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콩과(Fabaceae) 동부속(Vigna)은 단백질, 식이섬유, 비타민 등이 풍부하여 영양학적으로 중요한 식품으로 소비되고 있으며, 경제작물로써 유용 기능성에 관한 연구가 보고되고 있다(Chon et al. 2013; Nassourou et al. 2016). 돌동부[Vigna vexillata (L.) A.Rich. var. tsusimensis Matsum.]는 덩굴성 여러해살이풀로 경상남도, 전라남도, 제주도에서 주로 자생하며, 야생동부 또는 돌팥이라고도 한다(Lee 1992; KPNI 2022). 돌동부는 해열, 해독의 효능을 보이며, 통증제와 인후염, 소화불량, 위통 등에 효과가 있다(KIOM 2024).

콩과 종자는 영양학적으로 우수하여 중요한 식품원으로 이용되고 있으며(Chon et al. 2013; Kim et al. 2014b), 콩나물, 숙주나물과 같은 새싹을 활용한 기능성 식품 소재 개발이 활발히 진행되고 있다(Ha et al. 2009; Kim 2013). 새싹은 발아한 후 5–10일 된 어린 싹을 이용하기 때문에 효율적고 균일한 새싹 생산을 위해 짧은 기간 내에 발아할 수 있는 최적 조건을 구명하는 것이 필수적이다(Shin et al. 2014; Kwack et al. 2015; Lee et al. 2015). 균일한 발아는 새싹 제품의 균일성을 높혀 품질 향상으로 이어질 수 있으며, 빠른 발아는 단기간에 많은 수율을 얻을 수 있다. 따라서 새싹 생산을 위한 종자 발아 연구가 매우 중요하다(Kim et al. 2014a, 2014b). 그러나 콩과 종자는 종피의 불투수성에 의한 물리적 휴면이 고빈도로 발생하기 때문에(Park et al. 1998; Baskin and Baskin 2003) 휴면에 관여하는 요인을 파악하고, 휴면타파에 적합한 조건을 조성해 주는 것이 중요하다(Kelly et al. 1992; Baskin and Baskin 2004). 콩과 종자의 휴면타파에 관한 연구는 주로 열탕 혹은 저온 등의 전처리 방법이 보고되었으며(Rhie et al. 2016; Jaganathan et al. 2017), 이 방법들은 종자의 수분 흡수를 용이하게 하여 발아를 촉진한다(Luna et al. 2014; Gao et al. 2021).

종자의 전처리 방법 중 하나인 priming처리도 종자의 유근을 출현시키지 않고 수분을 흡수시켜 발아 잠재력을 높이는 방법으로 낮은 발아율과 불량한 균일도를 해결할 수 있다(Dearman et al. 1986; Khan 1992; Kang et al. 2000). 특히 hydro-priming은 친환경적인 방법으로 발아 촉진과 유묘의 초기 생육에 효과적이다(Hassini et al. 2017; Uddin et al. 2021). 또한, 종자 전처리 시 priming 단일 처리보다 광질과 priming 조합의 복합처리가 발아 및 입묘율 향상에 영향을 주며(Kang et al. 2001), Priming처리에 적절한 광질을 처리할 경우 발아율 향상과 이후 생산된 새싹의 추출물은 항산화 함량 및 생리활성능의 개선을 유도할 수 있다(Kang et al. 2000; Ouhibi et al. 2014; Lee et al. 2022).

현재까지 동부 및 녹두를 제외한 다른 콩과 종자를 이용한 새싹 연구는 제한적이며(Kim et al. 2014b), 새로운 국내 콩과식물을 활용한 새싹의 개발도 부족한 실정이다(Kim et al. 2015). 더불어 현재까지 돌동부를 활용한 새싹 생산 및 기능성 증진 연구는 보고된 바 없으며, 특히 광질과 수화프라이밍을 병행한 전처리 기술을 통해 항염 활성 등 기능성 향상을 시도한 연구는 드문 실정이다. 따라서 본 연구는 자생식물인 돌동부의 종자 수분흡수 및 발아 특성을 파악하여 새싹 생산을 위한 종자 침수 최적 조건을 구명하고자 하였다. 더불어 Hydro-priming처리중인 돌동부 종자에 다양한 광질을 조사하여 생산된 새싹을 대상으로 생육과 항산화 및 항염 효과를 확인하여 새로운 새싹으로서의 활용 가능성을 검토하였다. 이를 통해 새로운 국내 자원식물 자원 발굴과 더불어, 환경친화적인 전처리 기술을 기반으로 고기능성 새싹 개발 가능성을 제시하고자 한다.

