Research Article

Horticultural Science and Technology. October 2021. 572-582
https://doi.org/10.7235/HORT.20210051

ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   작물 재배 조건 및 처리 조건

  •   작물 샘플 채취 및 양분 함량 분석

  •   근권부 토양 샘플 채취 및 토양 화학성 분석

  •   글루코시놀레이트 함량 분석

  •   통계 분석

  • 결과 및 고찰

  •   관개수 염 농도별 토양 화학성 변화

  •   관개수 염 농도별 배추 생장

  •   관개수 염 농도별 배추 양분 함량

  •   관개수 염 농도별 배추 글루코시놀레이트 함량

  • 결 론

서 언

간척지는 굴곡이 심한 해안에 형성된 갯벌을 매립하여 만든 새로운 토지이다. 인구증가와 산업화에 의해 토지수요가 증가하는 나라에서는 경작지나 공업단지, 공항 등으로 활용하고자 간척 사업을 실시한다(McCurdy, 1988; Lee and Yun, 2014). 네덜란드와 일본 등에서 간척 사업이 활발하게 진행되고 있다. 한국의 경우 13.5만 ha의 간척지를 조성하였으며, 우리나라 경지면적의 9%를 차지하여 낮은 식량자급률을 올리려는 목적으로 사용된다. 대표적으로 약 261km2의 면적을 가진 새면금 간척지는 20년 이상 숙전화가 진행되었다. 그러나 강우와 가뭄에 따라 지하수위가 변동하여 작토층 지하에서 염류가 상승하는 현상이 관찰된다(Jung et al., 2021). 일반적으로 간척지 토양에는 가용성염류와 치환성나트륨이 다량 함유되어 있으며, 이는 삼투압의 증가와 알칼리성 토양의 형성으로 인해 작물 생육을 저해시키는 원인으로 작용한다(Koo et al., 1998). 간척지의 높은 염 농도는 토양 공극의 감소에 따른 공기와 수분 감소, 수분퍼텐셜의 저하로 인한 수분 및 양분 흡수 제한, Na+와 Cl- 이온의 독성 효과 등을 나타내어 식물 생육을 저해시키는 것으로 알려져 있다(Ryu et al., 2010; Jo et al., 2018). 고농도의 염에 의해 피해를 입은 식물은 광합성과 생육이 억제되고, 엽록소 함량이 감소하며, 영양 불균형이 일어나는 등의 증상을 보인다(Munns and Termaat, 1986; Zeng et al., 2001). 내염성이 강한 작물은 토양의 과도한 염 농도에도 정상적인 생육을 할 수 있으며, 내염성이 강한 채소 작물로는 시금치(Spinacia oleracea L.)나 비트(Beta vulgaris L. var. vulgaris), 사탕무(Beta vulgaris L. var. altissima) 등이 있다(Greenway and Muuns, 1980; Lim et al., 2010). 따라서 간척지에서는 염 피해에 강한 내염성 작물을 선발하여 재배하는 것이 유리하며, 간척지에서 재배하고자 하는 작물의 염 농도에 대한 생육을 정량적으로 파악할 필요가 있다.

배추과(Brassicaceae) 작물은 아시아 국가에서 대량으로 재배하며 식단에 중요한 역할을 하는 채소이다(Lee et al., 2014a, 2014b). 그 중, 배추(Brassica rapa L. ssp. pekinensis)는 김치의 재료로 쓰이며, 국내에서는 약 3만 ha에 달하는 넓은 재배면적을 차지하여 엽채류 중 72%를 차지하고 있다(KOSTAT, 2019). 배추과에 속하는 작물 중 순무(Brassica rapa L. ssp. rapa)는 내염성이 중약 등급이며(Jo et al., 2018), 배추는 유채에 비해 고농도의 염 환경에서도 생육이 양호하여 오크라(Abelmoschus esculentus (L.) Moench)와 유사한 수준인 것으로 보고되었다(Shimose and Kurosaka, 1985). 그러나 배추의 염에 관한 반응은 배추의 염 저항성 기작을 밝히거나(Pavlović et al., 2019), 고농도의 염 스트레스에 의한 생리 지표의 감소를 확인하는 연구들이 주로 수행되었다(Kim et al., 2010a; Qiu et al., 2017). 또한 국내에서는 배추의 염 저항성 유전자의 과발현에 의한 효과를 확인하거나(Yu and Park, 2013), 염 스트레스 관련 유전자의 발현 네트워크 모델을 구축하는 등의 연구가 주로 진행되었다(Lee et al., 2014a). 이러한 연구 경향은 배추의 게놈 서열 분석이 완료되어 분자 수준으로 검정할 수 있기 때문이며(Wang et al., 2011), 또한 모델 식물인 애기장대와의 비교 연구가 용이하기 때문이다(Kim et al., 2012). 그러나 염 농도가 높은 간척지에서 배추를 재배하여 생장과 생리적 변화를 살펴본 사례가 없으며, 간척지의 배추 재배에 관한 타당성을 검토한 연구는 보고되지 않았다.

배추과 작물은 2차대사산물인 글루코시놀레이트(glucosinolates)를 다량 함유하는 특징이 있으며, 글루코시놀레이트는 주로 병충해나 질병 등에 대한 방어 반응에 관여한다(Moon et al., 2015; Ko et al., 2017; Yoon et al., 2019). 글루코시놀레이트는 현재까지 200 종 이상이 알려져 있으며, 30여 종이 생리적 활성을 보인다(Clarke, 2010). 따라서 배추과 작물의 총 글루코시놀레이트 함량과 각 성분 함량 측정의 중요성이 대두되었으며, 품종 개발과 수확 적기 판단, 병충해 방제 등의 용도로 활용 가치를 인정받고 있다(Lee et al., 2015). 그러나 배추과 작물의 글루코시놀레이트 함량은 재배 작형이나 기후조건, 작물의 영양상태, 품종 등에 따라 많은 차이를 보인다(Shim et al., 2018). 기존에는 광질 또는 광주기, 광량 등을 변화시켜 배추의 글루코시놀레이트 함량 변화를 추적하거나(Lee et al., 2014b; Moon et al., 2015), 배추에 생석회를 시비하여 총 글루코시놀레이트 함량을 증대시킨 사례 등이 보고되었다(Kim et al., 2015). 그러나 간척지에서 염 농도에 따른 글루코시놀레이트 함량 분석은 배추과 작물인 순무에서만 행해졌으며(Jo et al., 2018), 배추에 대해서는 염 농도에 따른 글루코시놀레이트 함량 변화가 가공처리 단계에서만 연구되었다(Hwang, 2010; Kim et al., 2010b). 따라서 간척지 토양에서 염 농도에 대한 배추의 생장과 글루코시놀레이트 함량 변화를 정량적으로 확인할 필요성이 대두되었다.

