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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.27 No.1 pp.94-101
DOI : https://doi.org/10.12791/KSBEC.2018.27.1.94

Analysis of Year-round Cultivation Characteristics of Artemisia princeps in Greenhouse and Enhancement of Eupathilin Content by Environmental Stress

Woo Hyun Kang1, Zeesoo Han1, Seung Jun Lee1, Jong Hwa Shin1, Tae In Ahn1, Joo Young Lee1, Suk Woo Kang1, Sang Hoon Jung1, Jung Eek Son1*
1Department of Plant Science, Seoul National University, Seoul 08826, Korea
2Department of Horticulture and Breeding, Andong National University, Andong 36729, Korea
3Natural Products Research Center, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Gangneung 25451, Republic of Korea
Corresponding author: sjeenv@snu.ac.kr
20171219 20180108 20180109

Abstract

Mugwort (Artemisia princeps) is a medicinal plant that has a substance called euphatilin, which is effective for cell damage and gastritis recovery. The objectives of this study were to investigate the annual growth characteristics of Artemisia princeps in greenhouse and to increase the eupatiline content by environmental stresses. Growth and eupatilin content of the plants were compared after 6 weeks of seedling and subsequent 8 weeks of greenhouse cultivation. Photosynthesis of mugwort plants did not saturate even at a relatively high light intensity of 1,200μmol m-2·s-1. Growth rate of the plants reached its highest at two weeks after transplanting and began to decrease since 8 weeks after transplanting. The plants showed typical characteristics of a perennial herbaceous plant as they were sensitive to seasonal changes. In particular, the plants showed high growth and eupatilin content in spring and summer as vegetative growth periods, but flowering and wintering caused considerable decreases in growth and eupatilin content in fall and winter. Therefore, application of night interruption is essential for year-round cultivationof the plant. Two stresses and a elicitor were treated: drought stresses by stopping irrigation at 5, 6, 7, and 8 days before harvest; salt stresses with nutrient solution concentrations of 2, 4, 6, 8, and 10 dS·m-1 by adding sodium chloride at 3 days before harvest; and foliar applications of methyl jasmonates of 12.5, 25, 50, and 100μM at 3 days before harvest. Significant increase in eupatilin content was observed at drought stresses of 7- and 8-days of irrigation stop and foliar application of 25μM methyl jasmonate, while no significant increase observed at salt stresses. From the results, it was confirmed that the environmental treatments can improve the productivity and quality of Artemisia princeps as a phamaceutical raw material.


강화쑥의 온실 주년 재배 특성 분석 및 환경 처리를 통한 유파틸린 성분 증대

강 우현1, 한 지수1, 이 승준1, 신 종화1, 안 태인1, 이 주영1, 강 석우1, 정 상훈1, 손 정익1*
1서울대학교 식물생산과학부
2안동대학교 원예육종학과
3한국과학기술연구원 천연물융합연구센터

초록

쑥은 세포 손상과 위염 회복에 효능이 있는 유파틸 린을 가지고 있는 약용작물이다. 본 연구의 목적은 강 화쑥의 온실에서의 주년 생육 특성을 분석하고, 환경 스트레스를 처리하여 유파틸린의 함량을 증대시키는 것이다. 유리 온실에서 강화쑥을 육묘 6주, 정식 후 8 주간 재배하여 생육 특성과 유파틸린 함량을 비교하였 다. 광합성은 상대적으로 고광도인 1,200μmol·m-2·s-1에 서도 포화되지 않았다. 생육속도는 정식 후 2주후에 최고에 도달하였고 정식 후 8주부터 감소하기 시작하 였다. 강화쑥은 다년생 숙근초로 계절 변화에 민감하게 반응하여 봄 여름의 영양 생장기에는 높은 생육과 성 분 함량을 나타내었으나, 가을과 겨울에는 개화 및 월 동으로 인하여 생육 및 유파틸린 성분 함량이 크게 감 소하였다. 따라서 강화쑥의 주년 재배를 위하여는 이를 억제하기 위한 야파 처리의 적용이 필수적인 것으로 판단되었다. 2종류의 스트레스와 1종류의 eliciter를 처 리하였다. 건조 스트레스는 수확 전 5, 6, 7, 8 일간 관수을 중단하였고, 염류 스트레스는 수확 3일전 양액 에 염화나트륨 추가하여 2, 4, 6, 8dS·m-1 농도로 하였 고, 메틸자스모네이트는 수확 3일전 12.5, 25, 50, 100μM 농도로 엽면 시비하였다. 건조 스트레스 처리 구 중 7일 및 8일간 관수를 중단한 경우와 메틸자스모 네이트를 25μM 엽면 시비한 경우 유파틸린 함량이 증 가하였다. 염류 스트레스 처리구에서는 유파틸린 함량 증대가 발견되지 않았다. 본 연구 결과는 환경 처리를 통해 유용 성분의 증대가 가능하고 의약 원료로써 강 화쑥의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있음을 증 명하였다.


