Abstract
A new soybean cultivar ‘Wonhyun’, was developed by mutation breeding technique using a 250 Gy gamma ray at Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) in 2010. ‘Wonhyun’ has black seed coat and much better agronomic performance than original variety ‘Paldal’. Their total yield (177.1kg/10a) is much higher than that of ‘Paldal’ (126.9 kg/10a). Also, 100 seed weight of Wonhyun was 27g compared to ‘Paldal’ (13.7g). Contents of 4 essential amino acids such as aspartic acid, glutamic acid, lysine, arginine and unsaturated fatty acid including linoleic and linolenic acid have much higher than ‘Paldal’. This cultivar is good for cooking with rice as improved functional ingredient soybean.
-
Keywords: Mutation breeding; Black seed coat; High yield; Unsaturated fatty acid
서 언
현대의 서구화된 식단 변화에 따른 동물성 식품 과잉 섭취 로 의학적, 영양학적 문제가 야기되면서 이를 해결하기 위한 식물성 단백질 섭취 중요성이 점차 증대되고 있다. 예로부터 우리나라를 비롯한 동양권 국가에서 다양한 형태로 조리, 가 공하여 섭취했던 콩은 서양의 동물성 식품을 대체할 수 있는 우수한 영양소로 각광을 받고 있다. 여러 연구결과를 통하여 콩에 함유되어 있는 사포닌, 피트산, 이소플라본, 식이섬유, 레시틴, 트립신 저해제 등의 다양한 생리활성물질이 노화, 심 혈관 질환 등의 만성 퇴행성 질환과 산화스트레스 억제에 효 과가 있다는 연구 결과들이 발표됨에 따라 콩의 섭취를 질병 의 예방과 치료의 관점에서 이해하고자 하는 노력이 증가되 고 있다 (
Dong & Qin 2011,
Engelman et al. 2006,
Kim & Kang 2009,
Messina 1997). 콩은 단백질과 지방질 함량이 일반적으로 재배되는 작물에 비해서 높은 편이어서 영양적인 면에서 가치가 높은 경제적 작물로도 널리 알려져 있다.
콩은 포화지방산 함량이 낮고 콜레스테롤이 거의 함유되어 있지 않으며 식이섬유를 비롯한 비타민과 무기질까지 풍부하 게 함유되어 있다. 불포화지방산이자 필수지방산인 리놀레산 과 리놀렌산의 함량이 타 작물에 비해서 우수하기 때문에 영 양적인 측면에서 뿐만 아니라 기능성 식품의 원료로도 최근 각광을 받고 있다. 섭취하는 지방질의 형태와 양은 만성 퇴행 성 질환과 암 등의 질환에 영향을 주어 건강한 삶에 영향을 주며 포화지방산은 혈액 내 콜레스테롤 수치를 높여주지만 리놀레산과 리놀렌산 등의 불포화 지방산이 콜레스테롤 함량 을 낮추는 효과가 있음이 밝혀졌다(
Mensink & Katan, 1989). 또한, 검은콩은 일반콩과 비교하여 노화방지 성분이 4 배가량 높아 성인병 예방과 다이어트에 효과가 있다고 알려 지면서 건강식품으로써도 주목을 받고 있다(
Choung et al. 2001,
Im et al. 2006).
자유무역협정 체결에 따른 외국 농산물 수입증가와 유전자 변형 농산물 콩의 위해성이 대두됨에 따라 안전한 먹거리인 국산 콩에 대한 관심이 증가되고 있다. 본 연구팀은 돌연변이 육종기술을 이용하여 팔달에 250 Gy 감마선을 조사하여 단 백질 함량 및 필수아미노산 함량과 불포화지방산인 리놀레산 과 리놀렌산 함량이 높으며, 종피색이 검정색으로 변화된 밥 밑용 콩 신품종 ‘원현’을 육성하였다.
