제주 자생 상동나무의 특성과 생장조정제 처리가 열매 품질에 미치는 영향

Abstract

제주지역에 집중적으로 분포하는 상동나무(Sageretia thea (Osbeck) M.C. Johnst)를 새로운 소득작물로 발굴하고 기능성 식품 소재화를 위하여 서귀포시 안덕면 서광리 소재 상동나무 자생 군락지를 선정하여 2012년 4월부터 2013년 9월까지 자생지의 입지환경, 식생조사 및 토양특성, 그리고 열매의 형태적 특성 및 생육특성과 이화학적 특성 및 기능성분 분석, 종자의 발아 특성 및 생장조정제 처리에 따른 열매 품질에 미치는 영향 등을 구명함으로서 상동나무의 기능성 자원화 및 새 수요창출에 활용 토대를 마련하고자 본 연구를 수행한 결과는 다음과 같다. 1. 상동나무는 우리나라에서는 전라남도 남해안 및 도서지역 이남의 따뜻한 지역에 주로 분포하였으며, 제주도에서는 전 지역에 걸쳐 자생하였고, 특히, 서부지역 중산간 지역에 집중적으로 군락을 이루는 특성을 보였으며, 분포의 수직학적 한계는 해발 600m 이하의 지대라고 조사되었다. 제주지역에서 상동나무 자생지의 기후·환경적 여건은 상록활엽수림대에 속하고 강수량이 적으며, 겨울철에 기온이 높은 지역에 많이 분포하고 잘 자라는 경향이었다. 자생지 토양특성은 pH 5.8, EC 0.34dS·m-1, 유기물 15.27%, 유효인산 13.6mg·kg-1, 치환성 양이온으로 Ca 4.9, K 0.27, Mg 1.7, Na 1.3cmolc·kg-1, 그리고 NO3- 이온은 63.09mg·kg-1 이었다. 이상의 자생지 분포특성, 기후환경적 여건과 토양특성 등을 재배학적 측면으로 접근할 때, 상동나무는 농업자원으로 재배하기가 알맞다고 판단되어 새로운 소득작물로 개발 가능성이 높다고 생각되었다. 또한, 자생지의 식물상은 25과 31속 27종 4품종으로 총 31분류군 이었으며, 환경부 지정 식물구계학적 특정식물은 5종이 분포하고 있었다. 2. 수확시기에 자생지에서 채취한 상동나무 열매는 무게 0.2g, 횡경 7.2mm, 종경 6.5mm 이었으며, 열매의 크기 분포는 5.1∼10.0mm 이었으며, 6.1∼8.0mm 범위가 75.1%로 가장 많이 차지하였고, 열매가 클수록 종자수도 많아지는 특성이 있었다. 과방당 열매수는 무게 및 크기와는 유의성이 없었으나, 종자수와는 정의 상관관계를 보였다. 상동나무의 종자는 열매 당 1.8개였으며, 1,000립중은 7.77g, 횡경 3.7mm, 두께 1.7mm로 가볍고 크기가 작았다. 열매의 성숙기는 4월 27일∼6월 1일까지 약 35일 소요되는 것으로 조사되었으며, 최성숙기는 5월 11일에서 5월 18일까지 약 1주일이었다. 또한, 5월 4일∼5월 11일에 수확하는 열매의 무게와 횡경이 가장 컸으며, 성숙기가 빠를수록 종자수가 많아지는 경향을 보였다. 3. 상동나무 열매의 이화학적 특성 및 기능성분을 분석한 결과는 아래에 나타내었다. 열매를 착즙한 과즙액의 pH는 4.17, 당도는 22.2°Brix, 산함량은 0.83%였으며, 당산비가 26.7로 나타나고 당도가 매우 높아 다른 과실류보다 기호성이 우수한 것으로 평가되었다. 열매의 일반성분으로 수분함량 75.04%, 가용성무질소물(탄수화물) 18.31%, 조섬유 3.32%, 조단백질 2.01%, 조지방 0.84%, 조회분 0.48% 순으로 함유하고 있었으며, 열매의 주된 내용성분은 과즙액의 당도에서와 같이 가용성무질소물의 대부분을 차지하는 가용성 총당이라고 생각되며, 다른 과실류에 비하여 수분함량이 낮은 것은 가용성 당 함량이 매우 많은 결과라고 판단되었다. 동결건조 시료 중에 함유하는 총무기물 함량은 1,264.9mg·100g-1으로 주요 무기성분은 K, P, Na, Mg, Ca 이었고, 이 중 K가 822.8mg·100g-1으로 가장 많이 함유하였으며, 이외에 Fe, B 등이 미량 무기성분도 골고루 함유하고 있었다. 