서 언

참당귀(Angelica gigas Nakai)는 산형과(Umbelliferae)에 속하는 다년초 식물로서(Lee, 2003) 중국의 동북부지역, 일본 및 한반도 전역에 자생한다(Lee, 2006). 주로 강원도(평창군, 태백시, 인제군)와 경상북도(봉화군)에서 주로 재배하며(Yu et al., 2003), 어린순은 나물로 먹고, 뿌리는 약용으로 이용한다(Park et al., 2019). 참당귀는 Coumarin 계열의 nodakenin, decursin, decursinol angelate 등 3물질이 지표성분으로 알려져 있고(Wan et al., 2007; Yim et al., 2005) 예로부터 빈혈증, 복통, 월경불순, 월경통 및 기타 부인병 등에 이용한다(Kim et al., 1998). 최근 연구에 따르면 세포 내 혈관생성의 억제를 통한 항암효과(Son et al., 2009)와 항염증 효과(Han, 2013; Lee et al., 2003; Nam and Baik, 2016), 관절연골 소실 및 염증성 사이토카인류 억제 작용(Kwon et al., 2015a; 2015b), 당귀와 하수오의 열수추출물을 이용한 뇌혈류량 개선(Jeong et al., 2013), 암으로 인한 치료 중 발생한 적･백혈구 수, 혈색소농도 감소 등의 혈액수치 향상(Kang et al., 2003) 등 다양한 의약분야의 연구가 수행되고 있다. 그리고 참당귀 분말을 이용한 다식 및 제과류 제조(Lee and Kim, 2001; Moon and Jang, 2011), 멜라닌 색소 생성 억제 및 나노입자를 통한 미백효과(Kim et al., 2014; Kwon, 2014; Park et al., 2009) 등 의약분야를 비롯한 미용, 식용분야에서도 연구가 보고되고 있다.

최근 참당귀의 품종육성에 활용할 자원 수집을 위해 평창지역 참당귀의 개체 조사 과정에서 주된 외부형태적 특징인 짙은 자주색의 꽃 색이 아닌 흰색과 분홍색 등 다양한 꽃 색의 발현개체를 확인하였다. 일반적으로 꽃색의 발현은 플라보노이드(flavonoid), 카로티노이드(carotenoid), 베타라인(betalain) 등의 물질에 의해 이뤄지며, 이러한 이차대사물질의 축적과 밀접한 관련이 있다(Mol et al., 1998). 또한 붉은색 계열 화피의 주요 색소물질은 카로티노이드계 물질이며(Park et al., 2015), 색이 옅어질수록 안토시아닌(anthocyanin)과 카로티노이드계 색소물질의 결여와 함께 플라보노이드 물질 중 플라본과 플라보놀의 함유량이 높아진다(Chen et al., 2012).

참당귀는 Angelica속에서 짙은 자주색 꽃이 복산형화서를 이루는 형질이 주된 특징으로 알려져 있다(Lee, 2003). 이러한 특징으로 꽃이 흰색인 중국당귀[A. sinensis (Oliv.) Diels]나 일당귀[A. acutiloba (Siebold & Zucc.) Kitag.]와 쉽게 구분할 수 있다. 현재 참당귀는 농촌진흥청 작물과학원에서 강원도 원주시 인근에서 수집한 참당귀 야생종을 집단 개량하여 육성한 저 추대성의 만추당귀와 저 추대 및 다수성의 안풍당귀(Yu et al., 2002), 누구에 의해 개발된 영흥당귀 등 3품종이 개발되었는데 참당귀의 품종개발은 추대에 의한 지하부의 목질화 및 품질 저하(Yu et al., 2003)의 이유로 저 추대성 다수확 품종육성에만 집중되어 있을 뿐 그 이외에 유용성분이나 꽃의 색에 따른 품종은 출원되지 않았다.

