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쌀 품질 고급화 및 고부가가치화를 위한 육종현황과 전망 (Current Status and Perspectives in Varietal Improvement of Rice Cultivars for High-Quality and Value-Added Products)

  • 최해춘
    • 한국작물학회지
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    • 제47권
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    • pp.15-32
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    • 2002
  • 1980-'90년대에 쌀의 자급생산이 지속되고 생활수준 향상에 따른 양질미 수요가 점증되면서 자포니카 다수성 품종의 미질 개선에 힘을 크게 기울이게 되었고 식미향상을 위한 육종연구 와 효율적 평가 기술개발 연구에 박차를 가하게 되어 쌀의 이화학적 특성과 식미 및 밥 물리성간 상관과 식미의 객관적 평가방법 개발, 양식미 쌀 및 가공적성 특수미 개발 등 그 동안 많은 연구성과를 올리게 되었다. 1990년대에 밥맛이 매우 좋은 고품질 자포니카 품종과 대립, 심백미, 향미, 유색미 등 가공용 특수미 품종을 개발 보급하였고 식미와 용도에 대하여 식미검정계, 신속점도측정계 및 texture 분석계 등을 이용하여 검토하였다. 최근에는 아밀로스 함량이 9%로 찹쌀과 맵쌀의 중간 성질을 가진 중간찰 품종인 '백진주벼'와 배유가 보얀 멥쌀인 '설갱 벼'를 비롯하여 라이신 함량이 높은 '영안벼' 육성하여 쌀의 가공 이용성과 기능성을 한층 높혀 놓았다. 식미와 여러 가지 미질 특성간 관련성에 관한 연구 결과를 요약해 보면 다음과 같다. 쌀의 상온흡수율 및 최대흡수율은 K/Mg율 및 알칼리 붕괴도와 유의한 부의 상관성을 나타내었으며 가열흡수율이 높은 품종일수록 밥의 용적팽창률이 컸다. 수분함량이 낮은 경질인 쌀일수록 침지 20분 후의 상온흡수율과 최대흡수율이 더 높은 경향이었으며 이러한 흡수 특성은 쌀 단백질 함량이나 아밀로스 함량 및 식미와는 유의한 상관성이 없었다 취반 적정가수량은 품종에 따라 마른 쌀 무게의 1.45-l.61배의 변이를 나타내었고 평균은 1.52배였으며 알맞게 취사된 밥의 부피는 평균 쌀 부피의 2.63배가되었다. 쌀 형태, 알칼리붕괴도, 호응집성, 아밀로스 및 단백질 함량은 거의 비슷하지만 식미에 차이가 있는 자포니카 품종들을 사용하여 식미와 관련된 쌀의 이화학적 특성을 검토한 결과, 밥의 윤기와 식미 총평은 생산 연도에 따라 호화점도 특성 중 최고점도, 최저점도 및 응집점도와 밀접한 관계를 나타내었다. 밥맛이 가장 좋은 일품 벼는 쌀의 외층에 아밀로스 함량 분포가 낮고 쌀을 열탕에 담근 20분간 우러난 용출액의 요드 정색도가 낮고 증가정도도 완만하였다. 일품 벼는 밥맛이 떨어지는 동해 벼에 비해 밥알 횡단면의 주사형 전자현미경 사진에서 밥알 외층의 호화전분의 그 물망이 매우 치밀하고 속층의 전분립의 호화정도가 양호하였다. 식미총평은 식미관련 이화학적 특성과의 관계를 이용한 중회귀식에 의해 매우 높은 결정계수로 추정이 가능하였다. 밥노화의 품종간 차이는 α-amylase-iodine 법으로 비교할 수 있었는데 노화정도가 적었던 품종은 일품벼, 추청벼, 사사니시끼, 진부벼 및 고시히까리였다. 통일형 품종인 태백벼와 자포니카 품종 중 섬진벼가 비교적 밥노화가 빨랐다 일반적으로 밥맛이 좋은 품종이 밥의 노화정도가 느렸으며 찬밥의 탄력성이 큰 경향이었다. 또한 밥노화가 느렸던 품종은 최저점도가 높았고 최종점도가 낮았다 찬밥의 탄력성은 쌀의 마그네슘함량과 밥의 용적팽창률과 밀접한 관계를 나타내었다. 