KR20180009115A

KR20180009115A - 케일을 재배하는 방법

Info

Publication number: KR20180009115A
Application number: KR1020160090599A
Authority: KR
Inventors: 노주원; 김상민; 김형석; 김명석; 박재억; 손정익; 오상록
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-26
Also published as: KR102488480B1

Abstract

증진된 활성 성분 수준을 갖는 케일를 재배하기 위하여, UV 스트레스를 조절하는 방법을 제공한다.

Description

케일을 재배하는 방법{Culturing method of Brassica oleracea var. acephala}

증진된 활성 성분 수준을 갖는 케일을 재배하는 방법에 관한 것이다.

식물공장 시스템은 광(lighting), 온도, CO_2, 상대습도, 양액(nutrient solution) 등과 같은 지상부 및 지하부 환경의 최적화를 통해 식물의 연중생산성(year-round production) 향상을 목적으로 하는 식물 재배 시설이다. 이러한 식물공장 시스템은 여러 환경 요소를 조절하여 성장 조건을 촉진시킴으로써 노지재배법(outdoor cultivation methods)보다 훨씬 더 빠르게 작물을 생산할 수 있다(Ikeda et al., 1992). 따라서 최근에는 다양한 식물들을 대상으로 식물공장 시스템에서의 재배 시험이 수행되고 있다.

케일은 십자화과에 속하며, 원산지는 지중해이다. 종류는 잎 가장자리가 오글거리는 곱슬케일, 쌈채소로 이용되는 쌈케일, 흰색과 핑크색이 어우러진 꽃케일 등이 있다. 재배방법은 직파재배와 트레이 육묘가 가능하다. 키가 작은 것은 30 내지 60㎝, 큰 것은 약 120㎝ 정도이며, 충분한 수분만 있으면 어느 땅에서나 잘 자란다. 잎은 담뱃잎처럼 넓고 길고 두껍게 자라면서 태양빛을 듬뿍 받아 짙은 녹색을 띤다. 케일은 비타민과 인돌화합물을 함유하며, 신경통 치료 및 정장(整腸) 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 뿐만 아니라, 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추어 고혈압증을 개선하고, 혈당치를 정상으로 회복시켜주는 기능을 한다.

이렇듯 영양 성분이 풍부하고 치료 효능이 우수하다고 알려져 있는 케일을 식물공장 시스템에서 재배하는데 있어서, 활성 성분 수준을 증진시키는 최적의 재배 조건을 설정하는 것이 중요하기 때문에, 이러한 조건을 찾고자 하는 노력이 계속되고 있다.

일 양상은 케일(Brassica oleracea var. acephala)을 재배하는 동안 290 내지 365nm의 파장 범위 및 5.0 내지 30W/m²의 강도 범위에서 UV를 조사하여 UV 스트레스를 가하는 단계를 포함하는, 증진된 활성 성분 수준을 갖는 케일을 재배하는 방법을 제공한다.

증진된 활성 성분 수준을 갖는 케일(Brassica oleracea var. acephala)을 재배하는 방법에 있어서, UV 스트레스를 가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 UV 스트레스를 가하는 단계는 UV를 조사하는 것일 수 있다.

광은 식물의 생장과 발육을 조절하는 중요한 환경적인 요소 중 하나이다. 그 중 UV (ultraviolet rays)광은, 가시광선보다 짧은 파장으로 높은 에너지를 갖는 눈에 보이지 않는 광이다. 파장의 길이에 따라 320 내지 400nm의 UV-A, 280 내지 320nm의 UV-B, 및 280nm 이하의 UV-C로 나뉜다. UV 광을 지속적으로 조사하는 것은 식물에게 스트레스 요인으로 작용하여 DNA, RNA, 단백질 등을 손상시키므로, 식물의 생장과 발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 식물은 스트레스 환경에 대하여 방어 기작을 구동하여 파이토케미컬(phytochemical) 등을 축적시키며, 지속적이지 않은 UV 조사는 파이토케미컬 등과 방어 관련 유전자의 발현을 증진시킬 수 있다.