재료 및 방법

종자의 기본특성

돌동부 종자는 2019년 전라남도 고흥군에서 수집하였으며, 정선한 종자는 실험에 사용되기 전까지 밀봉하여 4°C에 보관하였다. 종자의 길이(mm)와 너비(mm) 그리고 종자 천립중(g)은 10반복 측정하였으며, 실체현미경(SZ61, Olympus, Tokyo, Japan)을 이용하여 종자의 형태를 관찰하였다. 종자 활력은 50립씩 2반복으로 2일간 물을 흡수시킨 후, 1% tetrazolium solution에 처리하여 종자 단면의 염색 정도를 확인하였다. 종자의 수분흡수 변화를 확인하기 위해 20립씩 3반복으로 7일 동안 증류수에 침지하였으며, 이때 1일 간격으로 종자를 꺼내어 필터페이퍼로 종피에 묻은 수분을 제거한 다음 무게를 측정하고 재침지하였다.

종자의 발아 특성

돌동부 종자 발아에 미치는 영향을 확인하기 위하여 발아상의 온도는 15, 20, 25, 30 및 25/15°C로 명조건과 암조건으로 각각 실험 조건을 설정하였다. 발아 방법은 Between paper(BP)로 필터페이퍼(Cytiva, MA, USA)를 사용하였고, 종자 50립씩 4반복 처리하였다. 발아조사는 총 30일 동안 3일 간격으로 실시하였으며, 유근이 1mm 이상 출현한 종자 수를 확인하였다. 이후 발아율(germination percentage, GP), 평균발아일수(mean germination time, MGT), 발아속도(germination rate, GR), T₅₀를 제시하였으며, 다음과 같은 공식을 이용하여 계산되었다.

Germinationpercentage= Total number of germinated seeds Total number of sown seeds ×100

Mean germination time =∑ni×ti∑ni

Germination rate =∑niti

T50=ti+N2-∑njni×ti+1-ti

ni: ti일에 발아한 종자 수

ti: 발아가 관찰된 날짜

n: 최종 발아 종자수

∑nj: ti이전까지 누적된 발아 종자 수

nj: ti+1과 ti사이에 발아한 종자 수

종자 선별을 위한 침수 처리

종자의 수분 흡수 속도 차이로 발생되는 흡수 종자와 비흡수 종자의 선별을 위해 실험을 진행하였다. 침수 조건은 기간 1, 2, 3일과 온도 4, 15, 25°C로 각각 설정하였으며, 종자는 20립씩 3반복으로 50mL 코니칼 튜브(Conical tube, SPL Life Sciences Co., Ltd., Pocheon, Korea)에 증류수를 채워 침지하였다. 침수 조건별 흡수 종자와 비흡수 종자의 비율을 확인하고, 길이와 너비를 측정하여 비교하였다(Supplementary Fig. 1). 구분된 종자는 BP(Between paper) 방법으로 치상하였으며, 25°C의 암조건에서 7일 후 발아율을 조사하였다. 또한 생육조사는 줄기 길이(shoot length), 뿌리 길이(root length), 생체중(fresh weight)과 건체중(dry weight)을 10반복 측정하였으며, 건체중은 열풍건조(60°C, 72시간)하여 무게를 확인하였다.

