개발되어 있지 않은 관계로 고가이면서 국내기후 특성이나 수질에 적합하지 않은 외국 양액을 사용하거나 암면재배용 또는 담액수기경 전용양액을 사용할 수밖에 없는 실정이었다.

또한 낙후된 국내기술 수준에서는 양액 조성에 따라 작물의 영양 성분을 조절할 수 있다는 양액재배의 장점을 거의 활용하지 못하고 있는 실정이다.

반면에 선진국에서는 무기셀레늄이 첨가된 양액에서 재배된 마늘에서 셀레늄 함량이 증가하였고 셀레늄 함량이 강화된 마늘은 암 예방 효과가 있었다는 보고 이후로(Ip, C et al Mammary cancer prevention by regular garlic and selenium enriched garlic. Nutr. Cancer 1992, 17, 279-286) 많은 연구가 발표되고 있으며 최근에는 토마토, 딸기, 무, 상추(Carvalho KM et al Effects of selenium supplementation on four agricultural crops J Agric Food Chem. 2003 Jan 29;51(3):704-9), 브로콜리(Banuelos GS irrigation of broccoli and canola with boron-and selenium laden effluent, 2 Environ Qual. 2002 Nov-Dec;31(6):1802-8)등의 일반적인 식용작물에도 양액재배 방식으로 셀레늄 함량을 강화시키는수준에 이르고 있다.

하지만 상기의 연구들은 대부분 셀레늄이 인체에 미치는 효과에 주안점을 두고 있고 따라서 양액재배 관점에서, 작물의 수확량의 저하 없이 셀레늄 함량을 효과적으로 강화시키는 양액 조성등에 대한 구체적 제시가 없었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 셀레늄 함량을 효과적으로 강화시키는 양액 조성물을 제공하여 영양 가치가 높고 약용 기능이 있는, 셀레늄 함량이 강화된 작물을 양액 재배하여 보다 높은 부가가치의 창출을 가능케 함으로서 양액재배 농가의 소득증대와 식용작물을 소비하는 국민의 건강 증진에 기여하고자 하는 데에 그 목적이 있다.

셀레늄은 글르타치온퍼옥시다제(glutathione peroxidase)의 보조인자로서 글루타치온퍼옥시다제의 활성을 높이는 미네랄 원소로서 인체에 없어서는 안 되는 필수 미량 영양소임은 주지의 사실이다. 특히, 셀레늄의 결핍은 심장질환인 케산(Keshan)병이나 관절질환인 카신-백 (Kashin-Beck)병을 초래한다.

셀레늄의 일일권장섭취량은 성인기준 55㎍이고 임산부는 60㎍, 수유기간에는 70㎍인데 셀레늄의 섭취 부족 현상은 셀레늄 함량이 낮은 토양 지역의 주민, 위장기능장애로 인한 셀레늄의 흡수기능이 약화된 사람, 셀레늄이 함유되어 있지 않은 영양식을 장기간 공급 받은 환자에게서 관찰되고 있다.

셀레늄의 섭취량이 부족하지 않은 사람도 셀레늄을 보충 섭취하면 면역체계의 증강효과(Baum MK, et al Selenium and interleukins in persons infected with human immunodeficiency virus type 1, J Infect Dis. 2000;182 Suppl 1:S69-73), 항암효과(Combs GF, Jr., Gray WP. Chemopreventive agents: selenium. PharmacolTher. 1998;79(3):179-192)등의 건강증진과 질환예방 효과를 기대할 수 있다.

셀레늄의 과도한 섭취는 셀레늄 독성에 의한 위장장애, 신경장애 등의 부작용이 있으므로 일일 최대허용섭취량을 400㎍으로 한정하고 있다.셀레늄의 보충 공급 형태로서는 소디엄셀레나이트(sodium selenite), 소디엄셀레네이트(sodium selenate)등의 셀레늄 무기물, 셀레늄아스파르테이트(selenium aspartate)등의 킬레이트 화합물(chelates), 셀레노메치오닌(selenomethionine), 셀레노시스틴(selenocystine)등의 셀레늄 유기물이 사용되고 있다.

최근에 식물의 셀레늄 대사작용을 활용하여 무기셀레늄을 식물에 흡수시켜 유기셀레늄이 축적된 식용 식물체를 셀레늄의 공급원으로 개발되고 있다.