식은밥의 더운밥 대비 경도 변화율은 취반용출액의 고형물량과 취반용적 팽창률과 부의 상관을 나타내었다. 식미관련 주요 이화학적 특성은 밥의 노화와도 직접 간접으로 상관이 있는 것으로 평가되었다. 쌀의 여러 가지 식품 가공적성과 관련된 형태 및 이화학적 특성은 가공식품 종류에 따라 매우 다르다. 쌀 튀김성은 호응집성이 연질이거나 아밀로스 함량이 낮을수록 양호하며 지질함량이나 단백질 함량이 높으면 좋지 않은 경향이다. 심복백정도가 심할수록 튀김현미 정립률이 떨어지며 현미 강도가 높을수록 튀김률은 높은 경향이었다 쌀국수는 밀가루와 50% 혼합시에 쌀의 칼륨 및 마그네슘 함량이 높은 품종일수록 제면 총평이 낮은 경향이었고 제면이 양호한 것이 국수물의 용출고형 물량이 적은 경향이었다. 쌀빵 가공적성은 품종에 따라서 현미와 백미간에 현저한 차이를 나타내는 것이 있는데 현미에서 반죽의 부피 증가율이 큰 쌀일수록 푹신한 감이 있는 쌀방 제조가 가능하였으며 백미에서 단백질 함량이 높은 품종일수록 쌀빵이 더욱 촉촉한 느낌이 있는 경향이었다. 아밀로스 함량이 높고 호응집성이 경질인 쌀일수록 쌀빵의 탄력성이 더 높은 경향이었다. 쌀의 발효 및 양조적성은 심복백이 심한 쌀이나 새로운 돌연변이인 뽀얀 멥쌀이 홍국균이나 홍국균의 균사활착 밀도가 높고 당화 효소 역가도 높은 경향이었으며 쌀알이 대립이면서 단백질 함량이 낮은 쪽이 양조에 유리한 것으로 알려져 있다. 찰벼 품종도 여러 가지 이화학적 특성과 전분구조 특성의 차이에 따라 9개의 품종군으로 나누어 볼 수 있을 만큼 품종적 변이가 크며 이들 이화학적 및 구조적 특성간에 상호 밀접한 연관성을 나타내었으며 유과·인절미·식혜ㆍ미숫가루 등에 상당한 가공적성의 차이를 보였다. WTO 체제 출범이후 생산비와 가격 면에서 경쟁력이 약한 우리 쌀이 살아남기 위해서는 품질의 고급화와 쌀 가공식품의 다양화 및 고기능성 개발을 추구할 수밖에 없다. 따라서 이와 같은 노력은 벼 품종개발만으로 소기의 성과를 올리기 어렵고 쌀 식품의 고급화 및 다양화를 위한 여러 분야의 긴밀한 연구협력이 수반되지 않으면 안 된다.

간척지 토양특성에 알맞은 사료작물 작부체계 연구 (Study on Forage Cropping System Adapted to Soil Characteristics in Reclaimed Tidal Land)

  • 양창휴;이장희;김선;정재혁;백남현;최원영;이상복;김영두;김시주;이경보
    • 한국토양비료학회지
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    • 제45권3호
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    • pp.385-392
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    • 2012
  • 본 연구는 새만금간척지 광활 및 계화지구 신간척지에서 조사료의 안정생산을 위한 적정 작부체계를 설정코자 2009년 10월부터 2011년 10월까지 수행하였다. 동계 사료작물로 청보리 (영양), 호밀 (곡우), 이탈리안 라이그라스 (passerel plus)와 하계 사료작물로 옥수수 (광평옥), 수수${\times}$수단그라스 (G7)를 재배하여 토양화학성, 양분흡수량, 사료가치, 생육 및 수량성을 검토하였다. 시험전 토양은 유기물, 유효인산 및 치환성칼슘 함량이 매우 적었고 치환성마그네슘 나트륨 함량이 많은 알칼리성 염류토양 이었다. 재배기간 동안 토양염농도 변화는 0.2%이하를 나타냈고 염피해는 없었다. 동계 사료작물 입모율은 호밀 > 청보리 > 이탈리안 라이그라스 순으로 양호하였고 생초 및 건물수량은 이탈리안 라이그라스 > 호밀 > 청보리 순으로 높았다. 