광질별 hydro-priming처리 및 새싹 재배

본 실험은 앞서 확인된 선별을 위한 침수실험의 결과를 기반으로 hydro-priming처리 후 종자를 선별하였으며, 이후 광질별로 프라이밍된 종자를 파종하여 돌동부 새싹을 재배하였다. 재배된 새싹은 추출하여 각 실험 조건별 생리활성능을 평가하였다. 광질별 hydro-priming처리는 Lee et al.(2022)의 방법에 따라 수행하였다. 종자는 50립씩 증류수로 채운 50mL 코니칼 튜브에 3반복으로 침지하였고, 15°C의 발아생장기(Growth chamber, LBI-250E, Daihan Labtech Co., Ltd., Namyangju, Korea)에 롤링머신(3D Mini Roller, MR-03UA, Crystal Technology & Industries, Inc., Taxas, USA)을 설치하여 각 광질 하에 2일 동안 처리하였다. 대조구는 광질별 hydro-priming처리를 하지 않은 종자를 사용하였다. 광질은 식물의 광합성과 생리활성 반응에 관여하는 주요 파장대인 적색광(Red LED, 660nm, HT080-Red), 녹색광(Green LED, 520nm, HT080-Green), 청색광(Blue LED, 450nm, HT080-Blue), 백색광(White LED, HT100-5700)을 기반으로 처리하였으며, 광도는 모두 100µmol·m^-2·s^-1로 조성하였다(Fig. 1). 대조구는 암조건으로 설정하였다. 광질별 hydro-priming처리가 끝난 후 종자 크기가 비대한 흡수 종자를 선별하였다. 흡수 종자는 BP 방법으로 50립씩 4반복으로 치상하여 25°C의 암조건에서 7일 동안 발아를 진행하였다. 이후 암조건에서 발아한 새싹은 25°C의 명조건으로 옮겨 2일 녹화 처리하여 발아율과 생육 조사를 실시하였다. 더불어 추출물 제조 및 생리활성능 평가를 위하여 새싹을 즉시 액체질소로 동결하여 보관하였다.

Fig. 1.

Wavelengths of different light quality levels at the same light intensity. Light quality levels are red, blue, green, and white LED, and the light intensity is 100 µmol·m^-2·s^-1 (PPFD).

추출물 제조

광질별 hydro-priming처리하여 생산된 새싹은 동결건조하여 70% 에탄올을 용매로 이용하였고, 초음파 세척기(Power Sonic 510, Emerson Electric Co., Ferguson, USA)를 이용하여 추출하였다. 각 추출물은 진공여과(N810, KNF Neuberger, Inc., Freiburg, Germany)하여 회전 감압 농축기(Eyela N-1000, Tokyo Rikakikai Co., Tokyo, Japan)로 농축하였다. 추출 수율은 추출 전 시료 중량에 대한 추출 후 건조 중량을 mg·g·^-1 DW로 표현하였다.

생리활성능 평가

총 플라보노이드 함량(total flavonoid content, TFC)은 diethylene glycol colorimetric 방법에 따라 진행하였다(Gragaham 1992). Diethylene glycol 2mL와 1N sodium hydroxide(NaOH) 용액 200µL에 추출물 200µL을 혼합하여 37°C의 항온수조(BW3-10G, JEIO Tech. Co., Ltd., Daejoen, Korea)에서 1시간 암반응 하였다. 흡광도는 UV/VIS spectrophotometer(Libra S22, Biochrom Ltd., Cambridge, UK)를 이용하여 420nm에서 3반복 측정하였으며, naringin을 표준물질로 사용하여 표준 곡선을 통해 계산하였다(Supplementary Fig. 2). 총 폴리페놀 함량(total polyphenol content, TPC)은 Folin-Ciocalteu 방법을 변형하여 진행하였다(Velioglu et al. 1998). 추출물 100µL에 2% sodium carbonate(Na₂CO₃) 2mL를 혼합하여 3분 후에 Folin-Ciocalteu 시약 100µL을 첨가하여 30분 반응시켰다. 흡광도는 UV/VIS spectrophotometer를 사용하여 750nm에서 3반복 측정하였으며, Tannic acid를 표준물질로 사용하여 표준 곡선을 통해 계산하였다(Supplementary Fig. 3).

