서 론

우리나라 간척지 면적은 새만금을 포함하여 약 13만 5,100 ha로서 국내 총 경지면적의 9%에 해당 된다(Lee et al., 2015). 국내 최대 간척지인 새만금은 현재 개발 중에 있으며 개발이 완료되면 총 40,100 ha의 부지가 형성되고 이 중 30% 정도인 8,570 ha가 농업용지로 활용될 예정이다(RDA, 2002). 2011년 확정된 새만금 간척지 종합 계발계획에 따르면 이 농업용지 중 4,469 ha가 곡물생산 등을 위한 친환경 첨단 농산업기반으로 계획되어 있다(RRI, 2007). 따라서 간척지에 다양한 첨단농업을 도입하여 실용화 할 수 있다면 농업의 패러다임을 바꿀 수 있는 좋은 기회가 될 것이며, 우리나라 농업 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 최근 세계 최대 인구국인 중국 및 인도 등의 경제가 발전됨에 따라 식량 및 사료용 곡물의 수요가 증가하고 있으며 바이오연료 생산에 다량의 곡물이 사용됨에 따라서 세계의 곡물 수급여건이 악화되어 지속적으로 국제 곡물가가 상승하고 있는 실정이다. 따라서 불안정한 국제 곡물시장 및 사료용 곡물의 수급을 원활하게 하고 국내 자급도가 낮은 조사료나 바이오에너지 원료를 생산하기 위해서는 대규모 경작이 가능한 간척지를 활용한 생산기술을 개발 한다면 우리나라의 식량작물 생산기반 유지에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다(Sohn et al., 2007). 우리나라 간척지 농업연구는 벼농사를 중심으로 진행되어 왔으나 최근에는 간척지에서 밭작물을 생산하기 위한 농업기술의 개발과 밭작물 재배체계로의 전환이 활발하게 이루어지고 있다(Jung et al., 2014). 국내에서 소비량이 증가하고 있는 잡곡은 수입 의존도가 매우 높은 작물이기 때문에 급변하는 국제 곡물가 상승에 대비하고 국내 잡곡 생산기반을 유지시키기 위해서는 간척지를 활용한 농업기술 개발이 요구되고 있다. 간척지 농업의 경우 간척지 특유의 자연·입지·시장여건 등이 불리하여 식량작물의 도입뿐만 아니라 재배규모 등이 다소 제한적 상황이기 때문에(Shin et al., 2004; Sohn et al., 2009) 간척지에 재배가 가능한 식량작물을 선발하고 간척지에서 생산된 농산물이 품질 및 기능성 등에서 다른 농산물보다 우수함을 확인하여 품질의 차별성을 부각 시키는 전략이 필요하다. 농촌진흥청에서 새만금 간척지 토양을 염 농도별로 구분하여 적응 작물을 검토한 결과 토양 염농도 0.1% 이내에서 재배 가능한 작물은 고구마, 감자, 콩, 팥, 녹두, 강낭콩, 참깨 등이었으며 0.2% 이내에서 재배 가능한 작물은 율무, 땅콩, 옥수수, 조, 수수이었고(Lee et al., 2012), 염 농도 0.3% 수준까지 적응이 가능한 작물은 기장 이라고 보고한바 있다(Kim et al., 2016). 이와 같은 연구결과로 판단할 때 잡곡류는 타 작물들에 비해 비교적 내염성이 있음을 알 수 있다. Choi et al.(2011)은 간척지에서 재배법을 개선하고 토양 개량을 통해 밭작물의 생산성 향상이 가능하다고 하였으며, Yang et al.(2014)은 간척지에서 기장을 재배시 질소비료를 일반 경작지 시비량 보다 두배인 20 kg/10a를 투여하였을 때 조곡 수량이 약 15% 증수된 202 kg/10a이었다고 하였다. 또한 간척지에 헤어리베치와 밀을 환원시킨 후 수수×수단그라스를 재배하면 대조구에 비해 공극률이 증대되고 유기물 함량과 CEC가 향상되어 토양 물리성과 화학성이 개선되어 수량이 약 37~48% 증가됨을 보고한 바 있다(Yang et al., 2012). Yang et al. (2012)은 새만금 신간척지에서 녹비-사료작물을 2기작 재배한 후 토양에 환원하고 다음해에 녹비작물을 다시 재배한 결과 토양의 pH는 8.9에서 6.3으로 감소하였고 유기물 55%, 총질소 39%, 유효인산 110%, 및 치환성 칼슘이 55%가 증가된다고 하였는데, 이와 같은 결과로 볼 때 간척지에 적절한 작물을 선정하고 적절한 토양관리가 이루어진다면 작물의 생산성 향상에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다. 최근 생활수준이 향상되고 건강을 지향하는 생활방식을 추구함에 따라 웰빙 잡곡에 대한 수요가 증가하고 있다. 2018년 국내 1인당 잡곡 소비량은 1.5 kg으로 2014년에 비해 약 50% 이상 증가하였으나 소비되는 잡곡의 대부분이 수입산으로 대체되고 있기 때문에 2000년 이후 잡곡의 자급률은 지속적으로 감소되고 있다. 따라서 국산 잡곡의 국제 경쟁력을 확보하기 위한 방안으로 간척지를 활용한 잡곡류의 대량 생산체계 구축 및 품질고급화 등이 요구된다. 잡곡은 대부분 건강식품으로 소비가 이루어지고 있기 때문에 간척지의 열악한 환경으로 수량성 등의 경쟁력이 다소 낮은 상황에서도 기능성 강화를 통한 경쟁력 확보가 가능한 작물이다. 전라북도농업기술원의 시험연구 보고에 따르면 간척지에서 채소를 재배할 경우 플라보노이드의 함량은 13종 대상작물 중 12종에서 평균 37.2% (증가 범위 1.0~86%, 최고 증가작물 고구마)가 증가되었고, 폴리페놀은 11종에서 평균 112% (증가 범위 3~829%, 최고 증가작물 고구마)가 증가되었다고 하였다(RDA, 2015). 간척지 농업기술의 개발은 미래 우리농업의 발전에 매우 중요하다. 따라서 간척지의 생산기반 확보 및 유지기술 개발이 요구되며, 수입에 의존하고 있는 잡곡의 국제 경쟁력을 향상시키기 위해서는 간척지에 적응성이 높은 잡곡을 선발하고 품질 및 기능성 평가를 통한 부가가치 향상 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서 간척지에서 재배된 잡곡의 생육 및 수량성과 기능성을 검토한 결과를 보고하고자 한다.

