Abstract
The objective of this study is to assess the impacts of additional N fertilization on agricultural traits, flour characteristics, and noodle quality of O-free, a variety known for reduced allergy effects. With increasing fertilization rates, both culm length and spike length showed an increase, accompanied by a rise in grain nitrogen removal due to higher protein content in the grains. The leaf area index (LAI) reached its peak during the booting stage, while the canopy LAI peaked at 21 days after flowering (21-DAF). Although LAI of plant was higher in the treatments with additional nitrogen (N1 and N2) compared to the control (N0), there was no significant difference observed in canopy LAI. Chlorophyll fluorescence values were highest at 21-DAF and lowest at 35-DAF, regardless of the fertilizer rate. The dry weight of leaves and stems was highest at 7-DAF in N0 and N1 treatments, but at 21-DAF in N2 treatment. During grain filling, the nitrogen content decreased in leaves and stems, while it increased in the grains. With higher fertilization rates, there was an increase in the moisture content, flour color value, protein content, and sedimentation value of flour, whereas the particle size of flour decreased. Dough extensibility, mixing time, and protein strength showed an increase as the fertilizer rate increased, but dough stability decreased. The control exhibited the highest starch gel stability and aging, while N1 had the lowest starch swelling. Cooked noodles demonstrated increased brightness, thickness, and hardness with increasing fertilizer rate, but elasticity and viscosity showed no significant changes.
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Keywords: O-free; ω-5 gliadin; nitrogen level; agronomic traits; noodles
서 언
오프리는 글루텐 불내성 및 밀 의존성 운동 유발성 과민증(wheat-dependent exercise-induced anaphylaxis; WEDIA)을 유발하는 주요 요인이 되는 ω-5 글리아딘 대부분이 결실된 품종으로 2015년에 개발되었다(
Jang et al. 2018,
Kang et al. 2019,
Lee et al. 2018). WDEIA는 심각한 음식 알러지로 심한 경우 사망에 이르게 되는데, 밀가루 음식 섭취 후 물리적인 운동 후에 증상이 발생한다(
Matsuo et al. 2004,
Morita et al. 2003,
Palosuo et al. 1999). WDEIA 피해를 줄이기 위해 호밀 전좌 계통이나 ω-5 글리아딘과 ω-1,2 글리아딘이 결핍된 야생밀을 이용한 합성 품종 개발 및 RNA 간섭(RNA interference, RNAi) 기술을 이용한 계통육성이 이루어졌다(
Altenbach & Allen 2011,
Denery-Papini et al. 2007,
Waga & Skoczowski 2014). 호밀 전좌 계통은 가공 적성이 열악하고, 합성품종은 낮은 수량성 및 형질전환체의 안전성 문제 등으로 활용이 제한적이다. 이와 달리 오프리는 금강과 올그루를 모부본으로 하여 만들어진 반수체 계통 중에서 선발되어, 농업형질과 품질 및 가공적성의 문제점이 발견되지 않았기 때문에 국내와 미국, 중국 특허 등록을 하였고, 유럽 특허를 출원하였다(
Kang et al. 2018,
2019,
2020,
2022,
Lee et al. 2017,
2018).
글리아딘은 글루텐의 점성과 신장성에 기여하며, ω-글리아딘은 글리아딘의 약 10%를 차지한다. ω-글리아딘은 분자량이 50 kDa 정도로 큰 ω-5글리아딘과 40 kDa 정도인 ω-1,2 글리아딘으로 구성되어 있으며,
Gli-B1 유전자에 의해 암호화되고, 저분자 글루테닌 유전자인
Glu-B3와 염색체 상 매우 근접해 있다(
Banc et al. 2009,
Wieser 2007). ω-글리아딘은 이황화 결합에 관여하는 시스테인이나 메티오닌이 부족한 황 부족 단백질(S-poor prolamin)로서 밀 반죽에서 수소결합을 하지 않는데, 이러한 특성은 N-말단 아미노산 서열의 특이한 특성 때문이다(
Tatham & Shewry 2000). ω-1,2 글리아딘의 N-말단 아미노산 서열은 ARE, ARQ 또는 KEL로 시작해서 PQQPFP의 반복서열을 지니고 있고, ω-5글리아딘의 N-말단 아미노산 서열은 SRL로 시작되어 FPQQQ와 QQIPQQ이 반복된다(
Battais et al. 2005a,
b,
Bouchez-Manhiout et al. 2010,
DuPont et al. 2000,
Matsuo et al. 2004,
2005). ω-5 글리아딘의 QQX1PX2QQ (X1=I, L, F, S 또는 Y, X2=Q 또는 E) 모티프가 WDEIA 환자의 혈청 immunoglobulin E (IgE)와 결합하는데, WDEIA 환자 64% (11명 중 7명)에서 ω-5 글리아딘이 결손된 형질전환체의 IgE 반응이 현저하게 감소하였으며, 오프리에 대한 immunoblotting에서도 같은 결과를 확인하였다(
Altenbach et al. 2014, 2018,
Lee et al. 2022).