항산화 활성은 ABTS⁺와 DPPH 라디칼 소거능을 확인하였다. ABTS⁺ 라디칼 소거능은 Re et al.(1999)의 방법으로 진행하였으며, 7.4mM ABTS(2,2'-azino-bis)를 2.6mM potassium persulfate와 혼합하여 암상태에서 24시간 반응시켰다. ABTS 용액은 732nm에서의 흡광도 값이 0.70 ± 0.03이 되도록 3차 증류수로 희석하여 사용하였다. 농도별 추출물 50µL에 ABTS 용액 950µL을 첨가하여 10분 암반응 하였다. 흡광도(optical density, OD)는 UV/Vis-spectrophotometer를 사용하여 732nm에서 3반복 측정하였다. 농도별 추출물의 전자공여능(EDA, %)은 [(Control OD–Sample OD) / Control OD] × 100으로 계산하였으며, ABTS⁺ 라디칼 소거활성은 EDA를 50% 감소시키는데 필요한 시료의 농도를 계산하여 reduction concentration of 50%(RC₅₀)으로 나타내었다. DPPH 라디칼 소거능은 Blois(1958)의 방법을 변형하여 진행하였다. 농도별 추출물 200µL에 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 800µL을 첨가하여 30분 암반응 하였다. 흡광도는 UV/Vis-spectrophotometer를 사용하여 517nm에서 3반복 측정하였고, DPPH 라디칼 소거능은 ABTS⁺ 라디칼 소거능과 동일한 방법으로 표현하였다(Supplementary Fig. 4 and Supplementary Fig. 5).

항염 활성은 70% 에탄올을 용매로 추출한 추출물을 감압 농축하여 용매를 완전히 휘발시켰으며, dimethyl sulfoxide(DMSO)로 재용해하여 사용하였다. 실험에 사용된 대식세포 RAW 264.7은 한국세포주은행(Korean Cell Line Bank, Seoul, Korea)에서 분양받았다. 세포 배양은 세포 배양기(MCO-170AIC-PE, PHCbi, Osaka, Japan)에서 배양하였으며, 배양액은 10% FBS와 100units·mL^-1 penicillin과 100µg·mL^-1 streptomycin을 함유한 DMEM 배지를 사용하였다. 항염 활성은 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide(MTT) assay를 통하여 세포 독성을 확인하였으며, 염증 유발 인자인 nitric oxide(NO)의 생성량을 측정하였다. MTT assay는 RAW 264.7 대식세포를 1.5 × 10⁵cells·well^-1의 농도로 96well plate에 분주하고, 6시간 후에 각 well 당 LPS(1µg·mL^-1), quercetin(25µM), 돌동부 새싹 추출물(100µg·mL^-1)을 처리하여 18시간 배양하였다. 이 후 각 1mg·mL^-1의 MTT시약을 well 당 10µL을 첨가하여 90분간 반응시킨 다음 배지를 제거하였다. MTT를 환원하여 형성된 fomazan을 DMSO에 녹여 microplate reader(EPOCH-SN, Agilent, Santa Clara, CA, USA)를 이용하여 550nm에서 흡광도를 6반복 측정하였다. NO의 생성량 측정은 RAW 264.7 대식세포를 1.5 × 10⁵cells·well^-1의 농도로 96well plate에 분주하고, 6시간 후에 돌동부 새싹 추출물을 100µg·mL^-1 농도로 처리하여 18시간 배양하였다. 배양액 100µL과 griess 시약 100µL을 혼합하여 세포 배양기에서 10분 동안 반응시킨 후에 microplate reader를 이용하여 550nm에서 흡광도를 6반복 측정하고, 표준 곡선은 sodium nitrate로 작성하여 NO의 생성량을 계산하였다.

통계 분석

모든 실험은 완전임의배치법으로 수행되었으며, 반복 실험을 통해 데이터를 수집하였다. 수집된 모든 데이터는 SAS 프로그램(Statistical Analysis System, 9.4 Version, SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 분석하였으며, 처리 간 평균 비교를 위해 분산분석(ANOVA)을 실시하고, 유의차 검정을 위해 Duncan's multiple range test를 수행하였다(p < 0.05). 데이터는 평균 ± 표준오차(mean ± SE)로 표현하였으며, 모든 분석은 각 실험의 반복을 독립된 실험 단위로 간주하여 수행하였다.

