Research Article

Korean Journal of Plant Resources. October 2019. 471-477
https://doi.org/10.7732/kjpr.2019.32.5.471


ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   재배법 및 기상환경 분석

  •   Catalpol 함량 분석

  •   통계분석

  • 결과 및 고찰

  •   재배 지역에 따른 기상환경

  •   재배 지역에 따른 지상부 생육 특성

  •   재배 지역에 따른 지하부 생육 특성

  •   재배 지역에 따른 지황의 catalpol 함량

  • 적 요

서 언

지황[Rehmannia glutinosa (Gaertn.) Libosch. ex Steud.]은 다년생 초본으로 전통적으로는 현삼과(Scrophulariaceae)에 속하였으나 최근에 분자계통학적 연구결과를 바탕으로 열당과(Orobancaceae)에 포함시키거나 지황과(Rehmanniaceae)로 처리하기도 한다(Albach et al., 2009; Li et al., 2011; APG IV, 2016; Refulio-Rodriguez and Olmstead, 2014; Xia et al., 2009). 또한 지황은 R.glutinosa var. purpurea, R.glutinosa var. huechingensis 등 여러 변종들이 분포하는 것으로 보고되었으나 최근에는 하나의 분류군으로 취급하고 있는 실정이다(Chang et al., 2014; Wu et al., 1998).

지황은 온난한 기후에서 생육이 양호한 식물로 우리나라 중부 산간지역과 강원도 등을 제외한 중부지역이나 남부지역에서 주로 재배되고 있다. 현재 국내 지황의 주산단지는 충남 금산, 전북 정읍, 경북 안동, 영주이다. 2017년 기준으로 지황의 전국 재배면적은 210 ㏊이고, 국내 생산량은 1,686 톤으로 조사되었다(MAFRA, 2018). 수입대체 작물인 지황은 국내 생산량이 증가하면 수입량이 감소하는 경향이 있으며, 지황의 수입량은 2010년 1,750 톤에서 2017년 877 톤으로 약 50% 감소한 것으로 나타났다(Lee et al., 2017).

지황의 이용부위는 지하경(일반적으로 뿌리라 지칭함)으로 가공 상태에 따라 세 가지로 구분되고 있다. 가공하지 않은 지황 뿌리를 생지황(生地黃), 건조한 것을 건지황(乾地黃), 포제가공한 것을 숙지황(熟地黃)이라고 한다. 주요 성분으로는 aucubin, catalpol, rehmanin, GABA(γ-Aminobutyric acid), 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde(5-HMF) 등이 있으며(Lee et al., 2017; Morota et al., 1989; Park et al., 1989), 당 성분으로는 glucose, galactose, fructose, mannitol, sucrose, raffinose, manninotriose, stachyose, verbascose, rehmannan S 등이 보고되었다(Liu et al., 2013). 지황의 효능으로는 항산화, 항알러지, 항염, 당뇨병, 신경변성질환 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Jiang et al., 2015; Kim et al., 2018; Reina et al., 2013; Shieh et al., 2011).

현재 지구 온난화로 인한 평균기온 상승으로 따뜻한 기후에서 잘 자라는 작물들의 재배 적지가 북쪽으로 이동하면서 점점 넓어지고 있으나, 서늘한 기후에서 잘 자라는 작물들의 재배 적지는 현재 우리나라의 특성상 점점 북쪽으로 이동하면서 재배면적이 축소되고 있는 추세이다. 특히, 당귀의 경우 냉온대산림식생지역인 점봉산, 사명산, 오대산, 지리산, 치악산 등에 자생하며(Kim et al., 2017; Park et al., 2019), 기온상승 영향으로 현재 재배면적과 생산량이 점차 줄어들고 있는 추세이다(Lee et al., 2019). 또한, 우리나라의 경우 재배 적지의 이동에 한계가 있는 상황으로 해발 300-700 m의 산간 고랭지 지역에서 재배되는 작물인 당귀, 천궁 등을 재배하는 농가에서는 대체 약용작물에 대한 필요성이 제기되고 있는 상황이다.