밀 산업 육성법 제정으로 국산밀 소비 확대에 대한 관심이 높아지면서, 최근 육성된 알러지 저감 밀(Hypo-allergenic wheat)인 오프리는 수입산 밀과 차별화가 가능하기 때문에 국산밀 산업화에 충분히 기여할 것으로 예상된다. 국내에서도 밀 알러지 환자 증가와 셀리악 병의 위험성으로 인한 글루텐 프리 시장의 증가에 대응할 수 있는 오프리는 새로운 식품 재료로 활용이 가능하다. 따라서 오프리 기반 다양한 용도의 밀 품종 개발과 알러지 저감 관련 분자육종적 및 면역⋅임상 관련 연구가 체계적이고 지속적으로 필요하다. 또한 오프리의 재배 면적 확대를 위해서는 맞춤형 재배 관리 기술 개발이 현실적으로 중요하며, 오프리의 알러지 저감 확인 체계 구축을 포함한 새로운 맞춤형 재배 관리가 필요하다. 본 연구에서는 오프리 맞춤형 재배 관리 체계 구축을 위한 기초 자료 제공을 위해 질소 시비에 따른 오프리의 농업형질과 밀가루 및 국수 적성에 대한 평가를 수행하였다.
재료 및 방법
공시재료
본 연구에 이용된 오프리는 국립식량과학원 밀 연구팀에서 정선된 종자를 분양받아 이용하였으며, 오프리는 농촌진흥청 국립식량과학원 계화도 시험지의 답리작 조건에서 휴립광산파(150 cm×120 cm)로 권장 파종량(150 kg/ha)을 2021년 10월 25일에 파종하였으며, 재배 및 농약 살포는 농촌진흥청 표준재배법(
RDA 2012)에 따라 수행하였고, 2022년 6월 15일에 수확하였다. 시비 처리는 대조구(N0)와 추비구(N1과 N2)로 구분하여 처리하였는데, N0는 질소(51 kg/ha), 인산염(74 kg/ha), 그리고 염화칼륨(39 kg/ha)을 파종전에 시비하였고, 추비로서 생육재생기(2월 25일)에 질소(40 kg/ha)를 시비하였으며, N1는 신장기(3월 24일)에 질소(40 kg/ha)를 추가적으로 시비하였고, N2는 신장기와 수잉기(4월 8일)에 각각 질소 40 kg/ha을 시비하였다.
재배 기간 동안 평균기온은 11.2℃로 평년대비 0.9℃ 높았는데, 평년대비 월동 전에는 0.5℃ 높았고, 생육재생기에는 0.1℃ 높았고, 분얼기와 신장기에는 각각 0.9℃와 1.2℃ 높았으며, 출수기와 유숙기 및 성숙기에는 각각 0.1℃, 0.6℃와 0.7℃ 높았다(
Fig. 1). 강수량은 394.9 mm로 평년대비 76.0 mm 적었으며, 평년대비 월동 전에는 39.2 mm 많았고, 생육재생기와 분얼기에는 각각 44.9 mm와 20.6 mm 적었으며, 신장기와 출수기까지는 각각 3.4 mm와 1.7 mm 많았지만 유숙기까지는 강우가 없어 62.3 mm 적었으며, 성숙기까지는 7.5 mm 많았다(
Fig. 1).
관행구(N0)와 시비 처리구(N1와 N2)에서 수확하여 제분한 밀가루의 순도 검정은
Jang et al. (2018) 방법에 따라 RP-HPLC (Reverse phase-high-performance liquid chromatography)을 이용하여 ω-5 글리아딘 분획을 평가하였으며, 비교를 위해서 금강과 올그루도 함께 검정하였다. 글리아딘은 밀가루 100 mg과 70% Ethanol 수용액 1 mL을 혼합하여 하루동안 상온에서 반응시킨 후, 상등액을 centrifugal vacuum evaporator (HT-4X, GeneVac Inc, Ipswich, UK)를 사용하여 건조 후에 RP-UPLC 분석을 실시하였다. RP-UPLC 분석은 Agilent ZORBAX 300SB-C18 column (5 μm, 4.6×250 mm i.d., Agilent Technologies, USA)이 장착된 Waters Alliance e2695을 이용하였으며, 용매 A와 B는 각각 0.1% 트리플루오로아세트산(Trifluoroacetic acid; TFA)이 포함된 물과, 아세토니트릴(Acetonitrile; ACN)을 사용하였다. 글리아딘에 sample buffer (0.1%TFA in 20%ACN) 300 μL를 섞어 제조하고 PVDF syringe filter (0.45 μm, Whatman, Maidstone, UK)로 걸러낸 후, 글리아딘은 70분에 걸쳐 용매 B의 25%에서 50%의 선형구배로 용출되었다. RP-HPLC 분석은 65℃ 컬럼 온도에서 1 mL/min의 유속으로 수행되었고, 210 nm의 파장에서 모니터링되었다.
