Evaluation of Crop Characteristics of Sorghum (Sorghum bicolor L.) Germplasm for the Selection of Excellent Resources

우수자원 선발을 위한 수수(Sorghum bicolor L.) 유전자원의 특성평가

Abstract

The aim of this study is to select the superior resources of high yield, high content of functional material optimal to mechanical harvesting by the evaluation of crop growth and yield characteristics in sorghum germplasm. One hundred accessions of sorghum germplasm were used in this experiment. Days from seeding to heading date showed the range from 68 to 94 days with the highest frequency proportion was the group from 80 to 85 days, which occupied 34% (34 plant resources) of 100 germplasm. Ear types of 100 sorghum germplasm could be classified as 7 types of broom-tillering, half broom-tillering, extreme open-loose type, open-loose type, intermediate type, compact type, extreme-compact type of which intermediate type was the highest ratio of 28% (28 plant resources) of 100 germplasm. Yield showed the range from 106 to 365 ㎏/10a with the highest frequency proportion of it was the group from 150 to 200 ㎏/10a, which occupied 44% (44 plant resources) of 100 germplasm. Among 100 sorghum germplasm, 18 ideal resources of high yield and short plant height appropriate for mechanical harvesting were selected. In order to evaluate high content of functional substance, selected 18 resources were analyzed for total polyphenol content, DPPH radical scavenging activity and total anthocyanin content. Finally, we selected 5 resources of short plant height, high yield, high content of total polyphenol and high DPPH radical scavenging activity among 18 genetic resources.

기계수확에 적합하고 고기능성 유전자원을 선발하여 중부지역에 재배품종자원으로 공급하기 위하여 수수 100 자원을 공시하여 실시한 시험결과는 다음과 같다. 황금찰과 남풍찰을 대조 품종으로 하여 수집된 수수 100 자원의 작물학적 특성을 검정한 결과 출수소요일은 68~94일의 변이로 변이가 컸으며, 이삭형태는 7종류의 형태로 중간형이 가장 많이 나타났다. 간장은 70~429 ㎝의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균 260 ㎝였고, 100~150 ㎝가 31%로 최빈수였다. 이삭길이는 17~44.4 ㎝의 변이를 보였으며, 평균은 28.8 ㎝였다. 경태는 16.6~29.7 ㎜의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 21.4 ㎜였고, 엽수는 6.3~20개의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 11.4개였다. 천립중은 14.55~32.54 g의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 22.14 g이었고, 이삭당 수량은 18.32~44.96 g의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 30.74 g이었다. 작물학적 특성 검정을 통해 기계수확에 적합한 150 ㎝ 이하의 단간종이며, 이삭당 수량이 대조품종보다 높은 33.63 g 이상인 18 유전자원을 선발하였다. 선발된 18 유전자원 중 기능성물질 함량이 높은 자원 선발을 위하여 총 폴리페놀 함량, 전자공여능 및 총 안토시아닌 함량을 분석한 결과, 총 폴리페놀 함량은 대조품종인 황금찰은 174.08 ㎍ GAE/g이었으며, 남풍찰은 292.30 ㎍ GAE/g이었고, DS017, DS019, DS020, DS027, DS066이 대조품종인 남풍찰보다 함량이 높았다. 전자공여능은 대조품종인 황금찰이 26.25%였으며, 남풍찰은 33.65%였고, DS017, DS019, DS020, DS027, DS066, DS068, DS236이 대조품종인 남풍찰보다 소거능이 높거나 유사하였다. 총 안토시아닌 함량은 대조품종인 황금찰은 49.22 ㎍/g이었으며, 남풍찰은 51.52 ㎍/g이었고, DS488, DS428이 대조품종인 남풍찰과 황금찰보다 함량이 높거나 유사하였다. 그리고 항산화능과 항산화 성분과의 상관관계를 선형회귀분석 한 결과, 총 폴리페놀 함량과 DPPH radical 소거능 사이에 99.9% 수준으로 R=0.922의 높은 상관관계가 나타나 총 폴리페놀 함량이 높을수록 DPPH radical 소거능이 증가함을 알 수 있었다. 작물학적 특성 검정과 기능성물질 함량분석을 통하여 기계수확에 적합한 단간종이며, 이삭당 수량이 높고, 기능성물질 함량이 높은 DS017, DS019, DS020, DS027, DS066 5자원을 선발하였다.

서 언

잡곡은 광의적으로는 벼를 제외한 것을 말하며, 협의적으로는 조, 수수, 기장, 피, 옥수수, 메밀 등을 일컫는다. 잡곡은 벼와 비교하면 열등 작물로서 인식되어 왔으나 무기질, 비타민 및 식이섬유가 벼의 2～3배 정도 많고 생리활성 물질을 다량 함유하고 있어 건강을 위한 보조식량으로서 중요시 되고 있다(Kim and Lee, 2006).