약용작물 중에 지황은 수입의존 작물로 식약처의 식품의약품통계연보에 의하면 2017년 기준으로 수입 상위 10대 품목 안에 들어있는 중요한 약재이고(MFDS, 2018), 현재 많은 농가들이 계약재배를 통해 안정적으로 소득을 얻고 있는 작물이다. 또한, 현재 기온상승으로 고온성 작물에는 생육촉진이 일어날 수 있고, 저온성 작물의 품질저하 및 병해충 발생의 증가가 일어날 수 있다는 보고가 있는데(Jeong and Kim, 2012), 지황은 온난한 기후에서 잘 자라는 작물로 이러한 기온상승에 생육촉진이 일어날 가능성이 있는 작물이다. 지황은 현재 강원도에서는 재배하는 농가가 거의 없으며, 지황의 실제 한계 재배지역인 충북 제천에서 소수 농가가 소규모로 재배하고 있는 실정이다. 그러나 현재의 기후 변화 상황을 고려해 보았을 때, 산간지역을 제외한 해발고도 500 m 이하의 강원남부지역까지는 지황재배가 가능할 것으로 판단되어 이를 확인해 보고, 당귀, 천궁의 대체 작물로 재배 타당성이 있는지를 알아보기 위해 본 연구를 수행하였다.

재료 및 방법

재배법 및 기상환경 분석

실험에 사용된 종근(seed rhizome)은 국립원예특작과학원 약용작물과 시험포장에서 2018년 3월 하순에 수확한 지황1호 품종의 지하경을 수확하여 사용하였다. 종근은 판매되고 있는 종근 굵기인 6-10 ㎜의 지황만 따로 정선하여 실험에 사용하였다. 검은색 PE필름으로 멀칭한 시험구(1 m × 5 m)를 설치하고, 재식거리는 조간거리 30 ㎝, 주간거리 15 ㎝으로 하였으며, 시험구의 배치는 난괴법 3 반복으로 하였다. 종근은 5월 상순에 파종하였고, 지상부의 생육 조사는 8월 중순에 실시하였으며, 지하부 생육 조사 및 생산량 검정은 11월 상순에 검정하였다. 생육 조사 및 생산량 검정은 농촌진흥청 시험연구 조사기준에 준하여 실시하였다. 실험재배지는 3 곳으로 충청북도 음성군에 위치한 국립원예특작과학원 인삼특작부 시험포장(해발 160 m), 강원도 정선군 여량면에 위치한 농가 포장(해발 380 m), 강원도 평창군 진부면에 위치한 국립원예특작과학원 진부 시험포장(해발 500 m) 이다. 기상자료는 농업기상정보서비스 (http://weather.rda.go.kr/index.jsp)를 이용하여 분석하였다.

Catalpol 함량 분석

Catalpol 표준품은 Sigma Aldrich 제품(St Lousi, MO, USA)을 구입하여 사용하였고, 검액은 20 ㎎의 분쇄된 건조 지황을 1 mL의 30% methanol에 현탁하여 15분간 초음파 추출한 후, syringe filter (0.45 ㎛)로 여과하여 사용하였다.

분석은 Agilent 1100 HPLC System (Agilent Tech., Santa Clara, CA, USA)을 이용하였고, column은 Zorbax Extend-C18 (4.6 × 250 ㎜, 5 ㎛, Agilent Tech., Santa Clara, CA, USA)을 이용하였다. 분석 조건은 Table 1과 같고, catalpol의 chromatogram은 Fig. 1과 같다.