    Ministry of Trade, Industry and Energy
    10049146

    서 론

    쑥속(Artemisia genus)은 국화과(Asteraceae)에 속하는 다년생 초본 식물로, 북반구에 약 200종이 분포하며 국 내에서도 38종이 보고 되어있다(Ryu 등, 2005). 쑥속 식 물들은 종에 따라 생리활성을 가진 여러 유효 성분들을 함유하여 약용으로 사용되어 왔다. 약쑥(Artemisia asiatica)은 한방에서 지혈 작용으로 잘 알려져 있으며 (Ryu 등, 1998) 유럽원산의 쑥대(Artemisia arborescens) 는 정유에 포함된 chamazulene의 소염작용이 이용되고 있다(Ornano 등, 2013). 또한 개똥쑥(Artemesia annua L.)은 강력한 항말라리아 효능을 가지는 arteminisin을 함유하여 항말라리아 약품으로 개발되어 널리 사용되고 있다(Mbengue 등, 2015).

    국내에서는 위 궤양과 위염에 대한 효능을 가진 유파틸 린(Eupatilin)을 이용한 위염치료제가 개발되어 시판되고 있 다(Lee 등, 1997; Oh 등, 1997; Oh 등, 2005). 국내 자생 쑥 중에서는 강화도를 중심으로 한 서해안 지역의 쑥이 높 은 eupatilin 함량을 가지는 것으로 확인되었으며(Ryu, 2008; Ahn 등, 2012) 이 중 강화도에서 자생하는 사자발쑥 은 특히 eupatilin의 함량이 높으며 강화쑥이라고 불린다.

    작물이 의약원료로서 사용되는 경우 의약품의 안정적 생산을 위하여 연중 안정적 공급이 필요하지만 노지에서 재배·공급되는 쑥은 계절과 작기에 따라 생산량의 변동 이 크게 발생하는 문제점이 있다. 쑥을 온실 재배할 경 우 환경 제어를 통하여 계절에 따른 생산량 변동을 억 제하고 재배 가능 작기를 확대할 수 있을 뿐 아니라 환 경 제어를 통한 스트레스 부여를 통해 이차대사산물의 함량을 증가시킬 수 있어 의약원료로서의 생산성과 품질 을 향상시킬수 있는 적절한 재배 방법이 될 것이다.

    하지만 지금까지 쑥의 재배와 이차대사산물 함량에 관 한 연구는 국내외적으로 노지에서의 재배를 기준으로 수 행되어 왔으며 온실에서의 재배를 위한 연구는 찾아보기 어렵다. 재배 지역의 기후 특성과 강화쑥의 생육 환경과 의 관계(Ahn 등, 2012), 재배 지역과 수확시기 별 유파 틸린과 자세오시딘의 함량과의 관계(Ryu 등, 2005) 등, 자생지역별 환경조건 및 생태에 따른 생산량 최대화 (Ferreira 등, 1995)에 대한 분석 등이 수행되었지만, 온 실에서의 재배를 기준으로 한 연구는 수행된 바 없었다.

    또한 다양한 작물에 대하여 건조 스트레스(Reddy 등, 2004; Zobayed 등, 2007; Yuan 등, 2012; Rajabbeigi 등, 2013), 염류 스트레스(Baghalian 등, 2011; Garrido 등, 2014), 메틸 자스모네이트 시비(Ku 등, 2014a, 2014b) 등의 환경 처리를 통한 이차대사산물 함량의 변화 및 증진에 관한 다양한 연구가 진행되었지만 쑥의 유파틸린 함량의 증진에 적용된 사례는 없었다.

    따라서 본 연구에서는 쑥의 온실 주년 재배를 위한 기 초자료를 얻고자 온실 재배 강화쑥의 주년 생육 특성과 유파틸린 함량의 변화를 분석하고, 건조 및 염류 스트레 스와 메틸 자스모네이트의 처리에 따른 유파틸린의 함량 의 변화를 분석하는 것을 목적으로 하였다.

