본 시험은 충북 음성군 소이면 비산리에 위치하는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 인삼특작부 육묘하우스와 시험포장에서 수행하였다. 시험 재료로 큰꽃삽주 (A. macrocephala K.) ‘문경재래종’의 종자를 사용하였으며 2019년 3월 중순에 128구 연결포트에 종자를 2 립에서 5 립을 파종하여 하우스에 육묘하였다. 파종 10 일 후 종자가 발아되어 본엽이 2 매 정도가 될 때 솎아준 뒤 파종 후 60 일 경인 5월 중순에 정식하였다.

시험 포장은 N:P₂O :K₂O 비율을 7 : 4 : 3 ㎏/10a로 하여 정식하기 2 주 전 시비하여 경운 및 정지하였으며 이랑 110 ㎝와 고랑 50 ㎝ 시험구를 흑색비닐로 멀칭하였고 재식밀도는 30 ㎝ × 15 ㎝ 간격으로 이식하였다. 난괴법 3 반복으로 시험구 당 20 주씩 총 60 주의 시료를 채취하여 조사 및 성분 분석에 사용하였다.

이식 직전인 5월 15일부터 11월 15일까지 1 개월 간격으로 조사하였다. 농업기상정보 (http://weather.rda.go.kr)를 이용해 기상분석을 한 결과, 재배지 평균온도는 4월, 11.2℃, 5월, 18.1℃, 6월, 25.0℃, 7월, 26.7℃, 8월, 25.7℃, 9월, 20.9℃, 10월, 13.9℃로 나타났으며, 강수량은 4월에 58.0 ㎜, 5월은 15.5 ㎜, 6월은 64.5 ㎜, 7월은 171.0 ㎜, 8월에 67.5 ㎜, 9월에 148.0 ㎜, 10월 85.5 ㎜를 나타내었다 (RDA, 2019).

농촌진흥청 시험연구조사 기준에 준하여 초장, 경경, 경수, 분지수, 엽장 및 엽폭 등을 조사하였으며, 지하부는 굴취하여 근경 길이, 근경 너비, 생근중, 건근중 및 건근수량을 조사하였다 (RDA, 2012a).

상대생장률 (relative growth rate, RGR)은 일정한 기간 식물체가 건물을 생산 능력을 뜻하며 생장해석 등 많은 연구에서 활용되고 있다 (Lee et al., 2004; Shipley, 2006; Rees et al., 2010; Seo et al., 2018). 시기별 건지상부중과 건근중 측정치의 평균값을 이용하여 지상부와 지하부의 RGR을 조사하였고 아래와 같이 계산하였다 (RDA, 2012b).

• dw/dt: 그 시점의 건물 중 증가 속도
• w: 어느 시점의 건물 중 당 건물 생산 능률
• W₂: t₂ 시기에서의 작물의 건물량 (g), W₁: t₁ 시기에서의 작물의 건물량 (g)

큰꽃삽주의 주요성분인 atractylenolide I, atractylenolide Ⅱ, 및 atractylenolide Ⅲ를 분석하기 위하여 ChemFaces사 (Wuhan, China)의 표준품을 사용하였다. 수확하여 조사하고 남은 시료를 20주씩 반복 별로 동결건조하고 분말화한 후 시험용 표준체 (50 호, 50 mesh, 279 ㎛) 체를 이용하여 균질화하였다. 균질화한 분말은 100 ㎎씩 정밀하게 취하여 추출 용매로 70% EtOH 1 ㎖을 1 시간 동안 상온에서 초음파 추출하였다.

Yun 등 (2013)의 방법을 응용하여 atractylenolide I, atractylenolide Ⅱ, 및 atractylenolide Ⅲ를 분석하였다. 분석시 사용된 column Type은 YMC Pack ODS-AM (250 ㎜ × 4.6 ㎜, 5 ㎛)이고 column oven 온도는 35℃로 하였다. Injection volume은 10 ㎕으로 주입하였고, 검출에 사용된 UV 파장은 236 ㎚에서 분석하였으며, 유속은 분당 1 ㎖로 용출시켰고, 이동상의 조건은 Table 1과 같다.

