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ISSN : 0252-9777(Print)
ISSN : 2287-8432(Online)
The Korean Journal of Crop Science Vol.62 No.3 pp.166-171
DOI : https://doi.org/10.7740/kjcs.2017.62.3.166

Polyphenol Content and Yield Variation of Red-colored Cultivars Depends on Transplanting Date in Southern Plain Region of Korea

Hyun Kyung Bae1, Seong Hwan Oh2, Jung Dong Hwang1, Jong Ho Seo1, Sang Yeol Kim1, Myung Kyu Oh1
1Department of Southern Area Crop Science, NICS, RDA, Miryang 50424, Korea
2Rural Development Administration, Junju 54875, Korea
Corresponding author: Bae Hyun Kyung; +82-10-2833-2131; (dadaeboy@korea.kr)
April 28, 2017 June 12, 2017 June 14, 2017

Abstract

For high-quality colored rice production, the cultivation environment is a critical factor. The major environmental factor is temperature, which includes the accumulated and average temperature during vegetative and reproductive stages. Generally, during the cultivation period, the temperature can be controlled by shifting the transplanting date. This study was carried out to determine the optimum transplanting date for high-quality red-colored rice production. Four red-colored rice varieties (Jeokjinju, Jeokjinjuchal, Hongjinju, and Gunganghongmi) were used as test materials. The transplanting dates were May 20 and June 5, 20, and 30 in 2015~2016. The most variable factor controlled by the transplanting date was the grain filling rate. The varieties transplanted on June 30 showed low yields owing to the decrease in the grain filling rate. In contrast, the polyphenol content increased with increasing delay in the transplanting date. Collectively, these two results indicate that the optimum transplanting date was June 20. The average temperature for 30 days after the heading date (30DAH) highly affected the polyphenol content. A lower temperature during the 30DAH induced higher polyphenol contents but also caused low yield. The optimum 30DAH temperature for obtaining a higher yield and polyphenol content was 22~23°C. Using the average 30DAH and accumulated temperatures, the optimum transplanting date was calculated as June 18 to 24 in Miryang region. The optimum transplanting date of Kyeungsangnamdo region was approximately mid-June to early July, and that of Kyeungsangbukdo region was approximately early to mid-June.


남부평야지에서 적미 품종의 이앙시기에 따른 폴리페놀 함량 및 수량변이

배 현경1, 오 성환2, 황 정동1, 서 종호1, 김 상열1, 오 명규1
1농촌진흥청 국립식량과학원 남부작물부
2농촌진흥청

초록


    © The Korean Society of Crop Science. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    최근 먹거리와 건강에 관한 높은 관심에 힘입어 건강 기능 성 곡물에 대한 소비자의 관심이 높아지고 있으며 특히 흑 미와 적미로 대표되는 건강 기능성 유색미에 대한 관심이 매우 높아졌다. 이는 먹거리와 건강에 대한 국민들의 관심 이 높아졌을 뿐만 아니라 쌀 소비량 감소에 따른 벼 재배시 장과 소비시장의 안정적으로 확보라는 측면에서 농민들의 관심이 증가하였기 때문이기도 하다. 이러한 수요에 맞물 려 안토시아닌, 폴리페놀과 같은 건강 기능성 물질을 함유 한 유색미 품종들이 다양하게 육성되어 소비자와 농민의 수요를 충족해 나가고 있다.

    일반적으로 유색미는 색소인 플라보노이드 구성성분 차 이에 의해 안토시아닌을 주로 함유한 흑미와 프로안토시아 니딘을 주로 함유한 적미로 나뉜다(Chen et al., 2012; Min et al., 2011; Ryu et al., 1998; Yawadio et al., 2007). 폴리 페놀로 통칭되는 이러한 물질들은 벼의 종피에 존재하는 색 소로써 벼 종자의 색을 결정하며 항산화작용을 하는 물질 로 잘 알려져 있다(Nam et al., 2006; Oki et al., 2002). 적 미의 주요 색소 성분은 프로안토시아니딘으로 그 중 주요 물질로 카테킨과 에피카테킨 등이 알려져 있으며 프로안토 시아니딘은 흑자색을 띠는 안토시아닌과 다르게 기본적으 로 무색으로 존재하며 산화되어 다른물질과 복합체가 되었 을 때 적색을 나타내는 것으로 알려져 있다(Finocchiaro et al., 2007; Gunaratne et al., 2013; Qiu et al., 2010). 이러한 적미의 종피에 함유된 항산화물질들은 심혈관질환 및 당뇨 를 방지하고 콜레스테롤을 제거하는 기능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다(Tian et al., 2011; Stephen et al., 2016).