Table 1. LC analyisis condition of catalpol in R. glutinosa

LC condition
Column Zorbax Extend-C18 (4.6 × 250 ㎜, 5 ㎛)
Column oven temperature 30℃
UV wavelength 210 ㎚
Solvent A Water
Solvent B Acetonitrile
Flow rate 0.5 mL/min
Gradient elution system
Mobile phase Gradient: B (3~90%) Course: 0-13 min, 3-90%B; 13-19 min, 90%B; 19-25 min, 90-3%B
Injection 10 μL

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kjpr/2019-032-05/N0820320509/images/kjpr_32_05_09_F1.jpg
Fig. 1.

HPLC chromatograms of catalpol (A) and sample (B) from R. glutinosa.

통계분석

실험결과는 SAS Enterprise Guide 4.2 (Statistical analysis system, 2009, Cray, NC, USA)로 분석하였고, 3반복한 결과 값을 평균치 ± 표준편차(means ± SD)로 나타내었다. 시료간의 유의적인 차이는 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 유의수준 5%에서 검증하였다(p < 0.05).

결과 및 고찰

재배 지역에 따른 기상환경

2018년도 재배기간 동안 재배지역의 평균온도, 최고온도는 공통적으로 음성 > 정선 > 평창 순으로 나타났고, 최저온도는 평창 > 정선 > 음성 순으로 반대의 양상을 보였다(Table 2). 2018년 평균온도는 음성 대비 정선은 2℃정도 온도가 낮았고, 평창은 4℃정도 온도가 낮았다. 또한, 3년간 재배지역의 평균온도와 최고온도, 최저온도도 2018년도와 비슷한 양상을 보였다.

Table 2. The weather conditions according to the cultivation area during the cultivation period in 2018

Regions May June July August September October November
Average Temperature (℃) Eumseong 18.0 22.4 26.7 27.1 19.1 10.8 5.6
Jeongseon 16.0 20.7 24.7 24.8 17.5 9.8 5.0
Pyeongchang 13.9 18.7 22.8 22.8 15.6 7.7 3.0
Maximum Temperature (℃) Eumseong 24.4 25.4 29.9 30.7 23.7 18.2 13.0
Jeongseon 22.1 24.9 29.0 29.9 21.8 17.2 10.9
Pyeongchang 20.1 23.5 27.2 27.3 20.2 14.7 9.5
Minimum Temperature (℃) Eumseong 11.7 19.5 20.4 20.9 14.5 4.9 -0.6
Jeongseon 8.4 16.0 17.2 19.0 12.5 4.1 -0.1
Pyeongchang 5.8 13.2 14.2 18.1 10.0 2.0 -3.8
Precipitation (㎜) Eumseong 117.0 64.5 172.5 313.1 175.0 112.5 61.0
Jeongseon 177.0 94.5 256.5 265.5 171.0 112.0 72.0
Pyeongchang 0.0 85.5 28.3 174.6 117.2 37.0 48.4
Accumulated Temperature (℃) Eumseong 555.6 673.3 827.1 830.5 574.5 330.0 133.3
Jeongseon 494.5 620.8 765.4 768.9 526.6 295.3 111.0
Pyeongchang 432.7 560.2 708.3 707.8 466.8 216.2 47.4

3년간 5월에서 11월까지의 강수량은 2016년도에는 음성 814 ㎜, 정선 916 ㎜, 평창 637 ㎜, 2017년도에는 음성 906 ㎜, 정선 880 ㎜, 평창 705 ㎜, 2018년도에는 음성 1,016 ㎜, 정선 1,149 ㎜, 평창 491 ㎜로 평창의 강수량이 다른 지역에 비해 적었음을 알 수 있었다.