    재료 및 방법

    1.식물 재료 및 재배 환경

    실험에 사용한 쑥은 서울대학교 농업생명과학대학 부 속 농장의 유리 온실(경기도 수원, 37°16’13”N, 126°59’23”E)에서 주간 온도 및 야간 온도를 30°C 및 18°C로 조절하며 육묘 6주, 정식 후 8주간 재배 후 수 확되었다. 육묘는 삽목 번식하였으며 삽수는 줄기에 잎 을 1매 부착한 상태로 하부 줄기 30~50mm, 상부 줄기 11mm 미만으로 하여 발근제(동부루톤, 동부한농화학, Korea)를 적용한 뒤 상토(바로커 2호, 서울바이오, Korea)를 채운 50공 육묘 트레이에 삽목하였다. 육묘 기 간 중에는 매일 30분간 저면 관수하였고 삽목 개체의 발근률이 50% 이상일 때부터 0.8dS·m-1 농도의 양액을 적용하였다. 사용된 양액의 다량원소 NO3-N, NH4-N, PO4-P, K, Ca, Mg, SO4-S의 농도는 각각 6.0, 0.5, 1.5, 4.0, 2.0, 1.0, 1.0me·L-1 이었고, 미량원소 Fe, B, Mn, Zn, Cu, Mo의 농도는 각각 35.0, 18.0, 3.6, 0.3, 0.2, 0.1μM 이었다. 육묘 42일 후 상토(바로커 2호, 서울바이 오, Korea)를 채운 직경 120mm 비닐 포트에 지주대와 함께 정식하였다. 정식 후에는 육묘기와 동일한 조성의 양액을 1.5dS·m-1 농도로 매일 15분씩 저면 관수하였다.

    2.환경 스트레스 처리

    이차대사산물 함량 증가를 위한 스트레스 처리로는 건 조 스트레스, 염류 스트레스, 메틸자스모네이트 엽면 시 비를 이용하였다. 건조 스트레스는 관수를 수확 전 각각 5, 6, 7, 8일간 중단하는 4개 처리구이며, 염류 스트레스 는 관수 양액에 염화나트륨을 가해 농도를 각각 2, 4, 6, 8, 10dS·m-1로 하여 수확 전 3일간 관수하는 5개 처 리구로 구성되었다. 메틸자스모네이트 시비는 에탄올을 용매로 하여 개체당 8mL씩 수확 3일전 엽면 시비하였 으며 각각 12.5, 25, 50, 100μM 농도의 4개 처리로 구 성되었다. 무처리를 대조군으로 하였고, 각 처리군과 대 조군은 5개체씩으로 구성되었다.

    3.유파틸린 함량 분석

    강화쑥은 수확 후 건조기(FS-420, Advantech, Tokyo, Japan)에서 80°C로 96시간 동안 건조한 뒤 분쇄하여 강 화쑥 잎 1g 당 10mL의 95%(v/v) 에탄올을 가하고 2시 간 동안 초음파 추출한 뒤 HPLC를 이용해 정량하였다 (Fig. 1). HPLC 칼럼은 Luna(II) C18(Φ 4.6 × 250mm, 5μm) (Phenomenex, Macclesfield, UK), 칼럼 온도는 35°C, 유속은 1.0mL·min-1로 하였고 시료의 양은 10mL, 관측 파장은 340nm, 분석 시간은 40분으로 하였다. 이 동상은 ACN과 0.1% TFA water를 사용하여 0분(ACN : 0.1% TFA water = 30 : 70), 18분(42 : 68), 25분(60 : 40), 32분(95 : 5) 그리고 40분(30 : 70)으로 농도 구 배를 주었다.

    4.광합성 속도 측정

    강화쑥의 광량에 따른 엽광합성 속도는 포터블 광합성 측정장치(Li-6400, Li-Cor, Lincoln, NE, USA)을 이용하여 측정하였다. 측정 조건은 블록 온도 25°C, 유속 500μmol·s-1, 이산화탄소 농도 400μmol·mol-1로 설정하였다.

    5.기상 데이터 수집

    외부 기상자료는 실험이 수행된 유리 온실과 근접한 수원 기상대(37o16’21”N, 126o59’07”E)에서 수집된 자료 를 기상청에서 제공받아 사용하였다.

    6.통계 처리

    통계 분석은 Sigmaplot 프로그램(SigmaPlot 12.5, Systat Software, Inc., San Jose, CA, USA)을 사용하여 일원배치 분산분석 및 던컨의 다중범위 검정을 이용하였 고, 유의수준은 p ≤ 0.05로 설정하였다.