본 연구에서는 간척지에서 관개수의 염 농도를 달리하여 재배한 봄 배추와 가을 배추의 생장과 양분 함량, 글루코시놀레이트 함량을 측정하였으며, 염 농도에 따른 변화를 분석하고자 하였다.

재료 및 방법

작물 재배 조건 및 처리 조건

실험 대상인 봄 배추와 가을 배추는 전라북도 김제시 광활면 새만금 간척지의 시험 포장(35.827°N, 126.688°E)에서 재배하였다. 봄 배추는 ‘춘광’ 품종(B. rapa cv. Choongwang)을 사용하였으며, 가을 배추는 ‘추월’ 품종(B. rapa cv. Chuwol)을 사용하였다. 작물 정식을 위해서 20cm 높이의 두둑을 만들어 점적 호스를 설치하였으며 흑색 비닐을 이용하여 멀칭하였다. 봄 배추는 파종 후 약 30일이 지난 유묘를 2019년 4월 23일에 40cm×40cm 간격으로 정식하였으며, 가을 배추는 파종 후 약 30일이 지난 유묘를 8월 20일에 봄 배추와 동일한 간격으로 정식하였다. 배추에는 농촌진흥청 표준 시비법에 따라 질소-인산-칼리를 기준으로 각각 320, 78, 198kg·ha-1를 시용하였다. 기비로 요소(질소 46%, 남해화학㈜)와 용성인비(유효인산 20%, KG케미칼㈜), 염화칼리(칼리 60%, ㈜풍농)를 각각 110, 78, 110kg·ha-1를 시비하였으며, 추비는 요소와 염화칼리를 이용하여 부족분의 50%에 해당하는 양을 2회로 나누어 분시하였다. 봄 배추와 가을 배추는 각각 2019년 6월 18일과 11월 28일에 수확하였다.

봄 배추와 가을 배추에 대해 세 가지 서로 다른 염 농도의 관개수를 처리하였으며, 처리구별로 3반복 난괴법으로 배치하였다. 각각의 처리구에는 배추를 20개체씩 정식하였다. 새만금 간척지의 토양 염 농도는 평균 1.9dS·m-1로 제염이 진전된 상황이다(Sohn et al., 2010). 따라서 세 가지 처리구는 식염(NaCl)을 활용하여 관개수의 염 농도가 전기전도도(electrical conductivity, EC) 기준 0dS·m-1와 2dS·m-1, 4dS·m-1가 되도록 구성하였다. 작물 재배 기간 동안 관수는 2-3 일 간격으로 계절에 따라 2-6mm 수준으로 관수하였다.

작물 샘플 채취 및 양분 함량 분석

배추 20개체를 수확하여 측정된 평균값을 각 처리구의 하나의 반복 값으로 간주하였다. 수확 후 개체 전체의 무게를 측정하였으며, 뿌리와 고사한 주변 잎을 제거하고 구의 생중량과 구고, 구폭, 최대 엽장을 측정하였다. 각 식물체 조직에 포함된 다량원소의 분석은 농촌진흥청의 토양 및 식물체 화학성 분석 방법을 따랐다(RDA, 2000). 식물체 조직의 총 질소 함량은 Kjeldahl 분석기(Kjeltec 8400, FOSS analytical, Hillerød, Denmark)를 이용하여 측정하였다. 인 함량은 ammonium metavanadate법을 이용하여 분광 광도계(AutoAnalyzer3, SEAL Analytical, Norderstedt, Germany)로 측정하였으며, 칼륨 함량은 ICP-OES(SDS-720, GBC Scientific Equipments, Braeside, VIC, Australia)를 이용하여 정량하였다.

근권부 토양 샘플 채취 및 토양 화학성 분석

각 처리구별로 배추를 수확하고 난 다음 토양 채취용 오거(φ5×L15cm, Eijkelkamp, Netherlands)를 이용하여 지표면에서 15cm 깊이까지의 표토를 무작위로 다섯 번 채취하였다. 샘플은 평균 무게가 100g이 되도록 채취하였으며, 다섯 샘플을 섞어 음지 풍건하여 각 처리구의 하나의 반복 값으로 간주하였다. 농촌진흥청 표준 분석 방법에 따라 건조된 토양 샘플의 pH, 전기전도도(EC), 토양 유기물 함량(Organic matter, OM), 가용성 인산(available P2O5) 함량을 측정하였다. 토양의 총질소 함량은 Kjeldahl 분석기를 이용하여 측정하였으며, 치환성 K, Ca, Mg, Na 이온은 ICP-OES(SDS-720, GBC Scientific Equipments, Braeside, VIC, Australia)를 이용하여 정량하였다.

