아마(Linum usitatissimum L.)는 Linaceae과 Linum속에 포 함되어 있는 약 200종 중 한 종이다(Diederichsen and Richards, 2001). 아마는 자가수분을 하는 이배체 식물이며, 약 30개 의 염색체(2n=30)와 비교적 작은 게놈 크기(~700 Mbp)를 가진 1년생 작물이다(Cullis, 1981; Bennett and Leitch, 2004). 캐나다는 2014년 614,800톤의 아마씨를 생산하여 세계 최 고의 생산국 이고(Flax Statistics), 프랑스는 세계 최고의 아 마섬유 생산국이다(FAOSTAT, 2012).
아마씨는 식용 기름, 건강식품, 사료, 섬유, 페인트, 비누 및 의약 등 다양한 용도를 가지고 있다(Kajla et al., 2015; Singh et al., 2011). 아마 줄기는 리넨(linen)과 같은 섬유 (textiles)와 특수 목적의 용지(지폐, 친환경 단열재)로 이용 된다(Vaisey-Genser and Morris, 2001). 아마씨는 지방(~45%), 단백질(25%), 및 식이섬유(30%)가 풍부하여 영양적 가치 가 높은 식품으로 사용되고 있다. 아마인유는 오메가-3(ω-3) 계열의 지방산인 알파-리놀렌산(α-linolenic acid)이 50% 정도로 주요 식물성 유지인 유채유(11%)와 대두유(8%)에 비해 월등히 높게 함유되어 있다(Wang et al., 2008). 아마 인유의 알파-리놀렌산은 인체에서 대사과정을 거쳐 DHA (docosadocosahexaenoic acid)와 EPA (eicosapentaenoic acid) 로 전환 된다(Chen et al., 2006). 오메가-3 지방산은 영양적 장점뿐만 아니라, 인체에서 심혈관 질환, 비만, 당뇨, 염증, 및 여러 가지 신경계 질환의 위험을 감소시켜 건강을 개선 하는 것으로 보고되었다(Tou et al., 2011). 그러나 식품에 서 오메가-3 공급원으로서 아마인유의 사용은 기름의 산화 안정성이 떨어지기 때문에 그 사용이 제한된다(Kolanowski et al., 2004; Choo et al., 2007). 한편 아마씨에는 SDG (secoisolariciresinol diglycoside)가 풍부하고, 이것은 대장 의 미생물에 의해 포유류의 리그난(mammalian lignans)인 enterolactone (EL) 및 enterodiol (ED)로 변환되며, 이들 성 분들은 모두 항암 효과와 관계가 있는 것으로 보고되었다 (Thompson et al., 1991).
본 연구의 목적은 국립식량과학원 바이오에너지작물연 구소 보유 유전자원 중 임의 선발한 121점에 대해 봄파종 후 농업적 특성과 지방산 조성, 조지방 및 조단백질 함량을 분석하여 우리나라 농업 작부체계에 적합한 아마 유전자원 선발과 신규 경관작물로서 아마를 활용하기 위한 기초자료 를 얻고자 수행 하였다.
재료 및 방법
농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소에 서 보유중인 아마 유전자원 121점을 2015년 3월 27일(봄재 배)에 파종하였다. 파종방법은 평휴 광산파 하였고, 재식거 리는 조간거리 30 cm에 파폭 200 cm로 하였다. 파종량은 10a 당 3 kg의 아마씨를 파종하였다. 개화기, 등숙기 또는 수확 후에 농업적 특성(개화시, 개화기간, 생육기간, 초장, 주당분지수, 경태, 주당삭수, 삭당종실수, 천립중 및 종실수 량)을 조사하였다. 본 시험에서 공시한 아마 유전자원 121 점은 Table 1과 같다.
Table 1
Flax germplasms used in this experiment.
농업형질 조사
아마 유전자원의 농업형질은 개화시(처음 꽃이 핀 날), 꽃색(백색, 연보라, 보라, 진보라), 도복정도(1~3), 성숙기 (수확할 수 있는 시기(날)), 생육기간(파종일 부터 성숙기까 지의 총 일수), 초장(아마 주경의 높이), 주당분지수(1주당 옆가지의 수), 경태(아마주경의 굵기), 주당삭수(1주에 붙어 있는 삭의 총 개수), 삭당종실수(1삭 내에 들어있는 종자수) 및 천립중(한품종의 종자 천개의 무게)을 조사하였다. 종자 는 수분함량이 약 13% 이하로 건조한 후 성분분석에 이용 하였다.
조지방 함량 조사
아마종자의 기름 함량은 Soxtec ™ 2050 자동 지방 추출 시스템(Foss Tecator, Höganäs, Sweden)을 사용하여 석유 에테르를 용매로 이용하여 추출하였다.