3년간 5월에서 10월까지의 적산온도의 총합은 2016년도에는 음성 3,939.3℃ > 정선 3,827.0℃ > 평창 3,307.6℃, 2017년도에는 음성 3,761.8℃ > 정선 3,636.7℃ > 평창 3,186.9℃, 2018년도에는 음성 3,924.3℃ > 정선 3,582.5℃ > 평창 3,139.4℃로 나타나 북부지역으로 갈수록 적산온도는 감소하는 경향을 보였다. 적산온도는 작물에 생육에 필요한 열량을 나타낸 지표로 지황에서는 연구된 바 없으나, 당귀의 경우 4월에서 10월까지의 적산온도가 3,700℃ 이하일 때 수량이 좋다는 보고가 있었다(Kim et al., 2009). 3년간 4월에서 10월까지의 적산온도를 적용해보면, 2016년도에는 음성 4,192.0℃ > 정선 4,058.9℃ > 평창 3,518.5℃, 2017년도에는 음성 4,025.4℃ > 정선 3,897.4℃ > 평창 3,426.9℃, 2018년도에는 음성 4,156.4℃ > 정선 3,803.3℃ > 평창 3,353.2℃로 나타나, 아직까지 평창은 지황보다 당귀생육에 더 적합한 것으로 생각된다.

지황의 경우 중・남부 지방에서는 보식을 제외하고는 늦어도 4월 하순까지는 파종이 끝난다. 그러나 지황의 최저 출아 적온인 18℃를 고려해 세 지역 모두 5월 상순에 파종을 실시하게 되었다. 또한 평창 지역에서는 5월에 강수량이 없어 파종 후 출아지연으로 인한 생육기간 감소가 예상되었으나, 실제 파종 후 출아지연 문제는 없었다.

재배 지역에 따른 지상부 생육 특성

지상부의 생육의 경우 초장의 경우 평창 > 정선 > 음성 순으로 크게 나타났으며, 엽장과 엽폭도 초장과 마찬가지로 평창 > 정선 > 음성 순으로 크게 나타났다(Table 3). 엽수의 경우는 지역 간에 통계상 유의미한 차이가 없었다. 결과를 종합해보면, 엽수를 제외한 모든 지상부의 특성은 평창 > 정선 > 음성의 순으로 크게 나타났다. 지상부의 생육이 강원도에서 좋게 나타난 이유는 2018년 하절기에는 이상 기후에 따른 온도 상승으로 지황이 자라는데 강원도의 기상 상황이 더 좋았기 때문으로 생각된다. 지황의 생육적온은 연구된 바 없으나, 열대성 식물인 고추의 생육적온은 25℃(Heo et al., 2013), 온대성 식물인 마늘은 18-20℃ (Lee et al., 2013)로 보고된 바 있기 때문에 지황의 생육적온은 고추의 생육적온보다는 낮고 마늘과 비슷하거나 조금 높은 20℃ 전후로 생각된다. 2018년 8월 음성의 평균온도는 고추의 생육적온보다 높은 27.1℃로 나타났고, 정선의 평균온도는 고추의 생육적온과 비슷한 24.8℃로 나타났다. 그리고 평창의 평균온도는 22.8℃로 고추의 생육조건보다 2.2℃나 낮게 나타나, 세 지역 중에 가장 낮은 평균온도를 나타냈다. 따라서 8월의 평균온도를 고려해보면 평창의 평균온도가 지황의 생육적온에 가까워 지상부의 생육이 좋았던 것으로 사료된다.

Table 3. Growth characteristics on aerial part of R. glutinosa by cultivation areas

Cultivation area Plant height (㎝) Leaf length (㎝) Leaf width (㎝) Number of leaf (no./plant)
Eumseong 21.9±2.6bz 18.3±2.5b 9.2±0.9b 15.5±2.0a
Jeongseon 24.6±2.8ab 20.7±2.1ab 10.0±1.1ab 13.9±1.6a
Pyeongchang 28.2±2.9a 24.7±3.1a 11.5±1.6a 14.4±2.1a

Means values ± SD from triplicate separated experiments are shown.
zMeans with difference letters in column are significantly different at p < 0.05 by Duncan's Multiple Range Test (DMRT).