재료 및 방법

간척지 적응자원 선발을 위한 조, 수수, 기장 유전자원 수집

간척지에서 적응 가능한 전통 잡곡자원을 선발하기 위하여 조, 수수, 기장 유전자원을 농촌진흥청 농업유전자원센터로부터 분양받아 사용하였다. 전통 잡곡자원 중 상대적인 내염성이 높은 것으로 확인되고 있는 조, 수수, 기장의 수집자원을 탐색하여 수집 지역과 1차 조사된 특성이 중복되지 않은 자원을 선별하여 분양 요청 하였는데 우리나라에서 육성된 대표 품종 등도 포함시켜 비교 분석하였다.

수집 자원의 내염성 검정

수집된 잡곡 자원의 간척지 적응성을 검토하기 위한 예비 내염성 검정을 실시하였는데, 길이 40 cm, 폭 25 cm, 높이 40 cm의 검정색 플라스틱 포트를 사용하였다. 포트에는 표준 시비량을 면적별로 환산 투입하여 섞어 놓은 원예용 상토를 30 cm 높이까지 채우고, 시험 대상 유전자원을 10 cm 간격으로 4개체씩 파종하였다. 내염성 검정을 위한 염 농도는 천일염을 사용하여 0, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 1.0%로 조절하였고, 조사 완료시까지 파종된 포트의 일정 수준으로 침수 처리하였는데, 작물의 근권에 영향을 미칠 수 있도록 약 10 cm로 염수 공급 높이를 유지시켰다. 생육조사는 파종 후 10일 간격으로 하였는데 발아율, 고사정도, 지상부 생육을 관찰하였으며 자원별 광합성 능력과 염처리에 따른 뿌리 무게 등을 조사하였다.

간척지 적응 잡곡자원 선발

간척지 적응 잡곡자원을 선발하기 위한 시험포장은 간척 후 7년 동안 개발이 이루어지지 않은 김제시 만경읍 화포리 새만금 간척지 만경강 수변 노출지역과 익산(대조구)에 조성하였다. 간척지 시험포장의 토양 염농도는 0.09~0.16% 범위에 있었으며 시험전 토양 유기물 농도는 0.9%로 기준인 2.5%에 비해 부족하였다. 유효인산은 48~76 mg/kg으로 낮았고 토양 공극율은 40.9%이었다. 기본적인 재배 환경을 조성하기 위하여 시험포장에 2,000 kg/10a 기준으로 분말형 퇴비를 투입하고 4월 상순과 5월 상순 쟁기를 이용하여 2회 심경하였으며 파종 1주일 전에 농촌진흥청 작목별 시비 기준인 조(N-P₂O₅-K₂O) 9-5-5 kg/10a, 수수 8-6-6 kg/10a, 기장 10-7-8 kg/10a에 맞추어 시비하고 경운 하였고 관리기를 이용하여 너비 90 cm, 배수로 40 cm의 이랑을 만든 후 검정색 비닐로 피복하였다. 파종은 농촌진흥청 표준영농 기준에 맞추어 작목별로 적정 파종시기에 실시하였는데 수수는 5월 20일 조와 기장은 6월 30일 각각 인력 점파하였다. 재식거리는 조간 60 cm 주간 10 cm로 하였으며 1주 1본 하였다. 제초는 수작업으로 하였고 간척지 적응성을 확인하기 위하여 파종 후 30일 단위로 생육 조사하였다. 수확은 줄기 이삭이 황변하는 10월 상순에 실시하였는데 수량을 측정하기 위하여 처리 내용이 충실하게 반영된 2 m × 2 m로 구획을 4반복으로 지정하여 측정한 후 10a 면적으로 환산하였으며 건물중은 80°C로 72시간 건조기로 건조시킨 후 측정하였다. 식재 유전자원은 간척지 적응성을 평가하기 위하여 생육 상황을 조사하였는데 초장, 절간장, 줄기직경과 엽장, 분지수 등을 조사하였고 수량 특성과 품질을 평가하기 위하여 이삭당 종실무게, 천립중, 수량 등을 조사하였다. 간척지 적응성이 우수한 잡곡자원은 1년차에는 간척지 시험포장은 생육 환경이 다소 불안정한 점을 고려하여 일반지에서 재배한 경우 나타낸 생육 및 수량의 약 70% 이상이면 우수 자원으로 선발하였고, 2년차에는 선발 기준을 강화하여 간척지에서의 일정 수준의 수량 확보가 가능하다고 판단되는 1년차 선발 자원을 대상으로 일반지 재배 잡곡의 생육 및 수량 비율이 85% 이상인 자원을 선발하여 간척지 적응 우수 자원으로 선정하였다.