지방산 조성 분석
아마씨 0.3 g을 막자사발에서 잘 마쇄한 후 Pear-shaped flask에 넣고, methanol (15 mL)과 sodium methoxide (1 mL) 을 넣은 후, 100°C에서 2시간 동안 반응시켰다. 반응물을 상온에서 냉각시킨 후, n-hexane (15 mL)을 첨가, 혼합한 후 추출하고 상층액을 여과한 후, 가스크로마토그래피(Agilent 7890)를 이용하여 분석하였다(Lee et al., 2012). 지방산 조 성 분석 시 칼럼은 HP-Innowax (30 m x 0.32 mm x 0.25 um) 를 사용하였고, 주입부 및 검지부 온도는 200°C와 250°C로 하였으며, 오븐 온도는 150°C에서 1분간 유지한 후, 분당 5°C씩 250°C까지 상승시키고, 250°C에서 20분간 유지하 였다.
결과 및 고찰
아마 유전자원의 농업적 특성
아마 유전자원 121점을 국립식량과학원 바이오에너지작 물연구소(전남 무안 소재)에서 2015년 3월 27일에 파종하 여, 개화는 5월 17~31일에 시작되었고, 평균 개화소요일수 는 57일로 나타났다. 아마의 잎은 어긋나고 넓은 선형(線形) 이다(Fig. 1(a)). 열매는 삭과(蒴果: 여러 개의 씨방으로 된 열매)로 둥근 형태이고 종자는 평평한 긴 타원형이며 황갈 색이다. 아마의 꽃은 5개의 작은 꽃잎으로 구성되어 있으 며, 꽃색은 진보라색, 연보라색, 보라색 및 백색이 각각 20 점(13%), 17점(11%), 42점(28%), 및 67점(44%)으로 나타 났으며, 보라색 계열이 전체의 50% 이상을 차지하였다(Fig. 1(c), (d), (e)). 아마 유전자원들의 주요 농업형질을 조사한 결과, 개화시, 개화기간, 등숙기, 생육기간, 초장, 주당분지 수, 경태, 주당삭수, 삭당종실수 및 천립중에 대한 각각의 평균값은 5월 25일, 17일, 6월 27일, 85일, 95 cm, 3개, 3.4 mm, 74개, 8개 및 4.5 g으로 나타났다(Table 2).
Fig. 1
Flax plant, capsules, and flowers. (a) Flax plants with three branches, (b) Flax seed capsules, (c) Dark purple flax flower, (d) Lilac flax flower, (e) White flax flower.Table 2
Agronomic characteristics of 121 flax germplasms.
봄파종(3월 27일) 후, 개화시가 5월 17~20일로 빠른 유전 자원 10점(Novelty 140, Reina-1, Reina-2, CI NO 1657-2, CI NO 1762, Sectoss, CI NO 1747, CI NO 1756, CI NO 1757, Rwd x Birio 12290)과 개화시가 5월 28~31일로 늦은 유전 자원 10점(Lival Domino, Pinnade, Budax J.w.s, Russia 641, C&F 1774, Dak, Novety, Russia 505, Russia 625, Russia 630) 에 대해 농업형질을 상호비교 한 결과(Table 3), 개화시가 빠른 유전자원들은 모두 꽃색이 백색이고, 도복에도 강한 것으로 나타났다. 또한 개화시가 빠를수록 성숙기와 생육 기간이 짧고, 초장, 주당분지수, 경태, 주당삭수, 삭당종자 립수, 천립중, 및 종실수량은 감소하는 것으로 나타났다. 이 상의 결과에서 보듯이 아마의 재배기간이 75~94일(평균 85 일)로 매우 짧아 우리나라에서 봄재배(3월 하순~6월 하순) 와 여름재배(7월 하순~10월 하순/11월 초순), 즉 이기작 재 배가 가능할 것으로 판단된다. 또한 아마의 꽃색이 진보라 색, 연보라색 및 흰색으로 다양하고, 평균 개화기간도 17일 정도로 나타나, 여름철 경관작물로도 활용이 가능할 것으 로 판단된다.
Table 3
Comparison of agronomic characteristics between early and late flowering flax germplasms.
아마 유전자원의 지방산 조성
아마 유전자원 121점의 지방산 조성은 Table 4와 같다. 팔미트산, 스테아린산, 올레산, 리놀레산, 및 리놀렌산에 대 한 각각의 평균값은 5.3, 4.3, 29.7, 13.1 및 46.4%이었고, 변이 정도는 각각 3.4, 5.2, 18.1, 6.6, 및 17.3%로 유전적으 로 변이가 큰 것으로 나타났다(Table 4). 변이계수로 볼 때 올레산의 함량 변이가 가장 컸고, 다음으로 리놀렌산 이었 고, 팔미트산의 변이는 가장 작았다.
Table 4
Fatty acid composition of 121 flax germplasms.
