상추 - 재배관리(4) : 기능성 향상 재배

가. 자외선 조사에 의한 상추의 비타민E 증가

 

자외선은 식물의 생육, 꽃이나 과실의 착색, 병해충 발생 등에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 식물의 종에 따라 다양한 반응이 나타난다. 가지나 딸기의 착색 불량, 딸기와 상추의 회색곰팡이병, 오이 균핵병의 억제 등이 자외선의 효과로 잘 알려져 있다.

한편 당근, 토마토, 오이 등에서는 자외선을 제외하면 생육이 촉진되는 것으로 보고되었지만, 연구자나 재배 시기, 환경 등에 의해 다른 결과가 얻어지는 경우를 볼 수 있다. 자외선이 작물의 생리와 생육에 미치는 영향에 관한 많은 연구가 이루어져 왔고 작물별로 상대적인 감수성도 비교되었다. 그러나 자외선 처리에 의한 작물의 성분 변화에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 이뿐 아니라 점차 고령 인구가 증가하고 건강 유지에 대한 관심도가 높아짐에 따라 녹황색 채소 등 보건 식품의 소비 욕구는 나날이 증가되고 있다.

 

(1) 자외선 이용 방법과 결과

상추, 쑥갓, 시금치에 정식 후 30일부터 일주일 동안 UV-B(280~315nm : 상대자외 선량 2.1~3.5mW/㎠)를 5, 10, 20분으로 하고 조사 높이는 30cm 간격으로 1회/일 조사한 결과 상추는 UV-B의 처리 시간이 길수록 생육이 저조했다<표 4-14>. 초장은 20분 처리에서 17.5cm로 가장 작았다. 오이, 토마토 유묘에 UV-B를 조사한 결과 오이는 48시간, 토마토는 72시간의 건강선용형광등(UV-B)에서 배축의 신장을 가장 많이 억제한다는 보고와 비슷한 경향이었다. 생체중과 건물중은 20분 처리에서 각각 7.3g, 0.66g으로 가장 적었고, 엽면적 또한 가장 작았다. 그러나 엽록소의 함량은 처리 시간이 길수록 증가했다.

 

70여 종의 식물 중 약 60% 이상이 자외선 조사로 인해 엽면적 감소와 잎 두께의 증가를 보였는데 특히 콩, 옥수수, 수박, 오이 등이 크게 감소했고, 감수성이 높은 식물은 약 60~70%의 엽면적 감소를 보였다고 했다. 무, 콩, 강낭콩, 오이, 수박 등은 비교적 감수성이 큰데 반해 벼, 보리 등 단자엽 식물류와 해바라기 등이 둔감해 식물 종 간 UV에 대한 감응성 차이가 있는 것으로 보고되었다. 이러한 현상은 UV-B에 대한 식물의 적응 반응으로 생각되며, UV-B 조사에 의해 잎이 두꺼워짐에 따라 표피세포 밑의 세포군에 UV-B 도달량이 줄어 정상적인 세포의 역할을 영위할 수 있게 해주기 때문으로 생각된다. UV-B의 영향 중에서 가장 많이 연구되고 있는 광합성은 UV-B 조사에 의해 감소하지만, 광합성에 필요한 광을 흡수하는 데 중요한 역할을 하는 엽록소는 오히려 증가한다고 보고했다. 기본적으로 엽록소의 함량 은 UV-B의 광도 차이에 따라 좌우될 뿐 아니라, 식물의 종, 실험 조건에 따라 변이도 커진다. 기존의 엽록소는 UV-B에 대해 안정적인 데 비해 새롭게 합성되는 엽록소는 UV-B 조사의 영향을 받기 쉬운 경향을 보이기 때문에 반응이 각각 다른 것으로 보고되고 있다. 잎은 동화기관으로, 생장이 저하되면 식물 전체의 생육이 저조 해진다. 식물의 생육과 UV-B 조사와의 관계는 3가지로 분류된다. UV-B 조사 시 생육에 상당한 영향을 받는 작물은 감수성 작물로서 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 분류되지만 본 실험에서는 생육의 차이가 없는 것으로 나타나 품종 및 재배 조건 등에 따라 반 응 정도가 달라질 수 있으며 특히 UV-B 조사 시 광합성 유효방사가 강한 경우에는 좋은 효과를 얻을 수 있고 오히려 약하면 영향을 미치지 못하는 것으로 보고되었다. 다양한 환경 및 재배 조건하에서 깊이 있는 연구가 필요할 것으로 보인다.