시험지 토양 분석

토양 삼상은 자연토양에 시료채취기로 core 시료를 채취한 후 토양수분이 마르지 않도록 tape로 밀봉하여 실험실 내로 운반한 후 용적밀도와 입자밀도를 구하여 측정하였는데 고상(%)은 (용적밀도/입자밀도)×100으로 액상(%)은 중량수분함량(%)×용적밀도로 기상(%)은 100에서 고상과 액상을 제하여 계산하였다. 토양 화학성은 한 개의 시험구내에서 균일하게 10개소를 지정하여 측정하였는데 작토층 30 cm 깊이까지 오거를 이용하여 토양을 채취한 후 온도 20~ 25°C와 습도 20~60%가 유지되는 실내에서 건조 시킨 후 모래나 자갈이 깨어지지 않도록 토양분쇄기를 사용하여 분쇄하여 사용하였다. 분쇄된 시료는 2 mm 체를 통과시켜서 사용 하였는데 T-N 분석 등의 시료는 2 mm 체를 통과한 토양을 유발로 갈아서 0.5 mm 체를 전량 통과시켜 사용하였으며 국립농업과학원의 토양화학분석법(NAAS, 2010)과 토양 및 식물체 분석법(NIAST, 2000)에 따라 실시하였다. 토성은 micro pipet법으로 입자밀도를 조사하고, 판정은 미국농무부 분류기준을 따랐다(Gee & Bauder, 1986). 토양 pH와 EC는 풍건토양과 증류수를 1 : 5(W/V)로 혼합하고 30분 진탕 후 pH meter (Orien3 star, Thermo Scientific, Singapore)와 EC meter (ORION SYRT A212, Thermo Scientific, Singapore)로 각각 측정하였다. 유기물은 Tyurin법에 의하였는데 0.5 mm 체를 통과한 시료 1.0 g에 0.068 M (0.4N) 중크롬산칼리 황산혼합 용액 10 mL를 넣어 200°C 전열판에서 기포발생 후 5분간 반응시킨 후 분해액에 약 150 mL의 증류수와 5 mL의 85% H₃PO₄ 및 5~6방울의 지시약을 넣고, 0.2 M (0.2 N) FeSO₄(NH₄)₂SO₄ 용액으로 적정하여 측정하였다. T-N은 비색법으로 분석하였는데 토양시료 5 g에 농황산 25 mL을 넣은 후 분해 촉진체 혼합분말 (K₂SO₄ : CuSO₄ = 9 : 1) 5 g을 넣어 400°C에서 4시간 분해한 뒤 증류수로 100 mL를 맞추고, 이 중 1 mL를 시험관에 옮겨 phenol-sodium nitroprusside-EDTA 혼합용액 3 mL를 넣고 37°C에서 5분간 반응시킨후 phosphate-sodium hypochlorite 혼합액 5 mL를 넣고 잘 흔들어 20분간 30°C에서 항온시킨 후 665 nm에서 비색 정량하였다. 유효인산은 Lancaster법(Cox, 2001), 치환성 양이온(K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺)은 1 N CH₃COONH₄ (pH 7.0)으로 치환 추출하여 원자흡광분광광도계(Atomic absorption spectrophotometer, Avante PM, GBC Scientific Equiment Pty Ltd, Victoria, Austria)를 이용하여 분석하였고 양이온치환용량(C.E.C.)은 1 M CH₃COONH₄ (pH 7.0) 50 mL로 12시간동안 포화시키면서 토양교질에 NH⁴⁺을 흡착시킨 후 암모니아성 질소법으로 정량하였다.

간척지 재배 잡곡자원의 기능성 분석

간척지에서 재배된 잡곡의 기능성을 분석을 위한 잡곡은 포트재배 및 1~2년차 포장시험을 통하여 간척지 적응성이 우수한 것으로 평가된 전통 수수자원인 까만수수, 남풍찰, 사탕대죽 3종을 대상으로 하였다. 수확된 잡곡 종실을 증류수로 세척 후 60°C에서 72시간 건조 시킨 후 분쇄기(Pulverisette 5, Fritsch GmbH, Germeny)로 분쇄하여 분석 시료로 사용하였다. 항산화성 분석으로 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량 및 DPPH 프리라디칼 소거능력을 분석하였다. 총 페놀함량은 Folin-Ciocalteu 법(Kim et al., 2010)으로 측정을 하였는데, 시료를 메탄올로 추출한 후 그 분획물 200 μl를 증류수 800 μl로 희석한 후 Folin & ciocalteu’s phenol 100 μl 첨가하여 3분간 반응시키고 2% sodium carbonate 200 μl와 증류수 700 μl를 첨가하여 암 상태에서 30분간 시킨 후 증류수 1 ml을 첨가하여 spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu, Tokyo, Japan) 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 gallic acid로 검량선을 작성하였으며, 총 페놀함량은 milligram gallic acid 당량(mg GAE/g extract)으로 표시하였다. 총 플라보노이드 함량은 메탄올 추출물 100 μl에 diethylene glycol 150 μl를 혼합하고 1N-NaOH 용액 20 μl를 가하여 37°C water bath에서 1시간 반응시킨 후 spectrophotometer (UV-1800, Shimadzu, Tokyo, Japan) 420 nm에서 흡광도를 측정하였고, 표준용액으로 rutin 0~1.0 mg을 사용하였다. 각 시료의 DPPH 프리라디칼 소거능은 시료 5mg을 메탄올을 4 ml로 맞춘 후 0.15 mM 1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazil (DPPH)를 첨가하여 실온의 암소에서 elisa reader (Spectra MAX190)로 30분간 반응시키면서 5분 간격으로 시료를 채취하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였는데, BHA (butylated hydroxy anisole)를 표준시약으로 사용하였다.

잡곡의 항당뇨 활성은 α-glucosidase 억제활성으로 분석을 하였는데, 시료 100 μl에 0.5 U/ml α-glucosidase 효소액 50 μl, 200 mM potassium phosphate buffer (pH 6.8) 50 μl를 혼합하여 37°C에서 15분간 배양한 후 3 mM p-nitrophenyl α-D-glucopyranoside (pNPG) 100 μl를 첨가하여 37°C에서 10분간 반응시켰다. 0.1 M sodium carbonate 750 μl로 반응을 정지시키고 microplate reader로 405 nm에서 흡광도를 측정하였다. Acarbose (Sigma-Aldrich)를 positive control로 사용하였으며, α-glucosidase 저해활성은 다음 식에 의하여 산출하였다.

Inhibition rate (%) = (1 - $\frac{{\mathrm{Abs}}_{\mathrm{sample}}-{\mathrm{Abs}}_{\mathrm{blank}}}{{\mathrm{Abs}}_{\mathrm{control}}}$ × 100)

Abs_sample : Absorbance of the sample

Abs_blank : Absorbance of the blank

Abs_control : Absorbance of the control

결과 및 고찰

잡곡자원 수집

새만금 간척지에 재배 적응성이 우수한 잡곡자원을 선발하기 위하여 농촌진흥청 농업유전자원센터로부터 IT번호가 부여된 자원을 분양 받았고, 국내육성 품종을 포함한 수집자원 84종을 사용하였는데, 작목별로는 조 29종, 수수 38종, 기장 17종이었다(Table 1).

Table 1. Genetic resources of Setaria italica BEAUVOIS, Sorghum bicolor, and Panicum miliaceum for the selection of applicable genetic resources for reclaimed land.