재료 및 방법
나물용 콩으로 주로 활용되었던 팔달(농업유전자원정보센 터, IT번호: 142811, 계통명: 수원 136호)의 검은 재색은 콩나 물 콩으로써 상품가치를 떨어뜨리는 형질로 이를 제거하고자 하는 목적으로 최초 육종방향을 설정하였다. 팔달에 방사선을 조사하여 돌연변이체를 선발 육성하는 과정에서 종자 크기가 증가되면서 검은색 종피를 가지는 밥밑용 콩인 원현 품종을 육 종하게 되었다. 원현의 생육특성 조사는 2009년과 2010년에 걸쳐 전북 정읍 지역에서 실시하였으며, 특성 비교를 위해 원 품종인 팔달을 사용하였고, 주요 생육 특성, 수량 특성 은 국립 종자관리소 신품종 심사를 위한 작물별 특성조사요령과 농촌 진흥청 신품종 개발공동사업계획서의 기준에 의거하여 실시하 였다(
RDA 2009). 수량 검정을 위해 3.6 m
2(3 × 1.2 m)의 면 적에, 재식 밀도는 60 × 10 cm로 파종 하였으며, 난괴법3반복 으로 수행하였다. 조지방, 조단백, 아미노산 및 지방산 함량은 한국식품연구원에 의뢰하여 수행하였다. 실험 결과 값에 대한 유의적 차이의 유무를 알아보기 위해 SPSS Statistics 20(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)로 t-test를 수행하다.
결과 및 고찰
육성 경위
Table
1은 ‘원현’의 육성경과를 간단히 도식화한 것으로, 2000년 팔달1000립의 종자에 250 Gy의 감마선을 조사하여 112계통의 종자를 수확하였다. 2002년에서 2005년도까지 농 업형질이 우수한 돌연변이 20계통을 1차적으로 선발하였다. 2006년에 종피색이 검정색으로 변화되었으며, 종자의 크기가 증가되고 밥밑용 콩으로 적합하며 단백질 함량 및 필수아미 노산 함량과 불포화지방산인 리놀레산과 리놀렌산 함량이 높 은 유망1계통(900-326)을 최종적으로 선발하였다(Table
1). 2002년에서 2005년까지의 계통선발은 경기도 남양주시 호평 동 한국원자력연구원 시험농장에서 이루어졌으며, 2006년도 이후부터는 전북 정읍에 있는 한국원자력연구원 첨단방사선 연구소 방사선육종시험장에서 특성검정 및 생산력검정 시험 을 실시했다. 2009년과 2010년 수량검정 시험을 마치고 최종 적으로 2011년 ‘원현’이라는 품종명으로, 국립종자원에 품종 보호권을 출원하였으며, 2년간의 재배심사 과정을 거쳐 2012 년 품종보호권(번호; 2012-4278)을 등록 완료하였다.
Table 1.Breeding process of ‘Wonhyun’ by mutation breeding.
Table 1.
|
Year |
2000-2001 |
2002-2005 |
2006-2008 |
2009-2010 |
|
Generation |
M1-M2
|
M3-M6
|
M7-M9
|
M10-M11
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|
No. of selected lines per generation |
1000 seeds irradiation, 112 plants were harvested for selected M2
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20 lines |
1 line (900-326) |
1 line (Wonhyun) |
|
Selection and yield test area |
Namyangju, Gyeonggi |
Namyangju, Gyeonggi |
Jeongeup, Jeonbuk |
Jeongeup, Jeonbuk |
주요특성
종피색 변이 계통의 선발
인위적인 돌연변이 유발원인 방사선 조사에 의한 유용 돌 연변이 개체의 선발은 기존 육성 품종의 특정형질 개선 및 새 로운 형질 발현을 목적으로 이루어진다. 지금까지 한국원자력 연구원을 통해서 주로 이루어졌던 콩 돌연변이 육종은 조기 개화 및 성숙, 미이라병 저항성 종피색 변이, 유용 성분의 증 가 및 감소 등의 기준으로 품종 개발이 이루어져 왔다(
Kim et al. 2013,
Lee et al. 2014,
Song et al. 2010). 노란 종피색 을 가지는 원품종인 팔달에 방사선을 조사하였더니 다양한 종피색 변이를 가지는 돌연변이 개체들을 얻을 수 있었으며, 그 중에서 농업형질이 우수하면서 검은색 종피색을 가진 ‘원 현’을 최종적으로 선발하였다 (Fig.
