KR20200089500A - 붉은토끼풀의 실내재배를 통한 생육 및 비오카닌 a 함량 증대 방법 - Google Patents

붉은토끼풀의 실내재배를 통한 생육 및 비오카닌 a 함량 증대 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 붉은토끼풀의 LED(light emitting diode)를 이용한 실내재배를 통한 생육 및 비오카닌 A 함량 증대 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 붉은토끼풀의 재배 시 LED 광원의 혼합 비율을 적색광:녹색광:청색광 = 6:2:2 또는 적색광:청색광 = 6:4의 조건으로 하여 붉은토끼풀을 재배하였을 때 생육이 가장 우수하고, 기능성 물질인 비오카닌 A 함량이 가장 높게 나타남을 확인한 바, 본 발명에 따른 붉은토끼풀의 재배 방법은 붉은토끼풀의 대량 생산 및 비오카닌 A 함량이 높은 우수한 품질의 붉은토끼풀 생산에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

붉은토끼풀의 실내재배를 통한 생육 및 비오카닌 A 함량 증대 방법{Method for increasing growth and biochanin A content of Trifolium pratense by indoor cultivation}
본 발명은 붉은토끼풀의 LED(light emitting diode)를 이용한 실내재배를 통한 생육 및 비오카닌 A 함량 증대 방법에 관한 것이다.
붉은토끼풀(Trifolium pratense L.)은 콩과식물로, 영명은 'red clover'이다. 붉은토끼풀의 원산지는 남동부 유럽과 소아시아 지역이며, 주변 환경에 적응을 잘하는 식물로 세계 각지에서 대표적인 사료작물로 활용되고 있다(Smith et al., Clover Science and Technology, Agronomy Monograph No. 25, 1985). 콩과식물은 유용한 생리활성을 나타내는 이소플라본(isoflavone) 화합물들을 함유하는 것으로 알려져 있으며, 붉은토끼풀도 제니스테인(genistein), 다이드제인(daidzein) 및 비오카닌 A(Biochanin A) 등의 이소플라본 화합물을 함유하고 있다(Paul J. Nestel et al., The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 84(3): 895-898, 1999). 최근, 비오카닌 A가 골다공증과 같은 여성의 갱년기 장애, 심장 위험인자 또는 유방암에 효과가 있다고 보고되고 있으며, 미국과 유럽에서는 붉은토끼풀의 추출물이 다이어트 보충제로 사용되고 있다.
최근 사료작물 및 자생식물로 여겨지고 있던 붉은토끼풀의 의학적 효능이 밝혀지고 있으나, 붉은토끼풀의 생육 증진이나 생체 내 이차대사산물의 증진을 위한 연구는 미흡한 실정이다. 이에, 붉은토끼풀을 이용한 식품 또는 건강기능식품 등의 개발을 위하여 붉은토끼풀의 생육을 증진시키거나 유용성분의 함량을 증진시키는 방법의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 붉은토끼풀의 LED를 이용한 실내재배를 통한 생육 및 비오카닌 A 함량 증대 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 붉은토끼풀 유묘를 정식하고 LED 광원을 조사하여 재배하는 단계를 포함하는 붉은토끼풀의 재배 방법으로, 상기 LED는 적색광 및 청색광이 1.2 내지 5 : 1의 광량 비율로 혼합된 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 붉은토끼풀 유묘를 정식하고 LED 광원을 조사하여 재배하는 단계를 포함하는 붉은토끼풀의 비오카닌 A 함량을 증진시키는 방법으로, 상기 LED는 적색광 및 청색광이 1.2 내지 5 : 1의 광량 비율로 혼합된 것인, 붉은토끼풀의 비오카닌 A 함량을 증진시키는 방법을 제공한다.