정량분석을 하기 위해서 표준물질을 70% 에탄올을 이용하여 6.0, 12.5, 25.0, 50.0, 및 100.0 ㎍/㎖의 농도로 제조하였다. 분석 시 사용된 장비는 Agilent technologies 1200 series HPLC (Agilent Technologies Inc., Santa Clara, CA, USA) 를 이용해 성분 분석을 하였다. HPLC 분석 조건을 통해 3종의 물질에서 상관계수 (R²)가 각각 0.9999, 0.9999 및 0.9988로 모두 직선성이 양호하였고 (Table 2), 이 식으로 atractylenolide I, atractylenolide Ⅱ 그리고 atractylenolide Ⅲ 3종에 대하여 정량분석을 실시하였다.

통계분석은 SAS Enterprise Guide 7.1 (Statistical analysis system, 2009, SAS Institute Inc., Cray, NC, USA)를 이용하여 분석하였으며, 3 반복 시료 간 유의적 차이는 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT) 방법으로 유의수준 5% 로 검정하였다 (p < 0.05).

생육 시기 별 큰꽃삽주 (Atractylodes macrocephala K.)의 지상부 생육 특성을 조사한 결과는 Table 3에 나타내었다. 초장과 경경은 이식 직전 10.3 ㎝, 3.9 ㎜에서 이후 급격히 증가하여, 이식 후 60 일경 30 ㎝, 6.8 ㎜에 달하였고 이후 유의적인 증가는 없었다. 엽수는 이식 후 30 일경 주당 9.6 개에서 30 일에서 60 일경에 39.8 개로 급속히 증가하였고 이후 유의적인 차이가 없다가 120 일경 최대치에 도달한 뒤 감소하였는데 이 시기부터 낙엽율이 증가한 것으로 보인다.

생지상부중과 건지상부중은 이식 후 30 일경에 각각 6.4 g, 0.6 g에서 60 일경에 516.0 g, 136.7 g으로 크게 증가한 뒤 150 일경에 1,299.0 g, 377.8 g으로 정점에 달하다가 이후에는 지상부 고사가 시작되면서 점차적으로 감소하였다 (Table 3 and Fig. 1).

Fig. 1.  Changes in growth of Atractylodes macrocephala seedling according to the number of days after transplanting.

(A); 60 Day after transplanting, (B); 90, (C); 120, (D); 150, (E); 180. Scale bar; 10 ㎝.

상대생장률 (relative growth rate, RGR)이란 특정 시점에서의 건물중 당 건물생산능률을 나타내는 것으로 이 지표를 통해 건물중의 증가 속도를 평가할 수 있는데, 지상부의 1 개월 간 RGR은 이식 후 30 일 - 60 일경, 0 일 - 30 일경, 90 일 - 120 일경, 120 일 - 150 일경, 60 일 - 90 일경, 150 일 - 165 일경, 165 일 - 180 일경 순으로 높았다 (Table 3 and Fig. 2.).

Fig. 2.  Flower development of Atractylodes macrocephala.

(A); mid-August (B); early-September (C); late-September.

특히 이식 후 30 일 - 60 일경은 RGR이 211.03 g/g/day에 달하여 지상부 성장이 급속히 이루어졌음을 알 수 있었는데 이 시기에 영양분을 지속적으로 공급 할 수 있게 이식 후 30 일경이 되기 전, 6월 상순 까지는 추비를 미리 해두어 토양 양분을 확보하는 것이 필요하다 (Cho et al., 2000)

작물에 따라 RGR 양상은 차이가 있지만 일반적으로 생육이 진행될수록 낮아지는 경향을 보이는데 (Hoffman and Pooter, 2002; Rees et al., 2010; Seo et al., 2018), 큰꽃삽주 지상부 RGR도 초기에 급속도로 증가하였으나 이식 후 60 일 - 90 일경에 상대적으로 낮았다. 이 시기는 고온기로 지상부 생장 정체되는 시점이며 이후 90 일경 부터 개화기인 150 일경 까지 다시 증가한 것은 영양생장에서 생식생장으로 전환 등으로 꽃봉오리 형성이 원인으로 생각된다 (Fig. 3).