수수(Sorghum bicolor L.)는 밀(Triticum aestivum L), 쌀(Oryza sativa L.), 옥수수(Zea mays L.), 보리(Hordeum vulgare L.)에 이어서 세계에서 다섯 번째로 중요한 식량작물이며, 영양성분은 현미쌀과 비교하여 미네랄과 비타민 B 등의 함량이 높고 폴리페놀과 탄닌 등의 항산화성분 함량이 풍부해서 항산화 활성이 뛰어나다. 그리고 각종 광물질 미량원소들이 많이 포함되어 있어 모세혈관을 튼튼하게 하고 콜레스테롤 함량을 낮추어 주는 약리작용으로 심혈관계 질환에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 우리나라에서는 1964년 16천여 ha에서 수수가 재배되었으나, 그 후 계속 감소하여 1980년에 3천여 ha, 현재는 1.5천여 ha에 불과한 실정이며, 2008년 기준 전체 공급량 17,664 톤 중 수입량 비중이 85%나 차지하고 있고, 충청북도와 강원도 그리고 경상북도를 제외한 나머지 지역은 면적과 생산량 비중이 매우 낮은 실정이다. 최근 웰빙 문화의 확산으로 인하여 기능성 식품에 대하여 인식이 높아지며 잡곡이 보유한 다양한 기능성이 새롭게 부각이 되어 소비 또한 증가하는 추세이다(Lee, 2015). 하지만 현재 수수 품종은 국립식량과학원과 강원도농업기술원에서 육성된 몇 품종에 불과하며, 최근 개발된 고기능성 품종인 동안메를 제외하고 농가에 보급된 품종이 미흡한 실정이다.

따라서 본 시험은 수수 유전자원의 수집, 평가를 통한 우수 유전자원의 탐색과 재발굴을 통하여 중부지방에서 기계수확에 적합한 단간종이면서 고수량성은 물론 고기능성 물질 함유 유전자원을 선발하여 수수 품종 개발의 기초자료로 활용하고자 실시하였다.

 

재료 및 방법

시험재료 및 재배방법

본 시험은 2015년 경기도 안성시 공도읍 마정리 425-1에 위치한 시험포장에서 수행하였다. 사용 수수 유전자원은 경기도 수집 25 자원, 충청남도 수집 9 자원, 충청북도 수집 15 자원, 경상남도 수집 9 자원, 강원도 수집 25 자원, 인천광역시 수집 8 자원, 중국 동북3성 수집 9 자원으로 총 100 자원을 사용하였으며, 대조품종으로는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 육성한 황금찰과 남풍찰을 사용하였다(Table 1).

Table 1.List of sorghum accessions collected from various localization

Table 1.List of sorghum accessions collected from various localization

Table 1.List of sorghum accessions collected from various localization

재배방법은 고휴 비닐멀칭 재배로 표준 재식거리인 휴폭 60 ㎝ × 주간 20 ㎝로 하였고, 시비는 표준시비량인 질소-인산-칼리 15-5-15 ㎏/10a를 시비하였다. 파종은 2015년 5월 15일에 트레이 파종을 실시하였고, 3주간 육묘하여 2015년 6월 5일 이식하였으며, 정확한 수량성 조사를 위하여 방조망을 설치하여 새 피해를 방지하였다.

시험포장의 토양 분석 결과를 보면, 표토는 pH 7.3 (1:5), EC 0.5 (ds/m), OM 12.0 g/㎏, 인산 345.3 ㎎/㎏, K 0.5 cmol+/㎏, Ca 7.8 cmol+/㎏, Mg 1.8 cmol+/㎏였으며, 심토는 pH 7.5(1:5), EC 0.4(ds/m), OM 9.7 g/㎏, 인산 348.3 ㎎/㎏, K 0.4 cmol+/㎏, Ca 7.6 cmol+/㎏, Mg 1.6 cmol+/㎏의 함량으로 조사되었다. 표토와 심토간의 유기물함량이 2 g/㎏의 차이가 있었으며, 나머지는 큰 차이가 없었다(Table 2).