간척지 적응 조, 수수, 기장 선발

수집된 잡곡 자원의 간척지 적응성 검정을 위한 시험포장 환경은 Table 2와 같다. 시험지 토양 환경은 유기물원 공급과 작물 재배가 지속됨에 따라 전반적으로 개선되는 경향을 보였는데, 토양 염농도는 2016년 시험 초기 2.78 dS/m이었으나 재배가 지속되면서 2018년 4월에는 1.28 dS/m까지 낮아졌으나 2018년 하반기에는 가뭄의 영향으로 2.26 dS/m로 다시 상승하는 것으로 나타났다. 토양 pH는 가뭄 등 기상요인이 일시적으로 영향을 미쳤으나 전반적으로는 7.8~7.5 수준으로 낮아지는 경향이었고, 탈질화 및 인산의 불용화 등으로 인한 토양 양분의 유실이 감소하는 것으로 평가할 수 있었다. 토양 유기물 및 유효인산 함량도 작물 재배 및 퇴비 투입의 영향으로 전반적으로 개선되었는데 유기물 함량은 2016년 6.7 g/kg이었으나 2018년 하반기 14.8 g/kg으로 2.2배가 되었으며 유효인산은 2018년 264.8 mg/kg으로 2016년 48.4 mg/kg에 비해 5.5배로 증가되는 것으로 나타났다(Table 2).

Table 2. Chemical properties of reclaimed experiment soil based on experiment duration.

간척지 적응성 잡곡자원은 2016년~2017년 까지 2년에 걸쳐 조, 기장, 수수 수집 자원을 대상으로 선발하였다. 조 수집 자원 29종을 대상으로 생육을 기준으로 1년차에 1차 선발한 결과는 Fig. 1과 같다. 총 29종의 조 자원 중 간척지/일반지 초장(생육) 비율을 비교한 결과 최저 41.1%부터 최고 84.6%의 범위를 나타내었는데 70% 이상인 자원은 총 7종으로 전체 자원의 24%이었고 신날거리, 은차조, 산정조, 꼬장조, 모조, 몽당조, 북심이차조 등이었다. 수량은 표준품종의 일반지 수량을 기준으로 선정하여 실제 생산 가능량 확보 가능성을 반영하였는데 표준 품종인 삼다찰의 일반지 수량인 190.5 kg/10a의 70% 이상으로 생산 가능한 자원을 선발한 결과 은차조, 몽당조, 북심이차조 등이 표준 품종 대비 수량비율이 50%를 넘기는 하였으나 수집된 전 자원 모두가 70%를 넘지는 못하였다(Fig. 2).

Fig. 1.

Comparison of plant height of Setaria italica BEAUVOIS genetic resources cultivated in reclaimed land and normal fields in 2016 (first cultivation year).

Fig. 2.

Seed yield of Setaria italica BEAUVOIS genetic resources at Saemangeum reclaimed land compared to yield of a standard variety (Samdachal) cultivated in normal field in 2016 (first cultivation year).

시험 1차년(2016년)에 비록 기준점인 70% 수준에 도달하지는 못하였으나 일반지에서 재배된 표준품종 수량에 가장 근접하고 있다고 평가되는 조 유전자원 4종을 선정하여 2차 년도(2017년)에 다시 일반지와 간척지간 생육과 수량을 비교하였다. 생육 2차 년도에는 간척지 토양환경이 개선되는 점을 감안하여 우수 자원 선발 기준을 일반지의 85% 이상으로 하였는데 생육상황과 수량 비교에서 일반지 대비 85% 이상으로 간척지에서의 적응성이 강하다고 평가되는 자원은 없었다. 간척지/일반지 초장 비율이 71.2%인 몽당조가 최고 생육 특성을 보이기는 하였으나 기준을 넘지는 못하였으며 절간장, 줄기직경, 엽장, 분지수 등에 있어서도 비슷한 경향을 나타내었다(Table 3). 수량 구성요소 비교에서는 간척지 생산 종실의 천립중이 일반지 생산의 80% 이상을 나타내는 유전자원이 있기는 하였으나 간척지에서 수량은 일반지에 비하여 전반적으로 떨어져서 간척지/일반지 수량 비율이 몽당조가 자원중 가장 높은 67.1%이었으며 은차조의 66.1%, 북심이차조의 42.3%, 삼다찰의 33.7% 순이었다. 따라서 간척지/일반지 수량 비율이 85% 이상일 경우를 적응성이 뛰어난 것으로 본 선발 기준으로 볼 때 조의 간척지 적응성은 높지 않은 것으로 판단 할 수 있었다(Table 4).

Table 3. Comparison of second year (2017) growth to first year (2016) growth of selected Setaria italica BEAUVOIS genetic resources on reclaimed land and normal field.

Table 4. Comparison of quantity and related factors of selected Setaria italica BEAUVOIS genetic resources in the second year (2017) cultivated on reclaimed land and normal field during the first year (2016).

기장 수집자원의 간척지 적응 가능자원 선발도 새만금 간척지 시험포장에서 2016~2018년에 걸쳐 이루어졌다. 역시 시험 1차 년도(2016년)에 간척지와 일반지의 생육을 비교하여 간척지/일반지 초장 비율이 70% 이상인 자원을 선발하였는데 총 17개 자원 중에서 흰기장, 붉은기장(IT 108773), 지정, 그루기장, 황기장(IT185555), 찰기장(IT185556), Kemynkizan, PAN88, 붉은기장(IT270321) 등 9종이 간척지 생육이 상대적으로 우수한 자원으로 선발되었다(Fig. 3). 그러나 수량 비교에 있어서는 간척지/일반지 수량 비율이 모두 60% 이하로 기준점인 75% 이하였는데 18.6~55.8% 범위에 있었으며 흰기장이 55.8%, 지정 44.2%, 그루기장 42.6% 순으로 간척지에서의 낮은 수량 비율을 나타내었다(Fig. 4). 따라서 기장은 새만금간척지에서 소득화하여 활용 할 수 있는 잡곡자원으로는 부적합함을 알 수 있었다.

Fig. 3.

Comparison of plant height of Panicum miliaceum genetic resources grown in reclaimed land and normal field in 2016 (first year of cultivation).