본 발명은 붉은토끼풀의 재배 시 LED 광원의 혼합 비율을 적색광:녹색광:청색광 = 6:2:2 또는 적색광:청색광 = 6:4의 조건으로 하여 붉은토끼풀을 재배하였을 때 생육이 가장 우수하고, 기능성 물질인 비오카닌 A 함량이 가장 높게 나타남을 확인한 바, 본 발명에 따른 붉은토끼풀의 재배 방법은 붉은토끼풀의 대량 생산 및 비오카닌 A 함량이 높은 우수한 품질의 붉은토끼풀 생산에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 붉은토끼풀의 종자를 파종하여 생산된 유묘의 사진이다.
도 2는 LED 광질 조건별로 재배한 붉은토끼풀 유묘의 사진이다.
도 3은 붉은토끼풀의 LED 광질 조건에 따른 기공전도도(stomatal conductance, A), 광합성률(photosynthetic rate, B), 증산율(transpiration rate, C) 및 물 이용효율(water use efficiency, D)을 측정한 결과 그래프이다.
도 4는 붉은토끼풀의 LED 광질 조건에 따른 생육 지표를 측정한 결과 그래프이다(A: 초장(plant height); B: 꽃 수; C: 꽃눈(flower buds) 수; D: 가지 수; E: 잎 수; F: 잎 길이; G: 잎 폭(width); H: 잎 면적; I: 잎 두께; J: 총 잎 면적; K: 지상부 생체중(fresh weight); L: 지상부 건물중(dry weight); M: 뿌리 길이; N: 지하부 생체중; O: 지하부 건물중; 및 P: 엽록소 함량(SPAD)).
도 5는 붉은토끼풀의 LED 광질 조건별 비오카닌 A(Biochanin A)의 함량을 측정한 결과 그래프이다(A: 붉은토끼풀의 건조물 1g 당 비오카닌 A의 함량; 및 B: 붉은토끼풀의 건조물로 식물 1 개체 당 비오카닌 A의 함량)
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 붉은토끼풀 유묘를 정식하고 LED 광원을 조사하여 재배하는 단계를 포함하는 붉은토끼풀의 재배 방법으로, 상기 LED는 적색광 및 청색광이 1.2 내지 5 : 1의 광량 비율로 혼합된 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법을 제공한다.
상기 LED는 적색광 및 청색광이 1.2 내지 3.3 : 1, 1.2 내지 4 : 1, 1.4 내지 3.3 : 1, 1.4 내지 4 : 1, 1.4 내지 5 : 1, 1 내지 3.5 : 1, 1 내지 5 : 1, 1.5 : 1, 또는 3 : 1의 광량 비율로 혼합된 것일 수 있다.
상기 붉은토끼풀 유묘는 붉은토끼풀(Trifolium pratense L.)의 종자를 파종하여 발아시킨 어린 묘종일 수 있다.
상기 붉은토끼풀 유묘는 육묘용 상토 또는 원예용 상토에서 재배한 것일 수 있고, 상기 상토는 완효성 비료(slow-release fertilizer)가 포함된 것일 수 있다.
상기 LED는 녹색광이 청색광에 대하여 0.5 내지 1.5 : 1의 광량 비율로 더 혼합된 것일 수 있고, 구체적으로 0.5 내지 1.2 : 1, 0.8 내지 1.5 : 1, 0.8 내지 1.2 : 1, 또는 1 : 1의 광량 비율로 더 혼합된 것일 수 있다.
상기 적색광은 640 내지 680 nm, 640 내지 670 nm, 640 내지 665 nm, 650 내지 680 nm, 650 내지 670 nm, 650 내지 665 nm, 655 내지 680 nm, 655 내지 670 nm, 또는 655 내지 665 nm의 파장일 수 있다.
상기 청색광은 430 내지 470 nm, 430 내지 460 nm, 430 내지 455 nm, 440 내지 470 nm, 440 내지 460 nm, 440 내지 455 nm, 445 내지 470 nm, 445 내지 460 nm, 또는 445 내지 455 nm의 파장일 수 있다.