Table 2.Soil characteristics of the field before the experiment

본 시험에 사용된 100자원의 생육특성은 Table 3과 같으며, 생육특성 조사는 국립농업유전자원센터의 수수 유전자원 생육 특성 조사기준을 사용하였다. 출수소요일은 1구에서 이삭이 50%가 출수한 날까지를 출수소요일로 하였고, 이삭의 모양은 극산수형, 산수형, 중간형, 밀수형, 극밀수형, 반소경수수, 소경수수로 이삭형태를 구분하였다. 간장은 지면에서 이삭목까지의 길이를 측정하였으며, 이삭길이는 이삭이 있는 부분의 길이를 측정하였다. 이삭폭은 이삭 중앙부위의 두께로 측정하였으며, 경태는 줄기 첫째마디와 둘째마디 사이의 두께로 측정하였으며, 엽수는 한 개체에서 전체 잎의 수로 측정하였다. 1,000립중은 완전히 성숙한 1,000립의 무게로 측정하였으며, 수량성은 10a당 주수 × 이삭중으로 산출하였다.

Table 3.Growth characteristics of 100 sorghum accessions

Table 3.Growth characteristics of 100 sorghum accessions

Table 3.zH.D.: Heading Date, yR.D.: Ripening Date, xE.T.: Ear type, wC.L.: Culm length, vE.L.: Ear length, uE.W.: Ear width, tL.L.: Leaf length, sL.W.: Leaf width, rS.W.: Stem width, qN.L.: No. of leaf, p1000W.: 1000 grain wt, oG.Y.: Grain yield.

우수 유전자원 선발 기준은 기계수확에 적합한 농촌진흥청 발간 한국재래수수 유전자원 특성집의 단간종 기준인 150 ㎝ 이하로 하였으며, 이삭당 수량은 대조품종보다 높은 33.63 g 이상인 것을 기준으로 하였다.

기능성물질 분석

총 폴리페놀 함량 분석은 페놀성물질인 phosphomolybdic acid와 반응하면 청남색으로 변화하는 것을 이용한 Folin-Ciocalteu (Dewanto et al., 2002) 방법을 변형하여 수행하였다. 분쇄시료 0.5 g에 80% methanol 12.5 ㎖를 가한 뒤 상온에서 24시간동안 shaking (SK-300, JEIO TECH, Korea)하여 여과지(Whatman No. 1)로 거른 것을 1/10로 희석하여 시료로 사용하였다. 시료 300 ㎕에 1N-folin ciocalteu reagent (Sigma Co., USA) 300 ㎕를 가한 뒤 Na2CO3 (Daejung, Korea) 600 ㎕를 첨가하고, 증류수 2400 ㎕를 더해준 후 30분간 반응을 시킨 다음 반응액500 ㎕를 증류수 4500 ㎕로 희석을 시킨 후 760 ㎚에서 흡광도를 측정(Optizen pop, Mecasys) 하였다. 표준물질은 Gallic acid (Sigma Co., USA)를 사용하여 얻은 검량선으로 총 폴리페놀 함량을 계산하였다(Fig. 1).

Fig. 1.Calibration of gallic acid concentration.

전자공여능 측정은 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)가 안정된 radical로 보라색을 띄고 있지만 항산화가 활성화 되면 노란색으로 변하는 것을 이용한 Blois (1958)의 방법을 약간 변형하여 수행하였다. 분쇄시료 0.5 g에 80% ethanol 12.5 ㎖를 가한 뒤 상온에서 24시간동안 shaking (SK-300, JEIO TECH, Korea)하여 여과지 (Whatman No. 1)로 거른 것을 시료로 사용하였다. 시료 60 ㎕를 80% ethanol 240 ㎕로 희석한 뒤0.2 mM의 DPPH용액(갈색 플라스크에 99% ethanol에 녹임, Sigma Co., USA) 3 ㎖를 가한 뒤 30분간 반응을 시킨 후 517 ㎚에서 흡광도를 측정(Optizen pop, Mecasys) 하였다. 그리고 8 ㎎/㎖ 농도는 시료를 1/5로 희석하여 사용하였다. 표준물질은 L-ascorbic acid (Sigma Co., USA)를 사용하였으며(Fig. 2), 전자공여능은 시료와 반응시킨 것과 반응시키지 않은 것의 흡광도 차이를 백분율(%)로 나타내었다.

Fig. 2.Calibration of L-ascorbic acid concentration.

총 안토시아닌 함량 분석은 분쇄시료 0.2 g에 80% methanol 5 ㎖를 가한 뒤0.1 N hydrochloric acid (Duksan, Korea) 5 ㎖를 첨가한 뒤 상온에서 24 시간 동안 shaking (SK-300, JEIO TECH, Korea)하여 여과지 (Whatman No. 1)로 거른 것을 520 ㎚에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 kuromanin chloride (Sigma Co., USA)를 사용하여 얻은 검량선으로 총 안토시아닌 함량을 계산하였다(Fig. 3).