조단백 함량은 이탈리안 라이그라스 > 청보리 > 호밀 순으로 총가소화영양 함량은 청보리 > 이탈리안 라이그라스 > 호 밀 순으로 많은 경향을 나타냈다. 하계 사료작물 조단백질 및 중성용매불용성섬유, 산성용매불용성섬유 함량은 수수${\times}$수단그라스에서 총가소화영양 함량은 옥수수에서 높았다. 동 하계 사료작물 경엽 및 곡실의 무기양분 함량은 이탈리안 라이 그라스와 옥수수에서 높았다. 시험 후 토양화학성은 pH가 낮아지고 총질소 및 유효인산, 치환성칼륨.칼슘 함량이 증가한 반면에 유기물, 치환성마그네슘 나트륨 함량이 감소되는 경향을 나타냈다. 동작물과 하작물을 연계한 수량성 ('10~'11)에서 생초수량은 청보리 - 옥수수 (74,740 kg $ha^{-1}$) 대비 IRG - 수수${\times}$수단그라스 10%, IRG - 옥수수 7%, 호밀 - 수수${\times}$수단그라스 6%, 호밀 - 옥수수 및 청보리 - 수수${\times}$수단그라스 3% 증수되었고 건물수량은 청보리 - 옥수수 (20,280 kg $ha^{-1}$) 대비 IRG - 수수${\times}$수단그라스 7%, 호밀 - 수수${\times}$수단그라스 6%, IRG - 옥수수 3%, 청보리 - 수수${\times}$수단그라스 3%, 호밀 - 옥수수 3% 증수되었으며 TDN수량은 청보리 - 옥수수 (13,830 kg $ha^{-1}$) 대비 IRG - 수수${\times}$수단그라스 2%, 청보리 - 수수${\times}$수단그라스 및 IRG - 옥수수 1% 증수되었다. 따라서 생초, 건물수량 및 TDN수량이 높은 "IRG - 수수${\times}$수단그라스" 및 "청보리 - 수수${\times}$수단그라스" 조합을 신간척지 토양특성 (사양토, 배수약간불량, 토양염농도 0.2% 이하)에 알맞은 사료작물 작부조합으로 판단되었다.

흑토란의 식품재료화를 위한 숙성 조건에 따른 토란의 특성 및 관능 최적화 (Characteristics and Sensory Optimization of Taro (Colocasia esculenta) under Different Aging Conditions for Food Application of Black Taro)

  • 전유호;이지원;손양주;황인경
    • 한국식품과학회지
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    • 제48권2호
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    • pp.133-141
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    • 2016
  • 토란은 풍부한 영양 성분과 다양한 효능을 가지고 있으나 활용도가 높지 않고, 옥살산 등의 독성 성분과 높은 수분 함량을 가지며 갈변 현상이 쉽게 일어나기 때문에 상품화를 위해서는 새로운 가공 방법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 토란을 증자, 숙성, 건조하는 과정을 통해 차로 음용할 뿐만 아니라 다양한 식품 재료로 활용할 수 있는 새로운 가공 방법을 개발하고자 하였으며, 이를 흑토란이라 명명하였다. 흑토란을 제조하기 위하여 증자($95{\pm}3^{\circ}C-1\;h$) 후 다양한 조건(85, 90, $95^{\circ}C-20$, 40, 60 h)에서 숙성시켰으며, 이를 건조($60^{\circ}C-24h$)하여 분말화하였다. 그 후, 이화학적 특성, 산화방지 활성을 분석하였으며, 반응표면분석을 이용하여 관능적 최적점을 탐색하였다. 토란의 일반성분 분석 결과, 생토란은 87.69%의 수분 함량을 보였고 증자 시 90.70%으로 증가하였다가 흑토란에서 4.87-8.56%로 감소하였다. 