열매의 주요 유기산은 Malic acid, Lactic acid, Tartaric acid, Succinic acid, Citric acid 순으로 골고루 함유하고 있어, 다른 과실류의 유기산 조성과는 다른 양상을 보였는데, 이러한 특성으로 인하여 상동나무 열매가 독특한 청량감을 지닌다고 생각되었고, Malic acid와 Lactic acid가 각각 2,631.54mg·100g-1, 1,237.4mg·100g-1으로 전체 유기산 중 73.2%을 차지하였다. 유리당 함량은 Fructose가 8.11g·100g-1, Glucose는 7.68g·100g-1이었으며, Sucrose는 흔적량만 함유하는 특성을 보였고, 앞에서의 당도와 가용성무질소물의 주된 성분이 유리당임을 확인할 수 있었다. 열매 중에 함유하는 지방산은 11종을 확인하였고, 주요 지방산은 Palmitic acid, Stearic acid, Oleic acid, Linoleic acid로 이 중 Linoleic acid가 가장 많이 들어 있었으며, 이외에 γ-linolenic acid, Eicosa trienoic acid 등 자연계에 흔하지 않는 특이한 지방산도 함유하고 있었고, 총 지방산 중 포화 지방산은 28.74%, 불포화 지방산은 71.26%였다. 기능물질로 알려진 Total Phenolic compound는 열매에 874.8mg·100g-1으로 매우 많이 함유하였으며, 대표적인 기능성분인 Anthocyanins 함량은 520.8mg·100g-1으로 블루베리류 보다도 높은 것으로 분석되어, 상동나무의 열매는 기능성 식품소재 자원으로 이용 가치가 크다고 생각되었다. 4. 상동나무 종자의 발아특성을 조사한 결과 상동나무의 종자발아는 50℃에서 24시간 전처리한 처리구에서는 발아가 되지 않았으나, 4℃에서 24시간 전처리 한 처리구에서는 10℃를 제외한 대부분 온도에서 발아가 이루어 졌으며, 특히 15℃에서 발아율이 55%로 가장 높았지만, 25℃에서 유아와 유근 발육이 가장 좋았다. 평균발아일수와 발아속도계수는 온도가 높을수록 빨랐으며, 발아지수는 온도가 높을수록 낮아지는 경향을 보였다. 발아율과 발육상황을 토대로 상동나무 종자는 20℃에서 발아를 시키는 것이 가장 바람직하다고 판단되었다. 5. 몇 가지 생장조정제에 상동나무의 과방을 침지처리하여 열매의 품질에 미치는 영향을 조사한 결과, 만개일에 250mg·L-1 Mepiquat chloride를 처리하거나 1mg·L-1 Thidiazuron을 처리하면 무게가 21.7% 증가하는 효과가 있었으며, 열매 비대를 위해서는 1mg·L-1 Thidiazuron을 만개일에 처리하거나, 200mg·L-1 6-Benzylaminopurine을 만개일에 처리 또는, 10mg·L-1 Forchlorfenuron을 만개 14일 후에 처리하는 것이 각각 8.1%, 7.0%, 6.3%의 열매의 횡경 비대가 이루어져서 효과적이었다. 생장조정제 처리가 상동나무 열매 수확시기에 미치는 영향을 조사한 결과 500mg·L-1 Mepiquat chloride를 만개 7일 후 처리, 2.5mg·L-1 Forchlorfenuron을 만개 14일 후 처리, 2mg·L-1 Thidiazuron을 만개 7일 전 처리, 100mg·L-1 Gibberellic acid를 만개일 처리, 200mg·L-1 6-Benzylaminopurine을 만개 7일 후 처리하는 것이 성숙초기에 수확률이 무처리구에 비해 48.6～75.8%가 증가하여 성숙기가 빨라지는 효과가 있었으며, 생장조정제간 성숙기를 비교해 보면 Gibberellic acid > Thidiazuron > Mepiquat chloride > Forchlorfenuron > 6-Benzylaminopurine 순으로 빨랐다. 위와 같이 제주도 상동나무 자생지와 열매의 특성, 종자의 발아특성 및 생장조정제 처리효과에 대한 결과를 토대로 상동나무를 새로운 지역 특산작물로 육성하는데 종합적인 자료로 활용되길 기대한다.