    결과 및 고찰

    1.강화쑥의 생육 특성

    강화쑥의 광합성은 1,200μmol·m-2·s-1의 광도에서도 포 화되지 않는 모습을 보였다(Fig. 2). 이는 강화쑥이 노지 에 자생하는 식물로 태양광에 적응하여 높은 광포화점을 가지는 것을 나타내며 높은 광도와 누적 광량을 요구하 는 식물로 판단된다. 재배 기간에 따른 강화쑥의 생육 속도는 정식 후 2주에 최대에 도달하여 8주부터 다시 감소하기 시작하였다(Fig. 3). 재배 기간 대비 생육량은 정식 후 8주에서 최대에 도달하여 투입 효율을 고려하 였을 때 생육 속도가 감소하기 전에 수확하는 것이 유 리할 것으로 판단되었다.

    2.재배 시기에 따른 생육 및 유효 성분 축적 특성

    강화쑥은 재배 시기에 따라 생장량과 유파틸린 축적이 매우 달라지는 특성을 나타내었다. 생육 및 유효 성분 함량 모두 봄 작기에 재배되었을 때가 가장 높았으며 여름과 가을, 겨울로 갈수록 생육과 유효 성분이 감소하 였다(Table 1). 가을 재배 시 강화쑥 개체에서 추대 및 개화 현상이 발생했고 겨울 재배 시에는 생육이 거의 일 어나지 않고 매우 짧은 초장으로 유지되는 특성을 나타 내어 계절에 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있었다 (Fig. 4). 이러한 특성으로 볼 때, 강화쑥은 근연종인 개똥 쑥(Artemisia annua L.)과 동일하게 다년생 숙근초이며 가을에 개화하는 단일식물인 것으로 보인다(Ferreira 등, 1995). 본 연구에서 관찰된 강화쑥의 재배 시기에 따른 생육 특성은 봄과 여름 동안 생육하여 개화한 후 겨울에 지상부가 고사하고 월동한 숙근에서 다시 생육하는 다년 생 숙근초의 생애주기 특성을 보여주었다.

    가을과 겨울에 생육 및 유효 성분 함량이 동시에 감소 하여 유효 성분의 총량이 크게 감소하는 것은 일조시간 및 일사량 감소로 인해 생육이 감소한 것에 의한 영향 과 단일조건에 의해 생장상 변화에 의한 영향이 복합적 으로 작용한 것으로 보인다. 식물의 유효성분의 축적은 식물의 생육뿐 아니라 생장상의 변화와도 밀접한 관련을 가지고 있다(Figueiredo 등, 2008). 본 연구의 대상인 강 화쑥의 경우 유효 성분인 유파틸린은 영양 생장기에 축 적되며 생식 생장으로의 생장상 변화 시 감소하는 것으 로 보인다. 따라서 가을과 겨울에 강화쑥의 생장 및 유 효 성분 함량을 유지하기 위해서는 생식 생장으로의 생 장상 전환을 억제할 필요가 있다.

    본 연구에서 강화쑥은 온도가 제어되는 온실에서 재배 되었으므로 강화쑥이 나타낸 계절에 대한 반응들은 주로 일장에 대한 반응이라고 판단된다. 강화쑥의 한계 일장 에 대한 연구는 이루어진 바 없으나, 근연종인 개똥쑥은 단일 조건에 매우 민감하며(Jelodar 등, 2014) 약 13시간 의 한계 일장을 가지는 단일 식물이라는 것이 보고되었 다(Ferreira와 Janick, 1995; Ferreira 등, 1995). 강화쑥도 이와 유사한 한계 일장을 가지고 있을 것으로 판단되었 으며 연중 재배를 위하여는 일장 조절이 필요할 것으로 판단되었다. 개똥쑥의 재배에서도 유효 성분인 아르테미 시닌(artemisinin)의 생산성을 최대화하기 위한 핵심 조 건은 일장으로 제시되었다. 이는 단일조건에 의한 생식 생장으로의 생장상 전환이 아르테미시닌의 함량을 증가 시키지만 영양생장의 중단으로 이어져 아르테미시닌의 총량이 감소하였기 때문이다(Jelodar 등, 2014). 강화쑥 의 경우 개화시 유파틸린 함량도 감소하므로 단일조건에 의한 유파틸린 생산량의 감소 정도가 더욱 크게 나타났 다. 아르테미시닌의 생산량을 유지하기 위하여 늦게 개 화하는 야생종을 일장이 긴 고위도 지방에서 재배하는 방법이 제시되었고(Ferreira 등, 1995; Laughlin 등, 2002), 딸기, 국화, 시클라멘 등 원예작물의 생산에서도 전조, 야파 처리 등 광 환경 제어를 통해 식물의 일장 인식을 조절하는 방법이 널리 사용되고 있다(Shin 등, 2010; Kim과 Kim, 2014; Lee 등, 2015). 강화쑥의 경우 야파 처리를 적용하는 것이 것으로 현실적이고 효과적인 대응 방법으로 판단된다.