재배 지역에 따른 지하부 생육 특성

지황의 지하경의 굵기는 정선 > 평창 > 음성의 순으로 나타났고, 지하경 수는 음성 > 정선 > 평창 순으로 나타났다(Table 4). 또한 수량의 경우 통계적으로 음성 > 정선, 평창으로 나타났다. 지황은 지하경의 굵기가 15 ㎜ 전후가 되면 상품(上品)의 등급으로 팔리는데, 3 지역 모두 15 ㎜가 넘어 지황의 강원도 재배 시 상품성(商品性)에는 문제가 없을 것으로 사료된다.

Table 4. Growth characteristics on underground part of R. glutinosa by cultivation areas

Cultivation area Rhizome diameter (㎜) Number of rhizome (no./plant) Fresh rhizome yield (㎏/10a)
Eumseong 16.81±3.29bz 5.5±0.5a 1,848±71a
Jeongseon 18.48±2.54a 4.8±0.5ab 1,571±105b
Pyeongchang 18.02±2.08ab 4.3±0.2b 1,485±27b

Means values ± SD from triplicate separated experiments are shown.
zMeans with difference letters in column are significantly different at p < 0.05 by Duncan's Multiple Range Test (DMRT).

수량의 경우 음성 1,848 ㎏/10a, 정선 1,571 ㎏/10a, 평창 1,485 ㎏/10a로 나타나, 음성 대비 정선과 평창은 각각 85%, 80%의 수량을 보였으며, 북쪽지역으로 갈수록 수량이 줄어드는 경향이 나타났다. 지금까지 강원도에서 감초, 여주 등 강원도에서 재배되지 않았던 작물의 재배 가능성을 평가한 연구가 보고된 바 있는데(Han et al., 2000; Seo et al., 2016), 아열대 작물인 여주는 정식 시기에 따른 생산량만 보고되었고, 지역에 따른 생산량에 대한 비교는 없었다. 그러나 감초의 강원도 재배 가능성을 평가한 연구에서는 남부 지역인 평창이 북부지역인 양구, 춘천에 비해 지상부의 생육이 낮았으며, 지하부의 생산량은 양구 > 춘천 > 홍천 > 평창으로 북부로 올라 갈수록 생산량이 높아졌음을 보고하였다(Han et al., 2000). 이러한 결과가 나타난 이유는 감초의 원산지는 한랭지이기 때문에 강원도 북부로 갈수록 생육이 알맞아 생산량이 높아지는 경향이 나타나는 것으로 사료된다. 본 실험에 이용된 작물인 지황은 원산지가 온대지로 감초와는 다르게 북부로 갈수록 생산량이 낮아지는 경향이 나타났는데, 감초의 연구 결과를 고려해 볼 때, 지황을 강원도 북부인 양구나 춘천에서 재배할 경우 지금보다 더 낮은 생산량이 나타날 것으로 사료된다.

지황의 평균 생산량을 보면, 2015년부터 2017년까지 평균 단수는 각각 846, 862, 805 ㎏/10a으로, 평균적으로 838 ㎏/10a을 생산하는 것으로 나타났다(MAFRA, 2018). 또한, 지역적으로는 415-1,490 ㎏/10a으로 3 배가 넘게 차이가 나며(MAFRA, 2018), 농가 별 생산량의 차이도 많이 나타난다. 본 연구 결과에서의 지역별 지황의 생산량은 음성 1,848 ㎏/10a, 정선 1,571 ㎏/10a, 평창 1,485 ㎏/10a로 3년 평균 단수보다 높게 나타나 강원도 남부지방에도 평균적인 재배는 가능할 것으로 사료된다. 그러나 지황의 재배가 까다롭고 지역 및 농가마다 생산량 편차가 큰 것을 고려해보면 강원도 남부지방에서 지황 재배는 가능하나, 농가의 재배 기술 능력도 중요할 것으로 생각된다.