상기 녹색광은 510 내지 560 nm, 510 내지 550 nm, 510 내지 540 nm, 520 내지 560 nm, 520 내지 550 nm, 520 내지 540 nm, 530 내지 560 nm, 530 내지 550 nm, 또는 530 내지 540 nm의 파장일 수 있다.
상기 LED 광원은 350 내지 450, 350 내지 430, 350 내지 400, 370 내지 450, 370 내지 430, 370 내지 400, 380 내지 450, 380 내지 430, 또는 380 내지 400 μmol·m-2·s-1의 광도로 조사하는 것일 수 있다.
상기 LED 광원은 12 내지 18시간, 12 내지 17시간, 14 내지 18시간, 14 내지 17시간, 15 내지 18시간, 또는 15 내지 17시간의 광 주기로 조사하는 것일 수 있다.
상기 재배는 밀폐형 식물 생산 시스템(closed-type plant production system)에서 이루어지는 것일 수 있다.
상기 재배는 20 내지 28℃의 온도, 40 내지 90%의 상대습도, 및 400 내지 600 ppm의 이산화탄소(CO2) 농도에서 이루어지는 것일 수 있다.
상기 재배는 18 내지 24일, 18 내지 22일, 20 내지 24일, 또는 22일 내지 24일 동안 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 붉은토끼풀 유묘를 정식하고 LED 광원을 조사하여 재배하는 단계를 포함하는 붉은토끼풀의 비오카닌 A 함량을 증진시키는 방법으로, 상기 LED는 적색광 및 청색광이 1.2 내지 5 : 1의 광량 비율로 혼합된 것인, 붉은토끼풀의 비오카닌 A 함량을 증진시키는 방법을 제공한다.
상기 붉은토끼풀 유묘는 상술한 바와 같은 특징을 가질 수 있다. 일례로, 상기 붉은토끼풀 유묘는 붉은토끼풀(Trifolium pratense L.)의 종자를 파종하여 발아시킨 어린 묘종일 수 있고, 상기 붉은토끼풀 유묘는 육묘용 상토 또는 원예용 상토에서 재배한 것일 수 있고, 상기 상토는 완효성 비료(slow-release fertilizer)가 포함된 것일 수 있다.
상기 LED는 적색광 및 청색광이 1.2 내지 3.3 : 1, 1.2 내지 4 : 1, 1.4 내지 3.3 : 1, 1.4 내지 4 : 1, 1.4 내지 5 : 1, 1 내지 3.5 : 1, 1 내지 5 : 1, 1.5 : 1, 또는 3 : 1의 광량 비율로 혼합된 것일 수 있다.
상기 LED는 녹색광이 청색광에 대하여 0.5 내지 1.5 : 1의 광량 비율로 더 혼합된 것일 수 있고, 구체적으로 0.5 내지 1.2 : 1, 0.8 내지 1.5 : 1, 0.8 내지 1.2 : 1, 또는 1 : 1의 광량 비율로 더 혼합된 것일 수 있다.
상기 적색광은 640 내지 680 nm, 640 내지 670 nm, 640 내지 665 nm, 650 내지 680 nm, 650 내지 670 nm, 650 내지 665 nm, 655 내지 680 nm, 655 내지 670 nm, 또는 655 내지 665 nm의 파장일 수 있다.
상기 청색광은 430 내지 470 nm, 430 내지 460 nm, 430 내지 455 nm, 440 내지 470 nm, 440 내지 460 nm, 440 내지 455 nm, 445 내지 470 nm, 445 내지 460 nm, 또는 445 내지 455 nm의 파장일 수 있다.
상기 녹색광은 510 내지 560 nm, 510 내지 550 nm, 510 내지 540 nm, 520 내지 560 nm, 520 내지 550 nm, 520 내지 540 nm, 530 내지 560 nm, 530 내지 550 nm, 또는 530 내지 540 nm의 파장일 수 있다.