일 양상은 증진된 활성 성분 수준을 갖는 케일을 재배하는 방법에 있어서, 케일을 재배하는 동안 290 내지 365nm의 파장 범위 및 5.0 내지 30W/m²의 강도 범위에서 UV를 조사하여 UV 스트레스를 가하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 UV의 파장은 UV-B 파장일 수 있고, 290 내지 320nm, 295 내지 314nm, 300 내지 310nm, 또는 303 내지 309nm일 수 있다. 상기 UV 파장은 UV-A 파장일 수 있고, 335 내지 365nm, 340 내지 360nm, 345 내지 357nm, 또는 349 내지 355nm일 수 있다.

상기 UV의 강도는 5 내지 27W/m², 6 내지 25W/m², 또는 7 내지 25W/m²일 수 있다.

케일을 재배하는 방법에 있어서, UV 스트레스를 가하는 단계를 포함하여, 항산화능이 증진된 케일을 재배할 수 있다. 또한, 상기 케일은 페놀릭 화합물, 플라보노이드 등의 활성 성분이 증진될 수 있다. 도 2 및 3을 참조하면, UV 스트레스에 따라 케일의 페놀릭 화합물, 플라보노이드, 또는 항산화능이 증진될 수 있다.

상기 페놀릭 화합물(phenolic compound)은 페놀기(phenol group)가 결합된 화합물로서, 산화 작용으로 인한 손상을 방지할 수 있다. 페놀릭 화합물은 갈륨산 등가물 대비 추출물로 분석된 총 페놀 함량으로 측정될 수 있다.

상기 플라보노이드(flavonoid)는 페닐기 2개가 C3사슬을 매개해서 결합한 탄소골격구조로서, 식물의 백-황색 계통의 색소이고, 항균, 항염 및 항산화능을 갖을 수 있다. 플라보노이드는 카테킨(catechin)을 이용한 표준곡선으로부터 총 플라보노이드 함량을 측정할 수 있다.

항산화능은 산화의 억제를 뜻한다. 세포의 노화는 곧 세포의 산화를 의미하는데, 이 때, 항산화능은 활성산소를 제거하여 세포의 노화를 방지할 수 있다. 항산화능은 아스코르브산(ascorbic acid)을 이용한 표준곡선으로부터 항산화능 (ascorbic acid equivalent antioxidant capacity, AEAC)을 측정할 수 있다.

상기 UV 스트레스는 첫번째 본엽(first true leaf)이 출현할 때부터, 본엽이 3매가 되는 때부터, 본엽이 4매가 되는 때부터 또는 본엽이 5매가 되는 때부터 제공될 수 있다.

상기 UV 스트레스는 UV를 1 내지 5일, 1 내지 4일, 1 내지 3일, 1 내지 2일, 또는 약 1일 동안 조사하는 것일 수 있다. 상기 UV 스트레스는 수확하기 직전 1 내지 5일, 1 내지 4일, 1 내지 3일, 1 내지 2일, 또는 약 1일 동안 조사하는 것일 수 있다.

상기 케일를 재배하는 조건은, 온도는 20 내지 25℃, 습도(상대습도, relative humidity, RH)는 50 내지 70%, 이산화탄소 농도는 800 내지 1200ppm, 광주기는 명기 10 내지 16시간으로 설정할 수 있다. 또한, 상기 케일은 수경재배 시스템 또는 통상의 상토에서 재배될 수 있다.

상기 재배는 밀폐된 식물공장 시스템에서 수행되는 것일 수 있다. 또는 상기 재배는 밀폐된 온실 내에서 수행되는 것일 수 있다. 용어 "밀폐형 식물공장 시스템(closed-type plant factory system)"은 시설 안에서 빛, 온도, 습도, 이산화탄소 등의 재배환경을 인공적으로 제어하여 계절에 관계없이 식물을 계획적이며 자동으로 연속 생산하는 시스템을 의미한다. 상기 밀폐된 식물공장 시스템은 700×500×300cm(L×W×H) 크기의 식물공장 시스템일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

식물공장 시스템에서 케일를 재배하는 방법에 관한 것으로, 의약 기반 원료로 사용하는 약용 작물인 케일의 항산화능과 활성 성분을 증진시킬 수 있다. 따라서, 케일 생산성 및 시장성이 향상될 것이다. 또한, 식물공장 시스템에 도입 가능한 신작물을 개발하고, 신작물에 적합한 조건을 확립하는 기반이 될 수 있다.