글루코시놀레이트 함량 분석

샘플 준비 및 글루코시놀레이트(Glucosinolates, GSL) 분석은 Jo et al.(2016)의 방법에 의하여 정량 분석을 수행하였다. 동결 건조 된 분말 시료(0.05g)와 1mL MeOH(70%)를 2mL tube에 넣고 70°C에서 1시간 동안 추출하고 원심분리(12,000g, 10분, 4°C)를 하였다. 상층액을 따로 모으고 위 과정을 2회 반복하여 추출하였다. GSL 추출물을 DEAE sephadex-A-25 slurry (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)와 0.1M sodium acetate(pH 4.0)를 혼합하여 만든 혼합물로 채워진 mini bio-spin chromatography column(Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA)에 흘려주었다. 그 후, sulfatase(EC 3.1.6.1, Helix pomatia의 type H-1, Sigma-Aldrich)를 200µL 첨가하고 column의 양쪽을 막은 뒤 GSL의 desulfation을 위하여 실온에서 18시간 동안 방치하였다. Desulfatione된 GSL를 0.5mL 증류수로 3번 추출하고 0.2µm PVDF 실린지 필터를 이용하여 여과하였다. 준비된 샘플은 auto sampler와 photodiode array detector(PAD)가 장착된 1260 HPLC(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)를 사용하여 분석하였다. PAD는 229nm로 설정되었고, guard column으로 보호된 Acquity UPLC® BEH-C18 column(1.7µm, 2.1 × 100mm; Waters Co., Milford, MA, USA)은 30°C의 column oven 온도에서 GSL를 분리하는데 사용하였다. 이동상은 0.2µL·min-1의 유속을 가지는, HPLC grade 초순수(A)와 100% acetonitrile(B)이었으며, gradient 조건은 다음과 같다. 6분 동안 용매 B를 1%에서 99%까지 상승시키고, 이후 14분까지 일정하게 유지한 뒤, 15분에 용매 B를 1%로 급격하게 감소시켜 25분까지 유지하였다. 위와 같은 분석 조건으로 개별 desulfo-GSL를 분리 동정하였다. 모든 GLS 표준물질은 샘플 준비와 동일한 방식으로 desulfation하였고, 각각의 GSL 표준물질(1-20µL·mL-1)의 다양한 농도를 사용하여 표준곡선을 작성하였다. 모든 샘플은 3반복으로 분석되었고, 개별 desulfo-GSL는 건조중량(DW) 당 µmol·g-1로 표시되었다. 분석은 desulfo-GSL로 수행하였고, 연구결과에는 GSL로 표시하였다.

통계 분석

수집된 배추의 생장 지표와 양분과 글루코시놀레이트 함량, 토양 성분에 대한 데이터는 각 3반복으로 통일하였으며, 이에 대한 통계 분석은 SAS 통계 프로그램(version 9.4, SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 수행하였다. 각 처리 사이의 유의성은 단일변량 분산분석(ANOVA)으로 분석하였으며, 평균 사이의 유의성은 5% 수준에서 Duncan의 다중검정법(DMRT)과 최소유의차(LSD) 검정으로 분석하였다.

결과 및 고찰

관개수 염 농도별 토양 화학성 변화

봄 배추 재배 전에 비해 재배 후 토양 pH는 모든 처리구에서 유의하게 감소하였고, 치환성 Na 이온 농도는 4dS·m-1 처리구에서 유의하게 증가하였다(Table 1). EC는 0dS·m-1 처리구에 비해 2와 4dS·m-1 처리구에서 소폭 상승하였다. 가을 배추 재배 전에 비해 재배 후 토양 EC는 2와 4dS·m-1 처리구에서 유의하게 증가하였고, 치환성 Na 이온 농도는 4dS·m-1 처리구에서 유의하게 증가하였다(Table 2). 새만금 간척지에서 작물 재배 전의 토양 EC와 치환성 Na 이온 농도는 각각 0.54dS·m-1와 0.51cmol+·kg-1로 보고되어 유사한 범위에 있었다(Jung et al., 2020). 따라서 배추 재배 후 EC와 치환성 Na 이온 농도의 증가는 관개수 염 농도 처리에 의한 효과로 판단되었다. 배추 재배 시 적정 토양 pH 수준은 6.0에서 6.5 사이로 알려졌으며(Choi et al., 2011), 본 실험 결과 봄 배추와 가을 배추 모두 재배 후 적정 pH 수준을 유지하는 것으로 판단되었다.

Table 1.

Soil chemical properties of experimental blocks before and after spring cultivation of ‘Choongwang’ Chinese cabbage

Time of spring cultivation Salt treatments
(dS·m-1)
pH
(1:5)
EC
(dS·m-1)
OM
(g·kg-1)
Av. P2O5
(mg·kg-1)
T-N
(%)
Before 7.2 ± 0.12zay 0.6 ± 0.07 ab 0.4 ± 0.09 a 74.9 ± 40.90 a 0.1 ± 0.00 ab
After 0 6.4 ± 0.32 b 0.4 ± 0.04 b 0.4 ± 0.02 a 51.2 ± 9.63 a 0.1 ± 0.01 a
2 6.5 ± 0.14 b 0.7 ± 0.27 a 0.4 ± 0.04 a 54.5 ± 5.08 a 0.1 ± 0.03 ab
4 6.6 ± 0.03 b 0.6 ± 0.18 ab 0.5 ± 0.05 a 64.4 ± 4.78 a 0.0 ± 0.00 b
Time of spring cultivation Salt treatments
(dS·m-1)
Exch cation (cmol+·kg-1)
K Ca Mg Na
Before 0.8 ± 0.03 a 1.3 ± 0.20 a 2.4 ± 0.14 a 0.5 ± 0.28 b
After 0 0.8 ± 0.28 a 1.4 ± 0.16 a 2.1 ± 0.51 a 0.5 ± 0.12 b
2 0.6 ± 0.10 a 1.5 ± 0.13 a 2.3 ± 0.08 a 0.7 ± 0.12 ab
4 0.6 ± 0.18 a 1.5 ± 0.11 a 1.9 ± 0.18 a 1.0 ± 0.10 a

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a column followed by the same letter are not significantly different by Duncan’s multiple range test at p < 0.05.

Table 2.