    여름에는 봄에 비하여 강화쑥의 생육과 성분이 감소하 였다. 여름 재배 시 환기 및 팬앤패드 냉방을 적용하였 음에도 높은 일사량과 기온으로 인해 온실 내 온도가 최대 43.9°C까지 상승하였으며(Fig. 5A) 이로 인해 고온 장해가 다소 발생한 것으로 해석된다(Fig. 5A). 강화쑥 의 유파틸린 함량은 온도가 낮은 환경 및 일교차가 큰 환경에서 높아지는 것으로 보고된 바 있다(Ahn 등, 2012). 따라서 강화쑥의 온실 재배 시 여름에는 온실 내 온도의 상승을 억제하는 것이 강화쑥의 재배 및 유파틸 린 생산에 있어 중요하다. 겨울에 관찰된 짧은 초장의 개체(Fig. 4D)는 강화쑥의 근연종인 국화 재배 시 발생 하는 것으로 알려진 월동 후 이른 봄에 숙근에서 발생 하는 동지눈과 유사한 것으로 보이며 월동을 위한 생장 상으로 전환한 것으로 판단된다. 단, 봄이 아닌 겨울에 발생한 것은 노지에 비해 온도가 높은 온실 내 환경이 었다는 점에 의한 영향으로 생각된다(Fig. 5A). 겨울에 는 생육 및 성분함량이 크게 감소하여 전조, 야파처리 및 보광을 통해 일장과 일사량의 보완이 필요하다.

    3.환경 스트레스 처리에 의한 유파틸린 함량의 변화

    환경 스트레스 처리시 강화쑥의 유파틸린 함량은 증가 하였다(Fig. 6). 관수 중단을 통해 건조 스트레스를 부여 한 강화쑥 중, 7일 및 8일간 관수를 중단한 처리구가 관 수를 중단하지 않은 처리구와 5일 및 6일간 관수를 중 단한 처리구보다 유파틸린의 함량이 높게 나타났다. 식 물에게 건조 스트레스는 광합성과 관련되어 산화 스트레 스로 작용하며(Akula와 Ravishankar, 2011) 많은 작물에서 유효 성분 함량의 증가를 불러오는 것으로 알려져 있다 (Oh 등, 2010; Poulson과 Thai, 2015; Zhang 등, 2017). 관 수 중단 후 강화쑥의 유파틸린 함량이 즉각적으로 증가하 지 않은 이유는 배지 내 수분이 소모되는데 걸린 시간 및 유효 성분 합성의 증가와 축적에 걸리는 시간 등이 복합 적으로 작용한 결과로 보인다. 관수 중단 방식은 추가적인 장치나 비용이 발생하지 않으며 유효 성분인 유파틸린 함 량의 유의한 향상을 유도할 수 있었으므로 재배에 적용하 기에 실용적이고 유용한 것으로 판단된다.

    관수 양액의 농도를 높여 염류 스트레스를 부여한 강 화쑥에서는 4.0, 6.0, 10.0dS·m-1의 농도를 가진 양액을 관수한 처리구에서 2.0dS·m-1 농도의 양액을 관수한 대 조구와 유의한 차이를 나타내지 않았으며 8.0dS·m-1 농 도의 양액을 관수한 처리구에서는 유파틸린의 함량이 낮 게 나타났다. 염분 스트레스 또한 식물에게 산화 스트레 스로 작용하여 유효 성분 함량이 증가한 보고가 있으나 (Akula와 Ravishankar, 2011; Garrido 등, 2014), 강화쑥 에서는 그러한 효과가 관찰되지 않았다. 이것은 강화쑥 의 자생지인 강화도가 해안가에 위치해 있어 염분의 유 입으로 인한 염류 스트레스가 많은 지역이므로 강화쑥이 염분에 대한 저항성이 높아 실험상에서 부여했던 염류 농도에서는 스트레스가 충분히 크지 않았던 것으로 보인 다(Ahn 등, 2012).

