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공지사항 2021-03-31  |  조회수 6028

농촌진흥청, LED 광원이 새싹작물 항산화 물질 합성에 미치는 영향 밝혀

 

8면- 농진청 1. LED 처리 새싹보리의 시기별 표현형 검정.jpg

 

 

농촌진흥청은 LED 광원이 새싹작물 속 항산화 물질 함량을 높이는데 어떠한 영향을 미치는지 과학적으로 밝혔다고 지난달 15일 발표했다. 

 

농진청 연구진은 보리, 밀 등 새싹작물 속 항산화 물질합성에 가장 적합한 LED 광원과 처리 조건을 알아내기 위해 새싹작물의 어린 모종에 형광등과 백색광, 청색광, 적색광 등 3가지 색상의 LED 광원을 세기와 시간 등을 조절해 처리했다.

 

작물 속 항산화 물질은 클리코실플라본 폴리코사놀이다. 사포나린, 이소오리엔틴(isorientin), 이소샤프토사이드(isoschaftoside)는 C-글리코실플라본(C-glycosylflavone)의 일종으로 고지방식 유발 비만을 예방하며, 혈중 콜레스테롤을 낮추고 혈소판 응집을 방어한다. 즉 간기능 개선과 비만억제 기능을 가진다.

 

시험은 우선 LED 광원별 처리 조건과 새싹작물의 재배와 표현형 검증부터 시작했다. 새싹작물(보리, 밀) 종자를 1일 동안 수돗물에서 침지한 후 모판(30x90cm)에 파종해 3일 동안 온실에서 배양한 후 LED 광원별 혹은 색상별{백색광, 청색광(470nm), 적색광(660nm), 형광등(96μmol m?2s?1)} / 광량별(93∼100μmol m?2s?1) / 처리 시기별(3, 5, 7, 9일)로 식물생장실(LED Growth Room)에서 16시간 광원 처리와 8시간 암상태로 온도는 25℃에서 재배했다. 광원별로 새싹보리의 싹은 3~5일째에는 형광등에서 성장이 빨랐으나, 7~9일째에는 적색광(93μmol m?2s?1)에서 성장이 빨랐다. 하지만 밀싹에서는 시기별에 따른 성장의 변화가 거의 나타나지 않았다.

 

다음으로 새싹보리의 사포나린 생합성 경로 유전자인 HvOGT1 (Isovitexin 7-O-glucosyltransferase 1)은 청색광에서 강하게 발현됐고, 폴리코사놀의 합성 유전자 중 HvFAR2와 HvFAR5 유전자는 적색광에서 강하게 발현됐다. HvFAR3 (fatty acyl-coenzyme A reductase 3) 유전자의 발현 결과로, 이 유전자가 새싹보리의 헥사코사놀의 생합성에 관여할 가능성이 높다고 봤다.

 

새싹작물 적용 광원별에 의한 항산화 물질 합성량 검증을 살펴보면, LED 광원 처리 조건에 따라 새싹작물(보리, 밀) 항산화 물질 함량이 차이가 있는 결과를 얻었다. 청색광(100μmol m?2s?1)에서 자란 새싹보리의 사포나린 함량이 다른 광원보다 51.7∼57.7% 많았으나, 적색광에서는 현저히 감소했다.

 

청색광과 형광등 처리 새싹밀의 이소오리엔틴(isoorientin)은 타광원 대비 2배 이상, 이소샤프토사이드(isoschaftoside) 함량은 30∼68.8% 증진됐다. 또 폴리코사놀(헥사코사놀, 옥타코사놀)의 함량 측정 결과, 새싹보리의 헥사코사놀은 형광등과 적색광에서 약 20% 이상, 새싹밀의 옥타코사놀은 청색광에서 10% 이상 증진됐다. 따라서 새싹작물(보리, 밀)의 항산화 물질 증진을 위한 LED 광원은 대사물질에 따라 청색광과 적색광을 처리하는 것이 최적의 조건이라고 결론냈다. 

 

농진청은 이와 같은 결과로 최적 조건의 LED 광원을 이용한 새싹작물의 재배 시 항산화 물질(사포나린, 폴리코사놀 등)의 합성이 증진돼 고품질의 새싹작물 생산에 활용할 수 있는 기초 정보를 획득했다.

 

즉, 빛의 세기가 100μmol m?2s?1인 청색광에서 자란 새싹보리의 사포나린 함량이 다른 광원에서 자란 새싹보리보다 51.7∼57.7% 많았다. 새싹밀의 경우, 이소오리엔틴은 2배 이상, 이소샤프토사이드 함량은 30∼68.8% 늘어났다. 폴리코사놀(헥사코사놀, 옥타코사놀) 함량을 측정한 결과, 새싹보리의 헥사코사놀은 적색광에서 약 20%, 새싹밀의 옥타코사놀은 청색광에서 10% 이상 증진됐다. 이와 함께 사포나린, 폴리코사놀 등 항산화 물질 생합성 과정에서 가장 활발한 움직임을 보인 유전자를 분석한 결과, 새싹보리의 사포나린 생합성 유전자 HvOGT1은 청색광에서 강하게 발현했다. 또 새싹보리의 헥사코사놀 증가에 HvFAR3 유전자가 관여했을 가능성이 높은 것으로 추정했다.

 

LED 광원이 사포나린, 폴리코사놀 등 항산화 물질 함량 증진과 생합성 관련 유전자 발현에 미치는 영향을 과학적으로 분석한 것은 이번이 처음이다.

농촌진흥청은 이번 연구 결과를 학술지 Plants(표준화된 순위보정 영향력지수=75)에 게재해 학술적으로 인정받았다.

 

8면- 농진청 2. 학술지 Plants.jpg

 

 

 

농촌진흥청 생물소재공학과 정미정 과장은 "이번 연구 성과는 최근 인기를 얻고 있는 가정용 채소재배기, 수경재배기를 비롯해 식물공장 등에 활용할 수 있다"며 "향후에도 LED 광원의 최적 조건을 지속적으로 구명해 실용화 할 계획"이라고 말했다.

 

<취재 / 이세한 lift231@naver.com>