Fig. 4.

Yield comparison of Panicum miliaceum genetic resources at Saemangeum reclaimed land with yield of a standard variety (Manhonhcharl) cultivated in normal field in 2016 (first year of cultivation).

조와 마찬가지로 기장도 1차 년도(2016년)에 상대적으로 우수한 생육특성을 보인 자원을 선발하여 2차 년도(2017)에 다시 확인하였다. 선발 자원은 생육 상황과 품종으로서의 활용성을 고려하여 5종을 선발하였는데 흰기장, 지정, 그루기장, 이백찰, 황실찰 등이었다. 생육 상황은 2016년에 비해 다소 떨어져서 간척지/일반지 초장 비율이 42.7~78% 범위였는데 그루기장 78%, 이백찰 75.9%, 지정 59.0%, 흰기장 50.8%, 황실찰 42% 순이었으며 모두 기준점인 85%에는 미치지 못하였다. 절간장, 줄기직경, 엽장, 분지수 등도 비슷한 경향으로 간척지 생육이 일반지 생육에 미치지 못함을 확인할 수 있었다(Table 5). 수량구성 요소 및 수량 비교에서도 역시 비슷한 경향이었는데 간척지 재배 그루기장의 이삭당 종실중이 14.9 g으로 가장 높았으며 일반지와의 비교에서도 간척지/일반지 비율이 76%로 가장 높은 비율을 보였다. 그러나 간척지와 일반지의 이삭당 종실 비율이 흰기장의 75.3% 이외에는 55%를 넘지 못해 종실 구성요소에서도 간척지 적응성은 그리 높지 않음을 알 수 있었다. 천립중은 자원의 특성에 따라 변이의 정도가 많은 항목이기는 하나 간척지/일반지 비율 비교에서 80.4~95.8%로 간척지에서 평균적으로 10% 정도 감소하고 있어 역시 적응성이 우수하지 못하였다. 간척지 수량을 유전자원별로 비교하였는데 가장 많은 그루기장의 74.6 kg/10a에서 가장 적은 이백찰의 54.6 kg/10a까지가 수량 범위로 전반적으로 수량이 높지 않았으며 간척지/일반지 수량 비율도 지정 58.7%, 그루기장 58.0%, 흰기장 55.1%, 황실찰 40.8%, 이백찰 37.3%로 모두 간척지 적응성이 우수한 자원으로 제시한 85% 기준에 크게 미치지 못하고 있어, 기장 유전자원 들은 새만금간척지에서는 적응성이 그리 높지 않은 것으로 판단되었다(Table 6). 이는 높은 염과 유기물의 부족 등 불리한 생육 환경과 토양 구조의 불완전성에 의한 배수 불량 등 간척지의 불량한 이화학성 특성과 작물의 환경에 대한 적응성 등이 종합적으로 작물의 생육에 반영된 결과로 판단된다.

Table 5. Comparison of growth status of selected Panicum miliaceum genetic resources cultivated in the second year (2017) on reclaimed land and normal field during the first year (2016).

Table 6. Comparison of yield and quantity factors in the second year (2017) of selected Panicum miliaceum genetic resources cultivated in reclaimed land and normal field cultivation during the first year (2016).

반면 수수는 조, 수수 유전자원과는 다른 반응을 보였는데 시험 1년차(2016년) 수집 유전자원의 생육상황을 보면 간척지 초장이 일반지 초장의 70%를 넘어서는 자원이 조사찰수수, IS820, 흰수수, 차수수, 사탕대죽, 해남재래, 몽당수수, 까만수수, 몽탁수수, 그루수수, 앉은뱅이수수, 수송생이, 황금찰 등 13종으로 전체 대상 자원의 34%를 차지하였다(Fig. 5). 수수 유전자원의 우수한 간척지 적응성은 수량 비교에서 명확하게 나타났는데 간척지 수량이 표준품종의 일반지 수량의 70%를 넘어서는 유전자원이 조, 기장에서는 없었던 반면 수수 유전자원은 8종이 수량 기준을 넘어서고 있어 전체 수집 유전자원의 21%가 간척지에서 우수한 수량특성을 보이는 것으로 확인되었다. 대상 자원은 찰수수, 단장수수, 사탕대죽, 까만수수, 누리수수, 몽탁수수, 앉은뱅이수수, 남풍찰이었으며 표준 품종 및 수량은 남풍찰의 270.6 kg/10a이었다(Fig. 6).

Fig. 5.

Comparison of plant height of Sorghum bicolor genetic resources cultivate on reclaimed land and normal field cultivation in 2016 (first year of cultivation).

Fig. 6.

Yield comparison of Sorghum bicolor genetic resources at Saemangeum reclaimed land and a standard variety (Nampungchrl) cultivated in normal field in 2016 (first year of cultivation).

이러한 수수의 우수한 간척지 적응 특성이 연차별 차이 없이 적용될 수 있는지를 확인하기 위하여 2017년에 2016년도에 우수한 자원으로 평가된 유전자원을 대상으로 간척지 적응성을 재검정 하였다. 시험 대상자원은 1차 년도 일반지 표준품종 수량의 70%를 넘어서는 자원을 포함하여 13종으로 하였다. 1차 년도 생육 결과와 유사하게 수수 유전자원들은 간척지 생육 환경 하에서도 상당히 우수한 생육 특성을 나타내었다. 초장 비교에서 검은빗자루수수의 74.8%를 제외하고는 거의 모든 시험자원에서 간척지와 비간척지 초장 비율이 75%를 넘어서고 있었으며 가장 높은 비율을 보인 남풍찰의 90.3%를 포함하여 89.1%의 까만수수와 88.7%의 사탕대죽이 기준점인 85%를 넘어섰다. 절간장도 비슷한 경향이었는데 간척지에서 재배할 때 13개 자원 모두에서 절간 길이가 짧아지는 경향을 보이기는 하였으나 감소폭이 조나 기장에 비하여 적었으며 자원별로는 남풍찰, 사탕대죽, 꼬부랑수수, 까만수수 등이 간척지 재배환경에 의한 영향이 적었다. 줄기 직경도 거의 대부분의 수수 자원이 기준 점인 85%를 넘어섰는데 사탕대죽은 간척지/일반지 비율이 98.2%이었으며 단장수수는 94% 까만수수 89.8%, 남풍찰 88.7% 순이었다. 엽장과 분지수를 비교한 결과 오히려 간척지에서 더 높은 생육을 보이는 자원들도 관찰되었는데 사탕대죽의 경우 간척지 재배시 엽장이 79.4 cm로 일반지 재배의 78.6 cm 보다 길었으며 다른 자원들도 일반지 재배의 엽장과 거의 비슷하거나 약간 짧은 생육을 보였다(Table 7). 결론적으로 생육상황 면에서 보면 간척지 적응성이 가장 우수한 잡곡 작목은 수수였다. 시험 자원의 간척지/일반지 초장 비율 비교에서 수수가 0.82로 간척지 생육이 일반지 생육에 비하여 크게 떨어지지 않은 결과를 보였다. 다른 잡곡 작목의 간척지/일반지 초장 비교에서는 기장 0.61, 조 0.51로 전반적으로 낮아서 간척지 생육이 떨어짐을 확인 할 수 있었고 수수자원 중에서는 까만수수, 사탕대죽, 남풍찰 3자원이 거의 모든 생육 항목에서 간척지 적응성이 우수함을 확인 할 수 있었다(Fig. 7).