Fig. 3.Calibration of kuromanin chloride concentration.

통계분석은 모든 실험은 3반복으로 수행하였으며, 통계분석은 SAS (SAS Institute Inc., Ver. 9.2, Clay, NC, USA)를 이용하여, 생육특성과 기능성 물질의 함량은 DMRT분석을 실시하였고, 기능성 물질간의 상관관계는 선형회귀분석을 실시하였다.

 

결과 및 고찰

생육특성

출수소요일

출수소요일과 관련한 선발목표는 경지이용률향상을 위해 2모작 작부체계에 적합한 조기출수를 이상형으로 하였으며, 대조품종인 황금찰은 68일, 남풍찰은 73일이 소요되었다. 본 시험에서 사용한 수수 100 자원의 출수요일은 68~94일의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 79.3일이었다. 출수소요일의 분포는 80~85일의 계급치가 34% (34자원)로 최빈수였고, 출수소요일이 60~70일로 빠른 13 자원도 있어 활용할 필요가 있었으며, 90~95일의 계급치가 6% (6자원)로 가장 낮았으며, 나머지 출수 소요일간에는 큰 차이가 없었다(Fig. 4). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 출수소요일의 차이는 대조품종과 비슷한 유전자원이 26 자원이었으며, 대조품종보다 느린 유전자원은 74 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 출수소요일은 69~84일의 변이를 보였으며, 평균은 77.3일로 나타났다. 이와 같이 100 자원의 출수소요일의 변이 폭이 큰 이유는 자원 특유의 출수에 관여하는 환경요인의 차이에 의한 것으로 판단되며, 좀 더 많은 생리적 연구가 필요하리라고 생각된다.

Fig. 4.Frequency distribution of days from seeding to heading date of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 68 day, Nampungchal : 73 day).

Hong et al. (1997)은 수수 105 품종의 평균 출수소요일은 75.7일 소요되었다고 하였는데 본 시험보다 3~4일 정도 빨랐으며, Choi et al. (1996)은 도입유전자원의 평균 출수소요일은 80일로 본 시험과 유사하였다.

Yoon et al. (2010)은 출수소요일은 67~88일의 변이를 보였으며, 평균 77.4일로 유사하였으나, 76~80일 37.4%로 최빈수를 보여 본 시험의 결과와 차이를 보였다. 또한 Lee (2015)는 56~83일의 변이와 평균67.5일 그리고 50~61일 31.4%로 가장 많아 본 시험의 결과와 차이를 보였는데, 이는 재배지역 및 기상 조건과 재료의 유전적 차이로 인한 결과라 생각된다.

이삭형태

선발목표는 수량적 측면에서는 극밀수형과 밀수형이 이상형으로 이삭곰팡이병저항성 측면에서는 중간형과 산수형을 이상형으로 설정하였으며, 대조품종인 황금찰은 극밀수형, 남풍찰은 밀수형이었다.

본 시험에서 사용한 수수 100 자원의 이삭형태는 밀수형, 중간형, 소경수수형 등 총 7종류의 형태가 관찰되었으며(Fig. 5), 중간형이 22% (22자원)로 최빈수였다. 그 다음으로는 극밀수형이 21% (21자원)이었고, 산수형과 극산수형, 그리고 산수형이 각각 10% (10자원)로 가장 적었다(Fig. 6). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 이삭형태의 차이는 황금찰과 같은 극밀수형은 21 자원이었으며, 남풍찰과 같은 밀수형은 15 자원으로 대조품종과 다른 이삭형태인 유전자원은 64 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 이삭형태는 산수형 1 자원, 밀수형 3 자원 그리고 극밀수형 5 자원으로 나타났다.

Fig. 5.Typical ear types of sorghum (Sorghum bicolor L. Moench).

Fig. 6.Frequency distribution of ear type of 100 sorghum accessions A: Broom-tillering type B: Half broom-tillering type C: Extreme open-loose type D: Open-loose type E: Intermediate type F: Compact type G: Extreme-compact type (Hwanggeumchal : Extreme-compact type, Nampungchal : Compact type).

Kang and Lee (1996), Seong et al. (2011), Goh et al. (2012), Lee (2015)는 이삭형태 분류를 극산추형, 중간불수형, 극산직립형, 반밀수타원형, 반편수형, 산직립형, 밀수타원형, 밀수란형, 편수형으로 총 9 가지의 수형으로 분류하였으나, 상기의 결과는 본 시험과 조사기준이 달라서 비교하기 어려웠다.