흑토란은 생토란과 증자 토란에 비해 탄수화물, 조단백, 조지방, 조회분 함량이 모두 증가하였으며, 조섬유는 생토란에서 0.45%, 흑토란에서 5.23-7.86%의 함량을 나타내었다. 무기질 성분 분석 결과, 모든 시료에서 포타슘 함량이 가장 높았다. 토란의 총당과 함량 결과, 생토란은 112.53 mg/g, 증자 토란은 70.51 mg/g을 나타냈으며, 흑토란은 숙성 시간에 따라 유의적으로 증가하였고 54.94-120.03 mg/g의 함량을 보였다. 환원당은 42.48 mg/g에서 증자 후 12.29 mg/g로 감소하였으며, 흑토란에서 12.73-24.14 mg/g의 함량을 나타내었다. 분말색도는 생토란을 열처리함에 따라 L값이 84.57에서 증자 토란의 71.05, 그리고 흑토란에서 47.91-55.28으로 감소하였으며, a값은 증가하고 b값은 감소하는 경향을 나타내었다. 갈색도는 생토란에서 0.08의 값을 나타냈고, 증자 후 0.02로 감소하였다가 흑토란에서 급격하게 증가하였으며 $90^{\circ}C$에서 40시간 숙성한 토란에서 0.88의 가장 높은 값을 보였다. 옥살산칼슘 함량 측정 결과, 생토란에서 59.07 mg/100 g의 함량을 보였으며, 증자 후 37.20 mg/100 g으로 감소하였고, 숙성 과정을 거치며 시간에 따라 유의적으로 감소하여 $90^{\circ}C$에서 60시간 숙성시킨 토란에서 11.46mg/100 g의 가장 낮은 값을 보였다. 흑토란의 총 폴리페놀 함량을 측정한 결과, 20.61-28.30 mg GAE/g의 값을 나타냈으며, 숙성 온도에 따라서 폴리페놀 함량이 유의적으로 증가함을 확인하였다. 흑토란의 산화방지 활성을 DPPH, ABTS 자유라디칼 소거능 및 FRAP 활성으로 측정하였다. DPPH와 ABTS 라디칼 소거능 모두 숙성 온도가 높아짐에 따라 증가하는 경향을 보였다. DPPH 라디칼 소거능은 3.67-7.52 mg VCE/g의 값을, ABTS 라디칼 소거능은 9.63-20.32 VCE/g의 값을 나타냈으며, 두 소거능 모두 $95^{\circ}C$에서 60시간 숙성시킨 시료에서 가장 높았다. FRAP 활성 또한 유사한 경향을 보였고, 3.43-6.79 mg VCE/g의 값을 나타내었다. 흑토란의 관능 최적 숙성 조건을 탐색하기 위하여 색, 맛, 향, 전체적인 기호도에 대하여 반응표면분석을 실시하였다. 색($R^2=0.8471$), 맛($R^2=0.8244$), 전반적인 기호도($R^2=0.7480$)에 대하여 유의한 반응 표면을 이끌어낼 수 있었으며, 맛과 전반적인 기호도 항목에서 실험 범위 내의 최적점을 이끌어낼 수 있었다(맛: $88.73^{\circ}C$, 39.50시간, 전반적인 기호도: $88.82^{\circ}C$, 42.60시간). 관능 특성간의 상관 분석 결과, 전반적인 기호도에는 색, 맛, 향 모두 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 맛(r=0.884)의 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 토란의 숙성 조건에 따른 이화학적 특성 및 산화방지 활성의 차이를 확인하였으며, 관능적으로 최적이 되는 토란의 숙성 조건을 확인하였다. 실험 결과를 종합해 보았을 때, 생토란에 비해 흑토란에서 섬유소 함량의 증가, 옥살산칼슘의 유의적인 감소, 그리고 갈변 반응으로 인한 생리활성 성분의 증가 효과를 기대할 수 있다. 높은 산화방지 효과를 위해서는 높은 온도에서 오랜 시간 숙성이 필요하며, $88.73-88.82^{\circ}C$의 온도에서 39.50-42.60시간 동안 숙성시켰을 시 관능적으로 우수한 흑토란을 생산할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구는 토란의 이용성을 증대시키며 흑토란 분말의 다양한 식품재료로서의 활용 가능성을 탐색하기 위한 기초 자료가 될 것으로 기대된다.