도 1은 UV 스트레스가 케일의 엽록소 형광반응에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 2는 UV-A 스트레스가 케일의 페놀릭 화합물 및 항산화능에 미치는 영향을 확인한 결과이다.
도 3은 UV-B 스트레스가 케일의 플라보노이드 및 페놀릭 화합물에 미치는 영향을 확인한 결과이다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 케일의 파종, 발아 및 육묘

본 실시예는 서울대학교에 위치한 밀폐형 식물공장 내에서 수행되었다. 케일 종자를 1일간 수돗물에 침지한 후, 암면 블록 또는 폴리우레탄 스폰지에 심고, 25 내지 30℃의 온도 및 암조건에서 발아시켰다. 발아된 케일의 본엽이 4 내지 6매가 전개되는 1주차까지, 케일에 저면관수를 통하여 수분을 공급하였다. 광환경은 형광등(6500k, 삼파장)을 이용하고, 광도는 140 ± 20 μmol·m^-2s^-1로 설정하였다. 일장은 명기 16시간 및 암기 8시간을 유지하였다. 온도는 명기 22 내지 25℃, 암기 18 내지 20℃, 습도는 명기 60 내지 75%, 암기 50 내지 70%로 설정하였다.

케일의 본엽이 4매가 된 후, 케일을 담액수경 방식(deep flow technique:DFT)의 수경재배시스템에, 재식 간격(planting distance)이 15cm×15cm가 되도록 이식하고, 2주간 육묘를 하였다. 광환경은 R (적색광, 파장 660 nm), B (청색광, 파장 380, 460 nm) 및 W (백색광, 색온도 6300K)가 다양한 비율로 혼합된 혼합광을 설정하였다. 구체적으로, 상기 혼합광은 R:B:W가 9:0:1, 8:1:1, 8:2:0 또는 7:2:1의 광량비로 혼합된 R9W1, R8B1W1, R8B2 또는 R7B2W1, 및 광량은 200 ± 20 μmol·m^-2s^-1로 설정하였다. 양액은 하기 표 1의 케일 전용 양액 (1.2 dS/m)을 이용하였다. 이산화탄소는 1,000ppm, 기류는 1 ± 0.5m/s로 설정하였다. 그 외 일장, 온도, 습도 등은 발아 조건과 동일하게 설정하였다.

사용 물질	비료량(mg/L)
MgSO₄ ·7H₂O	554.6
Ca(NO₃)₂ ·4H₂O	590.3
KNO₃	727.9
NH₄ ·H₂PO₄	115.0
N : P : K 비율	1.69 : 0.14 : 1

실시예 2: UV 스트레스에 따른 케일의 항산화능 및 활성 성분 증진 분석

UV 스트레스가 케일의 항산화능 및 활성 물질 증진에 미치는 영향을 확인하였다. 육묘 후, 6주간 담액수경 방식으로 재배하였다. 이 때, 온도는 명기 22 내지 25℃, 암기 18 내지 20℃, 습도는 명기 60 내지 75%, 암기 50 내지 70%, 기류는 1 ±0.5m/s, 이산화탄소는 1000ppm, 양액은 상기 케일 전용 양액을 사용하고, 양액의 전기전도도는 1.2dSm^-1, 광은 R:B:W가 9:0:1, 8:1:1, 8:2:0 또는 7:2:1의 광량비로 혼합된 R9W1, R8B1W1, R8B2 또는 R7B2W1, 광강도는 200±20μmol·m^-2s^-1, 및 광주기는 명기 16시간으로 설정하였다. 수확하기 전까지, 케일에 UV-A 및 UV-B 각각을 0 내지 5일 동안 연속조사하여, UV 스트레스를 가하였다. 이 때, UV-A의 파장은 352nm이며 강도는 7 내지 30W/m²으로 설정하였고, UV-B의 파장은 306nm이며 강도는 7 내지 30W/m²으로 설정하였다.