따라서 본 연구의 목적은 기본종을 포함한 꽃 색에 따른 참당귀의 지상부 및 지하부의 생육특성과 nodakenin, decursin, decursinol angelate 등의 유용성분을 분석하여 참당귀의 신품종 육성에 관한 기초자료를 제공함에 있다.

재료 및 방법

실험재료 및 생육특성 조사

실험에 사용한 참당귀는 개화기인 2018년 8월 평창지역 재배지의 특이개체를 수집하여 실험포지에 이식 후 결실기인 2018년 10월에 채종하였고, 온실에서 종자를 활용하여 육묘 한 이 후 본 실험포지에 이식 후 생육 2년차인 2020년에 꽃 색에 따라 RHS 컬러차트에 근거하여 꽃 색이 기본종인 N79-A(짙은 자주색), 62-C(밝은 청분홍색), NN115-C(흰색) 3그룹으로 구분하여 생육특성 및 유용성분함량을 분석하였다(Fig. 1, 2).

Fig. 1.

Collection and seedling of A. gigas by flower colors.

Fig. 2.

Flower colors of A. gigas. A. Dark purplish red (N79-A); B. Light purplish pink (62-C); C. White (NN115-C).

정량적 생육특성은 꽃 색별 성숙개체를 대상으로 개화기인 2020년 8월에 지상부의 생육특성, 결실기인 10월에 지하부의 생육특성을 측정하였으며 각각의 측정기준은 Fig. 3과 같다. 또한 지하부의 건중량은 건조기(Lassele DY420H, Lassele Co., Ansan, Korea)에서 40℃, 72 시간 동안 건조시킨 후 측정하였다. 그리고 정성적 생육특성은 참당귀 부위별 꽃 색에 따라 차이가 있는 부위를 RHS 컬러차트에 근거하여 색을 구분하였다.

Fig. 3.

Morphological characters measured of A. gigas. A. Habit; B. Root; 1. Plant height; 2. Stem diameter; 3. Cauline leaf petiole length; 4. Cauline leaf petiole diameter; 5. Cauline leaf length; 6. Cauline leaf width; 7. Cauline leaf terminal leaflet length; 8. Cauline leaf terminal leaflet width; 9. Cauline leaf lateral leaflet length; 10. Cauline leaf lateral leaflet width; 11. peduncle length; 12. peduncle diameter; 13. Inflorescence height; 14. Inflorescence width; 15. Root length; 16. Root diameter.

유용성분 함량 분석

참당귀의 유용성분 함량 분석은 중량특성의 조사가 끝난 참당귀의 지하부를 분쇄하여 건조분말 20 ㎎을 70% 에탄올 1 mL에 20 – 35 ℃에서 15분 동안 초음파 추출 후 여과된 추출물을 사용하였다. 고정상은 Thermo Hypersil GOLD C18 Columm (5 ㎛, 4.6 × 250 ㎜)을 사용하였고, 이동상은 0.1% formic acid가 함유된 H₂O와 acetonitrile을 사용하였다. 참당귀의 유용성분인 nodakenin, decursin, deculrsinol angelate는 한약진흥재단 천연물물질은행(Gyeongsan, Korea)으로부터 분양받았으며, 동시분석조건은 Table 1과 같다. 검량선 작성을 위해 유용성분 표준품을 메탄올에 녹여 200, 100, 50, 25, 12.5, 6.25 ㎍/mL의 농도로 제조한 후 HPLC분석을 수행하였으며, 면적에 대한 농도로 검량선을 작성하였다.

통계분석

꽃 색별 참당귀 생육특성의 평균은 일원배치분산분석(One-way ANOVA)과 Duncun’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의수준 5% (p < 0.05)으로 검증하였으며, 분석한 데이터 값은 평균치 ± 표준편차(mean ± SD)로 나타냈었다. 그리고 모든 통계분석은 IBM Statistics 26 (IBM Corp., New York, USA) 프로그램을 이용하였다.