 

Ascorbic acid의 함량은 처리 시간이 길수록 증가했다. 20분 처리구에서 9.8mg·100g-1으로 대조구보다 1.6배 증가했다<표 32>. 이는 UV-B 증가에 의 한 활성산소 생성과 그로 인한 산화 방지를 위한 식물의 생화학적인 방어 반응으로 생각된다. UV-B의 증가는 식물의 개화 시기, 기간 등에 영향을 미치며 특히 과실의 색소 합성에 관여하는 것으로 알려져 있다. UV-B 조사에 의해 일부 식물 종에서는 활성산소가 생성되고 그 독성에 의해 생육 및 생체 대사 기능의 장해를 보인다. 그러나 일부 식물은 UV-B 조사에 의해 ascorbic acid, glutathione, polyamine 등과 같은 항산화 물질의 증가와 superoxide, glutathione reductase 등 의 항산화 효소의 활성이 활발해진다고 했다. a-tocopherol 함량은 상추는 20분에서 4.9mg·100g-1으로 대조구에 비해 8.2배 증가했다. 시험 결과는 하우스 내 에 UV-A와 UV-B를 설치해 각각 1시간, 5분 동안 조사한 결과 a-tocopherol의 함량은 증가했다는 Higashio와 Azuma(1996)의 연구 결과와 일치했다. 쌀과 오이에서도 ascorbic acid 함량이 UV 조사에 의해 증가한다는 보고가 있다. 이와 같이 단기간 UV 조사에 의해서도 효과가 있다고 인정됨에 따라 하우스 재배의 채소 품질 향상을 실용화하고 있다. 특히 기능성 물질인 천연색소(anthocyanin), 발암억제 (carotenoid), 혈압강하(lutene) 등에 대한 함량을 상승시킬 수 있는 기술로서 UV 처리는 차후 발전이 기대되며 앞으로 적정 처리 시간 및 시기, 저장 후의 성분 변화 등에 관한 연구가 더 이루어져야 할 것으로 생각된다.

 

나. 상추의 안토시아닌 증가

 

외국에서의 상추에 대한 연구는 주로 결구상추에 대해 많이 이루어지지 않았다. 국내에서도 잎상추에 관한 연구는 재배법에 따른 생육 반응에 관한 것이 약간 이 루어졌을 뿐, 영양학적 면에서의 연구는 미흡하다. 영양학적 면에서 잎상추는 무기질, 비타민 및 안토시아닌 색소가 다량 함유되어 있다. 이차대사산물 중 고등식 물에 가장 많이 포함되어 있는 안토시아닌 색소는 채소 및 과실 등에 함유되어 있어 항산화 활성, 콜레스테롤 저하 작용, 항궤양 기능 등 많은 생리활성이 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 생리활성물질은 가공식품보다는 생식으로 섭취하는 것이 효과적이므로 잎상추에 대한 재배기술이 더 한층 요구된다. 특히 안토시아닌 색소 발현 및 엽록소 등은 광, 온도, 호르몬, 영양원 등 여러 가지 환경 요인에 현저히 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이러한 요인에 대한 해명은 생력적인 재배의 관점에서 큰 의미를 지닌다고 볼 수 있다. 광질과 광량 처리에 의해 안토시아닌 함량을 증가시킬 수 있는 방법을 모색하고자 했다.

(1) 광량과 광질의 이용과 방법

본 연구는 원예연구소 채소과의 생장상을 이용해 광량(무차광, 30, 50%) 3 수준 및 광질(Red, Blue, Green, Red+Blue, 형광등, 자연광) 6 수준으로 했으며 공시 재료는 연산홍적축면과 뚝섬적축면상추를 이용했다. 일장은 12시간으로 고정했으며 정식 3주 후부터 수확 시기까지 약 10일 동안 처리했다.

 

엽록소의 함량은 무차광에서 저하되었으며 연산홍적축면보다는 뚝섬적축면상추 가 높았다. 광질 처리에서는 연산홍적축면 상추의 Red광 처리에서 엽록소 함량이 가장 낮았다. 반면에 자연광 처리에서 높았다.

안토시아닌 함량은 연산홍적축면 상추의 Red광 처리에서 가장 높았으며 뚝섬적축 면상추의 Green광 처리에서 가장 낮았다. Red광에 비해 청색과 녹색 처리구에서는 안토시아닌 형성이 다소 떨어지는 것으로 보아 광질의 차이가 안토시아닌 형성에도 크게 관여하는 것으로 판단된다. 양배추의 경우 높은 수준의 안토시아닌 생성에는 가시광과 근가시광이 장시간 조사가 필요함을 인정해 안토시아닌 색소 발현에 광의 영향이 현저함을 시사했다. 광량 처리에서는 차광 정도가 클수록 저하했다. 50% 차광을 한 저광량하에서는 적색의 착색이 상당히 감소했다. 이는 적상추의 안토시아닌 색소 발현이 광에 크게 의존하고 있음을 시사한다. 많은 연구 결과를 보면, 안토시아닌 색소 발현에 광이 가장 중요한 환경 요인으로 작용하고 있다는 것을 알 수 있으며, 일반적으로 광은 안토시아닌의 형성 발현에 대해 촉진적으로 작용한다고 알려져 있다. 이것은 광합성에 의해 체내에 탄수화물을 증가시킴으로써 색소의 형성을 촉진시키는 것으로 생각된다. 그러나 식물의 종류 및 품종에 따라서는 직접 광을 받지 않아도 착색하는 것, 광의 영향이 적은 내부 조직으로 착색하는 종류도 있지만 이러한 것들은 대부분 유전자의 지배를 받는 것으로 사료 된다. 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 적색 품종은 지상에 있는 부분은 착색하지만 지하에 있는 부분은 착색하지 않는다. 식물에 따라 광에 대한 감응성이 각각 다르다는 것을 알 수 있다.