농업 형질 조사는 농촌진흥청 농업 과학 기술 조사 분석 기준(
RDA 2012)에 준하여 실시하였다. 출수기는 전체 경수 중에 40%가 출수한 날로 하였으며, 성숙기는 대부분의 이삭이 황화한 날로 조사하였다. 간장은 지면에서 이삭 목까지의 길이를 측정하였고, 수장은 이삭 목에서 이삭 끝까지의 길이를 측정하였고, 단위 면적당 수수는 생육이 고른 3개소에서 1 m×1 m에 있는 총 수수를 측정하였으며, 1수립수는 생육이 균일한 장소에서 무작위로 20수를 채취하여 탈곡 후 조사하였다. 수확된 종실은 충분히 건조한 후 2.0 mm 체를 이용하여 정선하였다. 리터중은 정선된 종자를 1ℓ중 측정기(Seedburo Equipment Co., USA)를 이용하여 측정하였으며, 천립중은 종자계수기(Pfeuffer GmbH, German)을 이용하여 1,000립을 측정하여 무게를 조사하였다. 수량은 수확 탈곡 건조 후(수분 14% 기준) 설립을 제외하고 종실을 평량하여 10 a당으로 환산하여 조사하였다.
생육 단계별 엽면적(LAI), 엽 녹색도(µmol/m
2)와 엽록소 형광(Fv/Fm)은 생육이 고른 3개 지점에서 신장기, 수잉기, 개화기(4월 29일), 유숙기(5월 13일), 호숙기(5월 27일)와 황숙기(6월 10일)에 측정하였다. 엽면적은 PAR/LAI ceptometer (LP-80, METER Group, Inc., USA)을 이용하였으며, 엽 녹색도와 엽록소 형광은 각각 휴대용 엽록소계(SPAD-502, Minolta, Japan)와 형광측정기(OS-30P, Opti-sciences, USA)를 이용하여, 출수 전에는 완전 전개한 최상위엽에서 측정하였고, 출수 후에는 지엽을 측정하였다. 잎, 줄기와 이삭의 건물중과 단백질 함량은 개화기(0-DAF, 0 day after flowering), 유숙기(7-DAF, 7-day after flowering), 호숙기(21-DAF, 21-day after flowering)와 황숙기(35-DAF, 35 day after flowering)에 측정하였다. 잎과 줄기는 생육이 고른 3개 지점에서 1 m×1 m 면적을 수확하여, 20 cm 정도로 자르고 60℃에서 3일간 건조 후 건물중을 측정하였고, 5 g을 분쇄기(Udy, Fort Collins, Co., USA)를 이용하여 분쇄 후에 수분과 단백질 함량은 각각 AACCI Approved Methods 44-15.02과 46-30.011 (AACCI. 2010)에 준하여 측정하였다. 수확지수(HI, Harvest Index)는 수확 후 전체 건물중에 대한 종실 건물중의 비율로 계산을 하였으며, 종실 질소 제거(GNR, Grain Nitrogen Removal)는 종실 수량에 종실의 단백질 함량을 곱한 값으로 계산하였다(
Lollato et al. 2021).
제분은 Bühler mill (MLU-202, Swiss)을 이용하여 AACCI Approved Methods 26-31.01 (
AACCI 2010) 방법에 따라 제분 수율 60% 수준으로 제분하였고, 제분된 밀가루는 10℃ 저온실에 보관하여 실험에 사용하였다. 밀가루의 수분, 단백질과 회분 함량은 각각 AACCI Approved Methods 44-15.02, 46-30.01과 08-01.01 (
AACCI 2010)에 준하여 측정하였다. 밀가루 백도(WI, whitness index)는 Minolta JS-555 (Minolta Camera Co., Ltd, Japan)을 이용하여 색깔을 측정한 후에
Nguimbou et al. (2012) 방법에 따라 계산하였으며, 밀가루 입자 크기는 multi-wavelength laser particle size analyzer LS13320 (Beckman Coulter, Inc., USA)을 이용하여 측정하였다. 침전가는 AACCI Approved Method 56-70.01 (
AACCI 2010)을 변형하여 밀가루 3 g으로 측정하였다. Mixolab (Chopin, 프랑스)은 AACCI Approved Methods 54-60.01 (
AACCI 2010) 방법과 믹소랩 사용자 매뉴얼에 따라 수행하였다(
Dubat 2010). 밀가루 50g(수분함량 14%)과 증류수를 포함한 무게를 75 g으로 맞추고 반죽 발달(dough development) 동안 최고 토크(peak torque)가 1.1±0.07 Nm이 되도록 유지했으며, 반죽 속도는 80 rpm이었다. 믹소랩의 여러 가지 지표(mixolab parameters)는 쇼팡 믹소랩 소프트웨어(Chopin Mixolab software Version 3.14, Chopin, France)를 이용하여 분석하였다.