결 과

정성적 생육특성

꽃색별 참당귀의 정성적 생육특성을 확인한 결과는 Table 2, Fig. 4와 같다. 기본종인 N79-A 그룹은 화피편, 포, 잎집, 잎맥, 줄기, 열매 등의 부위에서 자주색 계열의 색(N79-A, 59-A)을 띠는 반면 62-C 그룹은 화피편은 밝은 청분홍색(62-C), 포와 잎집, 줄기, 열매는 연두색 계열(143-B, C)의 색을 띠는 것으로 확인하였다. 그리고 NN115-C 그룹은 화피편은 흰색(NN115-C)이며 포, 잎집, 줄기, 열매는 모두 연두색 계열(144-B, C)의 색을 띠는 것으로 확인하였다.

Fig. 4.

Photograph of qualitative characters of A. gigas according to flower colors.

정량적 생육특성

꽃색별 참당귀의 정량적 생육특성(지상부 및 지하부)을 측정한 결과는 Table 3과 같다. 지상부의 생육특성 중 경생엽의 길이는 NN115-C 그룹에서 44.03 ± 6.71 ㎝로 N79-A 그룹의 39.73 ± 7.55 ㎝와 62-C 그룹의 32.98 ± 4.0 ㎝보다 높은 생육 수치를 나타냈으며, 통계적 유의성을 확인하였다. 그리고 유의성은 확인되지 않았으나 경생엽의 너비 또한 NN115-C 그룹에 비해 62-C 그룹이 약 9 ㎝ 정도의 낮은 생육을 보여 잎의 전체적인 면적이 약 60% 정도의 수준으로 나타났다. 그리고 62-C 그룹이 지하부의 생육특성에서 다른 N79-A 그룹과 NN115-C 그룹에 비해 전체적으로 낮은 생육량을 나타내는데 뿌리의 직경에서 N79-A 그룹이 37.67 ± 2.45 ㎜, NN115-C 그룹이 27.37 ± 3.75 ㎜, 62-C 그룹이 23.81 ± 2.39 ㎜로 62-C 그룹이 가장 낮은 생육수치를 나타냈으며 통계적 유의성 또한 확인하였다. 그리고 그 이외의 생육특성인 뿌리 길이와 생중량 및 건중량에서도 통계적 유의성은 확인되지 않았으나 전체적으로 다른 두 그룹에 비해 62-C 그룹이 낮은 평균 수치를 나타냈다.

HPLC 크로마토그램 및 유용성분 특성

참당귀의 유용성분인 nodakenin, decursin 및 decursinol angelate의 표준 HPLC크로마토그램을 분석한 결과 유용성분 중 Nodakenin은 9.708분에 검출되었으며, decursin은 31.923분, decursinol angelate은 32.804분에 검출되었다(Fig. 5). 이를 바탕으로 시료의 면적비교를 통해 꽃색별 유용성분의 함량분석을 수행하였으며, 그 결과는 Table 4과 같다. 참당귀의 유용성분 중 nodakenin은 NN115-C 그룹이 0.88 ± 0.13%로 62-C 그룹의 0.73 ± 0.10%와 N79-A 그룹의 0.69 ± 0.06%보다 높게 확인되었고, decursinol angelate는 N79-A 그룹이 2.56 ± 0.12%로 다른 두 그룹보다 높게 확인되었으며, 유의성 또한 확인되었다. 하지만 decursin과 총 함량에서는 평균의 수치적 차이는 있었으나 유의성을 확인할 수 없었다.

Fig. 5.

HPLC chromatogram of nodakenin, decursin and dcursinol angelate from standard mixture and extract. A. Stantard micture; B. N79-A; C. 62-C; D.NN115-C.

