수용성 flavonoid계 색소인 안토시아닌은 식물에 20여종이 분포하는데(Harborne, 1988), 검정콩에는 C3G (Cyanidin- 3-Glucoside), D3G (Delphinidin-3-Glucoside) 및 Pt3G (Petunidin- 3-Glucoside)가 주로 존재하는 것으로 알려졌다(Chung et al., 2004). 최근에는 안토시아닌이 식물의 착색물질 역할 뿐 만 아니라 생체 내의 생리활성에 도움을 주는 것으로 보고 됨에 따라 안토시아닌에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다 (Plochmann et al., 2007; Kanatt et al., 2005; Prior et al., 2005). 국내에서도 Bae and Moon (1997), Kim et al. (2006) 은 검정콩 품종간 항산화효과의 차이는 종피의 안토시아닌 함량과 높은 관련성이 있음을 보고한 바 있다.
안토시아닌은 유전자의 지배를 받아 동일 종의 식물에서 도 생성되는 안토시아닌의 종류나 그것과 결합하는 당의 종 류와 수가 다른데 검정콩 안토시아닌의 생성에 관한 유전적 연구로는 Buzzell and Buttery (1982)이 콩 종피색에는 T와 W1 대립유전자가 관여한다고 하였으며, Gracia and Vodkin (2003)도 검정색 종피에 관여하는 유전자의 존재에 대하여 보고한 바 있다. Teng et al. (2005)은 Arabidopsis 실생묘에 서 sucrose가 가장 효과적인 안토시아닌 생합성의 유도자라 고 보고하기도 하였다. 한편, 안토시아닌 함량과 관련된 여 러 가지 환경적 요인에 관한 연구들이 보고되어 있는데 안 토시아닌 함량은 검정콩 재배시 파종시기(Hwang et al., 2014; Yi et al., 2010; Park, 2003)와 수확시기(Joo et al., 2004)등 에 영향을 받으며 생육일수(Yi et al., 2008; Joo et al., 2004; Chung et al., 2004; Jung et al., 1996)도 영향을 끼친다고 하였다. 그러나 아직 안토시아닌의 생성 및 축적에 관한 연 구는 미흡한 편이다.
본 연구에서는 검정콩 유전자원을 대상으로 개화기 이후 생육기별로 검정콩에 축적되는 안토시아닌의 함량이 어떻 게 분포되는 지를 분석하였기에 이를 보고하고자 한다.
재료 및 방법
공시 재료
검정콩 유전자원은 국립식량과학원, 국립농업과학원 농 업유전자원센터 및 경기도농업기술원에서 수집된 총 1,032 점을 분양받아 시험에 공시하였으며 2006~2008년에 경기 도 연천군 소재 경기도농업기술원 제2농업연구소에서 재배 하였다. 재배법은 표준재배법에 준하였는데 재식밀도는 60 x 20cm로 하여 1주2본으로 5월 20일에 파종하였으며 시비 량은 N : P : K를 3 : 3 : 3.4 kg/10a으로 하였고 수확기에 bulk로 수확한 후 안토시아닌 함량분석에 사용하였다. 모든 공시재료별로 개화기, 수확기 및 등숙일수 등을 조사하였으 며, 이들 결과는 안토시아닌 함량과의 상호관련 분석에 사 용되었다. 개화기는 개체당 40%이상이 개화한 시기로, 수 확기는 협의 95% 이상이 고유의 성숙된 협색을 띈 시기로 하였으며 등숙일수는 개화기부터 수확기까지의 기간으로 정하였다.
안토시아닌의 함량 분석
안토시아닌 함량은 콩 종피 0.1 g에 1% HCl- 99% MeOH 용액 5 ml를 넣어 4℃에서 24시간씩 3회 추출한 후 여과지 (Advantec No. 2, ∅55 mm)를 이용하여 여과하고 추출용 매로 25 ml가 되도록 정용하였다. 여과한 추출용액은 다시 syringe filter (whatman 0.2 μm NYL)를 이용하여 여과한 후 분석 시험용액으로 사용하였다. 표준물질은 C3G, D3G, 및 Pt3G 등을 Polyphenols사(Norway)에서 구입하여 사용하였 으며, 이들의 농도구배로 검량선을 구하였다. HPLC (Agilent 1100) 조건은 mobile phase를 distilled water : MeOH : formic acid를 75 : 20 : 5로 조제한 후 gradient program으로 조합 하였고 컬럼은 Atlantis TM dc18 (4.6×150 mm, 3 μm)를 사 용하였으며, 이동상 0.85 ml/min으로 UV detector 520 nm 에서 분석하였다.