결과 및 고찰

종자의 기본 특성 및 발아

돌동부 종자의 크기는 평균 길이 5.83mm, 너비 4.08mm이며, 천립중은 51.08g, 활력은 80%로 조사되었다(Table 1). 돌동부 종자의 수분 흡수 변화는 초기의 건조 종자 수분 함량 14.6%에서 1일 차에 31.7%, 2일 차에 35.3%, 3일 차에 37.7%까지 증가하였고 이후 변화의 폭이 크지 않았다(Fig. 2). 물리적 휴면의 경우 불투수성의 종피로 인해 수분 흡수가 억제되며(Baskin et al. 1998), 12시간 이내 건조 종자 대비 20% 이상의 수분 함량 차이를 보이면 물리적 휴면을 가지고 있지 않다고 판단하였다(Baskin and Baskin 2003). 따라서 돌동부 종자는 침지 24시간 후 초기 수분 함량 대비 17% 증가하였으므로 종피의 불투수성에 의한 물리적 휴면 종자로 판단하였다.

Fig. 2.

Changes in the moisture contents in Vigna vexillata (L.) A.Rich. var. tsusimensis Matsum. seeds during the soaking period at 4 ± 1.0°C. Different letters indicate a significant difference between the means at p < 0.05 according to Duncan’s multiple range test.

돌동부 종자의 발아조사 결과 명조건에서 온도가 높아질수록 발아율이 향상되었으며, 30°C에서 76.5%, 25°C와 25/15°C 조건에서 각 72.0 및 70.5%로 우수하였다(Table 2). 또한 25°C의 암조건에서 발아율이 52.5%로 타 온도에 비해 유의적으로 높았으며, 광조건에 관계없이 15°C에서는 발아가 억제되는 경향이었다. 저온 조건에서 종자 발아는 수분 흡수 속도가 느려지면서 발아가 억제되며(Mayer and Poljakoff-Mayber 1989), Kim et al.(2005)은 품종별 나물용 콩의 파종일이 5월보다 늦어질수록 발아율이 향상되었다는 점에서 본 연구의 결과와 유사한 경향을 보였다.

돌동부 종자의 T₅₀은 15°C를 제외한 높은 온도에서 짧은 경향이었고, 특히 15°C에서는 25.4일로 발아에 긴 기간이 소요되었다. 진달래 종자는 발아 온도가 높아질수록 T₅₀이 단축되어 발아 온도의 영향으로 균일한 발아가 유도된 것으로 보고된 바 있다(Choi et al. 2018). 돌동부 종자도 온도가 높아질수록 발아율 향상과 더불어 T₅₀이 짧아지는 것으로 보아, 돌동부 발아에는 온도의 영향이 있다고 판단된다. 발아속도는 수치가 클수록 종자 발아 능력이 높아 발아력이 우수하다고 판단한다(Czabator 1962). 돌동부 종자의 발아속도는 20–30°C에서 6.9–7.4로 나타났으며, 15°C에서 3.2로 가장 낮았다. 평균발아일수는 명조건 하에서 발아속도와 유사한 경향을 보였으며, 15°C를 제외한 조건에서는 유의적인 차이가 없었다. 이는 발아속도의 수치가 높으면 평균발아일수가 단축되어 발아 향상에 도움된다는 보고와 일치하였다(Czabator 1962; Alhamdan et al. 2011).

본 연구에서 돌동부 종자는 15°C의 낮은 온도에서는 발아가 억제되었고, 종자의 발아 관련 지표들을 종합적으로 고려하였을 때 발아 적정 온도 범위는 25–30°C로 판단된다. 추가적으로 돌동부 종자는 발아 기간 중 종자별 발아 개시에는 차이가 있었으며, 발아 직전의 종자는 건조 종자에 비해 비대하고 종피의 색이 옅어지는 경향이 관찰되었다(Supplementary Fig. 1). 이는 각 종자의 종피마다 상이한 불투수성에 따른 수분 흡수 속도 차이 때문으로 판단되어, 종자 선별을 위한 침수 처리 조건 구명이 요구되었다.