Soil chemical properties of experimental blocks before and after autumn cultivation of ‘Chuwol’ Chinese cabbage

Time of spring cultivation Salt treatments
(dS·m-1)
pH
(1:5)
EC
(dS·m-1)
OM
(g·kg-1)
Av. P2O5
(mg·kg-1)
T-N
(%)
Before 6.5 ± 0.09z ay 0.6 ± 0.17 c 0.4 ± 0.02 a 56.7 ± 6.90 b 0.1 ± 0.02 a
After 0 7.0 ± 0.27 a 0.3 ± 0.10 c 0.5 ± 0.09 a 54.3 ± 19.17 b 0.0 ± 0.01 b
2 6.7 ± 0.40 a 1.1 ± 0.16 b 0.5 ± 0.08 a 108.0 ± 44.53 a 0.0 ± 0.01 b
4 6.9 ± 0.23 a 1.7 ± 0.18 a 0.5 ± 0.04 a 82.9 ± 17.67 ab 0.0 ± 0.00 b
Time of spring cultivation Salt treatments
(dS·m-1)
Exch. cation (cmol+·kg-1)
K Ca Mg Na
Before 0.7 ± 0.11 a 1.5 ± 0.03 a 2.1 ± 0.16 b 0.7 ± 0.26 b
After 0 0.7 ± 0.07 a 1.8 ± 0.21 a 2.8 ± 0.20 a 0.5 ± 0.13 b
2 0.7 ± 0.05 a 1.8 ± 0.45 a 2.2 ± 0.22 b 0.8 ± 0.13 b
4 0.6 ± 0.06 a 1.8 ± 0.27 a 2.1 ± 0.05 b 1.7 ± 0.28 a

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a column followed by the same letter are not significantly different by Duncan’s multiple range test at p < 0.05.

관개수 염 농도별 배추 생장

모든 처리구에서 봄 배추와 가을 배추의 총 생체중과 구중, 구고, 구폭, 최대 엽장은 유의한 차이가 나타나지 않았다(Fig. 1; Tables 3 and 4). 따라서 간척지에서 관개수의 염 농도가 EC 기준 4dS·m-1 이하인 경우 배추의 수확량이 감소하지 않는 것을 확인하였다. 가을 배추의 최대 엽장은 관개수 염 농도가 증가함에 따라 349.3 ± 16.3mm 에서 404.4 ± 90.5mm로 증가하였으나, 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다. 본 연구에서 재배한 정식 후 56일이 지난 춘광 품종 배추의 생체중은 3.4에서 3.5kg 수준이었다. 반면, 기존 연구에서 상토를 이용해 재배한 춘광 품종 배추의 생체중은 정식 후 50일에 0.4kg 수준이며(Lee et al., 2013), 70일에 약 1.1kg 수준인 것으로 알려졌다(Son et al., 2015). 또한, 본 연구에서 재배한 정식 후 100일이 지난 추월 품종 배추의 생체중은 2.2에서 2.3kg 수준이었다. 반면, 기존 연구에서 재배한 추월 품종 배추의 생체중은 정식 후 90일경에 0.4kg 수준이었다(Lee et al., 2020). 기존 연구에서 재배한 배추에 비해 본 연구에서 재배한 배추의 생장이 좋은 원인은 재배한 기간이 일주일 가량 길었으며, 실험이 진행된 연도의 기후 조건이 배추의 생장에 적합했기 때문인 것으로 판단된다. 또한 기존 연구 중 춘광과 추월 품종의 배추를 간척지 토양에서 재배한 사례가 보고된 바 없어 비교에 어려움이 발생하였다.

/media/sites/kshs/2021-039-05/N0130390503/images/HST_39_05_03_F1.jpg
Fig. 1.

Growth characteristics (A) and head cross section (B) of ‘Choongwang’ Chinese cabbage in spring cultivation under different salt treatments. Growth characteristics (C) and head cross section (D) of ‘Chuwol’ Chinese cabbage in autumn cultivation under different salt treatments.

Table 3.

Growth characteristics of ‘Choongwang’ Chinese cabbage in spring cultivation under different salt treatments

Salt treatments
(dS·m-1)
Total fresh weight
(kg)
Head fresh weight
(kg)
Head height
(mm)
Head width
(mm)
Maximum leaf length
(mm)
0 3.4 ± 0.21zay 2.1 ± 0.04 a 271.5 ± 1.3 a 141.2 ± 2.4 a 409.3 ± 34.6 a
2 3.5 ± 0.31 a 2.3 ± 0.30 a 277.8 ± 7.0 a 144.8 ± 9.9 a 398.2 ± 10.8 a
4 3.3 ± 0.18 a 2.2 ± 0.16 a 278.4 ± 5.3 a 142.2 ± 4.6 a 405.3 ± 15.0 a

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a column followed by the same letter are not significantly different by LSD test at p < 0.05.

Table 4.

Growth characteristics of ‘Chuwol’ Chinese cabbage in autumn cultivation under different salt treatments

Salt treatments
(dS·m-1)
Total fresh weight
(kg)
Head fresh weight
(kg)
Head height
(mm)
Head width
(mm)
Maximum leaf length
(mm)
0 2.15 ± 0.41zay 1.25 ± 0.42 a 243.7 ± 17.4 a 140.2 ± 9.7 a 349.3 ± 16.3 b
2 2.18 ± 0.12 a 1.28 ± 0.15 a 241.5 ± 8.5 a 139.0 ± 1.5 a 360.3 ± 3.6 b
4 2.25 ± 0.53 a 1.28 ± 0.50 a 224.7 ± 29.9 a 136.3 ± 11.7 a 404.4 ± 90.5 a

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a column followed by the same letter is not significantly different by LSD test at p < 0.05.