아마 유전자원의 지방산 조성 분포는 Fig. 2와 같다. 팔 미트산의 분포는 4~5%와 5~6%가 92점으로 가장 많았고, 그 다음은 6~7%가 27점을 차지하였다. 스테아린산의 함량 은 3~4%가 27점, 5~6%가 22점 순이었다. 올레산의 함량은 28~31%의 범위가 41점으로 가장 많았고, 다음으로 25~28% 가 33점으로 많았으며, 31~34%인 자원은 30점이었고, 34% 이상인 자원도 10점 이었다. 리놀레산 함량의 분포는 13~14% 의 범위가 36점으로 가장 많았고, 12~13%의 범위가 33점, 14~15%인 자원도 27점 이었다. 리놀렌산은 42~44%, 44~46%, 46~48%, 및 48~50%가 각각 25, 26, 22, 및 19점으로 전체 자원의 76% (92점)를 차지하였고, 50% 이상인 자원도 23 점 이었다. 전체적으로 아마의 포화지방산 함량은 12%로 낮았으나, 불포화 지방산은 88%로 매우 높았다. 불포화지 방산 함량의 조성은 89~90%의 범위가 가장 많았고, 그 다 음인 88~89%와 90~91%가 각각 29점이었고, 91% 이상인 자원도 12점 이었다. 또한 아마 유전자원 121점의 지방산 조성 간에 상관관계를 분석한 결과, 올레산은 리놀레산과 리놀렌산 사이에서 부(-)의 상관관계가 뚜렷하게 나타났고. 스테아린산도 리놀렌산과 부(-)의 상관관계를 나타내었다. 그러나 전체적으로 다른 지방산 사이에서는 상관관계 지수 가 통계적으로 유의성이 없었다(Table 5). 본 연구의 결과 를 바탕으로 고 리놀렌산(High linolenic acid (≥51%)) 및 고 올레산(High oleic acid (≥34%)) 유전자원을 각각 10점 씩 선발한 결과는 Table 6과 같다.
Table 5
Correlation coefficients between fatty acid composition of 121 flax germplasms.
| Correlation coefficient (r) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Palmitic acid (C16:0) | Stearic acid (C18:0) | Oleic acid (C18:1) | Linoleic acid (C18:2) | Linolenic acid (C18:3) | Others | |
| Palmitic acid (C16:0) | - | -0.040 | -0.134 | -0.097 | -0.039 | 0.035 |
| Stearic acid (C18:0) | - | - | 0.104 | 0.125 | -0.476** | -0.214* |
| Oleic acid (C18:1) | - | - | - | -0.323** | -0.825** | -0.132 |
| Linoleic acid (C18:2) | - | - | - | - | -0.088 | -0.066 |
| Linolenic acid (C18:3) | - | - | - | - | - | -0.066 |
| Others | - | - | - | - | - | - |
Table 6
Selection of high linolenic and oleic acid in 121 flax germplasms.
아마 유전자원의 조지방 및 조단백질 함량
리놀렌산 함량이 51% 이상인 유망 유전자원 중에서 임 의로 선발한 5점(Hollandia 1803, Red son, C & F Res Br 1767, Wiera, Ireland 1657)에 대한 조지방과 조단백질 함 량의 범위는 각각 30~36% 및 5.4~6.9%로 나타났다(Table 7). 이러한 아마 유전자원들은 식이에서 리놀렌산(오메가-3) 의 불균형을 해소하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대 된다.
적 요
아마(Linum usitatissimum L.)의 기름과 줄기섬유는 다양 한 용도를 가지고 있어 최근 들어 주목을 받고 있는 작물이 다. 본 연구는 아마의 활용도 제고를 위해 아마 유전자원 121점에 대해 농업형질, 지방산 조성, 조지방 및 조단백질 함량을 분석하여 신규 경관작물 및 유지작물 개발의 기초 자료로 활용하고자 수행하였다. 아마는 재배기간이 75~95 일로 짧고, 키가 52~124 cm 정도 자라며, 꽃색이 흰색, 연 보라색, 진보라색, 및 보라색으로 크게 4종류로 나타났다. 개화시가 빠른 유전자원들은 모두 꽃색이 백색이고, 도복 에도 강하게 나타났을 뿐만 아니라 성숙기와 생육기간은 짧고, 초장, 주당분지수, 경태, 주당삭수, 삭당종자립수, 천 립중, 및 종실수량은 감소하는 것으로 나타났다. 아마의 지 방산 조성은 팔미트산(C16:0) 5.3%, 스테아린산(C18:0) 4.3%, 올레산(C18:1) 29.7%, 리놀레산(C18:2) 13.1 및 리놀렌산(C18:3) 46.4%로 나타났다. 리놀렌산 함량이 51% 이상인 유망 유 전자원 10점 중에서 임의로 선발한 5점(Hollandia 1803, Red son, C & F Res Br 1767, Wiera, Ireland 1657)에 대 한 조지방과 조단백질 함량의 범위는 각각 30~36% 및 5.4~6.9% 로 나타났다. 본 연구결과를 종합해 볼 때 아마는 재배기간 이 3~4개월로 짧아 기타 동·하계 작물과 작부체계상 매우 유리하고, 꽃색이 흰색, 연보라색 및 진보라색으로 다양하 여 경관작물로도 활용이 가능할 것으로 기대된다.