침수 처리에 따른 종자 선별

침수 기간과 온도를 달리하여 돌동부 종자의 흡수 종자 비율을 조사한 결과, 기간 및 온도가 증가할수록 흡수 종자의 비율이 많아지는 경향이었으며 25°C의 2일(63%)과 3일(58%) 처리에서 가장 높았다(Fig. 3). 흡수 종자의 침수 온도와 기간에 대한 two-way ANOVA 분석 결과, 각 요인은 고도의 유의성이 인정되었으나 두 요인의 상호 간에는 유의성이 없었다. 대두 품종인 준저리와 갈림3호 종자는 온도가 높을수록 수분흡수율이 높아졌으며(Bae et al. 2002), 갓끈동부 종자는 고온에서 처리하였을 때 종자의 발아에 필요한 수분 함량인 50%에 도달하는데 효과적이었다(Kim et al. 2009). 대두 종자의 수분 흡수율은 침수 기간과 온도의 영향이 있다는 보고와 같이(Kim et al. 2006), 돌동부 종자의 수분 흡수율에서도 유사한 경향이 확인되었다. 침수 기간에 따른 흡수 종자와 비흡수 종자의 크기에는 유의한 차이가 있었으며, 흡수 종자는 비흡수 종자 대비 길이 1.3–1.5배, 너비 1.2–1.3배 증가하였다(Fig. 4). 작두콩은 수분 흡수 후에 종자의 길이와 너비가 약 1.16, 1.31배 증가하였으며(Doo et al. 2001), 대두 종자는 침수 온도가 증가하면서 수분 흡수 속도의 증가와 함께 종자의 무게와 크기도 증가하였다(Kim et al. 1985). 돌동부 종자는 같은 침수 조건에서도 종자 크기가 상이하게 나타났는데, 이는 종자 수분 흡수율 및 흡수 속도에 차이로 판단된다. 일부 불투수성 종자는 같은 집단 내에서도 수분 흡수 차이가 나타며(Kim et al. 2009; Rodrigues et al. 2019), 발아하기 직전에 수분 흡수로 인해 종자의 부피가 유의적으로 증가하는 것으로 보고된 바 있다(Han et al. 2013; Luna et al. 2014). 본 연구에서 돌동부 종자는 침수 15°C의 3일과 25°C의 1–3일 처리 도중에 종피의 파열이 관찰되었는데(Supplementary Fig. 1), 이는 종자의 수분 흡수로 종피의 물리적 저항성이 감소한 것으로 보인다(Kang et al. 2004). 흡수 종자의 발아율은 침수 기간에 관계없이 침수 온도 15–25°C에서 우수하였으며, 4°C에서 침수된 종자는 발아율이 가장 저조하였다(Fig. 5). 흡수 종자로부터 발아된 새싹은 침수 15°C의 2일 처리의 뿌리 생육이 가장 우수하였으며, 침수 4°C 처리와 대조구에서 대체적으로 생육이 저조하였다(Table 3). 완두콩은 6°C 이하의 침수 온도에서 활력이 유의적으로 저하되었고(Perry and Harrison 1970), 제비콩은 20°C에서 침지했을 때 대조구 대비 발아율과 정상묘율이 향상되어(Kim et al. 2009) 본 연구와 유사한 결과를 보였다.

Fig. 3.

Proportion of water absorbed in Vigna vexillata (L.) A.Rich. var. tsusimensis Matsum. seeds according to the soaking period and temperature. Different letters indicate a significant difference between the means at p < 0.05 according to Duncan’s multiple range test. NS, not significant; * and *** indicate significance at p < 0.05, and 0.001, respectively, with two-way ANOVA in the box.

Fig. 4.

Changes in Vigna vexillata (L.) A.Rich. var. tsusimensis Matsum. seed sizes during different soaking periods. The box on the left represents the changes in the seed length, and the box on the right represents the changes in the seed width. Data presented are the means with standard errors. *** indicates significance at p < 0.001 according to a t-test.