Yoon et al. (2010)의 이삭형태는 본 시험보다 분류가 2 개 적은 5 가지로 분류하였으며, 소경수수형이 38.0% (68자원)로 가장 많았으며, 그 다음으로 반소경수수형이 25.1% (45자원)로 많았다. 본 시험결과는 중간형과 밀수형이 대부분으로 차이를 보였으며, 이는 재료의 유전적 차이로 인한 결과라 생각된다.

간장

선발목표는 기계수확에 적합한 150 ㎝ 이하 단간종으로 하였으며, 대조품종인 황금찰은 128.3 ㎝, 남풍찰은 135.0 ㎝였다. 본 시험에서 사용한 수수 100 자원의 간장은 70~429 ㎝의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 260.0 ㎝였다. 간장의 분포는 100~150 ㎝의 계급치가 31% (31자원)로 최빈수였고, 그 다음은 300~350 ㎝의 계급치로 27% (27자원)로 많았고, 150 ㎝ 이하인 단간종 유전자원은 총 33 자원이었다(Fig. 7). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 간장의 차이는 황금찰보다 작은 유전자원은 9 자원이었으며, 황금찰과 남풍찰 사이의 유전자원은 10 자원이었고, 남풍찰보다 큰 유전자원은 81 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 간장은 92.4~167.0 ㎝의 변이를 보였으며, 평균은 127.0 ㎝로 중국 도입 유전자원 대부분이 단간종이었다.

Fig. 7.Frequency distribution of culm length of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 128.3 ㎝, Nampungchal : 135.0 ㎝).

Choi et al. (1996)의 미국과 중국에서 도입된 유전자원의 간장은 73~272 ㎝의 변이를 보였고, 평균은 121 ㎝로 본 시험보다 변이가 작았으며, Yoon et al. (2010)의 간장의 변이 폭은 92~360 ㎝로 본 시험보다 작았으며, 평균은 253.8 ㎝로 본 시험 결과와 유사한 결과였다.

Seong et al. (2011)의 간장은 300 ㎝ 이상 6개체 (12.2%)와 200~300 ㎝ 10개체 (20.4%) 그리고 나머지는 200 ㎝ 이하로 본 시험결과와 차이가 있었다. Choi et al. (2012)은 간장은 75~281 ㎝의 변이를 보였고, 평균175 ㎝, 150~200 ㎝인 자원이 59 품종(42.1%)으로 가장 많이 나타났다고 하였는데, 이는 본 시험결과 보다 변이의 폭이 작았고, 평균 또한 차이가 있었다. Lee (2015)의 간장도 128~345 ㎝의 변이를 보였으며, 평균209.8 ㎝, 최빈수는 131~160 ㎝가 23.9% (37자원)로 본 시험결과와 차이를 보였다.

이삭길이

이삭길이는 대조품종인 황금찰은 23.0 ㎝, 남풍찰은 28.8 ㎝였으며, 본 시험에서 사용한 수수 100 자원은 17.3~44.4 ㎝의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 28.8 ㎝였다. 이삭길이의 분포는 20~25 ㎝의 계급치가 35% (35자원)로 최빈수였다. 그 다음으로 25~30 ㎝ 계급치가 23% (23자원)로 높았으며, 15~20 ㎝ 계급치가 2% (2자원)로 가장 작았다(Fig. 8). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 이삭길이의 차이는 황금찰보다 짧은 유전자원은 23 자원이었으며, 황금찰과 남풍찰 사이의 유전자원은 30 자원이었고, 대조품종보다 긴 유전자원은 47 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 이삭길이는 17.3~36.7 ㎝의 변이를 보였으며, 평균은 26.2 ㎝로 나타났다.

Fig. 8.Frequency distribution of ear length of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 23.0 ㎝, Nampungchal : 28.8 ㎝).

Choi et al. (1996)의 연구결과에서는 이삭길이가 20~37 ㎝의 변이를 보였으며, 평균25 ㎝로 변이의 폭이 커, 본 시험결과와 유사한 결과를 보였으며, Yoon et al. (2010)의 연구에서도 이삭길이는 15~49 ㎝ 변이를 보였고, 평균28.8 ㎝로 본 시험결과와 유사한 결과를 보였으나, 최빈수는 31~35 ㎝가 47 자원(26.3%)으로 본 시험결과와는 차이가 있었다. 또한 Seong et al. (2011)의 결과에서는 평균28.8 ㎝로 본 시험결과와 유사한 결과였으며, Choi et al. (2012)은 9~62 ㎝ 변이를 보였으며, 평균 26 ㎝로 나타났고, 최빈수는 21~30 ㎝ 계급치로 본 시험결과와 마찬가지로 변이가 컸다.