큰꽃삽주 재배 농가에서는 뿌리를 수확할 때 많은 양의 쓸모없는 지상부가 아직 살아있는 채로 버려지고 있는 형편이다. Han (2007) 등은 큰꽃삽주 지상부에서 항산화 성분이 존재하며 천연항산화제로 개발 가능성이 높다고 보고한 바 있다. 따라서 추후에는 본 연구를 바탕으로 지상부를 대상으로 하는 많은 연구도 필요할 것으로 생각된다.

생육 시기 별 큰꽃삽주 (A. macrocephala)의 지하부 생육 특성을 조사한 결과는 Table 4에 나타내었다. 지하부 생육에 있어서 근경의 길이는 이식 직전 1.40 ㎝에 불과 하였으나 이식 후 150 일경까지 증가하여 3.91 ㎝에 달하였으나 이후 큰 변화를 나타내지 않았다. 반면 근경의 직경은 5.4 ㎜에서 180 일경 31.6 ㎜까지 꾸준히 증가하는 경향을 나타내었다 이는 같은 뿌리작물인 지황이 1 차적으로 근경의 길이 생장이 이루어지며 이후 굵기 생장을 하는 것과 비슷한 결과이다 (Lee et al., 2019).

생근중은 이식 직전과 이식 후 30 일경 각각 0.3 g, 3.3 g을 나타내었으나 60 일경 74.3 g으로 급격히 증가하였고 이후로도 꾸준히 증가하였다. 건근중은 150 일 경 70.3 g에 불과하였으나 지상부가 고사하는 이식 후 180 일경, 즉 11월 중순까지 지하부 생장은 지속되었으며 이 시기의 건근중이 가장 높은 수준을 나타내었는데 이는 같은 뿌리작물인 인삼, 참당귀에서 지상부 고사가 지하부 생장 증가에 영향을 끼친다는 선행연구 결과와 일치하며 겨울철 월동을 위해 지하부로 저장 양분의 전류가 이동한 결과로 생각된다 (Park et al., 1986; Lee et al., 2018a; Lee et al., 2019).

한편, 지하부의 RGR은 이식 후 30 일 - 60 일경, 0 일 - 30 일경, 60 일 - 90 일경, 120 일 - 150 일경, 90 일 - 120 일경, 150 일 - 180 일경 순으로 높았으며 지상부 생장률과 달리 90 일 - 120 일경에 상대적으로 생장률이 낮았다 (Table 4).

식물체는 다양한 기관이 Sink가 될 수 있으나 큰꽃삽주처럼 근경을 생약재로 이용하는 식물에 있어서 꽃은 채종이 목적이 아닌 이상 불필요한 Sink가 될 수 있다고 알려져 있는데 (Park et al., 2004), 큰꽃삽주에서 이 시기는 꽃봉오리가 크게 형성되는 시기로 Sink의 분산이 지하부 생장에 영향을 끼친 것으로 보인다 (Fig. 2). 따라서 화뢰가 커지기 전인 이식 후 90 일 전에 꽃봉오리를 제거하는 것은 지하부 생장에 긍정적인 효과를 끼칠 것으로 생각된다.

이것은 7월 15일에 꽃봉오리를 제거하는 것이 8월 20일, 9월 20일에 제거하는 것보다 뿌리 수량의 증수 효과가 크다고 한 선행 연구 결과와도 일치하였다 (Kim et al., 2001). 추후에 보다 정밀하게 시기별로 꽃봉오리 제거 및 수확하여 조사할 필요가 있을 것으로 생각된다.