Sageretia thea (Osbeck) M.C. Johnst is found to have been intensively distributed in Jeju island. In order to discover the possibilities of the tree as a new income-source crop or functional food material, this research was made by selecting the naturally growing habitat located in Seogwipo-si Anduk-myeon Seogwang-ri to identify its locational environment properties, vegetation distribution and soil properties of the habitat, and to investigate morphological and growth characteristics and physicochemical features of the fruit in a functional component analysis. In addition, the effects of seed germination characteristics and growth regulator treatments on the quality of the fruit are throughly investigated in this study to prepare a utilization basis for a functional resource of the fruit and to further create a new demand. The results of this study are as follows: 1. In Korea, Sageretia thea is mainly distributed and naturally growing in the warmer southern regions of Jeollanam-do and south coastal islets and all over the Jeju Island. In particular, the trees are intensively growing in the middle of mountain areas in the western part of Jeju island. The vertical limit of biological distribution zone is known to be less than 600m above sea level. The climatic and environmental conditions of Sageretia thea habitat belong to the evergreen broadleaf forest region, and the trees tend to grow well in a place which has a small amount of precipitation and a high degree of temperature in winter. Soil characteristics of the habitat are as follows: 5.8 of pH, 0.34dS·m-1 of EC, 15.27% of organic matter, 13.6mg·kg-1 of available P2O5, exchangeable cations including 4.9 of Ca, 0.27 of K, 1.7 of Mg, 1.3cmolc·kg-1 of Na and 63.09mg·kg-1 of NO3- ions, respectively. When those distributional characteristics, climatic and environmental conditions and soil properties of the naturally growing habitat described above are taken into a cultivation perspective, the Sageretia thea is determined suitable for cultivation and promising for a new income agricultural crop. In addition, the flora of the habitat comprises the total of 31 classification groups including 25 families, 31 genuses, 27 species, and 4 plant varieties, and 5 types of plants are distributed according to the classification of the vegetable kingdom designated by the Ministry of Environment. 2. The fruit of Sageretia thea collected from the habitat in harvest season has the average weight of 0.2g, diameter of 7.2mm, length of 6.5mm, and size distribution range of 5.1～10.0mm with 75.1% of 6.1～8.0mm in the most frequently checked size, revealing a special feature of the seeds, that is, the bigger fruits, the greater the number of seeds. The number of fruits per cluster was not significant in size or weight, but it was proportional to the number of seeds. The number of seeds per fruit was 1.8, and 1000 grain weight was 7.77g with diameter of 3.7mm and thickness of 1.7mm in size, light and small. The fruit maturation was investigated to be from April 27 to June 1, approximately 35 days, when the best maturation period was about a week, May 11 to May 18. Also, the fruits grown on May 4 to May 11 were seen to have the biggest in transverse size and weight with a tendency of the earlier maturation date the greater the number of seeds. 3. The physicochemical properties and functional components of Sageretia thea are found in the following analysis. The extracted fruit juice had 4.17 of pH, 22.2°Brix of soluble solid, 0.83% of total acidity and 26.7 of soluble solid-acid ratio. As a result, the high sugar content of the fruit was evaluated as excellent palatability, more appealing to consumers than other fruits. The proximate composition of fruit was 75.04% of moisture content, 18.31% of available nitrogen-free extract (carbohydrates), 3.32% of crude fiber, 2.01% of crude protein, 0.84% of crude fat, 0.48% of crude ash content, and the main components of the fruit was considered to be water soluble total sugar, mostly occupying available nitrogen-free liquid. The moisture content lower than other fruits is because of the higher level of water soluble sugar