이삭폭

이삭폭은 대조품종인 황금찰은 6.3 ㎝, 남풍찰은 6.2 ㎝였으며, 본 시험에서 사용한 수수 100 자원의 이삭폭은 3.3~18.3 ㎝의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 7.9 ㎝였다. 이삭폭의 분포는 7~9 ㎝의 계급치가 30% (30자원)로 최빈수였고, 그 다음으로 5~7 ㎝가 27% (27자원)로 많았다(Fig. 9). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 이삭폭의 차이는 황금찰과 남풍찰보다 작거나 같은 유전자원은 31 자원이었으며, 대조품종보다 큰 유전자원은 69 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 이삭폭은 3.3~5.8 ㎝의 변이를 보였으며, 평균은 4.5 ㎝로 대체적으로 이삭폭이 작았다. 2

Fig. 9.Frequency distribution of ear width of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 6.3 ㎝, Nampungchal : 6.2 ㎝).

Choi et al. (1996)의 이삭폭의 평균은 7 ㎝로 변이가 크지 않았던 반면 본 시험에 사용한 자원은 변이가 컸다. 그러나 Seong et al. (2011)의 결과에서는 이삭폭은 10 ㎝ 이상 7 자원이었고, 대부분이 10 ㎝ 이하로 본 시험결과와 유사하였다. 또한 Lee (2015)의 결과에서는 이삭폭은 5~27 ㎝의 변이로 보였으며, 평균 11.1 ㎝로 본 시험결과보다 변이가 컸으며, 평균 또한 컸다.

경태

경태의 선발목표는 경태가 굵을수록 도복에 강하여 경태가 굵은 것을 이상형으로 하였으며, 대조품종인 황금찰은 22.9 ㎜, 남풍찰은 22.6 ㎜였으며, 본 시험에서 사용한 수수 100자원의 경태는 16.6~29.7 ㎜의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 21.4 ㎜였다. 경태의 분포는 18~21 ㎜의 계급치가 41% (41자원)로 최빈수였고, 그 다음으로 21~24 ㎜ 계급치가 35% (35자원)로 많았다(Fig. 10). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 경태의 차이는 황금찰과 남풍찰보다 작은 유전자원은 71 자원이었으며, 대조품종보다 경태가 크거나 같은 유전자원은 29 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 경태는 16.6~28.5 ㎜의 변이를 보였으며, 평균은 21.9 ㎜로 나타났다.

Fig. 10.Frequency distribution of stem width of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 22.9 ㎜, Nampungchal : 22.6 ㎜).

Seong et al. (2011)의 연구결과에서는 경태 대부분이 2.2±0.1 ㎝로 본 시험결과와 유사한 결과가 나왔으며, Goh et al. (2012)의 연구결과에서도 경태가 모두 2 ㎝ 이상으로 본 시험결과와 유사한 결과를 보였다. Choi et al. (1996)의 연구결과에서는 경태의 평균이 17 ㎜로 사용 자원 간에 큰 차이가 없었다고 하였는데 본 시험결과는 변이의 차이가 있었으며, Choi et al. (2012)의 연구결과에서도 경태는 5.8~42.7 ㎜의 변이를 보였으며, 평균은 11.6 ㎜였고, 8.1~11.0 ㎜가 42.9%로 최빈수로 본 시험과 차이를 보였다.

엽수

엽수는 대조품종인 황금찰은 10.3 개, 남풍찰은 12 개였으며, 본 시험에서 사용한 수수 100 자원의 엽수는 6.3~20 개의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 11.4 개였다. 분포는 10~12 개의 계급치가 47% (47자원)로 최빈수였고, 그 다음으로 12~14 개의 계급치가 36% (36자원)로 많았으며, 8~14 개의 계급치가 96% (96자원)로 대부분이었다(Fig. 11). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 엽수의 차이는 황금찰보다 적은 유전자원은 18 자원이었으며, 황금찰과 남풍찰 사이의 유전자원은 53 자원이었고, 대조품종보다 많은 유전자원은 7 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 엽수는 6.3~12 개의 변이를 보였으며, 평균은 9.5 ㎝였다.

Fig. 11.Frequency distribution of no. of leaves of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 10.3, Nampungchal : 12).

천립중

천립중의 선발목표는 립중이 무거울수록 발아율이 높아 무거운 것을 이상형으로 설정하였다. 대조품종인 황금찰은 22.53 g, 남풍찰은 23.14 g 이었으며, 본 시험에서 사용한 수수 100자원의 천립중은 14.55~32.54 g의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 22.14 g이었다. 천립중의 분포는 21~25 g의 계급치가 38% (38자원)로 최빈수였고, 그 다음으로 17~21 g 계급치가 26% (26자원)로 많았다(Fig. 12). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 천립중의 차이는 황금찰보다 작은 유전자원은 56 자원이었으며, 대조품종보다 크거나 같은 유전자원은 44 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 천립중은 24.85~31.39 g의 변이를 보였으며, 평균은 28.03 g로 나타났다.