이식 후 경과 일수에 따른 유효성분 함량의 변화는 다음과 같다 (Table 5).

AtractlyenolideⅠ 함량을 살펴보면 이식 직전 0.021 ㎎/g에서 지속적으로 증가하여 60 일경에는 0.154 ㎎/g를 나타내었으며 이후 다시 감소하였다가 90 일경 0.116 ㎎/g을 나타내었고 120 일경 다시 0.124 ㎎/g로 소폭 증가한 후 정체되다가 다시 큰 폭으로 증가하여 180 일경 0.164 ㎎/g를 나타내었다.

Atractlyenolide Ⅱ는 이식 직전 0.038 ㎎/g을 나타내었는데 이후 급격히 증가하여 60 일경에는 0.227 ㎎/g의 함량을 나타내었으며 이후 미세하게 증가하여 90 일경에 0.266 ㎎/g에 달하였고 120 일경에 감소하다가 다시 증가하여 180 일경 0.401 ㎎/g로 최대치에 도달하였다.

Atractlyenolide Ⅲ는 30 일경에 가장 낮았고 이후 90 일경까지 증가하다가 이후 150 일경까지 미세하게 감소한 뒤 180 일경 0.766 ㎎/g로 최대치에 도달하였다. 3 가지 성분 모두 11 월 중순인 이식 후 180 일경에 가장 높았으며 이는 잎이 시드는 10 월 하순 또는 이후에 유효성분이 가장 높다고 알려진 도라지, 작약, 천속단, 지황 등과 유사한 결과이다 (Kim et al., 1996; Lee et al., 1999; An et al., 2016; Lee et al., 2019).

한편 큰꽃삽주는 역병 (Phytophthora drechsleri) 피해를 가장 많이 보는 약용작물로서 여름철 재배지에서 역병 발생주율이 50% 이상 되기도 하여 심하면 수확을 포기하는 경우도 있다. 본 연구에 따르면 180 일경을 제외하면 atractylenolideⅠ는 60 일경에 가장 높았고 atractlyenolide Ⅱ과 atractylenolide Ⅲ는 90 일경이 최대치였다. 따라서 개화 전에 수확하면 관행 수확시기인 10 월 중순에 수확하는 것보다 약효성분이 높은 뿌리를 수확할 수 있으며 경지 이용률을 높이는 장점이 있어 과도한 병 피해 시 조기 수확이 대안으로도 생각할 수 있을 것이다. 이러한 결과는 개화기 전후로 활성이 다양하게 변화하기 때문이며 (Hwang 2009), 같은 국화과 식물인 황해쑥, 개똥쑥, 사철쑥 등에서 개화 전까지 유효성분이 높아지다가 개화 후 감소하는 연구 결과와 일치하였다 (Choi et al., 2007; Baraldi et al., 2008, Lee et al., 2018b).

큰꽃삽주의 육묘 이식재배 시 이식 후 150 일경 (10월 중순)까지의 지상부 생육은 증가하다가 이후 고사하여 생장이 감소하였으나, 지하부는 150 일경 (10월 중순) - 180 일경 (11월 중순)에 근경 직경의 증가하여 비대생장이 지속됨을 확인하였으며 건근중도 증가하는 것을 확인하였다. AtractylenolideⅠ, atractylenolide Ⅱ, atractylenolide Ⅲ 등 유효성분 함량도 이식 후 150 일경 (10월 중순) 보다 180 일경 (11월 중순)에 모두 유의적으로 높았고 다음으로 개화 전 90일 경 (8월 중순)에 대체로 높았다.

따라서 관행 10월 중순보다 그 이후에 고품질 다수확 할 수 있을 것으로 판단되지만 지역별로 땅이 어는 시기, 정식방법 등 재배법, 역병 발생 정도, 후작 등을 고려하여 종합적으로 수확시기를 결정해야 할 것으로 생각된다.