발광 다이오드 광원, 새싹작물 속 항산화 물질 함량 늘려

 

 

 농촌진흥청(청장 허태웅)은 발광 다이오드(LED) 광원이 새싹작물 속 항산화 물질 함량을 높이는 데 어떠한 영향을 미치는지 과학적으로 밝혔다.

 ○ LED(Light Emitting Diode, 발광 다이오드)는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체의 일종으로, 주로 조명으로 많이 사용된다. 최근에는 식물공장, 가정용 채소재배기 등으로 활용 폭이 넓어지고 있다.

 

□ 연구진은 보리, 밀 등 새싹작물 속 항산화 물질(글리코실플라본1) , 폴리코사놀2) ) 합성에 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.

 ○ 그 결과, 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.

 ○ 또한, 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(mrnIF)=75)에 게재해 학술적으로 인정받았다.

 

□ 농촌진흥청 생물소재공학과 정미정 과장은 “이번 연구 성과는 최근 인기를 얻고 있는 가정용 채소재배기, 수경재배기를 비롯해 식물공장 등에 활용할 수 있다.”라며,

 ○ “앞으로 LED 광원의 최적 조건을 지속적으로 구명해 실용화 할 계획이다.”라고 말했다.

 

LED 광원이 새싹작물 항산화 물질 합성에 미치는 영향 구명

□ LED 광원별 항산화 물질 합성 증진 새싹작물 개발

 ○ LED 광원별 처리 조건과 새싹작물의 재배와 표현형 검증

LED 처리 새싹보리의 시기별 표현형 검정

   - 새싹작물(보리, 밀) 종자를 1일 동안 수돗물에서 침지한 후 모판(30x90cm)에 파종하여 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 재배함. 

   - LED 광원별, 형광등 처리 시 새싹보리의 싹은 3, 5일째에는 형광등에서 성장이 빨랐으나, 7, 9일째에는 적색광(93µmol m−2s−1)에서 성장이 빨랐음.

   - 밀싹에서는 시기별에 따른 성장의 변화가 거의 나타나지 않았음.

 

 ○ LED 광원별 처리 새싹보리의 항산화 물질 생합성 관련 유전자 발현 양상 분석

   - 새싹보리의 사포나린 생합성 경로 유전자인 HvOGT1 (Isovitexin 7-O-glucosyltransferase 1)은 청색광에서 강하게 발현되었고,

   - 폴리코사놀의 합성 유전자 중 HvFAR2와 HvFAR5 유전자는 적색광에서 강하게 발현되었으며, HvFAR3 (fatty acyl-coenzyme A reductase 3) 유전자의 발현 결과로, 이 유전자가 새싹보리의 헥사코사놀의 생합성에 관여할 가능성이 높다고 봄.

□ 새싹작물 적용 광원별에 의한 항산화 물질 합성량 검정

 ○ LED 광원 처리 조건에 따라 새싹작물(보리, 밀) 항산화 물질 함량이 차이가 있는 결과를 얻음.

   - 청색광(100µmol m−2s−1)에서 자란 새싹보리의 사포나린 함량이 다른 광원보다 51.7∼57.7% 많았으나, 적색광에서는 현저히 감소하였음.

 

   - 청색광과 형광등 처리 새싹밀의 이소오리엔틴(isoorientin)은 타광원 대비 2배 이상, 이소샤프토사이드(isoschaftoside) 함량은 30∼68.8% 증진되었음.

      * Isoorientin과 isoschaftoside은 새싹밀의 주요 항산화 물질로 글루코실플라본임.

   - 그리고 폴리코사놀(헥사코사놀, 옥타코사놀)의 함량 측정 결과, 새싹보리의 헥사코사놀은 형광등과 적색광에서 약 20% 이상, 새싹밀의 옥타코사놀은 청색광에서 10% 이상 증진되었음.

   - 따라서 새싹작물(보리, 밀)의 항산화 물질 증진을 위한 LED 광원은 대사물질에 따라 청색광과 적색광을 처리하는 것이 최적의 조건으로 봄.

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