    스트레스 신호 물질인 메틸자스모네이트를 엽면 시비 한 강화쑥에서는 12.5, 50, 100μM의 농도로 엽면 시비 한 처리구와 0μM 농도를 시비한 대조구 간에 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 25μM 농도로 시비한 처리구 에서는 유파틸린의 함량이 높게 나타났다. 메틸 자스모 네이트는 건조 스트레스를 나타내는 신호 물질이며 (Anjum 등, 2011; Cocetta 등, 2015) 적용시 건조 스트 레스를 직접 부여하지 않아도 식물이 건조 스트레스 상 황으로 인식하도록 유도하여 유효 성분 함량의 증가를 유도할 수 있다. 건조 스트레스의 신호 경로에서 자스모 네이트의 상위에 있는 아세트산을 이용하여 메틸자스모 네이트 처리와 같은 효과를 낼 수 있다는 것이 보고되 었다(Kim 등, 2017). 강화쑥에 수확 전 환경 처리를 적 용하여 유효 성분인 유파틸린의 함량 증대가 가능한 것 을 확인하였으며 이를 통해 의약 원료로서의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있다는 점을 확인하였다.

    적 요

    쑥은 세포 손상과 위염 회복에 효능이 있는 유파틸 린을 가지고 있는 약용작물이다. 본 연구의 목적은 강 화쑥의 온실에서의 주년 생육 특성을 분석하고, 환경 스트레스를 처리하여 유파틸린의 함량을 증대시키는 것이다. 유리 온실에서 강화쑥을 육묘 6주, 정식 후 8 주간 재배하여 생육 특성과 유파틸린 함량을 비교하였 다. 광합성은 상대적으로 고광도인 1,200μmol·m-2·s-1에 서도 포화되지 않았다. 생육속도는 정식 후 2주후에 최고에 도달하였고 정식 후 8주부터 감소하기 시작하 였다. 강화쑥은 다년생 숙근초로 계절 변화에 민감하게 반응하여 봄 여름의 영양 생장기에는 높은 생육과 성 분 함량을 나타내었으나, 가을과 겨울에는 개화 및 월 동으로 인하여 생육 및 유파틸린 성분 함량이 크게 감 소하였다. 따라서 강화쑥의 주년 재배를 위하여는 이를 억제하기 위한 야파 처리의 적용이 필수적인 것으로 판단되었다. 2종류의 스트레스와 1종류의 eliciter를 처 리하였다. 건조 스트레스는 수확 전 5, 6, 7, 8 일간 관수을 중단하였고, 염류 스트레스는 수확 3일전 양액 에 염화나트륨 추가하여 2, 4, 6, 8dS·m-1 농도로 하였 고, 메틸자스모네이트는 수확 3일전 12.5, 25, 50, 100μM 농도로 엽면 시비하였다. 건조 스트레스 처리 구 중 7일 및 8일간 관수를 중단한 경우와 메틸자스모 네이트를 25μM 엽면 시비한 경우 유파틸린 함량이 증 가하였다. 염류 스트레스 처리구에서는 유파틸린 함량 증대가 발견되지 않았다. 본 연구 결과는 환경 처리를 통해 유용 성분의 증대가 가능하고 의약 원료로써 강 화쑥의 생산성과 품질을 크게 향상시킬 수 있음을 증 명하였다.

    추가 주요어 : 건조 스트레스, 온실, 생육, 메틸 자스모네 이트, 광합성 속도, 염류 스트레스

    사 사

    이 연구는 산업통상자원부 산업핵심기술개발과제 “식 물공장을 이용한 고기능성 식물원료 대량생산시스템 (10049146)”의 지원으로 수행되었음.

    Figure

    KSBEC-27-94_F1.gif

    HPLC result of Artemisia princeps extract (the highest peak is eupatilin).

    KSBEC-27-94_F2.gif

    Light response curve of Artemisia princeps plant. Air temperature and carbon dioxide concentration were set at 25°C and 400μmol·mol-1, respectively. Vertical bars represent±SD (n = 5).

    KSBEC-27-94_F3.gif

    Typical growth curve of greenhouse-grown Artemisia princeps by cultivation period. Vertical bars represent± SD (n = 5).

    KSBEC-27-94_F4.gif

    Appearance of Artemisia princeps plants as affected by cultivation season. Normal growth in spring (A), summer (B), bolting in fall (B), and wintering phase in winter (C).

    KSBEC-27-94_F5.gif

    Daily highest and lowest temperatures inside and outside of the greenhouse (A), and annual daylength of 2016 at Suwon, Korea (B). Horizontal gray line indicates 13 hours of daylength which is a possible critical photoperiod of Artemisia princeps. Refer to Table 1 for cultivations 1 to 4.