content. The freeze-drying sample of the fruit juice contained a total mineral content of 1,264.9mg·100g-1, main mineral components of K, P, Na, Mg and Ca, where 822.8mg·100g-1 of K was contained the most, and a tiny amount of other various mineral components, Fe, B and the like. A variety of major organic acids of the fruit included malic acid, lactic acid, tartaric acid, succinic acid, citric acid in an orderly manner, revealing an organic acid composition different from other fruits, so that the fruit juice of Sageretia thea was considered to bring about a unique sensation of refreshment. Malic acid and lactic acid, respectively 2,631.54mg·100g-1 and 1,237.4mg·100g-1, were amounted for 73.2% of total organic acids. Free sugar content included fructose of 8.11g·100g-1 and glucose of 7.68g·100g-1 with only a small mixed amount of sucrose, and the main composition of the soluble solid and available nitrogen-free components mentioned above were confirmed as free sugar. It was confirmed that 11 fatty acids were contained in the fruit and some of major acids were palmitic acid, stearic acid, oleic acid and linoleic acid, the last of which was contained the greatest in amount. Besides, the fruit also contained γ-linolenic acid, eicosa trienoic acid, etc. rare in nature. It was also found that the saturated and unsaturated acids were 28.74% and 71.26% of the total fatty acids respectively. Total phenolic compound, known as a functional material, was contained in the amount of 874.8mg·100g-1, very rich in fruit, and the amount of anthocyanins, a typical functional component, was 520.8mg·100g-1, even more than blue berries, in the content analysis of anthocyanins, so that the fruit of Sageretia thea was considered to have a high value for a functional food material resource. 4. Sageretia thea seeds pretreated for 24 hours at 50℃ were not germinated, while most of those pretreated for 24 hours at 4℃ were successfully germinated at any degree of temperature (except at a temperature of 10℃). Particularly, the highest germination rate of 55% was made at 15℃, and shoots and radicles were best grown within the temperature range of 25℃. As temperature was higher, some tendencies were seen to get mean germination time shorter, the germination coefficient of velocity higher and the germination index lower. On the basis of germination rate and growth conditions, it was confirmed that seeds of Sageretia thea might be most preferably germinated at 20℃. 5. Some plant growth regulator treatments to the fruit cluster of Sageretia thea were conducted in a dipping method, and then the effects of those immersion treatments on the quality of the fruit were investigated. Firstly, 250mg·L-1 mepiquat chloride treatment or 1mg·L-1 thidiazuron treatment on the full-bloom date resulted in an increase of 21.7% in weight, and 1mg·L-1 thidiazuron teatment on the full-bloom date, 200mg·L-1 6-benzylaminopurine treatment on the full-bloom date and 10mg·L-1 forchlorfenuron treatment 14 days after the full-bloom date also brought about positive effects on the enlargement of the fruit, respectively, 8.1%, 7.0 % and 6.3 % in its transverse diameter. Furthermore, the positive effects of the plant growth regulator treatments on the harvest time of Sageretia thea were determined as follows: an increase in the harvest ratio of 48.6～75.8%, shorter maturation period, by the treatments with 500mg·L-1 mepiquat chloride 7 days after the full-bloom date, 2.5mg·L-1 forchlorofenuron 14 days after the full-bloom date or 200mg·L-1 6-benzylaminopurine 7 days after the full-bloom date; and the greater effects of plant growth regulator treatments on the fruit maturation speed in the following order, gibberellic acid> thidiazuron> mepiquat chloride> forchlorfenuron> 6-benzylaminopurine. As described above, a thorough research has been made on naturally growing habitat of Sageretia thea in Jeju. special features of fruit, characteristics of seed germination and effects of plant growth regulator treatments. The results of this study are expected to be used as a comprehensive reference base to develop Sageretia thea as a new local specialty crop for Jeju island