    이러한 유색미를 재배할 때 항산화물질의 함량을 증가시 키는 환경요인으로 광, 온도, 이산화탄소 등이 영향을 끼치 며 등숙기의 온도가 가장 크게 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2013; Lee et al., 2008). Oh et al. (2015)에 의하면 유색미 재배에 있어서 기능성물질의 함량은 평균기 온 19°C 이상인 조건에서 평균기온이 증가할수록 그 양이 감소하며 함량을 증대시키기 위한 최적등숙온도는 21~23°C 라 하였다. 미래에 온난화에 의해 CO2 가 증가하면 항산화 물질의 생산은 감소할 것이라는 보고도 있다(Goufo et al., 2014).

    지금까지는 대부분의 벼 재배연구는 수량 향상에 초점을 맞추어 진행되어왔다. 하지만 기능성 품종의 경우 농민의 입장에서는 높은 수량을 내는 재배법을 필요로 하겠지만 소비자 입장에서는 기본적으로 그 품질에 의해 구매도가 올라가기 때문에 재배의 초점을 수량 중심에서 좀더 품질 로 이동할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 네가지 품종의 적미를 이용하여 높은 현미수량 및 폴리페놀 함량을 가진 고품질 적미를 생산할 수 있는 이앙적기를 설정하기 위해 실시하였다. 네 가지 품종의 적미를 네시기의 이앙시기로 나누어 가장 높은 수량의 적미를 가장 고품질로 생산하기 위한 등숙온도 및 적산온도를 구명하여 경상도 지방의 최 적 적미 이앙기를 설정하였다.

    재료 및 방법

    시험재료 및 재배방법

    본 시험은 적미 품종인 적진주, 적진주찰, 홍진주, 건강 홍미 등 4종을 시험재료로 사용하여 2015부터 2016년까지 2년간 밀양시에 위치한 국립식량과학원 남부작물부 시험 포장에서 실시하였다. 농촌진흥청 표준재배법에 의거 재배 하였으며 이앙기는 각각 5월 20일, 6월 5일, 6월 20일, 6월 30일 이었고 30일 중묘를 1주에 3본씩을 손이앙 하였다. 5 월 20일, 6월 5일 이앙한 처리구의 재식거리는 30 × 15 cm 였고 6월 20일, 6월 30일에 이앙한 처리구의 재식거리는 30 × 12 cm 였다. 비료는 10a 당 시험구별로 질소-인산-칼 리를 9-4.5-5.7 kg 처리하였다.

    폴리페놀 분석

    적미의 총폴리페놀함량 분석은 Folin-Ciocalteau colorimetric method (Choi et al., 2006)을 이용하여 분석하였다. 분쇄된 시료 1 g에 80 % 메탄올 20 mL를 가하여 30°C에서 24시 간 진탕 추출한 다음 여과하여 추출물 10 μL에 2% Na2CO3 200 μL를 가하고 3분간 방치한 후 50% Folin-ciocalteu reagent 10 μL를 첨가하였다. 30분 후 750 nm에서 spectrophotometer (Versa max, Molecular Devices Co., Sunnyvale, CA)로 흡 광도를 측정하였다.

    통계분석

    통계분석은 SAS (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 프 로그램을 이용하였다. 통계 프로그램을 이용하여 평균 및 분산분석을 실시하고 Duncan의 다중 검정방법(DMRT)를 이용하여 α=0.05 유의성을 검정하였다.