    KSBEC-27-94_F6.gif

    Eupathilin content of Artemisia princeps plants suscepted to drought stress (A), salinity stress (B), and foliar application of methyl jasmonate (C). Letters indicate mean separation by Duncan’s multiple range test (p ≤ 0.05). Means with same letter are not significantly different.

    Table

    Dry mass and eupathilin content of greenhouse-grown Artemisia princeps by cultivation period. Letters indicate mean separation by Duncan’s multiple range test (p ≤ 0.05). Means with same letter are not significantly different.

    zSD (n = 5)

    Reference

    1. AhnJ. HurJ. JungH.G. ParkJ. (2012) Study on the growth environment of ‘Gangwha-mugwort’ through the climatological characteristic analysis of Gangwha region. , Kor. J. Agric. Forest Meteorol., Vol.14 ; pp.71-78
    2. AkulaR. RavishankarG.A. (2011) Influence of abiotic stress signals on secondary metabolites in plants. , Plant Signal. Behav., Vol.6 ; pp.1720-1731
    3. AnjumS.A. WangL. FarooqM. KhanI. XueL. (2011) Methyl jasmonate-induced alteration in lipid peroxidation, antioxidative defence system and yield in soybean under drought. , J. Agron. Crop Sci., Vol.197 ; pp.296-301
    4. BaghalianK. AbdoshahS. Khalighi-SigaroodiF. PaknejadF. (2011) Physiological and phytochemical response to drought stress of German chamomile (Matricaria recutita L.). , Plant Physiol. Biochem, Vol.49 ; pp.201e207
    5. CocettaG. RossoniM. GardanaC. MignaniI. FerranteA. SpinardiA. (2015) Methyl jasmonate affects phenolic metabolism and gene expression in blueberry (Vaccinium corymbosum). , Physiol. Plant., Vol.153 ; pp.269-283
    6. FerreiraJ.F. SimonJ.E. JanickJ. (1995) Developmental studies of Artemisia annua: Flowering and Artemisinin production under greenhouse and field conditions. , Planta Med., Vol.61 ; pp.167-170
    7. FerreiraJ.F. JanickJ. (1995) Floral morphology of Artemisia annua with special reference to trichomes. , Int. J. Plant Sci., Vol.156 ; pp.807-815
    8. FigueiredoA.C. BarrosoJ.G. PedroL.G. SchefferJ.J. (2008) Factors affecting secondary metabolite production in plants: volatile components and essential oils. , Flavour Frag. J., Vol.23 ; pp.213-226
    9. GarridoY. TudelaJ.A. MarA-nA. MestreT. MartA-nezV. GilM.I. (2014) Physiological, phytochemical and structural changes of multi-leaf lettuce caused by salt stress. , J. Sci. Food Agric., Vol.94 ; pp.1592-1599
    10. JelodarN.B. BhattA. MohamedK. KengC.L. (2014) New cultivation approaches of Artemisia annua L. for a sustainableproduction of the antimalarial drug artemisinin. , J. Med. Plants Res., Vol.8 ; pp.441-447
    11. KimE.H. KimY.S. ParkS.H. KooY.J. ChoiY.D. ChungY.Y. KimJ.K. (2009) Methyl Jasmonate reducesgrain yield by mediating stress signals to alter spikelet development in rice. , Plant Physiol., Vol.149 ; pp.1751-1760
    12. KimJ.M. ToT.K. MatsuiA. TanoiK. KobayashiN.I. MatsudaF. SekiM. (2017) Acetate-mediated novel survival strategy against drought in plants. , Nat. Plants, Vol.3 ; pp.17097
    13. KimY.J. KimK.S. (2014) Effect of night interruption with mist and shade cooling systems on subsequent growthand flowering of cymbidium ‘Red Fire’ and ‘Yokihi’. , Kor. J. Hortic. Sci. Technol., Vol.32 ; pp.753-761
    14. KuK.M. JefferyE.H. JuvikJ.A. (2014) Exogenous methyl jasmonate treatment increases glucosinolate biosynthesis and quinone reductase activity in kale leaf tissue. , PLoS One, Vol.9 ; pp.e103407a
    15. KuK.M. JefferyE.H. JuvikJ.A. (2014) Optimization of methyl jasmonate application to broccoli florets to enhance health-promoting phytochemical content. , J. Sci. Food Agric., Vol.94 ; pp.2090-2096b