관개수 염 농도별 배추 양분 함량

봄 배추의 양분 함량 분석 결과 모든 처리구에서 다량원소와 미량원소의 관개수 염 농도 증가에 따른 변화가 관찰되지 않았다(Table 5). 따라서 간척지에서 관개수의 염 농도가 EC 기준 4dS·m-1 이하인 경우 봄 배추의 영양 성분이 변하지 않는 것을 확인하였다. 반면 가을 배추의 양분 함량 분석 결과 관개수 염 농도가 증가할수록 Na 함량이 증가하였고, K 함량이 감소하였다(Table 6). Na와 K를 제외한 다른 다량원소와 미량원소는 관개수의 염 농도에 따른 변화가 나타나지 않았다. 관개수의 염 농도가 0dS·m-1일 때 Na 함량은 0.3 ± 0.04%인 반면, 4dS·m-1일 때 Na 함량은 1.2 ± 0.27%로 약 4배 상승하였다. 따라서 간척지 환경에서는 춘광 품종 배추에 비해 추월 품종 배추의 Na 흡수가 더욱 활발한 것으로 판단되었다. 이는 관개수의 염 농도 증가에 따라 토양의 치환성 Na 이온 함량이 증가한 것과 관계가 있는 것으로 보인다. 기존 연구에서 토마토에 Na를 포함한 염 처리 결과 Na와 K의 길항작용에 의해 엽경의 K 함량이 낮아지는 현상이 보고되었으며(Rhee et al., 2002), 오이에서도 같은 현상이 발생하였다(Tsuneo, 1996). 춘광 품종 배추에서는 Na와 K의 길항적인 관계가 나타나지 않았으나, 추월 품종 배추에서 특징적으로 나타나는 현상인 것으로 판단된다. K/Na 비율이 높을수록 식물의 내염성이 강하므로 춘광 품종은 추월 품종에 비해 내염성이 강한 것으로 생각할 수 있으며, 또한 춘광 품종 배추의 재배 기간이 추월 품종에 비해 짧은 점도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. 따라서 간척지에 적합한 품종을 선발하는 목적으로 재배하는 경우, 작물의 영양 성분 변화를 관찰하여 선발의 근거로 활용할 필요가 있다.

Table 5.

Nutrient contents of ‘Choongwang’ Chinese cabbage in spring cultivation under different salt treatments

Salt treatments
(dS·m-1)
N
(%)
T-P
(%)
K
(%)
Ca
(%)
Mg
(%)
0 4.6 ± 0.30zay 0.8 ± 0.05 a 4.7 ± 0.10 a 0.5 ± 0.06a 0.4 ± 0.02 a
2 4.7 ± 0.17 a 0.8 ± 0.00 a 4.9 ± 0.35 a 0.5 ± 0.05a 0.4 ± 0.03 a
4 4.8 ± 0.05 a 0.8 ± 0.05 a 5.2 ± 0.68 a 0.6 ± 0.06a 0.4 ± 0.03 a
Salt treatments
(dS·m-1)
Na
(%)
Fe
(mg·kg-1)
Mn
(mg·kg-1)
Cu
(mg·kg-1)
Zn
(mg·kg-1)
0 0.1 ± 0.02 a 61.6 ± 9.65 a 34.2 ± 8.62 a 2.3 ± 0.56 a 36.5 ± 3.73 a
2 0.1 ± 0.03 a 69.9 ± 13.34 a 36.9 ± 8.00 a 2.3 ± 0.27 a 37.7 ± 0.57 a
4 0.1 ± 0.03 a 78.3 ± 24.16 a 39.6 ± 7.43 a 2.2 ± 0.42 a 38.9 ± 4.54 a

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a column followed by the same letter is not significantly different by LSD test at p < 0.05.

Table 6.

Nutrient contents of ‘Chuwol’ Chinese cabbage in autumn cultivation under different salt treatments

Salt treatments
(dS·m-1)
N
(%)
T-P
(%)
K
(%)
Ca
(%)
Mg
(%)
0 3.0 ± 0.29zay 0.6 ± 0.02 a 4.1 ± 0.16 a 0.3 ± 0.01 a 0.1 ± 0.02 a
2 3.1 ± 0.28 a 0.6 ± 0.01 a 3.8 ± 0.20 ab 0.3 ± 0.03 a 0.1 ± 0.02 a
4 3.1 ± 0.63 a 0.6 ± 0.04 a 3.6 ± 0.27 b 0.3 ± 0.05 a 0.0 ± 0.02 a
Salt treatments
(dS·m-1)
Na
(%)
Fe
(mg·kg-1)
Mn
(mg·kg-1)
Cu
(mg·kg-1)
Zn
(mg·kg-1)
0 0.3 ± 0.04 c 60.3 ± 8.58 a 24.7 ± 4.70 a 3.4 ± 0.34 a 35.4 ± 6.49 a
2 0.8 ± 0.11 b 68.8 ± 8.29 a 24.5 ± 3.12 a 3.2 ± 0.60 a 33.3 ± 2.65 a
4 1.2 ± 0.27 a 77.4 ± 24.19 a 24.3 ± 1.66 a 3.0 ± 0.94 a 31.3 ± 6.89 a

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a column followed by the same letter is not significantly different by LSD test at p < 0.05.

관개수 염 농도별 배추 글루코시놀레이트 함량

글루코시놀레이트 함량 분석 결과 봄 배추에서는 6종의 글루코시놀레이트가 높은 함량을 보였다(Table 7). 하지만 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 관개수 염 농도가 증가함에 따라 progoitrin의 함량은 증가하였으며, glconapin과 glucobrassicanapin, glucobrassicin, gluconastrutiin의 함량은 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 총 글루코시놀레이트 함량은 관개수 염 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 꽃양배추 재배 시 4dS·m-1의 염 처리를 한 경우 4-methoxyglucobrassicin과 gluconasturtin의 함량이 통계적으로 유의하게 감소한 기존의 연구 결과와 유사하였다(Giuffrida et al., 2016). Aliphatic group에 속하는 progoitrin은 상추에서 발아 억제 효과가 있는 것으로 알려졌다(Galletti et al., 2001). 마찬가지로 aliphatic group에 속하는 gluconapin과 glucobrassicanapin은 가수분해 되어 인간의 건강에 이익을 주는 것으로 알려져 있으며, 배추의 쓴맛에 관여한다(Padilla et al., 2007; Lee et al., 2014c). 따라서 간척지에서 높은 염 농도의 관개수를 이용하여 재배한 봄 배추의 글루코시놀레이트 함량은 progoitrin을 제외하고 전체적으로 감소하는 것으로 나타났다.