1,
2).
Fig. 1.Diverse seed color mutants derived from Paldal
Fig. 2.The harvested seeds of Paldal (left) and Wonhyun (right).
주요농업적인 특성
‘원현’은 원품종 팔달과 같이 유한신육형을 나타내며, 꽃색 은 자주색이고 모용색은 갈색이다(Table
2, Fig.
3). 파종 후 Fig.
4. The matured plant of Paldal (left) and Wonhyun (right) 개화기까지가 59일로 팔달보다 12일 정도 느리며, 파종부터 성숙이 완료 되는데 걸리는 시간은 팔달이 109일인데 반해서 137일로 약 28일 정도 늦다(Table
3). 경장은 72.4 cm로 팔 달에 비하여(54.2 cm)보다 18.2 cm 정도 크다(Fig.
4).
Table 2.Morphological and ecological traits of ‘Wonhyun’.
Table 2.
|
Cultivar |
Growth habit |
Flower color |
Leaf shape |
Seed coat color |
Pubescence color |
Hilum color |
|
|
Wonhyun |
Determinate |
Purple |
Oval |
Black |
Brown |
Black |
|
Paldal |
Determinate |
Purple |
Triangular |
Yellow |
Brown |
Black |
Fig. 3.The Pods of Paldal (left) and Wonhyun (right)
Fig. 4.The matured plant of Paldal (left) and Wonhyun (right)
Table 3.Agronomic characteristics and yield components of ‘Wonhyun’ in Jeongeup, Jeonbuk from 2009 to 2010.
Table 3.
|
Variety |
Flowering Period (DAS)z
|
Maturation Period (DAS) |
Plant Height (cm) |
No. of nods |
No. of branches |
No. of pods |
100-seed Weight (g) |
Yield (kg/10a) |
|
Wonhyun |
59*
|
137*
|
72.4*
|
18.9*
|
5.2*
|
57.3*
|
27.0*
|
177.1*
|
|
Paldal |
47 |
109 |
54.2 |
12.9 |
2.7 |
71.6 |
13.7 |
126.9 |
수량성 및 100립중
2009년과 2010년 정읍에 방사선육종시험장에서 실시한 생 산력검정시험 결과 10 a당 ‘원현’의 평균수량은 177.1 kg으 로 팔달(126.9 kg)에 비하여 35%가량 높아 안정적인 수량 확 보가 가능하게 되었다(Table
3). 100립중은 팔달이 13.7 g, ‘원현’은 27.5 g으로 2배 이상 증가된 종자 무게의 특징을 보 였다.
총단백질 및 조지방은 ‘원현’과 원품종 팔달간에 차이가 없 었으나, 벼에서 부족하여 콩의 혼식을 통해서 섭취를 권장하 는 필수아미노산인 아스파라긴산, 글루탐산, 라이신, 알긴산 등의 함량이 유의적으로 증가된 것을 확인할 수 있었다(Table
4,
5). 포화지방산의 함량은 ‘원현’과 원품종 팔달 간에 별다 른 차이점이 없었으나 불포화지방산 중 리놀레산은 21%, 리 놀렌산은 47% 가량의 함량이 증가됨을 확인할 수 있었다 (Table
6). 리놀레산, 리놀렌산 등을 포함한 대두 내의 불포화 지방산은 인체에서 콜레스테롤과 지방산이 장내와 혈액에 축 적되는 것을 방지해 주며 혈액을 정화시켜주는 역할을 한다 고 알려져 있다(
Hegsted et al. 1965). 또한, 리놀렌산을 전구 물질로 하여 생성되는 eicosanoid는 면역반응, 혈압조절, 혈 액 응집과 같은 다양한 생리활성을 나타내기도 한다 (
Nakamura et al. 2001). 불포화 지방산 함량이 증가되었으 며, 기타 농업 형질이 우수한 신품종 ‘원현’은 밥밑용 콩 품종 으로 안정적인 수량 확보가 가능할 것으로 사료된다.