본 발명에서는 양액 조성에 적합한 제형으로서 셀레늄을 공급하는 방법을 제공한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 셀레늄 제공원 으로서는 무기셀레늄, 셀레늄 킬레이트 화합물과 유기셀레늄 모두 가능하지만 재배작물에의 흡수가 용이한 무기셀레늄의 활용이 보다 바람직하며, 무기셀레늄을 용해시켜 액상 형태로 공급하는 방법이 대한민국 특허출원 2002-57024 등에 기술되어 있다.

양액의 셀레늄 함량에 따라 수확물의 중량에 영향을 미치고(Mark P. de Souza, et al Selenium Assimilation and Volatilization from Selenocyanate-treated Indianmustard and muskgrass, Plant Physiology, Feb, 2002, Vol, 128, pp, 625-633), 양액의 황산염 농도에 따라 작물의 셀레늄 흡수량이 변하므로 (Banuelos GS biotransfer possibilities of selenium from Plants used in phytoremediation Sympo. No. 42, paper no. 460 17th WCSS, 14-21 Aug. 2002,Thailand) 수확물의 저하 없이 효과적으로 셀레늄의 함량을 증가시키는 양액의 조성물을 제공하여야 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 생육에 적합한 동일 환경조건에서 통상의 양액을 사용하여 생육한 식물체의 분석치와 본 발명의 양액을 사용하여 생육한 식물체 분석치를 비교하여 본 발명의 양액 조성물을 제시한다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 양액의 조성을 결정하는 방법은 여러 가지가 있지만 양액에 의하여 재배된 식물체 분석에 따른 흡수한 원소의 양을 기초로 하는 방법과, 양수분 흡수율(n/w)에 의한 조성방법이 대부분이며 다음의 3가지 방향이 있다.

첫째는 스테이너(Steiner)액이나 일본의 원시처방액 및 한국원예연 표준액처럼 여러 식물에 대하여 생육단계에 관계없이 널리 사용할 수 있도록 만드는 방법과,

둘째는 야마자키(山崎 : 일본)처방액처럼 식물별, 생육시기별로 가장 좋은 조성을 만들어 주는 것으로 각 작물의 양수분의 흡수량을 조사하여 결정하는 방법과,

셋째는 일본 고베 원시 처방액처럼 특정성분을 적극적으로 흡수시키고자 할 때 해당이온의 비율을 높게 조성하는 방법 등이 있다.

상기의 어떤 방법이나 견해를 기준을 하든지 적절한 처방의 양액은 다음의 조건을 갖추어야 한다. 즉, 생산량이 많고, 수확물의 품질이 좋아야 하며, 비료의소모량이 적고, 값이 싸며, 용해도가 높은 비료염을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 작물의 재배기간 증 조성이 농도의 변화가 적을 것 등이다.

토양 재배의 경우에는 잘 자란 식물체의 엽, 경 및 과실과 뿌리 등을 화학적으로 분석하여 필요로 하는 흡수비료의 성분량을 표시하게 되는데, 동일한 경, 엽이더라도 부위별, 성숙도별 및 시비량에 따라 약간씩 차이가 나게 되며, 양액 재배한 식물체의 경우에는 비교적 정확한 흡수량을 측정할 수 있다.

본 발명에서는 일본 고베(神戶) 원시 처방액처럼 특정성분을 적극적으로 흡수시키고자 할 때 해당이온의 비율을 높게 조성하는 방법에 따라 셀레늄 이온 농도 비율을 높게 조성하여 양액 재배한 식물체의 셀레늄 흡수량을 증가시켰다.

양액에는 다량의 요소로서 질소, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 황 등이 있으며 미량요소로서 철, 동, 망간, 붕소, 아연, 몰리브덴 및 염소 등이 있다.

식물체는 모든 성분들이 균형을 유지하여야만 정상적인 생장을 하기 때문에 균형을 유지하는 상태에서의 셀레늄 의 적정농도를 찾아냄으로써 시비량을 결정하게되는데, 각 성분의 적정농도를 결정하는데 있어서 광범위한 요인시험을 통하여 찾아내는 것이 바람직하겠지만 많은 노력과 경비, 시간을 요구하기 때문에 생육이 정상적인 작물의 엽분석을 통하여 셀레늄의 적정 농도를 결정하였다.

본 발명에서는 청상추 양액재배를 통하여 실시예를 들고 있지만 고채, 겨자채, 깻잎, 시금치, 미나리, 브로콜리, 쑥갓, 피망, 가지, 고추, 오이, 토마토, 방울토마토 및 기타 과채류 등에도 본 발명의 적용이 가능하다.