국수 평가는
Park & Baik (2002)에 따라 생면을 만들어 평가하였는데, 국수를 위한 최적 가수량 결정은 34% 가수량으로 제조한 시중 중력분과 비교하여 결정하였다. 밀가루 100 g에 소금물을 넣고 pin mixer (National Mfg. Co., USA)를 이용하여 4분간 반죽을 형성하였으며, 최종 소금물 농도는 2.0%가 되도록 조절하였다. 형성된 반죽은 3 mm 간격의 noodle machine (Ohtake Noodle Machine Mfg. Co., Japan)의 롤러를 65 rpm의 속도로 통과하여 면대를 생성하였다. 생성된 면대는 상온에서 1시간 동안 숙성한 후 순차적으로 롤러 간격을 2.4, 1.85, 1.3 mm 줄여 면대를 생성하였다. 최종적으로 생성된 면대의 두께는 micrometer dial thickness gauge (Peacock Dial Thickness Gauge G, Ozaki Mfg. Co., Japan)를 이용하여 측정하였다. 국수 면대 색은 Minolta CM-2002 (Minolta Co., Ram-sey, NJ, USA)을 이용하여 측정하였으며, 국수 면대의 백도는 밀가루와 마찬가지로
Nguimbou et al. (2012)의 방법에 따라 계산하였고, 국수 면발을 만들기 위해서 25번 절단 롤러를 이용하였다. 국수 식미는 생면(20 g)을 500 mL의 끊는 물에 10분 동안 삶은 후 찬물에 헹구고 TA-XT2 texture analyzer (Stable Micro Systems, Haslemeres, England)을 이용하여 분석하였다. 삶은 국수의 식미 검정은 5가닥의 면발을 삶은 후 5분 이내에 최소 3 반복을 실시하였으며, 3.175 mm 금속날을 이용하여 1.0 mm/sec의 속도로 원형 면발 높이의 70%를 압축하여 경도(hardness)와 탄성(springiness) 및 점성(cohesiveness)을 측정하였다.
모든 시험은 최소 3회 이상 반복을 두어 실시하였으며, SAS 프로그램(SAS Institute, Cary, NC)을 이용하였고, Duncan의 다중범위검정으로 유의성을 검정하였으며, 질소 시비 처리간 변이의 상호작용을 평가하기 위한 ANOVA (Analysis of variance) 분석은 GLM을 이용하였다.
결과 및 고찰
질소 추비량 변화가 오프리 농업형질에 미치는 영향
추비량에 따른 잎 관련 생리적 특성 변화는
Fig. 2와 같다. 개체의 엽면적(LAI)은 추비량과 상관없이 수잉기에 가장 높은 값을 보였으며 개화 이후에는 약간 감소하였지만, 군집의 LAI는 개화 후 21일(21-DAF, 21-day after flowering)까지 증가하였으며 이후에는 차이가 없었다(
Figs. 2A, B). 개체 LAI는 신장기와 수잉기에는 질소시비를 추가적으로 1회(N1)와 2회(N2)한 처리구에서 대조구(N0)에 비해 높았고 N1과 N2간에는 차이가 없었다(
Fig. 2A). 개화 후 7일(7-DAF, 7-day after flowering)과 21-DAF은 N2가 다른 처리구보다 LAI가 높았지만, 개화 후 35일(35-DAF, 35-day after flowering)에서는 차이가 없었다(
Fig. 2A). 군집 LAI는 생육 단계별로 경향이 나타나지 않았는데, 7-DAF와 35-DAF에서는 질소 시비에 따라 증가하였지만, 신장기에서는 감소하였고, 수잉기에는 N1이 다른 처리구에 비해 높았지만, 21-DAF는 차이가 없었다(
Fig. 2A).