수환관개방법의 차이가 수도생육 및 수량에 미치는 영향과 그 적정시설에 관한 연구 (Studies on the Effects of Various Methods of Rotation Irrigation System Affecting on The Growth, Yield of Rice Plants and Its Optimum Facilities)

  • 이창구
    • 한국농공학회지
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    • 제12권2호
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    • pp.1937-1947
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    • 1970
  • 본(本) 실험(實驗)은 1969년(年)에 만종(晩種) 농림(農林) 6호(號)를 공시품종(供試品種)으로하여 사질양토(砂質壤土)인 서울대학교(大學校) 농과대학(農科大學) 실험포장(實驗圃場)은 차용(借用)하여서 관개수(灌漑水)를 절약(節約)하고 또 그의 조절방법(調節方法)으로서 한해(旱害)를 극복(克服)하는 동시(同時)에 증수(增收)도 보자는 의미(意味)에서 윤환관개(輪換灌漑)의 방법(方法)과 그 적정시설(適正施設)로서 관배수로시설(灌排水路施設)과 취입구(取入口), 배입구(排水口), 밑다짐, 비닐사용(使用), 논두렁에 지수벽등(止水壁等)을 설치(設置)하여 벼의 생육(生育) 및 수량(收量)에 미치는 효과(效果)와 용수량(用水量) 관계(關係)를 시험(試驗) 조사(調査)하였는 바 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. (1) 밑다짐 두께와 단수일수(斷水日數)의 장단(長短)에 따라 천립중(千粒重)에서 유의성(有意性)을 보였는데 그 순서(順序)는 밑다짐 3cm 구(區), 밑다짐 6cm 구(區), 5일(日) 등등(等等) 방식(方式), 6일(日), 비닐처리구등(處理區等) 그림 10에서 보는 바와 같다. (2) 수량(收量)에 있어서는 밑다짐 9cm 구(區)가 31%증(增) 8일(日) 관개구(灌漑區)와 등등방식(等等方式)이 28%증(增) 5일관개구(日灌漑區)가 7% 증등(增等)은 상시(常時) 담수구(湛水區)보다 어느 것이나 상당(相當)한 증가(增加)를 보이고 있는데 그림 12와 같다. (3) 토양(土壤)의 이화학적(理化學的) 성질(性質)에는 차이(差異)가 없었으며 관개수질(灌漑水質) 기타(其他) 기상(氣象), 강우량등(降雨量等) 모든 값이 각(各) 처리구간(處理區間)에 동질(同質)이었다. (4) 각(各) 처리구(處理區)에 따라서 분(分)경 수(數)에 다소(多少)의 차이(差異)는 인정(認定)되나 강우일수(降雨日數)와 담천일수(曇天日數)가 전년(前年)보다 많었고 또 평균온도(平均溫度)가 다소(多少) 낮었기 때문에 유의성(有意性)은 인정(認定)할 수 없었다. (5) 비닐처리구(處理區)는 용수(用水)의 절약(節約)은 컸으나 기타(其他) 요소(要素)에 있어서는 유의성(有意性)을 인정(認定)하지 못하였다. (6) 관개용수량(灌漑用水量)에 있어서는 전관개일수(全灌漑日數) 102일중(日中) 강우일수(降雨日數) 54일(日)을 제(除)한 나머지 실지(實地)로 관개(灌漑)한 48일(日)에 있어서 밑다짐 9cm 구(區)와 비닐무공구(無孔區)가 243.3mm의 관개용수량(灌漑用水量)으로 족(足)하였으며 67%의 용수절약(用水節約)을 보았고 기타(其他)는 그림 15에서 보는 바와 같은 용수절약(用水節約)을 인정(認定)하였다. (7) 침투량(浸透量)은 $40{\sim}30mm/day$였든 것이 비닐지수벽(止水壁)을 설치(設置)한 구(區)에서는 10mm 정도(程度) 감소(減少)됨을 알 수 있다. (8) 생육상태(生育狀態)가 양호(良好)하며 일반(一般) 상시(常時) 담수구(水區)와 같은 병해(病害)나 도복(倒伏) 현상(現狀)은 발견(發見)되지 않았다. (8) 용배수조직(用排水組織)이 완비(完備)되고 각구(各區)마다 급수관(給水管)이 개별(個別)로 설치(設置)되어야 절수(節水)도 되고 답내(畓內)의 수온(水溫)도 상승(上昇)함을 알았다.