    16. LaughlinJ.C. HeazlewoodG. BeattieB. (2002) Cultivation of Artemisia annua L. , Artemisia, Vol.18 ; pp.159-195
    17. LeeJ.E. ShinY.S. CheungJ.D. DoH.W. KangY.H. (2015) Effect of LED Light sources and their installation method on the growth of strawberry plants. Protected Hort. , Plant Fac., Vol.24 ; pp.106-112
    18. LeeJ.J. HanB.G. KimM.N. ChungM.H. (1997) Effects of eupatilin on the release of Leukotriene B4, by helicobacter pylori-stimulated neutrophils and gastric mucosal cells. , J. Kor. Soc. Microbiol., Vol.32 ; pp.659-666
    19. MbengueA. BhattacharjeeS. PandharkarT. LiuH. EstiuG. StahelinR.Y. (2015) A molecular mechanism of artemisinin resistance in Plasmodium falciparum malaria. , Nature, Vol.520 ; pp.683-687
    20. OhM.M. CareyE.E. RajashekarC.B. (2010) Regulated water deficits improve phytochemical concentration in lettuce. , J. Am. Soc. Hortic. Sci., Vol.135 ; pp.223-229
    21. OhT.Y. RyuB.K. KoJ.I. AhnB.O. KimS.H. KimW.B. LeeE.B. JinJ.H. HahmK.B. (1997) Protective effect of DA-9601, an extract of Artemisiae herba, against naproxen-induced gastric damage in arthritic rats. , Arch. Pharm. Res., Vol.20 ; pp.414-419
    22. OhT.Y. AhnG.J. ChoiS.M. AhnB.O. KimW.B. (2005) Increased susceptibility of ethanol-treated gastric mucosa to naproxen and its inhibition by DA-9601, an Artemisia asiatica extract. , World J. Gastroenterol., Vol.11 ; pp.7450-7456
    23. OrnanoL. VendittiA. BalleroM. SannaC. QuassintiL. BramucciM. (2013) Chemopreventive and antioxidant activity of the chamazulene-rich essential oil obtained from Artemisia arborescens L. growing on the Isle of La Maddalena, Sardinia, Italy. , Chem. Biodivers., Vol.10 ; pp.1464-1474
    24. PoulsonM.E. ThaiT. (2015) Effect of high light intensity on photoinhibition, oxyradicals and artemisinin content in Artemisia annua L. , Photosynthetica, Vol.53 ; pp.403-409
    25. RajabbeigiE. EichholzI. BeeskN. UlrichsC. KrohL.W. RohnS. Huyskens-KeilS. (2013) Interaction of drought stress and UV-B radiation-impact on biomass production and flavonoid metabolism in lettuce (Lactuca sativa L.). , J. Appl. Bot. Food Qual., Vol.86 ; pp.190-197
    26. ReddyA.R. ChaitanyaK.V. VivekanandanM. (2004) Drought-induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants. , J. Plant Physiol., Vol.161 ; pp.1189-1202
    27. RyuB.K. AhnB.O. OhT.Y. KimS.H. KimW.B. (1998) Studies on protective effect of DA-9601, Artemisia asiatica extract, on acetaminophen-and CCI4-induced liver damage in rats. , Arch. Pharm. Res., Vol.21 ; pp.508-513
    28. RyuS. (2008) Environmental Variation of Available Component in Mugwort (Artemisia princeps Pamp.). , J. Kor. Soc. Int. Agric., Vol.20 ; pp.40-46
    29. RyuS. HanS. YangJ. KangS. (2005) Variation of eupatilin and jaceocidin content of mugwort. , Kor. J. Crop Sci., Vol.50 ; pp.204-207
    30. ShinJ.H. JungH.H. KimK.S. (2010) Night interruption using light emitting diodes (LEDs) promotes flowering of Cyclamen persicum in winter cultivation. , Hortic. Environ. Biotechnol., Vol.51 ; pp.391-395
    31. YuanY. LiuY. WuC. ChenS. WangZ. YangZ. QinS. HuangL. (2012) Water deficit affected flavonoid accumulation by regulating hormone metabolism in Scutellaria baicalensis Georgi roots. , PLoS One, Vol.7 ; pp.e42946
    32. ZhangW. CaoZ. XieZ. LangD. ZhouL. ChuY. ZhaoY. (2017) Effect of water stress on roots biomass and secondary metabolites in the medicinal plant Stellaria dichotoma L. var. lanceolata Bge. , Sci. Hortic. (Amsterdam), Vol.224 ; pp.280-285
    33. ZobayedS.M.A. AfreenF. KozaiT. (2007) Phytochemical and physiological changes in the leaves of St. John's wort plants under a water stress condition. , Environ. Exp. Bot., Vol.59 ; pp.109-116