Fig. 12.Frequency distribution of 1000 grain weight of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 22.53 g, Nampungchal : 23.14 g).

Kang and Lee (1996)의 시험결과에서는 천립중 평균이 23 g으로 본 시험결과 보다 컸으며, Hong et al. (1997)의 시험결과도 천립중의 평균이 24.1 g으로 본 시험결과보다 컸다. Yoon et al. (2010)은 10.6~38.1 g의 변이로 나타났으며, 평균은 25.6 g이었고, 26~30 g이 44.1% (79 자원)로 가장 많아 본 시험결과와 유사하였으며, 최빈수는 본 실험과 차이가 있었다.

이삭당 수량

이삭당 수량의 선발목표는 수량성이 큰 것을 이상형으로 이삭당 수량이 대조품종보다 높은 33.63 g 이상을 이상형으로 설정하였으며, 대조품종인 황금찰은 33.63 g, 남풍찰은 31.57 g이었다. 본 시험에서 사용한 수수 100 자원의 이삭당 수량은 18.32~44.96 g의 변이로 변이 폭이 컸으며, 평균은 30.74 g이었다. 이삭당 수량의 분포는 26~30 g의 계급치가 24% (24자원)로 최빈수였고, 33.63 g 이상인 유전자원은 36 자원이었다(Fig. 13). 유전자원 100 자원과 대조품종 간 이삭당 수량의 차이는 남풍찰보다 작은 유전자원은 56 자원이었으며, 대조품종보다 크거나 같은 유전자원은 43 자원이었다. 그리고 중국 도입 유전자원 9 자원의 이삭당 수량은 24.86~41.12 g의 변이를 보였으며, 평균은 33.30 g으로 나타났다.

Fig. 13.Frequency distribution of grain yield of 100 sorghum accessions (Hwanggeumchal : 33.63 g, Nampungchal : 31.57 g).

Choi et al. (1996)의 미국과 중국에서 도입한 유전자원의 이삭당 종실수량은 평균49 g/주였으며, 최고수량은 8806-2가 79 g/주로 본 시험보다 이삭당 수량이 높았다.

우수 유전자원 선발

사용한 수수 100 자원의 총 9 가지의 생육 및 수량특성을 조사 분석한 결과 기계수확에 용이한 단간종인 150 ㎝ 이하인 33 자원과 이삭당 수량이 대조품종보다 높은 33.63 g 이상인 36 자원중 단간종이며 이삭당 수량이 높은 18 자원을 선발하였다. 선발된 18자원의 평균 간장은 130.7 ㎝이며, 평균 이삭당 수량은 36.96 g이었다(Table 4).

Table 4.zMeans with same letter are not significantly different at the 0.1% level by DMRT.

선발된 유전자원의 기능성물질 함량

상기의 선발된 18 자원 중 기능성물질 함량이 높은 자원을 선발하기 위하여 총 폴리페놀 함량, 전자공여능 및 총 안토시아닌 함량을 분석한 결과는 다음과 같다.

총 폴리페놀 함량

총 폴리페놀 함량은 대조품종인 황금찰은 174.08 ㎍ GAE/g이었으며, 남풍찰은 292.30 ㎍ GAE/g이었다. 선발된 18 유전자원의 평균함량은 200.37 ㎍ GAE/g이었으며, DS462가 89.08 ㎍ GAE/g으로 함량이 가장 낮았으며, DS027이 363.06 ㎍ GAE/g으로 함량이 가장 높았다. DS017은 332.43 ㎍ GAE/g, DS019은 326.39 ㎍ GAE/g, DS020 293.16 ㎍ GAE/g, DS027 363.06 ㎍ GAE/g, DS066 358.75 ㎍ GAE/g으로 대조품종인 남풍찰보다 함량이 높았다(Table 5).

Table 5.zMeans with same letter are not significantly different at the 0.1% level by DMRT.