UV를 조사하는 환경에서 재배하는 것이 케일에 스트레스로 작용하는지 확인하였다. UV-A가 케일의 엽록소 형광반응에 미치는 영향을 확인한 결과, 강도 23.7 W/m²의 UV-A 스트레스를 가한 케일은 Fv/Fm 값이 소폭 감소되었다. 이를 고려하면 케일은 UV-A에 대한 스트레스 저항성이 매우 높은 것으로 예상된다. 도 1은 UV-B가 케일의 엽록소 형광반응에 미치는 영향을 확인한 결과이다. UV-B 스트레스를 가한 케일의 엽록소로부터 방출되는 형광을 Fv/Fm 수치로 측정하였다. 상기 Fv/Fm 수치는 광화학 반응에 대한 양자수율의 최대치를 의미한다. 이 때, Fo는 "dark" 또는 "초기 형광(initial fluorescence)"을 의미한다. Fm은 암적응된 잎에 포화광을 비추어, 광합성을 하고 있는 동안에 수득된 최대 형광 수치이다. Fv는 최대 변이 형광(maximum variable fluorescence)으로, Fm에서 Fo를 뺀 수치이다. 도 1을 참조하면, 강도 10.7 내지 21.5W/m²의 UV-B 스트레스를 가한 케일은, 대조군과 비교하여 UV 스트레스를 가한 4 내지 5일 동안 Fv/Fm 수치에 유의한 차이를 보이지 않았으며, UV 조사에 대한 스트레스 저항성이 강한 것으로 확인되었다.

도 2는 UV-A 스트레스가 케일의 페놀릭 화합물 함량 및 항산화능 수준에 미치는 영향을 확인한 결과이다. 케일에 UV-A 스트레스를 가한 1일차에, 강도 7.9 또는 15.8W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 페놀릭 화합물 함량이 약 10% 이상 높았다. 케일에 UV-A 스트레스를 가한 2일차에, 강도 23.7W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 페놀릭 화합물 함량이 약 10% 이상 높았다. 또한, 케일에 UV-A 스트레스를 가한 1일차에, 강도 7.9 또는 15.8W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 항산화능이 약 30% 이상 높았다. 케일에 UV-A 스트레스를 가한 1일차에, 강도 23.7W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 항산화능이 약 10% 이상 높았다.

도 3은 UV-B 스트레스가 케일의 플라보노이드 및 페놀릭 화합물 함량 수준에 미치는 영향을 확인한 결과이다. 케일에 UV-B 스트레스를 가한 1일차에, 강도 7.9 또는 15.8W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 플라보노이드 함량이 약 10% 이상 높았다. 케일에 UV-B 스트레스를 가한 2일차에, 강도 7.9 및 23.7W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 플라보노이드 함량이 각각 약 70% 이상 및 20% 이상 높았다. 또한, 케일에 UV-B 스트레스를 가한 1일차에, 강도 15.8 및 23.7W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 페놀릭 화합물 함량이 각각 약 20% 및 약 10% 이상 높았다. 케일에 UV-B 스트레스를 가한 2일차에, 강도 7.9 또는 23.7W/m²의 UV 스트레스를 가한 케일은 대조군에 비하여 건중량 당 페놀릭 화합물 함량이 약 20% 이상 높았다.

Claims

케일(Brassica oleracea var. acephala)을 재배하는 동안 290 내지 365nm의 파장 범위 및 5.0 내지 30W/m²의 강도 범위에서 UV를 조사하여 UV 스트레스를 가하는 단계를 포함하는, 증진된 활성 성분 수준을 갖는 케일을 재배하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 UV의 파장은 290 내지 320nm이고, 상기 UV의 강도는 5 내지 27W/m²인 것인 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 UV의 파장은 335 내지 365nm이고, 상기 UV의 강도는 5 내지 27W/m²인 것인 방법.
청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 UV 스트레스를 가하는 단계는 UV를 1 내지 5일 동안 조사하는 것인 방법.
청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 UV 스트레스를 가하는 단계는 UV를 1 내지 2일 동안 조사하는 것인 방법.
청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성 성분은 페놀릭 화합물 또는 플라보노이드인 것인 방법.
청구항 1 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케일은 항산화능이 증진된 것인 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재배는 밀폐된 식물공장 시스템에서 수행되는 것인 방법.