또한 본 발명에서 양액재배의 장점을 강조하고 있지만 본 발명의 적용을 양액재배만으로 한정하는 것은 아니며, 토양재배의 경우에도 셀레늄 함유의 작물을 재배할 목적으로 본 발명의 양액을 효과적으로 사용할 수 있다.

먼저 재배작물의 셀레늄 흡수에 미치는 SO₄ ^--이온농도의 양을 파악하기 위하여 실시예 1의 실험을 하였다.

일반적으로 양액재배의 경우 NO₃-N, NH₄-N, PO₄-P의 배합량의 합과 SO₄-S의 배합량의 당량비는 2:1 ∼ 8:1 정도이다. 본 발명에서는 실시 예 1의 실험 결과에 따라서 셀레늄의 효과적인 흡수를 위해서 NO₃-N, NH₄-N, PO₄-P의 배합량의 합과 SO₄-S의 배합량의 당량비는 4:1을 초과하여야 한다. 당량비가 10:1 이상에서는 흡수량 증가의 효과가 감소됨을 알 수 있다.

재배작물의 셀레늄 흡수에 미치는 양액의 셀레늄 농도의 영향을 파악하기 위하여 실시예 2의 실험을 하였다.

생육에 적합한 동일의 환경조건에서 일반적 양액으로 생육한 식물체 수확량을 기준으로 하고 실시예 2의 실험 결과를 분석하여 양액의 셀레늄 함량 조성 범위를 구하였다.

여기서 식물체 수확량은 식물체를 탈 이온 시킨 증류수로 세척 후 70℃에서 4시간 건조시킨 건조물로 측정하여 비교하였다.

실시 예 2의 실험 결과에 따라서 양액의 셀레늄 함량은 0.01mg/ℓ ∼ 100mg/ℓ 범위로 한정한다. 0.01mg/ℓ이하에서는 재배작물의 흡수 효과가 없으며 100mg/ℓ이상에서는 수확량의 감소가 발생하기 때문이다.

[실시예 1]

모종한 후 10일 정도 지난 청상추를 표 1에 나타낸 NO₃-N, NH₄-H, PO₄-P의 배합량의 합과 SO₄-S의 배합량의 당량비대로 조성한 각각의 양액이 있는 배드별로 15일 정도 담가둔다. 다 자란 모종을 배드에 옮겨 심은 후 25일 정도 생육시킨 후 수확하였다. 이 때, 셀레늄의 함량은 대한민국 특허출원2002-57024 등에 기술되어 있는 방법대로 조성되었고 기타 미량원소들은 일반 재배농가에서 사용되고 있는 통상의 조건대로 처리하였다.

건조 식물체를 분석시료로 하여 셀레늄을 ICP-MS 기기 분석을 하였다.

[실시예 2]

모종한 후 10일 정도 자란 청상추를 모종한 후 표 2에 나타낸 셀레늄 함량대로 조성한 각각의 양액이 있는 배드별로 15일 정도 담가 둔다. 다 자란 모종을 배드에 옮겨 심은 후 25일 정도 생육시킨 후 수확하였다. 이 때, 셀레늄의 함량은 대한민국 특허출원2002-57024 등에 기술되어 있는 방법대로 조성되었고 기타 미량원소들은 일반재배농가에서 사용되고 있는 통상의 조건대로 처리되었다. 수확물은 탈이온화 처리된 증류수로 세척한후 70℃에서 4시간 건조시킨 후 중량을 계측하였다.

표 1. 셀레늄 흡수량에 미치는 음이온 다량원소의 당량배합비

표2. 셀레늄 흡수량과 수확량에 미치는 양액의 셀레늄 함량

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 셀레늄 함량을 증가시키는 농작물 재배용 양액조성물에 의하면, 셀레늄 함량을 효과적으로 강화시키는 양액 조성물을 활용하여 영양 가치가 높고 약용 기능이 있는, 셀레늄 함량이 강화된 작물을 양액 재배하여 보다 높은 부가가치의 작물을 생산 판매할 수 있으므로 재배 농가의 소득증대를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 보다 많은 국민이 용이하게 셀레늄 함유의 천연 식품을 식용함으로서 국민 건강 증진에 일조할 수 있게 되었다.

Claims

셀레늄 함량을 강화시킨 작물의 재배에 사용되는, 셀레늄 함량이 0.01mg/ ℓ ∼ 100mg/ℓ이고 NO₃-N, NH₄-N, PO₄-P의 배합량의 합과 SO4-S의 배합량의 당량비가 4:1 이상을 초과하는 것을 특징으로 하는 양액 조성물.