    결과 및 고찰

    수량 및 수량구성요소

    수량구성요소 중 이앙시기 변화에 따라 가장 크게 달라 지는 요인은 등숙률이었다. 품종별로 약간의 차이를 보였 으나 건강홍미, 적진주, 적진주찰 등 세 품종의 경우 5월20 일 및 6월 5일에 이앙했을 때 등숙률이 73.7~87.6%로 높았 고 6월 20일 에 이앙했을 때 62.1~85.0%로 낮아지기 시작 해 6월 30일에 이앙한 경우 52.8~79.9%로 큰 폭으로 하락 하여 현미수량에 큰 영향을 주었다. 네 가지 품종 중 홍진 주는 유일하게 이앙기 변화에 따른 등숙률에 유의미한 변 화가 없었다. Lee et al. (2008) 의 결과에 따르면 흑미의 경 우 5월 10일~6월10일 사이에 이앙하였을 때 등숙률의 차이 는 없었는데 이는 6월 20일 이후 이앙했을 때 등숙률이 낮 아지는 본 실험의 결과와 일치하였다. 수당립수의 경우 건 강홍미, 적진주에서는 이앙시기가 늦어질 수록 증가하는 경향을 보여주었으며 적진주찰과 홍진주에서는 이앙시기 에 따른 차이가 없었다. 수수 및 천립중은 네 품종 모두에 서 이앙시기에 따른 차이를 볼 수 없었다(Table 1). 건강홍 미, 적진주, 홍진주는 6월 20일에 이앙하였을 때 각각 606 kg/10a, 593 kg/10a, 560 kg/10a로 현미수량이 가장 높았고 적진주찰은 6월 30일에 이앙하였을 때 506 kg/10a로 현미 수량이 가장 높았다. 6월 20일에 이앙시에 최고 수량을 보 여준 세 품종은 6월 30일 이앙하였을 때 현미수량이 모두 감소하였다. 앞서 밝힌 것과 같이 대부분의 경우 늦은 이앙 시기에 의한 수량감소는 등숙률 저하에 의한 것 이었는데 홍진주의 경우 다른 품종들과 다르게 수수 저하에 의한 수 량 감소를 보였다(Table 2).

    출수 후 평균기온에 따른 폴리페놀 함량

    네 품종 모두 이앙시기가 늦어질수록 폴리페놀의 함량이 증가하였다. 이는 등숙기의 평균기온이 낮아짐에 따라 폴 리페놀의 함량이 증가한 것으로 보인다. 5월 20일에 이앙 한 시험구의 출수기 이후 30일간 평균기온은 25.5~28.0°C 로 이때 폴리페놀의 함량은 317~440 mg/100g이었다. 6월 30일에 이앙한 시험구의 출수기 이후 30일간 평균기온은 22.0~23.1°C로 5월 20일에 이앙한 시험구 보다 3.4~4.9°C 정 도 평균온도가 낮아졌고 폴리페놀 함량은 498~604 mg/100g 으로 5월 20일에 이앙한 시험구보다 86~205 mg/100g 정도 높았다(Fig. 1). 이렇게 얻어진 폴리페놀 함량과 현미수량 을 함께 고려한 단위 면적당 폴리페놀 생산량은 6월 20일 이앙구가 현미수량과 폴리페놀 함량이 모두 높아 2,341~ 3,349 g/10a 정도였고 6월 30일 이앙구는 폴리페놀의 함량 은 높지만 현미수량이 감소하여 폴리페놀 생산량은 2,254~ 3,029 g/10a로 6월 20일 이앙구에 비해 약간 감소하였지만 큰 차이는 없었다. 적진주의 경우 6월 30일 이앙구에서 가 장 높은 폴리페놀 생산량을 보였는데 이는 적진주의 출수 기가 나머지 세 품종에 비해 4~7일 정도 빨라서 출수 후 30 일간 평균기온이 다른 품종의 6월 20일 이앙구와 비슷하였 기 때문이다(Table 2).