Fig. 5.

Germination percentages of absorbed and unabsorbed seeds according to the soaking period and temperature in Vigna vexillata (L.) A.Rich. var. tsusimensis Matsum. (A) germination percentage of absorbed seeds, and (B) germination percentage of unabsorbed seeds. Different letters indicate a significant difference between the means at p < 0.05 according to Duncan’s multiple range test.

돌동부 종자는 집단 내에서 수분 흡수의 차이에 따라 종자 크기 뿐만 아니라 발아율과 새싹의 생육에도 유의적인 차이를 보였으며, 침수 처리에 따른 흡수 종자와 비흡수 종자의 선별은 이후 새싹 재배에 있어 단기간 발아와 높은 생산성을 기대할 수 있다고 생각된다. 본 연구에서 침수 15°C의 3일과 25°C의 1–3일 처리가 흡수 종자의 비율이 가장 높았으나 침수 도중에 종피가 파열되어 새싹 생산시 비정상묘 또는 2차오염을 야기할 수 있으므로, 15°C의 2일 침수 조건이 전반적으로 높은 발아율과 새싹의 생육에 적합한 조건으로 판단되었다.

광질별 hydro-priming처리 된 돌동부 종자의 새싹 재배

광질에 관계없이 모든　hydro-priming처리구는 대조구 종자(38.7%) 대비 발아율이 높았으며, 특히 청색광 처리구가 80.0%로 가장 우수하였다(Table 4). Kang et al.(2000)의 연구에서 더덕 종자는 청색광에서 priming 1일 처리 시 발아와 유묘 출현에 효과적이었으며, Kang et al.(2001)의 연구에서 고추 종자는 적색광 하의 priming처리가 타 광질보다 발아율이 가장 높게 나타났다.

돌동부 종자는 광질 처리의 여부에 관계없이 hydro-priming한 돌동부 종자는 대조구 대비 35% 이상 높은 발아율이 나타난 것으로 보아 이전연구의 결과(Fig. 3)와 같이 침수 처리에 따른 흡수 종자의 선별 효과를 재확인하였다.

광질별 hydro-priming처리를 통해 생산된 돌동부의 줄기 길이, 뿌리 길이를 조사한 결과 광질에 따라 유의적 차이를 보였다(Table 4). 생체중과 건체중은 광질에 따른 큰 생육의 차이는 보이지 않았지만, 대조구 대비 모든 광질별 처리에서 높은 경향을 보였다. 돌동부의 뿌리 길이, 생체중, 건체중은 청색광에서 다른 처리구들에 비해 유의적으로 높은 값을 나타냈다. 대조구보다 청색광에서 뿌리 길이, 생체중, 건체중은 1.7배, 1.5배, 1.3배 높았으며, 줄기 길이는 백색광에서 다른 처리구들에 비해 유의적으로 높은 값을 나타났으며, 대조구 대비 3.9배 높았다. 이는 양배추(Lee et al. 2022)와 오이(Kang 2003) 종자의 hydro-priming처리 후 생산된 새싹의 생육이 대조구 대비 증가한 결과와 유사하였다.

생리활성능 평가

광질별 hydro-priming처리를 통해 생산된 돌동부 새싹의 추출 수율은 암조건과 백색광 처리구에서 가장 높았다(Table 5). 녹색광(10.73mg TAE·g^-1)을 제외한 모든 처리구에서 TPC의 유의적인 차이가 없었고, TFC는 청색광에서 가장 많고 적색광과 백색광에서 유의적으로 적었다. 이는 Lee et al.(2022)의 연구에서 광질별 hydro-priming처리는 양배추 종자로부터 생산된 새싹의 추출물 내 TPC와 TFC가 차이를 보인다는 결과와 동일하였다. 특히 청색광은 페놀 및 플라보노이드 화합물의 생합성을 촉진하는 광질로, 식물의 이차대사 활성 유도에 효과적이라는 보고가 있으며(Liu et al. 2016), 본 연구에서도 청색광에서 TFC 함량이 가장 높게 나타난 결과와 일치하였다. 각 돌동부 새싹 추출물에 대한 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성능은 암조건 및 청색광, 적색광 처리구에서 높은 것으로 나타났으며, 녹색광 처리구는 TPC와 TFC 함량이 적고 라디칼 소거능 또한 낮은 것으로 확인되었다. 이전까지의 관련 연구 결과에서 발아하는 과정 중 또는 발아한 이후 광질의 영향으로 항산화 물질의 함량이 증가한다는 보고가 있으나(Pérez-Balibrea et al. 2008; Phansurin et al. 2017), 본 연구에서와 같이 종자 프라이밍과 광질을 복합적으로 처리한 종자로부터 생산된 새싹의 기능성 향상은 부피가 적은 종자에 대한 효율적인 방법으로 판단되었다.