고 찰

꽃 색에 따른 참당귀의 생육특성 및 유용성분의 함량을 분석하였다. 생육특성 중 각 그룹의 정성적 형질특성은 식물체의 각 부위별로 발현되는 색에 따라 차이를 확인하였는데 기본종인 N79-A 그룹은 화피편, 줄기, 잎맥 등 전체적으로 자주색 계열의 색을 띠며 국내 식물도감에서 확인할 수 있듯이 전형적인 색의 형질을 띠고 있었다. 하지만 62-C 그룹과 NN115-C 그룹은 화피편의 색이 각각 밝은 청분홍색, 흰색을 띠며, 화피편을 제외한 잎집, 줄기 등의 부위에서는 연두색 계열 색이 발현되는 것을 확인하였다. 식물체에서 붉은색 계열의 발현은 대부분 안토시아닌 성분의 침착에 의한 것(Nakayama et al., 2012; Wallace and Giusti, 2019)으로 Lim et al. (2016)의 안토시아닌 생합성 유전자 조절을 통한 담배꽃의 꽃 색 변화와 같은 결과로 미뤄볼 때 참당귀 또한 화피편, 포, 잎집, 줄기 등의 부위에 다양한 색이 발현하는 것은 안토시아닌 성분의 함유 정도에 의한 것으로 판단된다. 안토시아닌은 항균, 항산화, 면역증진, 성인병 예방 등에 효능이 있으며(Ding et al., 2006), 안토시아닌의 안전성은 토양의 pH, 일사량, 대기온도와 같은 생육환경에 영향을 받는다(Shin and Lee, 2019). 참당귀처럼 뿌리를 사용하는 약용작물은 높은 수확량을 위해 화학비료의 사용이 빈번하며(Jeon et al., 2016), 이러한 화학비료는 토양의 pH에 영향을 미처 토양의 산성 및 염기성화와 유용미생물의 감소를 초래한다(Chen, 2006). 본 연구에서 사용한 실험재료는 종간 교잡이나 방사선 처리, 유전자 편집 등과 같은 인위적인 방법이 아닌 재배지에서 확인하고 선택한 개체의 F₁세대를 활용한 것으로 재배지에서 오랜 기간 화학비료와 농약의 살포로 인해 안토시아닌 생합성 유전자의 돌연변이 개체가 발현되었다고 판단된다.

각 그룹의 정량적 특성은 지상부 경생엽의 길이와 화서의 높이, 지하부의 뿌리 직경에서 통계적 유의성을 확인할 수 있었다. 특히 경생엽의 길이는 NN115-C 그룹과 62-C 그룹이 평균 10 ㎝ 이상의 차이를 확인하였다. 그리고 유의성은 확인되지 않았으나 경생엽의 너비 또한 약 9 ㎝ 정도의 차이로 인해 62-C 그룹의 경생엽 크기가 NN115-C 그룹 대비 약 60 % 정도의 수준으로 나타났으며, 대부분의 지하부 생육특성에서 62-C 그룹이 다른 N79-A 그룹과 NN115-C 그룹에 비해 전체적으로 낮은 생육량을 나타냈다. 식물체는 개체 간에 차이는 있을 수 있으나 지상부의 생육과 지하부의 생육은 밀접한 상관관계를 가진다(Park et al., 1997; Park et al., 2013). 또한 광합성을 통해 합성되는 동화산물의 양에 의해 뿌리의 생장량 및 유용성분의 차이가 발생한다(Kim, 2000; Jeon et al., 2015). 즉 상대적으로 낮은 지상부 생육량을 보인 62-C 그룹의 지하부 생육량은 다른 두 그룹에 비해 낮은 생육량을 보였는데 통계적 유의성이 확인된 뿌리의 직경을 포함하여 뿌리 길이와 생중량 및 건중량에서도 통계적 유의성은 확인되지 않았으나 전체적으로 N79-A 그룹과 NN115-C 그룹에 비해 62-C 그룹에서 낮은 평균 수치를 확인하였다. 이는 Kim (2000)과 Jeon et al. (2015) 등의 선행연구와 유사한 결과이며, 지하부 생육특성의 차이는 지상부 광합성량에 따른 동화산물의 차이에 의한 결과로 사료된다.