Table 7. Comparison of growth status of selected Sorghum bicolor genetic resources in the second year (2017) on reclaimed land and normal field during first year (2016).

Fig. 7.

Growth status of selected Sorghum bicolor genetic resources at Saemangeum reclaimed land.

간척지에 적응 가능한 우수 수수 자원을 선발하기 위하여 시험 2년차에 1년차 선발 유전자원을 대상으로 수량 및 수량 관련 요소들을 분석하였다. 간척지와 일반지 재배 수수자원의 이삭당 종실중 비율은 69.2%에서 93.2% 범위였는데 85% 이상의 비율을 나타낸 자원은 까만수수 93.2%, 사탕대죽 92.7%, 찰수수 91.3%, 90.7%의 남풍찰 등 4종이었다(Fig. 8). 천립중 비교에서는 모든 자원이 간척지/일반지 비율이 80%를 넘어섰는데 85% 이상의 비율을 보인 자원은 남풍찰(95.6%), 꼬부랑수수(94.7%), 까만수수(93.7%), 사탕대죽(93.5%), 장목수수(90.8%), 누리수수(90.8%), 빨간작목수수(89.2%), 검은빗자루(88.6%), 조사찰수수(88.3%) 등 9종이었다. 수량 구성요소를 반영하여 수량을 산정한 결과 간척지 수량 229.4 kg/10a로 간척지/일반지 수량 비율이 89.3%인 사탕대죽과 227.4 kg/10a로 87.8%를 보인 까만수수, 그리고 수량 239.6 kg/10a로 86.0%를 보인 남풍찰 등 3종이 기준 점인 85%를 넘어서고 있어 우수한 간척지 적응성을 가지고 있는 수수 자원으로 선발되었다(Table 8).

Fig. 8.

Comparison of harvested ears of selected Sorghum bicolor genetic resources in the second year (2017) cultivated in reclaimed land and normal field.

Table 8. Comparison of yield and quantity factors of select Panicum miliaceum genetic resources in the second year (2017) cultivated on reclaimed land and normal field during first year (2016).

결론하자면 조, 기장, 수수 등 3종의 잡곡 유전자원 84종을 수집하여 간척지에서 재배하면서 적응성을 검정한 결과 수수가 3 작목중 가장 우수한 간척지 적응성을 가진 작목이었으며 수수 자원 중 간척지에서도 일반지 생육 및 수량의 85% 이상을 보인 자원은 까만수수, 사탕대죽, 남풍찰 3종이었다.

선발된 수수 자원의 내염성 검정

선발자원의 내염성 정도를 좀 더 명확히 구명하기 위하여 포트 시험을 통한 내염성 검정을 실시하였다. 공시 대상 자원은 간척지 포장시험을 통하여 적응성이 높은 것으로 확인된 까만수수, 남풍찰, 사탕대죽의 수수 3종을 대상으로 하였으며 대조로 검은빗자루수수를 사용하였다. 내염성 검정은 천일염을 사용하여 0, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 1.0%의 염수를 조성하고 시험 작물의 근권 부위에 지속적으로 영향을 미칠 수 있도록 처리하였다. 염농도별 초장변화를 자원별로 보면 포장시험에서 내염성이 평균 정도 수준을 보였던 대조자원 검은빗자루수수의 경우 염을 0.1% 농도로 처리 하였을 때 무처리(0%)의 65.9% 수준으로 초장이 떨어지고 농도를 0.2%로 높이면 무처리의 46.3%이 되었으며 0.4% 이상의 염농도에서는 모두 고사하는 것으로 보아 평균적인 수수 자원의 내염성은 그리 높지 않은 것으로 판단되었다. 초장 이외 줄기직경, 엽수, 뿌리 길이 등의 생육 요인들을 보면 염농도 0.2%까지는 무처리의 50% 정도의 생육 수준을 유지하다가 0.3% 농도에서는 30% 이하대로 하락하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 비하여 포장시험을 통하여 내염성이 있는 것으로 확인된 까만수수, 남풍찰, 사탕대죽은 염 처리 농도별 생육이 다른 양상으로 반응하였다. 까만수수와 남풍찰은 염농도 0.3%까지는 무처리(0%) 초장의 70% 이상을 유지 할 수 있었고 0.4% 염 농도에서도 50% 대를 유지할 수 있었으며 0.5% 까지 염 농도를 올렸을 경우 각각 무처리 초장의 44.5%와 33.5%를 나타내었으며 식물체가 고사하는 염농도는 모두 1.0%이었다(Table 9, Fig. 9). 다른 생육 요소를 살펴보면 남풍찰의 경우 염 농도를 0.5% 까지 올렸을 경우 줄기 직경이 무처리의 44.4%, 뿌리 길이는 13.6% 수준으로 감소 폭이 큰 반면, 까만수수는 0.5% 염농도 하에서도 줄기 직경은 무처리의 52.9%, 뿌리 길이는 51.6%로 남풍찰 보다는 염에 대한 저항성이 큰 것을 확인할 수 있었다(Fig. 9, Fig. 10). 사탕대죽은 시험 유전자원 중 가장 강한 내염성이 확인되었는데 0.4% 염처리 하에서도 초장이 무처리의 70% 이상으로 유지되었고 염 농도 1.0%에서도 고사하지 않고 생존 하였으며 염농도 0.5% 처리에서도 무처리 초장의 57%를 나타내었다. 다른 생육 요인들에서도 역시 강한 내염성을 확인할 수 있었는데 최고 수준의 염처리 농도인 1.0%에서도 뿌리 길이를 무처리의 36.7%, 줄기 직경은 25.6%까지 유지하였다(Fig. 11).