Table 7.

Glucosinolate contents of ‘Choongwang’ Chinese cabbage in spring cultivation under different salt treatments

Salt treatments
(dS·m-1)
Progoitrin
(µmol·g-1, DW)
Glucoraphanin
(µmol·g-1, DW)
Gluconapin
(µmol·g-1, DW)
Glucobrassicanapin
(µmol·g-1, DW)
0 0.54 ± 0.051zay 0.01 ± 0.004 a 0.55 ± 0.237 a 0.86 ± 0.280 a
2 0.59 ± 0.201 a 0.01 ± 0.002 a 0.43 ± 0.172 a 0.81 ± 0.305 a
4 0.73 ± 0.343 a 0.01 ± 0.004 a 0.32 ± 0.108 a 0.76 ± 0.350 a
Salt treatments
(dS·m-1)
Glucobrassicin
(µmol·g-1, DW)
Gluconastrutiin
(µmol·g-1, DW)
Total
(µmol·g-1, DW)
0 0.62 ± 0.177 a 1.04 ± 0.290 a 3.60 ± 0.974 a
2 0.48 ± 0.150 a 0.95 ± 0.263 a 3.26 ± 0.746 a
4 0.34 ± 0.170 a 0.86 ± 0.424 a 3.02 ± 1.276 a

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a row followed by the same letter is not significantly different by LSD test at p < 0.05.

글루코시놀레이트 함량 분석 결과 가을 배추에서는 6종의 글루코시놀레이트가 높은 함량을 보였으며, glucoraphanin과 gluconapin, gluconastrutiin의 함량이 관개수의 염 농도가 증가함에 따라 유의하게 감소하였다(Table 8). 유의한 차이는 나타나지 않았으나 관개수 염 농도가 증가함에 따라 progoitrin과 glucobrassicin은 함량이 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 총 글루코시놀레이트 함량은 관개수 염 농도가 증가함에 따라 유의하게 감소하였다. 봄 배추에서와 마찬가지로 gluconapin은 배추의 쓴맛에 관여하며 염 농도가 증가함에 따라 함량이 감소하였기 때문에 배추의 쓴맛이 덜해질 것으로 판단된다. 따라서 간척지에서 높은 염 농도의 관개수를 이용하여 재배한 가을 배추는 글루코시놀레이트 함량은 전체적으로 감소하며, 쓴맛이 덜해질 것으로 판단된다.

Table 8.

Glucosinolate contents of ‘Chuwol’ Chinese cabbage in autumn cultivation under different salt treatments

Salt treatments
(dS·m-1)
Progoitrin
(µmol·g-1, DW)
Glucoraphanin
(µmol·g-1, DW)
Gluconapin
(µmol·g-1, DW)
Glucobrassicanapin
(µmol·g-1, DW)
0 0.27 ± 0.074zay 0.05 ± 0.028 a 4.55 ± 1.357 a 5.70 ± 2.330 a
2 0.24 ± 0.099 a 0.01 ± 0.018 b 3.57 ± 1.241 ab 4.73 ± 1.687 a
4 0.23 ± 0.043 a 0.01 ± 0.011 b 2.57 ± 0.899 b 4.05 ± 0.899 a
Salt treatments
(dS·m-1)
Glucobrassicin
(µmol·g-1, DW)
Gluconastrutiin
(µmol·g-1, DW)
Total
(µmol·g-1, DW)
0 0.94 ± 0.364 a 2.71 ± 0.280 a 14.22 ± 3.794 a
2 0.73 ± 0.112 a 2.07 ± 0.109 b 11.35 ± 2.992 ab
4 0.92 ± 0.117 a 1.77 ± 0.701 b 9.55 ± 2.223 b

zEach value represents the mean of three replications ± standard deviation.

yEach value in a row followed by the same letter is not significantly different by LSD test at p < 0.05.

결 론

본 연구에서는 관개수의 염 농도를 다르게 처리하여 간척지에서 재배한 봄과 가을 배추(Brassica rapa L. Pekinensis)의 생장 특성과 양분 함량, 글루코시놀레이트 함량을 확인하였다. 실험 결과, 봄과 가을 배추 모두 관개수의 염 농도 증가에 따른 생장 저하는 관찰되지 않았으며, 가을 배추에서만 관개수의 염 농도 증가에 따른 Na 함량 증가가 관찰되었다. 글루코시놀레이트 함량 분석 결과 총 글루코시놀레이트 함량은 관개수 염 농도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 그러나 관개수 염 농도가 증가하면 가을 배추는 gluconapin의 함량이 감소하여 쓴맛이 덜해질 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 간척지에서 관개수의 염 농도가 4dS·m-1에 이르더라도 배추 재배가 가능한 것을 확인하였으며, 염 농도의 증가에 따른 가을 배추의 글루코시놀레이트 함량이 감소함을 확인하였다. 후속 연구로 배추의 생장이 저하되는 관개수 염 농도를 결정하는 실험이 수행된다면 초기 간척지에서 작물 재배 시 관개수의 염 농도 관리에 필요한 기술이 될 것이다. 또한 본 연구에서 사용한 봄과 가을 배추 품종 외에 다양한 상용 품종의 간척지 적응성을 파악하여 간척지에 적합한 품종을 선정할 수 있을 것이다.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청에서 지원하는 농업신성장동력연구 “간척지 적합작물선발 및 재배기술 개발(과제 번호: PJ014019022020)”의 일환으로 수행되었음.