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겉뿌림 산지초지에서 석회 및 3요소 시용수준이 10연후 토양특성에 미치는 영향 I. 토심별 pH, T-N, 유기물 및 유효인산 함량, 인기흡수계수와 석회소요량 (Effects of Lime and NPK Application Rates on the Soil Characteristics after a 10-year Experiment in Oversown Hilly Pasture of Mixed Grass-Clover Sward I. Changes in the pH, contents of T-N, organic matter and available $P_{2}O_{5}$, coefficient of $P_{2}O_{5}$ absorption, and lime requirement by the soil depth)

  • 정연규;이혁호
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제13권1호
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    • pp.49-57
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    • 1993
  • 겉뿌림 산지초지의 조성, 수량, 식생 및 목초품종등에 미치는 3요소(N-$P_{2}O_{5}$-$K_2$O: 0-0-0; 0-10-10; 6-15-15; 12-20-20; 24-25-20 kg/10a/year)와 소석회(0, 250kg/10g; 조성시만 시용)의 시용효과를 구명하는 10년간 시험후, 별도로 토심별 토양의 화학성(I보; pH, OM, T-N, 유효 $P_{2}O_{5}$, $P_{2}O_{5}$ 흡수계수, 석회소요량. II보: 치환성 Ca, Mg, K, Na 및 CEC, 염기포화도, 토양보존)을 조사하여 검토하였다. 1. 표상(0~15cm)의 pH가는 석회시용에도 불구하고 시험전 pH 5.12보다 약 01~0.3 정도 낮았다. 석회시용구는 4.90, 석회무시용구는 4.68로 그 차이가 경미하였으며, 3요소 시용수준이 증가할수록 pH 가는 더 낮아졌으며, 이러한 특성은 표토 상부층(0.0~7.5cm)이 더 뚜렷하였고 토심이 깊을수록 미약하였다. 전처리구 모두 매우 강한 산성(초지등급에서 불량 수준)을 보여 석회추비가 절대 필요하였다. 석회소요량은 석회 무시용구 및 3요소 시용수준이 높을수록 많았으며, 일반적으로 토심이 깊을수록 더 높았다. 2. 유기물 및 T-N 함량은 전처리구 모두 산지의 초지조성전보다 높았으며, 석회시용구가 무시용구보다 높았다. 반면에 3요소 시용수준간에는 일관성 있는 변화를 보이지 않았다. 각 처리구는 토심과 이들 함량간에는 반비례하는 경향을 보였다. 3. 유효인산의 함량은 인산시용량이 증가할수록 많아졌다. 특히 표토 상부층에 크게 집적되었으며, 토심이 깊을수록 집적량이 크게 낮아졌다. 표토 상부층(0.0~7.5cm)이 표토하부층(7.5~15.0cm)보다 약2배 높은 함량을 보였다. 표토 상부층에서 인산의 고집적량은 연간 10kg $P_{2}O_{5}$ 10a 시용수준에서는 351ppm, 25kg 시용수준에서는 697ppm 수준으로 적정함량보다 매우 높아 연차적인 감량시용이 필요함을 보여주었다. 표토(0~15m)의 인산흡수계수는 무석회구가 석회시용구보다 다소 높은 경향을 보였으며, 높은 인산시용수준에서는 상대적으로 낮은 흡수계수를 보였다. 반면에 심토에서는 불규칙적인 경향을 보였다. 4. 겉뿌림 산지초지의 특성에 따라서 석회추비의 방법, 시용량, 시용시기, 비종선택 등과 연차적인 인산의 감량시용방법 등이 연구검토되어야 할 것으로 보인다.

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Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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수환관개방법과 적정시설연구 (수환관개의 방법의 차이가 수축생육 및 수량에 미치는 영향과 그 적정시설에 관한 연구) (Studies on the Effects of Various Methods of Rotation Irrigation System Affecting on the Growth. Yield of Rice Plants and Its Optimum Facilities.)