추비량에 따라 엽 녹색도 변화가 다르게 나타났는데, N1과 N2의 엽 녹색도가 N0에 비해 높게 나타났으며, N0와 N1의 엽 녹색도는 개화 후 감소하여 35-DAF에서 가장 낮은 값을 보였지만, N2는 개화 후 증가하였다가 35-DAF에서 가장 낮은 값을 나타내었다(
Fig. 2B). 개화 후에는 추비량이 증가하면서 엽 녹색도는 증가하였지만, 수잉기에는 N2가 N1이나 N0에 비해 낮았으며, 신장기에는 추비량에 다른 차이가 없었다(
Fig. 2B). 엽록소 형광값은 추비량에 상관없이 21-DAF에서 가장 높은 값을 보였으며, 35-DAF에서 가장 낮았는데, 이러한 경향은 생육단계별로 살펴보았을 때도 같았으며, 다른 시기에서는 큰 차이가 없었다(
Fig. 2B).
추비량이 증가함에 따라 엽면적과 옆의 녹색도가 증가하는 것은 국내외 결과와 같았으며, 생육 진전으로 인해 전체적인 잎의 노화가 진행되고, 질소 과량 처리구가 노화 지연으로 무처리구에 비해 엽록소 녹색도가 높았다(
Amanullah et al. 2009,
Fritschi & Ray 2007,
Jung et al. 2020,
Luo et al. 2020,
Netto et al. 2005,
Xingyun et al. 2019). 엽록소 형광값은 카로티노이드와 엽록소 비율 및 광이용효율과 상관이 있으며, 질소 추비 증가에 따라 증가하며, 엽의 녹색도와도 상관이 높은 것으로 알려져 있고, 국내에서도 같은 경향이 보고되었다(
Jung et al. 2020,
Sims & Gamon 2002). 본 연구에서는 생육초기에 추비 조건에 따른 명확한 차이를 발견하기 어려웠는데, 초분광카메라를 활용하면 국내 환경에서도 밀 생육 조사에서 비교적 차이가 명확한 출수기 이후 특성뿐만 아니라 생육 초반에도 진단의 정확성을 높일 수 있기 때문에 생육단계별 밀 생육 평가에 활용이 제시되었다(
Jung et al. 2020).
추비량에 따른 개화 후 잎, 줄기와 이삭의 건물중 및 질소함량 변화는
Fig. 3에서 보는 바와 같다. N0와 N1은 7-DAF에서 잎과 줄기의 건물중이 가장 높았고 이후에 감소하였는데, N2에서도 감소 경향은 같았지만 21-DAF에서 건물중이 높았다(
Figs. 3A,
3B). 추비량에 상관없이 등숙이 진행되면서 잎과 줄기의 질소 함량은 감소하였지만, 이삭에서는 반대로 증가하였는데 이러한 경향은 이삭 무게 변화에서도 같았다(
Figs. 4A,
4B). 등숙이 진행되면서 잎의 건물중이나 질소 함량은 N2와 N1이 N0보다 높았으며, 21-DAF과 35-DAF에서는 N2가 N1보다 높았지만, 등숙이 완료된 개화 후 49일(49-DAF, 49-day after flowering)에서는 차이가 없었다(
Fig. 3A). 줄기 건물중과 질소 함량 변화도 잎의 변화와 비슷하였지만, 등숙 초기인 7-DAF에서는 줄기 건물중이 추비량에 따른 차이가 없었고, 35-DAF의 줄기 질소 함량은 N1이 N2보다 높았고, 49-DAF에서는 잎과 달리 건물중은 N0가 높았고, 질소 함량은 N2가 높았다(
Fig. 3B). 이삭의 질소 함량은 등숙이 진행될수록 높아졌고, N2와 N1의 차이도 등숙이 진행될수록 높아졌는데, 건물중은 21-DAF과 49-DAF에서는 추비량이 많을수록 높았지만, 7-DAF과 35-DAF는 차이가 없었다(
Figs. 3A,
3B). 추비량에 따른 농업형질 변화는
Table 1에서 보는 바와 같다. 간장, 수장과 수량은 추비량이 늘어날수록 증가하였는데, 간장은 N1에서 75.6 cm로 N2 (73.6 cm)와 N0 (69.4 cm)보다 길었으며, 수장은 N2에서 8.1 cm 가장 길었고, N1의 수량은 4.1 MT/ha로 4.7 MT/ha인 N0와 N2보다 낮았다. 추비량이 늘어날수록 원맥의 단백질 함량은 증가하였고, 이러한 결과로 종실 질소 제거(GNR, Grain Nitrogen Removal)도 N2에서 가장 높았지만, 분얼, 천립중과 리터중 및 수확지수는 차이가 없었다.