참당귀는 국내에서 약재로 사용하며 중국과 일본은 각각 중국당귀[A. sinensis (Oliv.) Diels]와 일당귀[A. acutiloba (Siebold & Zucc.) Kitag.]를 각국의 약전에 규정하고, 함유성분과 약리적 효과는 상이한 것으로 알려져 있으며(Kim et al., 2009a; Lee, 1994), 대한민국 약전에서 nodakenin, decursin, decursinol angelate의 총 함량이 6% 이상을 함유해야 함을 기준으로 하고 있다(Park et al., 2019). 참당귀와 같은 약용작물은 자생지의 환경, 재배지의 위치, 수집시기 등에 따라 3%에서 7%까지 유용성분의 총 함량은 다양한 양상을 나타낸다(Jeong et al., 2021; Kim et al., 2019; Park et al., 2020). 본 연구에서도 꽃 색에 따른 유용성분의 분석을 통해 유용성분의 총 함량이 6%에서 7%정도로 앞선 연구와 유사한 결과가 나타났으며, 또한 nodakenin과 decursinol angelate에서 각 그룹별 유용성분의 함량 차이를 확인하였다. nodakenin의 함유량은 NN115-C 그룹이 0.88 ± 0.13%, decursinol angelate의 함유량은 N79-A 그룹이 2.56 ± 0.12%로 다른 두 그룹보다 높게 나타났는데 더덕의 경우 뿌리의 색에 따라서 안토시아닌과 같은 성분의 함유량이 다른 것처럼 색에 따른 성분의 조성에 차이가 관찰되며(Kim et al., 2009b), 앞서 정략적 생육특성에서 설명한 바와 같이 지상부의 광합성으로 뿌리에 축적되는 동화산물량에 의한 식물 개체별 유용성분의 차이라 판단된다.

상기 참당귀의 꽃색에 따른 생육특성과 뿌리의 유용성분 함량에 대한 연구의 결과는 기존 약재료서의 용도로 저추대성과 다수확성이 주를 이루고 있는 참당귀의 품종연구에 대한 새로운 방향을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 다만 본 연구는 재배지에서 수집한 개체의 종자 육묘 개체를 활용하여 도출한 결과로 참당귀의 생육환경과 색 발현 간의 상관관계에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

적 요

꽃 색에 따른 참당귀(Angelica gigas Nakai)의 지상부 및 지하부의 생육특성과 유용성분을 확인하여 참당귀의 신품종 육성에 대한 기초자료를 제공하고자 하였다. 재배지에서 기본종인 짙은 자주색(N79-A)을 포함한 밝은 청분홍색(62-C), 흰색(NN115-C)의 꽃 색을 발현하는 개체를 확인 및 채집하였으며, 채집한 개체의 종자를 활용해 육묘하여 실험재료로 사용하였다. 지상부의 정성적 생육특성은 기본종인 N79-A 그룹은 식물체 전체에 자주색 계열의 색을 띠는 반면 62-C 그룹과 NN115-C 그룹은 연두색 계열의 색을 띠는 것으로 확인하였다. 정량적 생육특성은 62-C 그룹이 다른 두 그룹보다 지상부와 지하부의 생육량이 낮은 결과를 나타냈으며 통계적 유의성을 확인하였다. 또한 유용성분인 nodakenin은 NN115-C 그룹이 0.88 ± 0.13%, decursinol angelate은 N79-A 그룹이 2.56 ± 0.12%로 다른 그룹보다 높게 분석되었으나 총합의 통계적 유의성은 확인되지 않았다. 이러한 결과는 주로 약재로 사용되어 저추대성와 다수확성이 주를 이루고 있는 참당귀 품종에 관한 새로운 품종의 육성에 기초자료로 제공할 수 있을 것으로 판단된다.