References

1
Choi B, Lim JE, Shin YK, Yang JE, Lee SS, Ok YS (2011) Effect of waste nutrient solution and reclaimed wastewater on Chinese cabbage growth and soil properties. Kor J Soil Sci Fert 44:394-399. doi:10.7745/KJSSF.2011.44.3.394 10.7745/KJSSF.2011.44.3.394
2
Clarke DB (2010) Glucosinolates, structures and analysis in food. Anal Methods 2:310-325. doi:10.1039/b9ay00280d 10.1039/b9ay00280d
3
Galletti S, Bernardi R, Leoni O, Rollin P, Palmieri S (2001) Preparation and biological activity of four epiprogoitrin myrosinase-derived products. J Agric Food Chem 49:471-476. doi:10.1021/jf000736f 10.1021/jf000736f11170613
4
Giuffrida F, Cassaniti C, Malvuccio A, Leonardi C (2016) Effects of salt stress imposed during two growth phases on cauliflower production and quality. J Sci Food Agric 97:1552-1560. doi:10.1002/jsfa.7900 10.1002/jsfa.790027405605
5
Greenway H, Muuns R (1980) Mechanisms of salt tolerance in nonhalophytes. Ann Rev Plant Physiol 31:149-190. doi:10.1146/annurev.pp.31.060180.001053 10.1146/annurev.pp.31.060180.001053
6
Hwang ES (2010) Changes in myrosinase activity and total glucosinolate levels in Korean Chinese cabbages by salting conditions. Kor J Food Cookery Sci 26:104-109
7
Jo JS, Bhandari SR, Kang GH, Lee JG (2016) Comparative analysis of individual glucosinolates, phytochemicals, and antioxidant activities in broccoli breeding lines. Hortic Environ Biotechnol 57:392-403. doi:10.1007/s13580-016-0088-7 10.1007/s13580-016-0088-7
8
Jo JY, Sung HY, Chun JH, Park JS, Park SU, Park YJ, Kim SJ (2018) Effects of electro-conductivity on growth of beet and turnip in the reclaimed land soil. Kor J Environ Agric 37:197-206. doi:10.5338/KJEA.2018.37.3.25 10.5338/KJEA.2018.37.3.25
9
Jung DH, Yi PH, Lee IB (2020) Determination of regression model for estimating root fresh weight using maximum leaf length and width of root vegetables grown in reclaimed land. Kor J Environ Agric 39:204-213. doi:10.5338/KJEA.2020.39.3.24 10.5338/KJEA.2020.39.3.24
10
Jung E, Park N, Park J (2021) Composite modeling for evaluation of groundwater and soil salinization on the multiple reclaimed land due to sea-level rise. Transp Porous Media 136:271-293. doi:10.1007/s11242-020-01511-z 10.1007/s11242-020-01511-z
11
Kim JA, Kim JS, Hong JK, Lee YH, Choi BS, Seol YJ, Jeon CH (2012) Comparative mapping, genomic structure, and expression analysis of eight pseudo-response regulator genes in Brassica rapa. Mol Genet Genomics 287:373-388. doi:10.1007/s00438-012-0682-z 10.1007/s00438-012-0682-z22466714
12
Kim JS, Shim IS, Kim MJ (2010a) Physiological response of Chinese cabbage to salt stress. Korean J Hortic Sci Technol 28:343-352
13
Kim M, Hong E, Kim GH (2010b) Change of total glucosinolates level according to processing treatments in Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. Pekinensis) from different harvest seasons. Korean J Hortic Sci Technol 28:593-599
14
Kim YJ, Chun JH, Kim SJ (2015) Influence of the lime on inorganic ion and glucosinolate contents in Chinese cabbage. CNU J Agric Sci 42:415-421. doi:10.7744/cnujas.2015.42.4.415 10.7744/cnujas.2015.42.4.415
15
Ko HC, Sung JS, Hur OS, Baek HJ, Jeon YA, Luitel BP, Ryu KY, Kim JB, Rhee JH (2017) Comparison of glucosinolate contents in leaves and roots of radish (Raphanus spp.). Kor J Plant Resour 30:579-589
16
Koo JW, Choi JK, Son JG (1998) Soil properties of reclaimed tidal lands and tidelands of western sea coast in Korea. Kor J Soil Sci Fert 31:120-127
17
Korea National Statistical Office (KOSTAT) (2019) Crop production statistics in 2018 http://kosis.kr/publication/publicationThema.do?pubcode=IG
18
Lee CR, Oh Y, Song BN, Jung JA, Cho JL, Lee SM, An NH (2020) The fate of 15N-labeled organic materials applied to Chinese cabbages cropping system. Kor J Soil Sci Fert 53:59-69. doi:10.7745/KJSSF.2020.53.1.059
19
Lee GH, Yu JG, Park JH, Park YD (2014a) Construction of a network model to reveal genes related to salt tolerance in Chinese cabbage. Korean J Hortic Sci Technol 32:684-693. doi:10.7235/hort.2014.14034 10.7235/hort.2014.14034
20
Lee GR, Kim YJ, Chun JH, Lee MK, Ryu DK, Park S, Chung SO, Park SU, Lim YP, Kim SJ (2014b) Variation of glucosinolate contents of 'Sinhongssam' grown under various light sources, periods, and light intensities. CNU J Agric Sci 41:125-133. doi:10.7744/cnujas.2014.41.2.125 10.7744/cnujas.2014.41.2.125
21
Lee MK, Chun JH, Byeon DH, Chung SO, Park SU, Park S, Arasu MV, Al-Dhabi NA, Lim YP, et al. (2014c) Variation of glucosinolates in 62 varieties of Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. pekinensis) and their antioxidant activity. Food Sci Technol 58:93-101. doi:10.1016/j.lwt.2014.03.001 10.1016/j.lwt.2014.03.001
22