출수기 이후 등숙이 진행됨에 따라 잎과 줄기의 질소함량 감소와 종실의 단백질 함량 증가 및 추비에 따른 간장과 건물중의 증가는 국내외 연구 결과와 같은 경향을 나타내었다(
Amanullah et al. 2009,
Heo & Sherman 2013,
Jung et al. 2020,
Luo et al. 2020,
Xingyun et al. 2019). 국내 밀 품종의 고온에 대한 반응에서도 외국의 경우와 마찬가지로 생육 단계별로 다르고 기관 별로도 반응이 상이하게 나타났는데, 이와 유사하게 질소 추비에 따른 양분의 전류와 분포가 상이하게 나타난다(
Song et al. 2021). 추비 처리가 농업형질과 수량 구성요소에 영향을 미치는 것은 국내외 연구 결과에서 명확했으며, 지나친 추비는 오히려 수량 및 종실 단백질 함량을 감소시키는 것으로 알려져 있다(Efetuei et al. 2016,
Jung et al. 2020,
Ma et al. 2017,
Wu et al. 2019,
Zhang et al. 2017). 본 연구에서는 추비량 상관없이 등숙이 진행되면서 잎과 줄기의 질소 함량은 감소하였고 이삭 무게와 질소 함량은 증가하는 경향을 나타냈다. 그러나 추비 처리 조건에 따른 농업형질과 수량 및 수량구성요소에 대한 반응이 상이하게 나타나기도 하였기 때문에 연차간 반복 실험이 추가적으로 필요하며, 추비 처리의 영향 뿐만 아니라 생육단계별 토양 수분과 온도 변화를 고려한 연구가 필요하다.
수확한 밀가루(N0, N1와 N2)의 글리아딘을 분석한 결과 ω-5 글리아딘 분획의 발현이 거의 없음을 확인하였는데(
Fig. 4), 이러한 결과는 오프리 특허 출원시에도 단백질 함량이 증가해도 ω-5 글리아딘 분획량은 증가하지 않았던 것과 같은 결과이며(
Kang et al. 2019), 본 연구에 이용된 오프리의 관리가 잘 이루어졌다고 할 수 있다. 추비량에 따른 오프리 밀가루의 특성 변화를 조사한 결과(
Table 2), 추비가 증가함에 따라 회분 함량과 밀가루 백도는 증가하였는데, N2에서 회분함량과 밀가루 백도는 0.44%과 92.31로 N1 (0.43%와 92.10)와 N0 (0.42%와 91.51)보다 높았다. 밀가루 입자 크기는 추비량이 증가할수록 감소하여, N0에서 48.70 μm로 N1 (47.74 μm)와 N2 (45.48μm)보다 높았다. 단백질 함량과 침전가는 추비량 증가에 따라 증가하였는데, N2에서 13.17%와 58.00 mL로 N1 (12.77%와 56.50 mL)와 N0 (10.27%와 41.50 mL)보다 높았다. Mixolab을 이용한 밀가루 반죽 및 전분 특성을 평가한 결과(
Table 3), 반죽 가수량과 반죽 시간은 추비량이 증가할수록 증가하여, N2에서 57.10%와 7.60분으로 N1 (56.20%와 6.74분)와 N0 (53.30%와 3.57분)보다 높았다. 반죽안정도는 N0에서 7.60분으로 가장 높았지만 단백질 강도는 1.07 Nm으로 가장 낮았다. 전분 호화는 N2에서 0.46 Nm으로 가장 높았지만, 전분 겔 안정도와 전분 노화는 추비량이 증가할수록 감소하여, N0에서 2.02 Nm과 1.96 Nm으로 N1 (1.94 Nm과 1.83 Nm)와 N2 (1.96 Nm과 1.86 Nm)보다 높았다. 국수 면대 특성과 삶은 국수의 식미 검정 결과(
Table 4), 국수 면대의 백도와 두께는 N2에서 82.72와 2.03 mm로 N1 (78.71과 1.88 mm)와 N0 (76.81과 1.83 mm)보다 높았으며, 삶은 국수의 경도는 N2에서 3.81 N으로 N1 (3.31 N)와 N0 (2.78 N)보다 높았지만, 삶은 국수의 탄성과 점성에서는 차이가 없었다.
추비량 증가로 회분 함량, 밀가루 백도와 단백질 함량 및 침전가는 증가하였고, 반죽 가수량, 반죽 시간과 단백질 강도의 반죽 특성도 증가하였는데, 국내외 보고에서도 시비량 증가에 따라 단백질 함량에 영향을 받는 밀가루 특성은 같은 경향을 나타내었다(
Cho et al. 2018,
Martin et al. 2001,
Park et al. 2003,
Rozbicki et al. 2015,
Takayama et al. 2006). 밀가루 입자 크기와 반죽 안정도는 추비량 증가에 따라 감소하였으며, 전분 겔 안정도와 노화는 무처리 구에서 가장 높았고 전분 호화는 N1에서 가장 낮았는데, 시비 반응은 추비량과 같은 재배 환경에 영향을 받지만 품종의 유전적 특성에 영향을 받기 때문에 오프리 고유의 특성이 영향을 미친 것인지에 대한 추가적인 연구가 필요하다(
Cho et al. 2018,
Dapčević et al. 2009,
Johansson et al. 2001,
Triboï et al. 2000).