상기 LED 광원은 350 내지 450, 350 내지 430, 350 내지 400, 370 내지 450, 370 내지 430, 370 내지 400, 380 내지 450, 380 내지 430, 또는 380 내지 400 μmol·m-2·s-1의 광도로 조사하는 것일 수 있다.
상기 LED 광원은 12 내지 18시간, 12 내지 17시간, 14 내지 18시간, 14 내지 17시간, 15 내지 18시간, 또는 15 내지 17시간의 광 주기로 조사하는 것일 수 있다.
상기 재배는 밀폐형 식물 생산 시스템에서 이루어지는 것일 수 있다.
상기 재배는 20 내지 28℃의 온도, 40 내지 90%의 상대습도, 및 400 내지 600 ppm의 이산화탄소(CO2) 농도에서 이루어지는 것일 수 있다.
상기 재배는 18 내지 24일, 18 내지 22일, 20 내지 24일, 또는 22일 내지 24일 동안 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 붉은토끼풀(Trifolium pratense L.)의 종자를 플러그 트레이에 파종하여 유묘를 생산하고, 발아한 붉은토끼풀은 정식한 후 20일 뒤에 비슷한 생육을 지닌 64 개체를 선발하여 LED가 설치된 밀폐형 식물 생산 시스템에 옮겨 3주간 광질 조건을 다르게 하여 재배하였다(도 1 및 2 참조).
또한, 본 발명자들은 상기 서로 다른 광질 조건에 따라 재배된 붉은토끼풀의 광합성 관련 활성, 일반 생육 및 비오카닌 A 함량이 달라짐을 확인하였고, LED 광원의 혼합 비율을 적색광:녹색광:청색광 = 6:2:2 또는 적색광:청색광 = 6:4의 조건으로 하여 붉은토끼풀을 재배하였을 때 생육이 가장 우수하고, 기능성 물질인 비오카닌 A 함량이 가장 높게 나타남을 확인하였다(도 3 내지 5 참조).
따라서, 본 발명에 따른 붉은토끼풀의 재배 방법은 붉은토끼풀의 대량 생산 및 비오카닌 A 함량이 높은 우수한 품질의 붉은토끼풀 생산에 유용하게 사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
붉은토끼풀 유묘의 생산 및 재배
붉은토끼풀(Trifolium pratense L.)의 종자를 유리온실에서 육묘용 상토(Sunshine Mix 5, Sun Gro Horticulture, 미국)가 담긴 128구 플러그 트레이(plug tray)에 파종하여 유묘(어린 모종)를 생산하였다. 플라스틱 화분에 원예용 상토(Sunshine Mix 4, Sun Gro Horticulture)에 완효성비료(slow-release fertilizer, Multicote 6, Haifa, 이스라엘)를 3.5 g/L 비율로 혼합한 배지를 담아 발아한 붉은토끼풀을 정식하였으며, 정식 후 20일간 두상관수(overhead irrigation)로 관리해주었다(도 1).
붉은토끼풀의 LED 식물 생산 시스템에서의 재배
실시예 1의 붉은토끼풀 유묘 중 비슷한 생육을 지닌 64 개체를 선발하여 LED가 설치된 밀폐형 식물 생산 시스템에 옮겨 3주간 광질 조건을 다르게 하여 재배하였다. 정량화된 관수를 시행하기 위하여 16 개의 토양수분센서(EC-5, Decagon Devices, 미국)를 멀티플렉서(multiplexer, AM16/32, Campbell Scientific, 미국)와 데이터 로거(data logger, CR1000, Campbell Scientific)에 연결하여 상토의 용적수분함량을 측정하였으며, 상토의 용적수분함량이 50%(v/v) 미만으로 떨어졌을 시 전자밸브를 이용하여 물을 공급함으로써 지속적으로 50%의 용적수분함량을 유지하도록 하였다. LED 식물 생산 시스템의 환경 측정을 위하여 온도·습도·CO2 센서(SH-VT250, SOHA Tech, 대한민국)를 같은 데이터 로거에 연결하여 환경 변화를 기록하였고, 온도는 24.1 ± 1.9℃, 상대습도는 64.1 ± 15.9%, CO2 농도는 557.9 ± 19 ppm으로 유지하였다(도 2).