결과 및 고찰
검정콩 유전자원의 안토시아닌 함량 분석
검정콩 유전자원 1,032종의 안토시아닌 함량 분포를 Table 1에 나타내었다. 총 안토시아닌 함량은 평균 11.67, 최대값 은 23.65, 최소값은 0.54 mg/g을 보였으며 함량등급별 분포 수는 10~15 mg/g 범위가 371종으로 가장 많았고, 5~10 mg/g 359점, 15~20 mg/g 200점, 0~5 mg 72점이었다. 안토시아 닌 색소 C3G는 평균 8.81, 최대 21.35, 최소값은 0.54 mg/g 으로 나타났으며 계급별 분포 수는 5~10 mg/g 범위가 378 점으로 가장 많았고, 10~15 mg/g 303점, 0~5 mg/g 251점, 15~20 mg/g 98점이었으며 20 mg/g 이상도 2점으로 총 안 토시아닌 함량에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. Joo et al. (2004)이 검정콩 총 안토시아닌 함량은 3.32~ 16.67 mg/g이란 보고에 비하면 본 연구에서 분석된 함량범 위가 더 넓었는데, 이는 더 다양한 유전자원을 수집하여 분 석한 결과 때문인 것으로 사료되며 특히 20.0 mg/g이 넘는 유전자원은 고품질 검정콩 육종소재로 유용하다고 판단된 다. D3G 함량은 평균 1.78, 최대 5.86 mg/g이었으며, 함량 별 유전자원의 분포 수는 0~5 mg/g 범위가 941점, 5~10 mg/g 범위는 3점이었고, D3G가 검출되지 않은 유전자원도 88점이 있었다. Pt3G는 평균 0.79, 최대 4.33 mg/g으로 총 안토시아닌 함량에 미치는 영향이 가장 작은 것으로 나타났 다. 또 함량별 유전자원 분포 수는 0~5 mg/g 범위가 894점 이었고, 검출되지 않은 유전자원도 138점이 있었다.
Table 1.
Number of black-seeded soybean germplasms according to distribution of anthocyanin contents.
| Total | Anthocyanin contents ((㎎/g) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| n.d1) | 0~5 | 6~10 | 11~15 | 16~20 | over 20 | ||
| Total | 1,032 | 0 | 72 | 359 | 371 | 200 | 30 |
| C3G | 1,032 | 0 | 251 | 378 | 303 | 98 | 2 |
| D3G | 1,032 | 88 | 941 | 3 | 0 | 0 | 0 |
| Pt3G | 1,032 | 138 | 894 | 0 | 0 | 0 | 0 |
검정콩 유전자원의 개화기에 따른 안토시아닌 함량 분포 를 Table 2에 나타내었다. 검정콩 유전자원의 개화기는 7월 12일부터 8월 13일까지 분포하였다. 이중에서도 7월 26~31 일이 429점으로 가장 많았고, 그 다음은 7월 25일 이전 278 점, 8월 1~5일 226점, 8월 6~10일 88점, 8월 11~13일 11점 순이었다(Fig. 1). 한편, 개화기에 따른 유전자원의 안토시 아닌 평균함량을 조사한 결과는 표와 같이 개화가 늦을수록 안토시아닌 함량이 높은 경향을 나타내었다. 즉 8월 11~13 일에는 평균 15.3 mg/g의 안토시아닌 함량을 보여 7월 12~ 25일의 8.9 mg/g 보다 2배에 가깝게 함량이 높았다. 한편 C3G도 총 안토시아닌 함량과 같은 경향이었으나 D3G와 Pt3G는 개화기에 따라 뚜렷한 경향을 나타내지 않았다. 이 는 전체 안토시아닌 함량에서 C3G가 차지하는 비중이 큰 까닭인 것으로 판단된다. Yi et al. (2010)은 종피에 안토시 아닌이 축적되기 시작하는 시기가 일품검정콩의 경우 C3G 와 D3G는 개화기후 35일, Pt3G는 개화기 후 50일이었으며, 흑청콩도 C3G의 축적 시작이 D3G나 Pt3G보다 빠르다고 하였다.
Table 2.
Anthocyanin contents (㎎/g, D.W) according to flowering date in black-seeded soybeans.
검정콩 유전자원의 수확기에 따른 안토시아닌 함량 분포 를 Table 3에 나타내었다. 수확기에 따른 안토시아닌 함량 변이를 분석한 결과는 표와 같이 총 안토시아닌 함량은 수 확이 늦어질수록 높아지다가 11월 1일 이후에는 다소 감소 하는 경향을 나타내었다. 즉, 수확기가 10월 21~31일인 유 전자원에서 안토시아닌 함량이 평균 14.7 mg/g으로 가장 높았고, 그 다음이 11월 1~4일 13.9 mg/g, 11월 11~20일 12.4 mg/g 순으로 높았다. 이 경향은 C3G의 경우에도 유사 하여 10월 21~31일이 12.1 mg/g으로 가장 높았다. 그러나 D3G와 Pt3G는 일정한 경향을 보이지 않았다. 유전자원 수 의 분포는 Fig. 1에서 보는 바와 같이 수확기가 10월 1~10 일인 경우가 총 547점으로 가장 많았고, 10월 11~21일 305 점, 9월 30일 이전 126점, 10월 21~31일 47점이었고 11월 1일 이후도 7점이 관찰되었다.
Table 3.