국수 면대 밝기와 두께와 삶은 국수의 경도는 추비량이 증가할수록 높아졌지만, 삶은 국수의 탄성과 점성은 추비량에 영향을 받지 않았다. 추비량이 증가하여 단백질 함량이 증가하면서 국수 제조 및 식미에 미치는 영향은 국내외 연구 결과와 일치하였다(
Cho et al. 2018,
Ohm et al. 2010,
Park et al. 2006,
Wang et al. 2007). 단백질 함량 증가는 글루텐 조성 비율에도 영향을 주는데 글루텐닌과 글리아딘의 함량 비율과 각각의 분획의 변화가 품종마다 다르며 기존 연구 결과에서도 상이한 보고가 많기 때문에 국수용으로 육성된 알러지 저감 오프리에 단백질 함량 변화에 따른 보다 심도 있는 추가적 연구가 필요하다(
Daniel & Triboi 2000,
Johansson et al. 2001,
Kindred et al. 2008,
Pierre et al. 2008,
Wieser & Seilmeier 1998). 국내 품종에서는 단백질 함량이 증가함에 따라 ω-글리아딘 비율이 모든 품종에서 감소하였으며, 빵 부피와 과자 직경은 물론 삶은 국수의 식미에도 영향을 주었지만, 오프리의 경우 시비량이 증가했음에도 불구하고 ω-5글리아딘 함량은 변함이 없었지만 이러한 변화가 글루텐닌이나 다른 글리아딘 분획에 미치는 영향 등 추가적인 연구가 필요하며, ω-5 글리아딘 함량이 오프리 수준으로 감소된 빵용 품종 육성을 통한 국산밀 소비 확대에 대한 고민도 필요하다(
Cho et al. 2017).
적 요
본 연구는 알러지 저감에 효과가 있는 오프리에 대한 질소 추비량 증가가 농업형질, 생리적인 특성 및 밀가루 특성과 국수 적성에 미치는 영향을 평가하였다. 추비량이 증가할수록 간장, 수장과 수량이 증가하였고, 원맥의 단백질 함량 증가로 종실 질소 제거(Grain Nitrogen Removal)도 증가하였다. 개체 엽면적(LAI)은 수잉기에 가장 높았고, 군집 LAI는 개화 후 21일(21-DAF, 21-day after flowering)에서 제일 높았고, 개체 LAI는 질소 추비를 추가적으로 1회(N1)와 2회(N2)한 처리구가 대조구(N0) 보다 높았지만, 군집 LAI는 차이가 없었다. N1과 N2의 엽 녹색도가 N0에 비해 높았으며, 35-DAF (35-day after flowering)에서 가장 낮았다. 엽록소 형광값은 추비량에 상관없이 21-DAF에서 가장 높은 값을 보였으며, 35-DAF에서 가장 낮았다. 잎과 줄기의 건물중은 N0와 N1에서는 7-DAF에서 가장 높았지만, N2에서는 21-DAF에서 가장 높았고, 추비량 상관없이 등숙이 진행되면서 잎과 줄기의 질소 함량은 감소하였지만, 이삭 무게와 질소 함량은 증가하였다. 추비량 증가로 회분 함량, 밀가루 백도와 단백질 함량 및 침전가는 증가하였으며, 밀가루 입자 크기는 감소하였다. 반죽 가수량, 반죽 시간과 단백질 강도는 추비량이 증가하면서 증가하였지만, 반죽 안정도는 감소하였다. 전분 젤 안정도와 노화는 무처리 구에서 가장 높았으며, 전분 호화는 N1에서 가장 낮았다. 국수 면대 밝기와 두께와 삶은 국수의 경도는 추비량이 증가할수록 높아졌지만, 삶은 국수의 탄성과 점성은 추비량과 상관이 없었다.
사 사
본 연구는 농촌진흥청 연구사업(과제명: 밀 생산성 향상 디지털농업 모델 개발 및 실증, 과제번호: PJ017048) 지원에 의해 이루어졌음
Fig. 1Mean temperature and precipitation in 2021/2022.
and
indicate precipitation and mean temperature in 2021/2022,
and
indicate average precipitation and average of mean temperature for average year. I, II, III, IV, V, VI and VII in growth stage indicate for emergency stage, regeneration stage, tillering stage, elongation stage, heading stage, milky stage and maturing stage.