상기 재배 기간 동안, 적색광(R, 660nm), 청색광(B, 450nm) 및 녹색광(G, 525nm)의 LED 광원을 이용하여 총 4가지의 광질 조건(광도 비율로서, R:G = 8:2, R:B = 6:4, R:B = 8:2, R:G:B = 6:2:2)으로 붉은토끼풀을 재배하였다. LED용 퀀텀 센서(quantum sensor, MQ-500, Apogee Inst., 미국)를 사용하여 혼합광의 광도(canopy level)를 390 ± 3 μmol·m-2·s-1로 동일하게 해주었고, 광 주기는 16/8h(light/dark)로 설정하였다.
실험예 1. 광질 조건에 따른 붉은토끼풀의 광합성 관련 활성 변화 확인
광질 조건에 따른 붉은토끼풀의 광합성 관련 활성 변화를 확인하기 위하여, LED 광원 처리 3주 뒤 붉은토끼풀의 기공전도도(stomatal conductance), 광합성률(photosynthetic rate), 증산율(transpiration rate) 및 물 이용효율(water use efficiency)을 측정하였다.
구체적으로, 상기 실시예 2의 3주간 LED 광원 처리한 붉은토끼풀을 처리구마다 반복시험 당 한 개체씩 임의로 선별하고, 광합성 측정기(CIRAS-3, PP Systems, Amesbury, MA, USA)를 이용하여 광합성 관련 활성을 4회, 4반복(n = 16)으로 측정하였다. 측정 시 광원은 처리구의 광원을 그대로 사용하였으며, 챔버 내의 CO2 농도는 390 ppm으로 설정하여 측정하였다.
그 결과, LED 광질 조건에 따라 붉은토끼풀의 기공전도도, 광합성률 및 증산율에서 유의한 차이가 나타났으며, R:G:B = 6:2:2 처리구가 가장 높은 수치를 나타낸 반면, 물 이용효율은 각 처리구 간에 유의한 차이가 없었다(도 3).
실험예 2. 광질 조건에 따른 붉은토끼풀의 생육 변화 확인
광질 조건에 따른 붉은토끼풀의 생육 변화를 확인하기 위하여, LED 광원 처리 3주 뒤 붉은토끼풀의 일반 생육조사를 실시하였다.
구체적으로, 상기 실시예 2의 3주간 LED 광원 처리한 붉은토끼풀을 수확하여 초장(plant height), 꽃 수, 꽃눈(flower buds) 수, 가지 수, 잎 수, 잎 길이, 잎 폭(width), 잎 면적, 잎 두께, 총 잎 면적, 지상부 생체중(fresh weight), 지상부 건물중(dry weight), 뿌리 길이, 지하부 생체중, 지하부 건물중 및 엽록소 함량(SPAD)을 측정하였다. 엽록소 함량(SPAD), 잎 폭, 잎 길이, 잎 크기, 잎 두께는 가장 최상단에서 만개된 잎 5개를 선발하여 조사하였고, 잎 면적은 잎 면적 측정기(LI-3100C, LI-COR, 미국)를 이용하여 측정하였다. 꽃 수, 꽃눈 수, 줄기 수 및 잎 수는 육안으로 관찰하여 계수하였고, 식물을 지상부와 지하부로 나누어 생체중을 측정한 뒤, 80℃ 건조기에서 건조 후 각 건물중을 측정하였다.