다. 셀레늄(Se) 및 게르마늄(Ge) 처리 기술

 

현재 소비자의 채소에 대한 인식이 영양적 기능(1차)→감각적 기능(2차)→생체조 절 기능(3차)으로 전환되어 가고 있다. 엽채류는 쌈이나 샐러드용으로 이용되어 오며 소비자의 수준 향상에 따른 고품질화가 절실히 필요해지고, 인체에 대한 채 소류의 효과 검증이 방송에 보도되면서 채소 소비량이 급증할 것으로 예상되기도 한다. 채소의 식용이나 감각적 기능을 중시하던 관점에서 국민 보건에 기여하는 기능성 물질의 향상이나 투입에 의한 인체 기능 조절물질로서의 역할이 가능하도 록 고부가가치 기능성 향상에 대한 기술 개발이 시급하다. 최근 셀레늄(Se) 및 게 르마늄(Ge)에 관한 관심은 암과 면역 병과 같은 인간의 질환에 대한 치료 효과로 증가하고 있다. 인체에 유익한 작용을 하는 기능 성분을 추가하되 인체와 식물체 에 해가 없고 경비를 줄일 수 있는 방법을 찾아내고자 상추를 공시 재료로 해 담액 수경시설에서 재배를 했다.

 

(1) 물질 처리 방법과 결과

게르마늄은 GeO2를 이용했으며 농도는 0, 2, 4, 8, 16ppm으로 처리한 결과 상추는 4ppm 처리구에서 엽면적이 넓고 생체중이 무거웠다. 16ppm에서 공히 생육이 저조했다. 게르마늄의 흡수량은 처리 농도가 높을수록 많았다. 무기성분 함량은 생육이 좋았던 처리구에서 높았으며, 비타민C의 함량은 처리구 간에 뚜렷한 차이가 없었다. 재배 기간 중 pH는 생육이 진행될수록 떨어졌고, EC에는 큰 변화가 없었다. 대조구의 뿌리와 비교해보면 게르마늄을 처리한 뿌리가 유관속과 세포의 크기와 비슷했다. 엽조직의 엽육세포는 대조구보다 더욱 밀집되어 있는 것으로 나타났다. 게르마늄을 처리한 상추의 엽은 대조구보다 매우 단단하고, 녹색을 띠며, 윤기가 나는 것으로 나타났다. 광합성률과 생체중도 증가했다. 결론적으로 작물 간에 게르마늄의 반응 정도가 다소 상반되었지만 2, 4ppm이 적당한 것으로 판단된다. 셀레늄 처리 농도를 알아보기 위해 양액의 셀레늄 농도를 0, 2, 4, 8 및 16mg·L-1 으로 처리를 했다. 셀레늄의 공급원으로는 Na2SeO4(Sigma Co.), Na2SeO3(Sigma Co.), Se-amino chelate compound(Biobest. Co)를 사용했다. Na2SeO3의 처리구 상추는 대조구 상추에 비해 생육이 저조했는데, 특히 고농도인 16mg·L-1의 처리구는 생체중 및 엽면적이 대조구에 비해 각각 약 2.3배와 1.8배 감소했다. Se-amino chelate compound는 대조구와 비교해 큰 차이가 없었지만, 16mg·L-1으로 처리 한 경우 생육이 다소 억제되었다. Na2SeO4의 2와 4mg·L-1 처리구는 오히려 대조 구에 비해 생육이 좋았다. 생체중은 대조구가 54.5g으로 4mg·L-1 처리구의 63.5g 보다 작았으며, 엽면적은 2mg·L-1 처리구가 1,234.1cm2 대조구의 1193.1cm2보다 넓었다. 

셀레늄 처리 후 상추의 비타민C의 함량은 Na2SeO3의 8mg·L－1 처리구가 14.1mg·100g－1 FW로 대조구보다 약 1.2배 높았으며 다른 처리구에 비해 Na2SeO4 처리구가 비타민C의 함량이 높았다. 질산염은 모든 처리구에서 감소했으며 처리 농도가 증가할수록 감소했다. 특히 Se-amino chelate compound의 16mg·L－1 처리구에서 657mg·g－1 FW로 가장 낮았다. 무기성분 함량은 셀레늄의 종류 간에는 큰 차이가 없었지만 농도가 높을수록 다소 감소했다. 상추의 셀레늄 흡수 특성으로는 처리 농도가 높을수록 흡수량이 비례적으로 증가한 것을 알 수 있으며, 다른 처리보다는 Na2SeO4의 16mg·L－1 처리구가 79.3㎍·kg－1 DW로 가장 많았다<표 34>. 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 식물체 내에 흡수된 것으로 생각할 수 있다. 셀레늄 함량이 과다한 경우 작물의 피해 현상이 발생했지만, 양액 재배를 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 구성 성분인 셀레늄을 공급하기 때문에 셀레늄의 함량이 높은 채소의 생산과 나아가 기능성이 높아진 고부가가치 상품 생산에 매우 의미가 있다고 생각된다.