Fig. 2The leaf area index (LAI) of plant and canopy (A), and chlorophyll content and photosynthesis yield (B) of O-free treated with three N fertilizations in the growing season. N0, N1, and N3 represent additional N fertilization levels, N0 indicates 40 kg/ha additional N fertilization at the regrowing stage, N1 indicates 40 kg/ha additional N fertilization to N0 at the elongation stage, N2 indicates 40 kg/ha additional N fertilization to N1 at the booting stage. I, II, III, IV and V in growing stage mean elongation stage, booting stage and 7-day after flowering (DAF), 21-DAF and 35-DAF, respectively. Bars and dots with different letters above are significantly different at p<0.05.
Fig. 3The dry weight and nitrogen content of leaf (A), stem (B) and spike (C) of O-free treated with three N fertilizations in the growing season. N0, N1, and N3 represent additional N fertilization levels, N0 indicates 40 kg/ha additional N fertilization at the regrowing stage, N1 indicates 40 kg/ha additional N fertilization to N0 at the elongation stage, N2 indicates 40 kg/ha additional N fertilization to N1 at the booting stage. DAF in ripening stage means day after flowering. Bars and dots with different letters above are significantly different at p<0.05.
Fig. 4RP-UPLC analysis of gliadin proteins from the O-free treated with different N fertilizations. Arrow indicates ω-5 gliadins. A, Keumkang; B, Olgeuru; C, conventional N fertilization; D, one additional N fertilization at elongation stage; E, two additional N fertilizations at elongation and booting.
Table 1Agronomic traits of O-free, Korean wheat cultivar reduced ω-5 gliadin, treated with different N fertilizations.
Table 1
|
Additional N fertilizationz (kg/ha) |
Agronomic traitsy
|
|
Culmlength(cm) |
Spikelength(cm) |
Tiller(m2) |
Thousandkernelweight(g) |
Test weight(g) |
Yield(kg/ha) |
Protein(%) |
Grain nitrogen removal(kg N/ha) |
HarvestIndex |
|
N0 (0) |
69.4b |
7.3ab |
828a |
46.6a |
810a |
4.7a |
12.2b |
0.57b |
0.73a |
|
N1 (40) |
75.6a |
7.2b |
853a |
46.6a |
816a |
4.1b |
12.3b |
0.51c |
0.71a |
|
N2 (80) |
73.6ab |
8.1a |
855a |
46.8a |
818a |
4.7a |
14.4a |
0.68a |
0.73a |
Table 2Flour characteristics of O-free, Korean wheat cultivar reduced ω-5 gliadin, treated with different N fertilizations.
Table 2
|
Additional N fertilizationz
(kg/ha) |
Flour characteristicsy
|
|
Ash(%) |
Whiteness index |
Average of particle size (μm) |
Protein(%) |
SDS Sedimentation volume (ml) |
|
N0 (0) |
0.42c |
91.51c |
48.70a |
10.27c |
41.50c |
|
N1 (40) |
0.43b |
92.10b |
47.74b |
12.77b |
56.50b |
|
N2 (80) |
0.44a |
92.31a |
45.48c |
13.17a |
58.00a |
Table 3Mixolab parameters of O-free, Korean wheat cultivar reduced ω-5 gliadin, treated with different N fertilizations.
Table 3
|
Additional N fertilizationz
(kg/ha) |
Mixolab Parametersy
|
|
WA (%) |
DDT(min) |
STB (min) |
PS (Nm) |
SG (Nm) |
SGS (Nm) |
SR (Nm) |
|
N0 (0) |
53.30c |
3.57c |
7.60a |
1.07b |
0.45ab |
2.02a |
1.96a |
|
N1 (40) |
56.20b |
6.74b |
6.95ab |
1.11a |
0.43b |
1.94b |
1.83b |
|
N2 (80) |
57.10a |
7.60a |
6.75b |
1.13a |
0.46a |
1.96b |
1.86b |
Table 4Properties of noodle dough sheet and texture of cooked noodles from O-free, Korean wheat cultivar reduced ω-5 gliadin, treated with different N fertilizations.
Table 4
|
Additional N fertilizationz
(kg/ha) |
Noodle dough sheety
|
Texture of cooked noodles |
|
Whiteness index |
Thickness (mm) |
Hardness (N) |
Springiness (Ratio) |
Cohesiveness (Ratio) |
|
N0 (0) |
76.81c |
1.83b |
2.78c |
0.95a |
0.71a |
|
N1 (40) |
78.71b |
1.88b |
3.31b |
0.94a |
0.70a |
|
N2 (80) |
80.72a |
2.03a |
3.81a |
0.96a |
0.69a |
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