세포독성과 NO 생성 저해 효과

돌동부 새싹 추출물의 세포 독성 여부를 MTT assay로 확인하였으며, 모든 처리구에서 80% 이상의 세포 생존율을 보였다(Fig. 6A). 돌동부 새싹 추출물의 NO 생성 억제 효과를 확인하기 위해 Lipoploysaccharide(LPS)를 인위적으로 처리하여 염증반응으로 유도된 NO 생성량을 확인한 결과, Negative control인 LPS 처리구에서 52.0µM의 NO가 생성되었으며, LPS를 처리하지 않은 무처리구보다 4.7배 증가하였다(Fig. 6B). 모든 돌동부 새싹 추출물은 NO 생성량이 23.9–48.30µM의 수준으로 광질과 관계없이 LPS처리구에 비해 유의적으로 감소하였다. 특히 적색광 하에서 hydro-priming처리한 종자의 새싹 추출물(23.9µM)은 LPS처리구보다 NO 생성량이 54.0% 감소하였고, positive control인 quercetin(26.5µM) 처리구와 유의적으로 차이가 없었다. 적색광 처리구는 TFC 함량은 낮았으나 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성과 함께 NO 생성 억제 효과 또한 우수하게 나타나, 플라보노이드 외의 항산화·항염 관련 이차대사물질이 관여했을것으로 추측된다. 적색광은 광수용체(phytochrome)를 매개로 산화 스트레스 방어 관련 유전자와 이차대사산물의 생합성을 유도할 수 있으며(Franklin and Quail 2010; Cao et al. 2018), 이들 성분은 대식세포에서 iNOS 발현을 억제하거나 NO 생성을 차단하는 효과를 가진다고 알려져 있다(Ryu et al. 2003; Yang et al. 2009; Sultanov et al. 2022). 따라서 본 연구에서 적색광 처리된 돌동부 새싹 추출물이 quercetin 처리군과 유사한 수준의 NO 생성 억제 효과를 보인 것은 이러한 생리활성 물질 증가에 기인한 결과로 판단된다.

Fig. 6.

Effects of Vigna vexillata (L.) A.Rich. var. tsusimensis Matsum. sprout extract on cell viability and nitric oxide production in LPS-stimulated RAW 264.7 macrophages. LPS, lipopolysaccharides; QCT, quercetin of 25μM. Different letters indicate a significant difference between the means at p < 0.05 according to Duncan’s multiple range test.

본 연구를 통해 돌동부의 침수처리에 따른 종자 선별 조건을 구명하고 종자의 hydro-priming 및 광질의 복합처리에 따른 생리활성능 향상에 대한 가능성을 밝힘으로써 효율적인 종자번식 및 새싹의 기능성 증진을 통한 국내 자생식물의 천연물 소재화에 기여할 연구 결과로 생각된다. 나아가 돌동부 새싹의 항산화 및 항염 활성을 기반으로 기능성 식품 소재로서의 활용 가능성이 기대되며, 후속 연구로서 저장성 평가, 주요 생리활성 성분의 동정 및 정량 분석을 통한 실용과 기반 구축이 필요할것으로 판단된다.

Supplementary Material

Supplementary materials are available at Horticultural Science and Technology website (https://www.hst-j.org).