재배 지역에 따른 지황의 catalpol 함량

지황의 지표성분인 catalpol 함량의 경우 음성 1.99%, 평창 1.93%, 정선 1.62%로 나타났다(Table 5). 음성과 평창의 catalpol 함량은 통계적으로 유의미한 차이가 없었으며, 정선은 두 지역보다는 낮은 함량을 보였다. 지황의 성분을 분석한 연구에서 지황 1호의 catalpol 함량이 1.74%로 보고된 바 있는데(Lee et al., 2017), 본 연구에서는 같은 품종을 사용하였으나, 재배지역에 따라 1.62-1.99%로 함량의 차이가 나타나, 재배지역에 따른 변이가 있음을 알 수 있었다. 이러한 2차 대사산물의 성분 함량은 재배지역, 위도, 기상상황 등에 따라 변이가 다양해지는데, 블루베리, 산수유, 쑥, 콩, 토마토 등의 연구에서 재배지역, 위도, 강수량 등에 따라 변화가 다양함이 보고되었다(Hong et al., 2010; Jang et al., 2016; Na et al., 2013; Ryu, 2008). 특히, 약용작물인 산수유와 쑥에서는 재배지역에 따라 각각 loganin 성분이 3.41-7.81 ㎎/g, eupatilin 성분이 1.55-2.17 ㎎/g로 함량 변화가 나타남이 보고되었다(Jang et al., 2016; Ryu, 2008). 본 실험도 이러한 연구 결과와 마찬가지로 재배지역에 따라 catalpol 성분 함량의 차이가 나타났으며, 상대적으로 정선지역에서 1.62%로 낮은 함량을 보였다. 그러나 대한약전에 catalpol 함량에 대한 기준이 없고, 중국약전에는 기준치가 0.2% 이상으로 기재되어 있어서(Lee et al., 2017), 3 지역에서 생산된 지황 모두 지표성분에는 문제가 없는 것으로 사료된다.

Table 5. Catalpol contents of R. glutinosa by cultivation areas

Cultivation area Catalpol (%)
Eumseong 1.99±0.03az
Jeongseon 1.62±0.04b
Pyeongchang 1.93±0.04a

Means values ± SD from triplicate separated experiments are shown.
zMeans with difference letters in column are significantly different at p < 0.05 by Duncan's Multiple Range Test (DMRT).

본 연구결과를 종합해 볼 때, 강원도 남부지역의 지황 재배는 생산량과 품질을 고려해볼 때 가능할 것으로 생각되나, 본 연구 결과를 실제 농가에 적용하기에는 지역마다 경영에 필요한 토지임차 비용 및 인건비 등 제반 사항이 다르므로 이를 고려한 경제성 분석이 더 필요할 것으로 생각된다. 또한 본 연구결과는 강원도에서 당귀, 천궁 등 서늘한 기후를 좋아하는 작물을 재배를 하는 농가의 대체작목 선정에 중요한 정보가 될 것으로 생각된다.

적 요

본 연구는 지황이 강원도 남부지역에서 재배가 가능한 대체작목인지 평가하기 위해 수행하였다. 수량의 경우 음성 1,848 ㎏/10a, 정선 1,571 ㎏/10a, 평창 1,485 ㎏/10a로, 2015년부터 2017년 지황 평균 단수인 838 ㎏/10a보다 높게 나타났다. 또한, 지황은 근경 굵기가 15 ㎜ 전후가 되면 상품(上品)의 등급으로 팔리는데, 강원도 재배지역 모두 15 ㎜가 넘어 상품성(商品性)에도 문제가 없었다. 그러므로 생산량과 품질 조건을 고려해 볼 때, 현재 강원도에서 지황 재배는 가능할 것으로 생각된다. 그러나 본 연구결과를 적용하기에는 강원도의 여러 제반 사항을 고려한 경제성 분석이 더 필요할 것으로 생각된다.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청 지황 우량 품종육성 및 영양체 번식기술 개발 연구 사업(사업번호: PJ01437101)과 2019년도 농촌진흥청 국립원예특작과학원 전문연구원 과정 지원 사업에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

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