Anthocyanin contents (㎎/g, D.W) according to harvest maturity in black-seeded soybeans.
검정콩 유전자원의 등숙일수에 따른 안토시아닌 함량 변 이를 분석한 결과는 Table 4와 같다. 안토시아닌 함량 축적 이 이루어졌을 것으로 보이는 개화기부터 수확기까지의 검 정콩 유전자원 등숙일수는 51일부터 91일까지 분포하였다. 이중에서도 71~75일이 374점으로 가장 많았고, 그 다음은 66~70일 224점, 76~80일 191점, 61~65일 108점, 81~85일 82점 순이었으며 60일 이하 33점, 86일 이상이 20점이었다. 총 안토시아닌 함량은 등숙일수가 길어질수록 높은 경향을 나타내어, 86일 이상 유전자원의 함량이 14.5 mg/g로 가장 높았으며 그 다음은 81~85일인 유전자원들이 13.4 mg/g으 로 높았다. Teng et al. (2005)은 sucrose가 안토시아닌 생합 성에 중요한 유도자 역할을 한다고 보고한 바 있어 콩 종실 에서의 당 합성 및 축적이 안토시아닌 함량에 영향을 끼치 는 것으로 판단되며 이는 종실의 등숙일수와도 관련이 있을 것으로 사료된다. Jung et al. (1996)도 안토시아닌 함량은 생육일수에 의해 영향을 받는다고 하였다. 총 안토시아닌 함량과 등숙일수와의 관계는 C3G 함량의 경우와 유사하였 으나 D3G와 Pt3G는 뚜렷한 경향이 없었는데 Joo et al. (2004)도 D3G는 품종간에 큰 변이를 보이지 않았다고 하였 다. 한편으로는 D3G 및 Pt3G의 절대적인 함량이 높지 않는 것도 한 요인이리라 판단된다.
Table 4.
Anthocyanin contents (㎎/g, D.W) according to maturation period in black-seeded soybeans.
수집된 검정콩 유전자원의 100립중은 5.5~49.8 g의 범위 였으며 100립중에 따른 유전자원 분포는 20.1~30.0 g이 398 종으로 가장 많았고, 그 다음은 10.1~20.0 g 239종, 30.1~ 40.0 g 203종, 5.5~10.0 g 115종, 40.1 g 이상 77종순으로 많았으며 45.1 g이상도 42종이 있었다. 특히 우리나라 소비 자들은 검정콩 중 대립이며 당 함량이 높은 서리태를 선호 하는 것으로 알려져 있는데 35 g이상의 대립종 유전자원은 129종이었다. 수집된 유전자원의 안토시아닌 평균함량을 유전자원 종실크기로 나누어 분석한 결과는 Table 5와 같 다. 안토시아닌 함량은 종실중 5.5~35.0 g까지는 큰 차이가 없었으나, 35g이상에서 15.7~17.8 mg/g으로 높았으며, 이 러한 양상은 C3G도 같은 경향으로 35.1 g 이상에서 12.5~ 15.7 mg/g으로 높았다. 그러나 D3G와 Pt3G 함량은 종실중 에 따른 일정한 경향이 없었다.
Table 5.
Anthocyanin contents (㎎/g, D.W) according to 100-seeds weight in black-seeded soybeans.
이상을 종합하면 검정콩 유전자원의 안토시아닌 함량 분 포는 개화기나 성숙기가 늦고 등숙일수가 길수록, 종실이 대립인 경우가 총 안토시아닌 함량이 높은 편이었다. 한편, C3G함량이 총 안토시아닌 함량에 기여하는 비율이 높음을 알 수 있어 안토시아닌 고함유 검정콩 육종은 생육기 특성 과 함께 C3G함량이 높고 대립인 유전자원을 중심으로 선 발하는 것이 효율적이라 판단된다.
적 요
검정콩 안토시아닌 고함유 유전자원 선발을 위해 총 1,032 점의 유전자원을 개화기, 수확기, 등숙일수에 따른 안토시 아닌 함량을 분석하였다. 수집된 유전자원의 총 안토시아닌 함량은 평균 11.67 mg/g이었고 범위는 0.54~23.45 mg/g으 로 나타났다. 종류별로는 C3G가 평균 8.81 mg/g으로 비중 이 가장 컸으며 그 다음이 D3G가 평균 1.78 mg/g이었고 Pt3G가 평균 0.79 mg/g으로 가장 적었다. 총 안토시아닌 함 량별 검정콩 유전자원 분포는 10~15 mg/g 범위가 371점으 로 가장 많았고 20 mg/g이상인 유전자원은 30점이었다. 생 식생장기 동안 생육시기에 따른 안토시아닌 함량은 개화기 와 수확기가 늦어질수록 높아지는 경향이었다. 따라서 등숙 일수가 길수록 검정콩의 안토시아닌 함량은 높아진다는 것 을 알 수 있었다. 이밖에도 종실중이 큰 대립종이 소립종에 비해 안토시아닌 함량이 높은 경향이었다.