Yoon et al. (2012)의 총 폴리페놀 함량은 찰수수는 682.2 ㎍/g, 황금찰수수는 541.1 ㎍/g, 재래찰수수는 237.9 ㎍/g으로 나타나 본 실험결과와 유사한 결과가 나타났다. Woo et al. (2011)은 경남 밀양에서 재배한 황금찰수수는 16.63 ㎎ GE/g, 강원도 원주에서 재배한 수수는 15.71 ㎎ GE/g, 전남 신안에서 재배한 것은 9.30 ㎎ GE/g이었고, Sa et al. (2010)은 빗자루수수는 22.9 ㎎ GAE/g, 메수수는 22.7 ㎎ GAE/g, 장목수수는 22.7 ㎎으로 높은 함량을 나타냈으며, 흰수수가 16.4 ㎎ GAE/g으로 가장 함량이 낮았다. Lee (2015) 연구에서는 81.0~235.7 ㎎ GAE/g의 범위로, 수수 28 개 자원의 총 폴리페놀 함량은 235.7, 233.6, 230.3 ㎎ GAE/g으로 높은 함량을 보여 실험결과 간에 차이를 보였다. 이는 재배 및 기상조건과 재료의 유전적 차이와 실험절차, 표준물질 종류, 추출방법 등에 따라 분석치 간의 차이가 크므로 평면적 비교는 적합하지 않다고 하였다(Lee and Lee, 1994).

전자공여능

DPPH radical 소거능은 대조품종인 황금찰이 26.25%였으며, 남풍찰은 33.65%였다. 선발된 18 유전자원의 평균은 29.03%였으며 DS462가 8.67%로 가장 낮았으며, DS027이 46.12%로 가장 높았다. DS017은 39.94%, DS019은 41.67%, DS020 39.43%, DS027 46.12%, DS066 43.55%, DS068 35.29%, DS236 36.59%로 대조품종인 남풍찰보다 소거능이 높거나 유사하였다(Table 6).

Table 6.zMeans with same letter are not significantly different at the 0.1% level by DMRT.Blank absorbance : 2.180.

Yoon et al. (2012)의 전자공여능은 40 ㎎/㎖ 농도로 88.47~90.11%를 보였으며, Sa et al. (2010)은 10 ㎍/㎖ 농도에서, 메수수는 94.3%, 붉은장목수수는 94.0%로 높은 활성이 나타났고, Lee (2015)의 DPPH radical 활성 검정결과 7.4~100 ㎍/㎖로 다양하게 나타나 실험결과 간에 차이를 보였다. 이는 추출용매의 차이와 시료와 DPPH용액 반응 비율의 차이에 인한 것으로 생각된다. 또한 이는 재배 및 기상조건과 재료의 유전적 차이와 실험절차, 표준물질 종류, 추출방법 등에 따라 분석치 간의 차이가 크므로 단순한 비교(Lee and Lee, 1994)는 어려운 실정이다.

항산화능과 항산화 성분과의 상관관계를 선형회귀분석 한 결과 총 폴리페놀 함량과 DPPH radical 소거능 사이에 99.9% 수준으로 R=0.921의 높은 상관관계가 나타나 총 폴리페놀 함량이 높을수록 DPPH radical 소거능이 증가함을 알 수 있었다(Fig. 14). Polypehnolic 화합물들은 우수한 항산화력을 가지고 있는 것으로 알려져 있으며(Middleton et al., 1997), Lee (2015)는 총 폴리페놀 함량과 DPPH radical 소거능의 상관관계는 R2=0.52 정의상관관계가 있다고 하였는데, 본 시험도 이와 유사한 결과를 보였다.

Fig. 14.Correlation between total polyphenol contents and DPPH radical scavenging activity in sorghum methanol extracts.

총 안토시아닌 함량

총 폴리페놀 함량은 대조품종인 황금찰은 49.22 ㎍/g이었으며, 남풍찰은 51.52 ㎍/g이었다. 선발된 18 유전자원의 평균함량은 35.96 ㎍/g이었으며 최소함량은 DS453가 24.48 ㎍/g으로 가장 낮았으며, 최고함량은 DS488이 54.85 ㎍/g으로 가장 높았다. DS488은 54.85 ㎍/g, DS428은 49.99 ㎍/g으로 대조품종인 남풍찰과 황금찰보다 함량이 높거나 유사하였다(Table 7).

Table 7.zMeans with same letter are not significantly different at the 0.1% level by DMRT.

Yoon et al. (2012)의 총 안토시아닌 함량은 몽당수수는 137.5 ㎎/g, 재래찰수수는 114.17 ㎎/g, 목탁수수는 121.67 ㎎/g, 황금찰수수는 167.5 ㎎/g, 메수수는 65.8 ㎎/g이었으며, 총 안토시아닌이 가장 많은 품종은 황금찰수수였고, 가장 적은 품종은 메수수로 나타나, 본 실험결과와 차이가 컸다. 이는 재배 및 기상조건과 재료의 유전적 차이와 실험절차, 표준물질 종류, 추출방법 등에 따라 분석치 간의 차이로 생각된다.