Table 4.Total oil and protein contents (g/100g)
Table 4.
|
Variety |
Oil |
Protein |
|
|
Wonhyun |
13.5 |
37.7 |
|
Paldal |
14.9 |
35.9 |
Table 5.Analysis of essential amino acid compositions of ‘Wonhyun’ seed (mg/100g)
Table 5.
|
Line No |
Wonhyun |
Paldal |
|
|
Aspartic acid |
4790.2*
|
4300.7 |
|
Threonine |
1452.5 |
1401.4 |
|
Serine |
2001.7 |
1833.1 |
|
Glutamic acid |
7749.4*
|
7144.8 |
|
Proline |
1544.0 |
1528.2 |
|
Glycine |
1691.1 |
1562.1 |
|
Alanine |
1687.7 |
1535.7 |
|
Valine |
1611.2 |
1651.1 |
|
Methionine |
311.1 |
371.2 |
|
Isoleucine |
1588.7 |
1626.4 |
|
Leucine |
2981.1 |
2918.2 |
|
Tyrosine |
1151.2 |
1165.3 |
|
Phenylalanine |
1886.7 |
1909.3 |
|
Lysine |
2580.5*
|
2407.3 |
|
Histidine |
1057.9 |
975.4 |
|
Arginine |
3049.4*
|
2704.8 |
|
|
Total |
37134.4*
|
35035.0 |
Table 6.Components of fatty acid of ‘Wonhyun’ seed (%/100g oil)
Table 6.
|
|
|
Wonhyun |
Paldal |
|
|
Saturated fatty acid |
C16:0 |
Palmitic acid |
9.5 |
9.8 |
|
C18:0 |
Stearic acid |
3.2 |
3.2 |
|
|
Subtotal |
|
12.7 |
13 |
|
|
Unsaturated fatty acid |
C18:1 |
Oleic acid |
22.5*
|
34.8 |
|
C18:2 |
Linoleic acid |
55.3*
|
45.7 |
|
C18:3 |
Linolenic acid |
9.5*
|
6.4 |
|
|
Subtotal |
|
87.3 |
86.9 |
재배상 유의사항
‘원현’의 적응지역은 충남이남 평야지에서 재배가 가능하 다. 특별한 재배 유의사항은 없으나 배수가 불량한 토양에서 의 재배는 지양토록 한다.
적 요
‘원현’은 팔달 종자에 2000년 250 Gy의 감마선을 조사하여 만들어낸 돌연변이 신품종으로 농업적으로 수량성이 우수하며 종피색 변이를 가지는 계통으로 2011년에 최종적으로 품종보 호권을 출원하여 2012년 등록되었다. 원품종 팔달의 종피색이 노란색인데 반하여 신품종 ‘원현’은 검정색을 나타낸다. 100립 중은 팔달이 13.7 g, ‘원현’은 27.0 g으로 종자무게는 2배 이상 증가하였으며, 신품종 ‘원현’의 10 a당 수량은 177.1 kg으로 팔달(126.9 kg)에 비교하여 35%가량 향상되었다. 원품종인 팔 달에 비해서 필수아미노산인 아스파르트산, 글루타민산, 라이 신, 알긴 등의 함량과 불포화지방산인 리놀레산과 리놀렌산 함 량이 높게 나타났다(품종등록번호: 2012-4278).
사 사
이 논문은 2015년도 한국원자력연구원의 연구개발 프로그 램과 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원 을 받아 수행된 연구임(방사선기술개발사업, No. 2012M2A2 A6010566).
References
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