  • 이창구
    • 한국농공학회지
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    • 제11권1호
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    • pp.1534-1548
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    • 1969
  • 본실험(本實驗)은 1968년(年)에 농림(農林)6호(號)를 공시품종(供試品種)으로 하여 관개수(灌漑水)를 절약(節約)하고 또 그의 조절방법(調節方法)으로써 한해(旱害)를 극복(克服)하는 동시(同時)에 증수(增收)를 보자는 취지(趣旨)에서 윤환관개(輪換灌漑)의 방법(方法)과 그 도정시설(道正施設)로서 관배수로시설(灌排水路施設)과 취입구(取入口) 배수구(排水口) 밑다짐 논두렁 지수벽등(止水壁等)을 만들어서 수도(水稻)의 생육(生育) 및 수량(收量)에 미치는 효과(效果)와 용수량관개(用水量關係)를 조사(調査) 시험(試驗)하였는바 그 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 밑다짐두께의 차이(差異)는 천립중(千粒重) 유의성(有意性)을 보였는데 그 순서(順序)는 밑다짐90cm 구(區)가 23.5g이고 밑다짐3cm 구(區) 6cm 구(區) 보통구(普通區) 밀집구(區)의 순서(順序)로서 그림와 같다. 2. 수량(收量)에 있어서는 밑다짐두께의 차이(差異)에서나 관개회수(灌漑回數)의 차이(差異)에 있어서나 고도(高度)의 유의성(有意性)을 보였는데 표(表) 5, 6, 7과 같다. 3. 토양(土壤)의 이화학적(理化學的) 성질(性質)에는 별차이(別差異)가 없었으며 관개수질(灌漑水質) 기타(其他) 기온(氣溫) 강우량등(降雨量等) 모든 값이 각처리구간(各處理區間)에 동질(同質)이었다. 4. 윤환관개(輪換灌漑)의 방법(方法)의 차이(差異)가 분벽수(分蘗數)에 미치는 효과(效果)는 유의성(有意性)을 보였으며 7일(日) 관개구(灌漑區)가 주당(株當) 0.74 8일(日) 관개구(灌漑區)가 17.2, 5일(日) 관개구(灌漑區)가 16.7, 6일(日) 관개구(灌漑區)가 15.3등(等) 윤환일수(輪換日數)가 많은 것이 표준구(標準區)에 비(比)하여 유의성(有意性)을 나타냈다. 5. 비닐처리구(處理區)는 수량(收量)이나 구성요소(構成要素)에 있어서 다같이 구멍 $3cm/m^2$ 구(區) 2cm 구(區) 1cm 구(區)의 순서(順序)로 나타났으나 무공구(無孔區)보다는 수량(收量)에 있어서나 구성요소(構成要素)에 있어서 도리어 저하(低下)의 현상(現狀)을 나타냈다. 이것은 물의 순환(循環)이 잘 되어야 한다는 처거(處據)이다. 6. 관개용수량(灌漑用水量)에 있어서는 전관개일수(全灌漑日數) 102일간중(日間中) 강우일수(降雨日數) 30일(日)을 제(除)한 나머지 실지관개일수(實地灌漑日數) 72일(日)에 있어서 보통구(普通區)가 1,590mm 인데 비(比)하여 밑다짐 906 구(區)가 876mm (44.9% 절약(節約)) 밑다짐 6cm 구(區)가 95mm (39.7% 절약(節約)) 밑다짐 3cm 구(區)가 1,010mm (36.3% 절약(節約)) 밀집구(區)가 1,082mm(32% 절약(節約))로 되었고 윤환관개(輪換灌漑)에 있어서는 8일관개(日灌漑)가 538mm (65.3% 절약(節約)) 7일(日) 관개구(灌漑區)가 617mm (61.1% 절약(節約)) 6일관개구(日灌漑區)가 672mm (57.7% 절약(節約)) 5일관개구(日灌漑區)가 746mm (53% 절약(節約)) 4일관개구(日灌漑區)가 890mm (44.2% 절약(節約)) 3일관개구(日灌漑區)가 975mm (38.6% 절약(節約))로 되었다. 7. 엽수면증발율(葉水面蒸發率)은 7월하순(月下旬)이 2.8, 8월중순(月中旬)이 2.9, 8월하순(月下旬)이 3.4, 9월상순(月上旬)이 2.6으로 되어 수량(收量)에 비례(比例)함을 알수 있다. 8. 삼투량(渗透量)은 30mm/일(日) 이상(以上)이었든 것이 비닐 지수벽(止水壁)을 설치(設置)한 관계(關係)로 20mm/일(日) 정도(程度)로 감소(減少)되었다. 이것은 횡침투(橫浸透)가 크다는 것을 의미(意味)한다. 9. 생육상태(生育狀態)가 양호(良好)하여서 도복(倒伏)은 전연(全然)없었고 도정율(搗精率)이 75%라는 양호(良好)한 성적(成績)을 나타냈다. 10. 용배수조직(用排水組織)이 완비(完備)되고 각구(各區)마다 급수관(給水管)이 별개(別個)로 설치(設置)되어야 절수(節水)가 될 수 있음을 알았다.

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