    출수 후 30일간 평균기온에 따른 적미 이앙시기 추정

    등숙기인 출수 후 30일간의 평균기온과 폴리페놀 함량간 의 관계를 회귀분석을 통해 분석하면 평균기온이 낮아질수 록 폴리페놀 함량이 높아지는 직선적 경향을 보여주었다 (Fig. 2). 하지만 등숙기의 일정 수준 이하의 저온은 현미수 량을 저하시키기 때문에 위 결과에서 최적 폴리페놀 생산 량을 보인 6월 20일 이앙구의 출수 후 30일간 평균기온인 약 22~23°C가 최적 등숙온도로 보인다. 이러한 결과는 출 수 후 평균기온이 약 22°C 정도 일 때 최적 등숙률 및 천립 중 을 보인다는 기존의 연구결과와 일치하며 일반미와 유 색미가 유사한 최적 등숙온도를 요하였다(Choi et al., 2011; Yang et al., 2015). 이렇게 구해진 최적 등숙온도와 기상청 의 2011~2015년의 5년간 경상도에 위치한 15개 주요 시군 별 평균기온을 기준으로 등숙기의 30일간 평균온도가 22~ 23°C가 되는 출수기를 추정하였다. 경상남도 밀양시의 경 우 8월 20일~8월 26일, 경상북도 상주시의 경우 8월 9일~8 월 16일이 최적 출수기였다. 경상도 내의 15개 시군 중 출 수기가 가장 늦어도 되는 곳은 김해시로 9월 1일~ 9월 7일 이었고 출수기가 가장 빨라야 하는 곳은 상주시였다. 이렇 게 추정한 지역별 최적 출수기와 2년간 실험을 통해 계산 된 평균 출수소요적산온도 약 1,660°C 및 5년간의 평균기 온 데이터를 통해 지역별 이앙적기를 추정하였다. 추정한 지역별 최적 이앙적기는 밀양시가 6월 18일~6월 24일, 최 적 출수기가 가장 빠른 상주시가 5월 29일~6월 7일, 최적 출수기가 가장 늦은 김해시가 7월 2일~7월 8일 순이었다. 경상남도 지역의 경우 6월 중순에서 7월 초가 경상북도 지 역의 경우 6월초에서 6월 중하순이 최적 이앙기였다(Table 3). Kim et al. (2016)에 따르면 남부 평야지에서 유색미의 최적 이앙기는 흑미 적미에 상관없이 6월 14일이라 하였는 데 이는 이앙시기를 6월 2일과 6월 14일로 한정하여 산출 한 결과여서 등숙기 평균기온으로 추정한 6월 18일이 보다 정확한 이앙적기로 보인다.

    적 요

    본 실험은 적미의 재배에 있어서 고품질 고수량을 위한 적정이앙시기를 구명하기 위해 네 품종의 적미를 재료로 2015~2016년에 밀양에서 실시하였다.

    • 1. 수량구성요소 중 이앙시기 변화에 따라 가장 크게 달 라지는 요인은 등숙률이었고 6월 20일 이후 이앙하면 등숙률이 낮아져 현미수량이 하락하였다.

    • 2. 6월 20일에 이앙했을 때 폴리페놀 함량과 현미수량을 종합한 폴리페놀 생산량이 2,341~3,349 g/10a로 가장 높았다.

    • 3. 출수 후 30일간 평균온도가 낮을 수록 폴리페놀 함량 은 증가하였으나 일정 수준 이하로 온도가 떨어지면 현미수량이 감소하였기 때문에 22~23°C 정도가 고품 질 고수량 적미를 생산하기에 가장 적정한 온도였다.

    • 4. 출수 후 30일간 평균온도가 22~23°C가 되는 시점을 최 적 출수기로 하고 출수소요적산온도를 1,660°C로 하여 계산한 최적 이앙시기는 밀양시가 6월 18일~6월 24일 이었다. 경상남도 지역은 6월 중순에서 7월 초순, 경상북 도 지역은 6월 초순에서 6월 중하순이 최적 이앙기였다.

    사 사

    본 논문은 농촌진흥청 연구사업(세부과제명: 특수미 기 능성 성분 최대생산을 위한 환경변이 연구, 세부과제번호: PJ00925704)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    KJCS-62-166_F1.gif

    Polyphenol contents of four red-colored rice varieties according to transplanting date. Every variety showed higher polyphenol content following late transplantation. In Jeokjinju, rice transplanted on May 20 and June 5 showed similar polyphenol content.

    KJCS-62-166_F2.gif

    Correlation analysis between average temperature of 30 days after heading date (30DAH) and polyphenol contents of red-colored rice. Average temperature and polyphenol content showed negative correlation.

    Table

    Yield components of four red-colored rice varieties by transplanting date change.

    *Values with the same letter in a column are not significantly different at 5% level as determined using DMRT.

    Average temperature of 30 days after heading date (30DAH), brown rice yield, and polyphenol content variation of red-colored rice cultivar based on transplanting date change.

    *Values with the same letter in columns are not significantly different at 5% level as determined using DMRT.

    Estimated optimal transplanting date by average temperature of 30 days after heading date (30DAH) and accumulated temperature in the Kyeongsangdo region.

    *30DAH temperature: 22~23°C, Average accumulated temperature: 1,660°C

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