Table 9. Growth status of selected Sorghum bicolor genetic resources under saline conditions.

Fig. 9.

Growth response of Kkamansusu, Nampungcharl, and Satangdaejuk to salt treatment.

Fig. 10.

Root growth of Kkamansusu, Nampungcharl, and Satangdaejuk in response to salt treatment.

Fig. 11.

Growth status of Satangdaejuk in response to salt treatment.

자원별 염처리 농도별로 뿌리 무게를 분석하였다. 내염성이 약한 것으로 평가되는 검은빗자루수수의 경우 무처리에서 38.6 g이었던 뿌리 무게가 염농도가 0.3% 올라가면 4.3 g으로 88.9% 감소하고 0.4% 이상에서는 모두 고사할 정도로 염에 의한 영향을 크게 받았으나 까만수수, 남풍찰, 사탕대죽은 모두 염 농도 1.0%에서도 뿌리가 생존하였다. 자원별로 보면 사탕대죽은 염농도 0.5% 염 농도에서 뿌리 무게 감소율이 무처리 대비 65.9%로 66.3%의 남풍찰과 71.3%의 까만수수 보다 적게 나타나 가장 강한 내염성을 보이고 있는 것으로 확인되었다(Fig. 12).

Fig. 12.

Change in root weight of Kkamansusu, Nampungcharl, Satangdaejuk, and Gumeunbitzarususu (control) to salt treatment.

염농도 변화에 따른 광합성 능력도 역시 분석하였는데 내염성 있는 것으로 분석된 수수 자원 까만수수, 남풍찰, 사탕대죽 등은 0.3% 염 처리 까지는 광합성 능력이 증가하다가 0.4%~1.0%의 고동도 염 처리에서 광합성 능력이 감소되는데 감소되는 폭이 가장 적은 자원은 사탕대죽이었으며 까만수수, 남풍찰 순으로 광합성 능력 감소 정도가 커졌다(Fig. 13). 종합하여 결론하면 내염성이 적은 검은빗자루수수에 비교하여 염 처리별 지상부 및 지하부 생육과 광합성 능력 등을 검정한 결과 사탕대죽, 남풍찰, 까만수수 모두 높은 내염 정도를 가진 것으로 확인되었으며 가장 강한 내염성을 가진 수수 자원은 사탕대죽이었다.

Fig. 13.

Photosynthetic activity of Kkamansusu, Nampungcharl, and Satangdaejuk in response to salt treatment.

간척지 재배 선발 수수 자원의 기능성 향상

내염성이 높은 자원으로 평가된 수수 유전자원 3종의 간척지 재배 수확물에 대한 기능성을 분석하였다. 항산화 효과를 나타내는 폴리페놀 함량을 자원별로 간척지와 일반지로 나누어 비교하였는데 3자원 모두 간척지에서 재배한 수확물의 폴리페놀 함량이 일반지에서 재배한 것보다 높게 나타났다. 간척지 재배 곡물의 함유량을 보면 남풍찰 12.1 mg/g, 사탕대죽 10.2 mg/g, 까만수수의 9.7 mg/g 순이었으나 일반지 함량 대비 증가 비율을 보면 사탕대죽이 2.0%, 남풍찰이 23.5%이었으며 까만수수가 가장 높은 26.0%의 증가율을 나타내었다(Fig. 14). 플라보노이드 함량 역시 간척지에서 수확한 곡물에서 높은 함유량을 보였는데 사탕대죽, 남풍찰, 까만수수 순으로 함유량이 많았고 간척지와 일반지 재배 간 비교에서는 사탕대죽이 일반재배 수확물 함량 보다 55.6% 증가하여 증가폭이 가장 컸고 까만수수가 17.6%로 다음이었으며 남풍찰이 8.5% 증가하였다(Fig. 15).

Fig. 14.

Comparison of polyphenol content among Kkamansusu, Nampungcharl, and Satangdaejuk cultivated on reclaimed land and normal field.

* Same letters in each attribute indicate no significant difference at 5% level by DMRT

Fig. 15.

Comparison of flavonoid contents in Kkamansusu, Nampungcharl, and Satangdaejuk cultivated on reclaimed land and normal field.

* Same letters in each attribute indicate no significant difference at 5% level by DMRT

폴리페놀은 flavonoids, anthocyanins, tannins, catechins, isoflavones, lignans, resveratrols 등의 총칭으로 폴리페놀에 존재하는 다수의 히드록실기(-OH)는 여러 화합물과 쉽게 결합하는 특성으로 항산화 및 항암, 항염 효과가 뛰어나다(Lu et al., 2000; Cha et al., 1999). 플라보노이드는 자연계에 널리 분포하는 폴리페놀계의 일종으로 활성산소종의 제거에 효과적이어서 항산화능이 높다고 알려져 있으며 폴리페놀과 마찬가지로 항바이러스, 항염증, 항암 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Taso et al., 2010; Heim et al., 2002; Williams et al., 2004). 자원별로 함유량이 다르기는 하였으나 간척지 재배 생산물에서 폴리페놀과 플라보노이드 함유량이 유의적으로 증가하고 있다는 결과는 의미가 있다. 특히 잡곡을 건강한 식생활을 위하여 섭취하고 있는 특징을 볼 때 기능성분 증가는 간척지 생산 잡곡에 대한 기호성 증가를 불러 올 수 있으며 간척지 재배에서 일어 날 수 있는 생산량 감소를 보완해 줄 수도 있는 요인으로 작용할 수도 있을 것이다.