그 결과, 붉은토끼풀의 생육 측정 항목 중 꽃 수, 잎 수, 잎 길이, 잎 폭, 잎 면적, 잎 두께, 총 잎 면적 및 뿌리 길이에서는 처리군 간에 유의적인 차이가 나타나지 않은 반면, 초장, 꽃눈 수, 가지 수, 지상부 및 지하부의 생체중 및 건물중, 및 SPAD 값에서 LED 광질 조건에 따라 생육이 다르게 나타났다. 엽록소 함량인 SPAD 값은 R:G:B = 6:2:2 처리구 및 R:G = 8:2 처리구에서 높게 나타났고, 특히, R:G:B = 6:2:2 처리구에서 지상부 및 지하부의 생체중 및 건물중이 가장 높은 수치를 보여 생육이 우수함을 확인하였다(도 4).
실험예 3. 광질 조건에 따른 붉은토끼풀의 비오카닌 A 함량 변화 확인
광질 조건에 따른 붉은토끼풀의 비오카닌 A 함량 변화를 확인하기 위하여, LED 광원 처리 3주 뒤 붉은토끼풀 내 비오카닌 A 함량을 HPLC(high-performance liquid chromatography) 분석으로 측정하였다.
구체적으로, 상기 실험예 2에서 3주간 LED 광원 처리한 붉은토끼풀을 수확하여 80℃ 건조기에서 건조한 건조물 1g을 메탄올로 추출하여 여과한 후, 컬럼(SHISHEIDO Capcell Pak C18 , 4.6 ×250 mm, 5.0 ㎛)을 장착한 HPLC 기기(SHIMADZU HPLC system)에 로딩하였다. 용매로는 5mM NaH2PO4/메탄올(40:60)을 사용하고, 용리 속도는 1.2 ㎖/분으로 하였으며, 검출기는 PDA(SHISHEIDO SPD-M20A)로 측정파장은 260 nm로 하여, 건조물 1g 당 비오카닌 A 함량을 측정하였다.
그 결과, 청색광의 비율이 높아질수록 비오카닌 A의 함량이 높게 나타났고, R:B = 6:4 처리구에서 비오카닌 A 함량이 가장 높게 나타났다(도 5).
상기 실험예 1 내지 3의 결과를 통하여 LED 광원의 혼합 비율을 적색광:녹색광:청색광 = 6:2:2 또는 적색광:청색광 = 6:4의 조건으로 하여 붉은토끼풀을 재배하였을 때 생육이 가장 우수하고, 기능성 물질인 비오카닌 A 함량이 가장 높게 나타남을 확인하였다.

Claims (9)

  1. 붉은토끼풀 유묘를 정식하고 LED(light emitting diode) 광원을 조사하여 재배하는 단계를 포함하는 붉은토끼풀의 재배 방법으로,
    상기 LED는 적색광 및 청색광이 1.2 내지 5 : 1의 광량 비율로 혼합된 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED는 녹색광이 청색광에 대하여 0.5 내지 1.5 : 1의 광량 비율로 더 혼합된 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적색광은 640 내지 680 nm의 파장인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 청색광은 430 내지 470 nm의 파장인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 녹색광은 510 내지 560 nm의 파장인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 LED 광원은 350 내지 450 μmol·m-2·s-1의 광도 및 12 내지 18시간의 광 주기로 조사하는 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 재배는 밀폐형 식물 생산 시스템(closed-type plant production system)에서 이루어지는 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 재배는 20 내지 28℃의 온도, 40 내지 90%의 상대습도, 및 400 내지 600 ppm의 이산화탄소(CO2) 농도에서 이루어지는 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 재배는 18 내지 24일 동안 이루어지는 것인, 비오카닌 A 함량이 증진된 붉은토끼풀의 재배 방법.
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JP2015526104A (ja) * 2012-09-04 2015-09-10 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 光により食用植物部分の栄養価を高める方法及びそのための照明装置
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KR20170097480A (ko) * 2016-02-18 2017-08-28 충북대학교 산학협력단 녹색광 led를 이용한 식물 성장 증대 방법

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