Lee HH, Yang SC, Lee MK, Ryu DK, Park S, Chung SO, Park SU, Lim YP, Kim SJ (2015) Effect of developmental stages on glucosinolate contents in kale (Brassica oleracea var. acephala). Korean J Hortic Sci Technol 33:177-185. doi:10.7235/hort.2015.14017 10.7235/hort.2015.14017
23
Lee JE, Yun SI (2014) Effects of compost and gypsum on soil water movement and retention of a reclaimed tidal land. Kor J Soil Sci Fert 47:340-344 doi:10.7745/KJSSF.2014.47.5.340 10.7745/KJSSF.2014.47.5.340
24
Lee SK, Choi CS, Choi JM, Lee HJ, Park S, Do KR (2013) Effects of growth and cellular tissue under abnormal climate condition in Chinese cabbage. Protected Hortic Plant Fac 22:87-90. doi:10.12791/KSBEC.2013.22.2.087 10.12791/KSBEC.2013.22.2.087
25
Lim WJ, Sonn YK, Yoon YM (2010) The selection of yield response model of sugar beet (Beta vulgaris var. Aaron) to nitrogen fertilizer and pig manure compost in reclaimed tidal land soil. Kor J Soil Sci Fert 43:174-179
26
McCurdy MK (1988) Public trust protection for wetlands. Environ Law 19:683
27
Moon J, Jeong MJ, Lee SI, Lee JG, Hwang H, Yu J, Kim YR, Park SW, Kim JA (2015) Effect of LED mixed light conditions on the glucosinolate pathway in Brassica rapa. J Plant Biotechnol 42:248-256. doi:10.5010/JPB.2015.42.3.245 10.5010/JPB.2015.42.3.245
28
Munns R, Termaat A (1986) Whole-plant responses to salinity. Aust J Physiol 3:143-160. doi:10.1071/pp9860143 10.1071/PP9860143
29
Padilla G, Cartea ME, Velasco P, de Haro A, Ordás A (2007) Variation of glucosinolates in vegetable crops of Brassica rapa. Phytochemistry 68:536-545. doi:10.1016/j.phytochem.2006.11.017 10.1016/j.phytochem.2006.11.01717187832
30
Pavlović I, Mlinarić S, Tarkowská D, Oklestkova J, Novák O, Lepeduš H, Vujčić Bok V, Radić Brkanac S, Strnad M, et al. (2019) Early Brassica crops responses to salinity stress: a comparative analysis between Chinese cabbage, white cabbage, and kale. Front Plant Sci 10:450. doi:10.3389/fpls.2019.00450 10.3389/fpls.2019.0045031031786PMC6470637
31
Qiu N, Liu Q, Li J, Zhang Y, Wang F, Gao J (2017) Physiological and transcriptomic responses of Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. Pekinensis) to salt stress. Int J Mol Sci 18:1953. doi:10.3390/ijms18091953 10.3390/ijms1809195328895882PMC5618602
32
Rhee HC, Kang GH, Kweon KB, Choi YH, Kim HT (2002) Effect of high concentrations of sodium or chloride salts in soil on the growth of and mineral uptake by tomatoes. J Bio-Environ Control 11:121-126
33
Rural Development Administration (RDA) (2000) Methods of soil and plant analysis. Sammi Press, Suwon, Korea
34
Ryu JH, Chung DY, Hwang SW, Lee KD, Lee SB, Choi WY, Ha SK, Kim SJ (2010) Patterns of leaching and distribution of cations in reclaimed soil according to gypsum incorporation rate. Kor J Soil Sci Fert 43:596-601
35
Shim JY, Kim HY, Kim DG, Lee YS, Chung SO, Lee WH (2018) Optimizing growth conditions for glucosinolate production in Chinese cabbage. Hortic Environ Biotechnol 59:649-657. doi:10.1007/s13580-018-0084-1 10.1007/s13580-018-0084-1
36
Shimose N, Kurosaka K (1985) Salt tolerance of okra, Chinese cabbage and rape. Jpn J Trop Agric 29:203-207
37
Sohn YM, Song JD, Jeon GY, Kim DH, Park ME (2010) Effect of soil salinity and culturing condition on the maintenance of ridge and the growth of upland crops in the Saemangeum reclaimed tidal land. Kor J Soil Sci Fert 43:407-417
38
Son IC, Moon KH, Song EY, Oh S, Seo H, Moon YE, Yang J (2015) Effects of differentiated temperature based on growing season temperature on growth and physiological response in Chinese cabbage 'Chunkwang'. Kor J Agric For Meterol 17:254-260. doi:10.5532/KJAFM.2015.17.3.254 10.5532/KJAFM.2015.17.3.254
39
Tsuneo M (1996) Effect of high concentrations of sodium salts or chlorides in soil on the growth and mineral uptake of cucumber plants. Jpn J Soil Sci Plant Nutr 67:377-382
40
Wang X, Wang H, Wang J, Sun R, Wu J, Liu S, Bai Y, Mun JH, Bancroft I, et al. (2011) The genome of the mesopolyploid crop species Brassica rapa. Nat Genet 43:1035-1039. doi:10.1038/ng.919 10.1038/ng.91921873998
41
Yoon HI, Kim JS, Kim D, Kim CY, Son JE (2019) Harvest strategies to maximize the annual production of bioactive compounds, glucosinolates, and total antioxidant activities of kale in plant factories. Hortic Environ Biotechnol 60:883-894. doi:10.1007/s13580-019-00174-0 10.1007/s13580-019-00174-0
42
Yu JG, Park YD (2013) Isolation and identification of a new gene related to salt tolerance in Chinese cabbage. Korean J Hortic Sci Technol 31:748-755. doi:10.7235/hort.2013.13086 10.7235/hort.2013.13086
43
Zeng L, Shannon MC, Lesch SM (2001) Timing of salinity stress affects rice growth and yield components. Agric Water Manag 48:191-206. doi:10.1016/s0378-3774(00)00146-3 10.1016/S0378-3774(00)00146-3
페이지 상단으로 이동하기