세포의 대사활동 중 발생하는 활성산소(reactive oxygen species, ROS)의 축적은 가장 광범위한 세포 손상의 원인으로 이에 의한 산화스트레스는 알츠하이머, 파킨슨병, 심혈관계질환 등의 발병원인으로 지적되고 있다(Christen, 2000; Van-Gal et al., 2006). DPPH 라디칼 소거능은 불안정한 활성산소에 환원기능의 proton ion을 제공하여 안정화 되도록 유도하는 기능으로 hydroxyl radical 혹은 superoxide radical 등을 제거하는 항산화 능력을 평가할 때 사용되는 지표로서 높은 값일수록 항산화능이 우수한 것으로 판단한다(Canadanovic- Brunet et al., 2005). 공시된 수수 유전자원 3종의 일반지 DPPH 소거능을 분석해보니 사탕대죽이 49.2%로 가장 높았으며 그 다음으로 남풍찰이 47.4%, 까만수수가 39.6% 순이었다. 그러나 간척지에서 재배하고 수확한 생산물을 대상으로 DPPH 소거능을 분석해보니 3종 수수 자원 모두에서 일반지 재배 보다 DPPH 소거능력이 강화되는 것을 알 수 있었는데 간척지에서 재배한 사탕대죽의 DPPH 소거율이 57.4%로 일반지에 비하여 16.7%p 증가하였으며 까만수수는 52.4%로 증가율 32.3%p로 사탕대죽에 비하여 증가폭이 컸다. 남풍찰의 경우에는 3자원 중에서 가장 큰 폭의 DPPH 소거능 향상 정도를 보였는데 간척지 재배 생산물의 DPPH 소거율이 69.7%로 일반지 재배 생산물에 비하여 47.0%p 향상된 결과를 알 수 있었다(Fig. 16).

Fig. 16.

Comparison of DPPH elimination capacity in Kkamansusu, Nampungcharl, and Satangdaejuk cultivated on reclaimed land and normal field.

* Same letters in each attribute indicate no significant difference at 5% level by DMRT

α-Glucosidase는 탄수화물의 소화에 관여하는 효소로서 섭취된 maltose와 dextrin의 α-glicosidic 결합을 끊어 단당류로 분해함으로서 체내로 흡수되도록 하는 역할을 한다. α- glucosidase 저해능은 탄수화물의 소화 속도를 조절하여 식후 혈당 상승을 억제하는 것으로 볼 수 있어 이당류인 maltose의 분해 감소를 측정함으로서 항당뇨 효과 정도를 판단 할 수 있다(Ko et al., 2002; Park et al., 2004). 간척지에서 재배하여 수확한 수수류 3종의 항당뇨 활성을 확인하기 위하여 α-glucosidase 저해 정도를 측정하였다. 일반지 재배 수수 자원의 경우 α-glucosidase 저해 활성이 까만수수가 66.9%로 가장 크고 남풍찰은 55.8% 사탕대죽은 54.0%이었다. 간척지 재배에서도 수수 3자원별 α-glucosidase 저해 활성이 비슷한 순서로 나타났는데 까만수수가 79.2%이었고 남풍찰이 66.9%, 사탕대죽이 64%이었다. 간척지 재배와 일반지 재배의 α-glucosidase 저해 활성을 비교해 보면 간척지 재배 수수에서 일반지 재배 수수보다 항당뇨 활성이 유효적으로 증가 하였는데 증가 정도는 사탕대죽이 18.5%p, 남풍찰이 19.9%p, 까만수수가 18.4%p이었다(Fig. 17).

Fig. 17.

Comparison of α-glucosidase inhibition capacity in Kkamansusu, Nampungcharl, and Satangdaejuk cultivated between reclaimed land and normal field.

* Same letters in each attribute indicate no significant difference at 5% level by DMRT

적 요

새만금 간척지에서 적응 가능한 잡곡자원을 선발하기 위하여 조, 기장, 수수 등 3종의 잡곡 유전자원 84종을 수집하였다. 수집 자원을 간척지에서 재배하면서 적응성을 검정한 결과 수수의 간척지 적응성이 가장 우수하였다. 대표적인 생육 요소인 초장의 간척지/일반지 비율을 측정한 결과 수수가 0.82로 간척지에서도 일반지에 비하여 크게 떨어지지 않는 생육상황을 보이는 것으로 확인되었고 기장은 0.61, 조는 0.51 순이었다. 수수자원 중 우수한 간척지 적응성을 가진 유전자원으로 까만수수, 사탕대죽, 남풍찰 3종이 선발되었다. 사탕대죽은 간척지 수량 229.4 kg/10a로 간척지/일반지 수량 비율이 89.3%이었으며 까만수수는 227.4 kg/10a로 간척지/일반지 수량 비율 87.8%를 나타내었고 남풍찰은 간척지에서의 수량이 일반지 수량의 86.0%인 239.6 kg/10a로 우수한 간척지 적응성 자원으로 선발되었다. 선발 자원의 내염성 정도를 구명하기 위하여 포트에서 천일염을 사용하여 염농도를 1.0%까지 처리하고 지상부 및 지하부 생육과 광합성 능력 등을 검정한 결과 사탕대죽, 남풍찰, 까만수수 모두 높은 내염 정도를 가진 것으로 확인되었으며 가장 강한 내염성을 가진 수수 자원은 사탕대죽이었다. 간척지 생산 수수 자원의 기능성 향상을 확인하기 위하여 폴리페놀과 플라보노이드 함량 그리고 유해 활성산소 제거능을 확인하였고 α-glicosidase 억제 활성을 통하여 항당뇨 활성을 분석하였다. 기능성 분석 항목 모두에서 간척지 재배 생산물의 기능성이 일반지 생산물에 비하여 향상되는 것을 확인되었는데 항산화 성분인 폴리페놀은 간척지 재배시 함량 증가율 범위가 2%~26%이었으며, 플라보노이드 함량은 8.5%~55.6%로 함량이 증가하였다. DPPH 소거능도 간척지 재배시 16.7%p~47.0%p 증가하여 유해 활성산소 제거능력도 향상되는 것을 알 수 있었다. α-glicosidase 억제 활성도 선발자원별로 18.4%p~19.9%p 높아서 항당뇨 활성도 간척지 재배에서 증가하였다.