Study on Bitter Sesquiterpene Lactones in Leafy Lettuce(Lactuca sativa L.)
Name : Seo, Myeong Whoon
Dept. : Horticultural
Science
Advisor : Prof. Dr. Park, Kuen
Woo
Summary
Bitter sesquiterpene lactones (BSL) from extracts of 'Radicchio' chicory were identified as lactucin, 8-deoxylactucin, and lactucopicrin by NMR and LC-Mass. Each concentration of them was 19.596, 29.283, and 12.476 ㎍·ml-1 DW, respectively. Using the BSL standard solution, the effect of different treatments on the accumulated amounts of BSL was studied. Treatments included various concentrations of total ion, nitrogen, phosphorous, magnesium and sulfur in nutrient solution; degree of shading the lights; kinds of lettuce cultivar; and cultural methods.
Ten kinds of lettuce cultivar were compared each other in view of the accumulation of BSL. 'Bulkkotchukmyun' lettuce showed the highest accumulation amount (67.7 ㎍·g-1 DW) and followed by 'Hajicheongchukmyeon' lettuce (59.5 ㎍·g-1 DW) and 'Hanbatcheongchima' lettuce (14.6 ㎍·g-1 DW). These differences might be caused not only by the characteristics of each cultivar, but also by bolting traits, i.e. more rapid bolting cultivar accumulated more BSL in their leaves.
The accumulation amount of lactucin in lettuce leaves in conventional soil culture (10.1 ㎍·g-1 DW) was higher than the one in hydroponics (4.8 ㎍·g-1 DW), but 8-deoxylactucin and lactucopicrin did not show large differences between those cultural methods.
After bolting and elongating of flower stalk, leaves in middle part of stalk accumulated lower BSL than in top part of stalk. Also, flower stalks accumulated more BSL than leaves. Synthesis of BSL was accomplished over the total lettuce growing season, but from starting its bolting stage to flowering stage, BSL were actively synthesized. Synthesized BSL might be transported to and/or stored in epidermal young cells in stalk or young phloem tissues.
Increasing rate of shading the light adversely affected on the accumulation of BSL in lettuce leaves. Non-shading treated lettuce leaves showed the highest accumulation amounts of BSL, where lactucin, 8-deoxylactucin, and lactucopicrin were 4.2, 7.6, and 19.6 ㎍·g-1 DW, respectively. 75% shading treatment showed the one-third level of their accumulation amounts in comparison with non-shading treatment.
Lower nitrogen concentration in nutrient solution effected higher BSL accumulation in lettuce leaves. 0.5 times strength treatment of nitrogen in nutrient solution produced highest amount of BSL accumulation (38.5 ㎍·g-1 DW), but two times strength treatment gave the lowest accumulated amounts.
In phosphorous (PO4-P) treatment, 3 times concentration of PO4-P showed the highest accumulation amount of BSL (58.4 ㎍·g-1 DW) comparing with 0.5 times concentration of PO4-P treatment (29.2 ㎍·g-1 DW). Mg concentrations (0.5 - 5 times concentration) in nutrient solution showed direct proportion to BSL accumulation in lettuce leaves.
The effect of sulfur treatment on the accumulation trait of BSL was similar to total ion and nitrogen treatment. 0.5 times concentration treatment of SO4-S showed the highest accumulation traits of BSL (35.6 ㎍·g-1 DW) including lactucin (7.1 ㎍·g-1 DW), 8-deoxylactucin (5.6 ㎍·g-1 DW), and lactucopicrin (23.0 ㎍·g-1 DW), in which the accumulated amount was more twice times than 3 times concentration treatment of SO4-S.
From 0.5 dS·m-1 up to 3 dS·m-1 treatment of total ion concentration, the lowest nutrient solution concentration (EC 0.5 dS·m-1) resulted in highest amount of BSL in the leaves of lettuce. Accumulated lactones amounts of lactucin, 8-deoxylactucin, and lactucopicrin were 5.5, 7.5, and 35.8 ㎍·g-1 DW, respectively, and total amount of BSL were 48.7 ㎍·g-1 DW. Higher ion concentration than 0.5 dS·m-1 resulted in lowering the accumulation of those ingredients in lettuce leaves.
In
each experiment, accumulated BSL amounts in lettuce leaves had highly direct
proportion to sugar contents.
Ⅰ. 緖 言
상추는 국화과 1년생 초본식물이며, 라틴어로 젖을 의미하는 'Lac'에서 유래된 상추의 학명 Lactuca sativa L.은 다시 'lettuce'라는 일반명으로 발전하여 지금에 이르고 있다 (Brill, 1994; Iwaza, 1980).
상추는 전 세계적으로 779,494 ha에서 17,140,536 M/T이 생산되고 있으며 (FAO, 2000), 우리나라는 7,685 ha에서 203,509 M/T이 생산되고 있다 (Ministry of Agriculture and Forestry, 2000). 우리나라의 경우 상추 생산통계가 처음 이루진 1969년 139 ha (6,183 M/T)인 것에 비하면 56배나 늘어난 면적 증가를 보이고 있어, 상추는 우리 식생활에 중요한 작물임을 알 수 있다.
이와 같이 쌈용으로 먹을 수 있는 대표적인 채소인 상추는 국화과 식물 고유의 쌉쌀한 맛이 식욕을 돋운다. 상추의 잎·줄기에 상처를 내면 乳細胞와 乳管으로부터 강한 쓴맛을 내는 우유빛 latex를 분비하는데, 이것을 주목한 Hippocrates (460-377 B.C.)는 상추에 약효가 있음을 처음으로 주장하였다 (Iwaza, 1980). 야생 German lettuce (Lactuca virosa L.) 에서 많이 분비되는 latex는 sequiterpene 화합물로 인해 강한 쓴맛을 내며, 이 latex 내에 다량 함유되어 있는 lactucin은 강한 활성작용으로 최면작용이 있어서 이것을 건조하여 'lactucarium' 또는 'lettuce opium'이라 불리며 약용으로 이용해왔다 (Barton 등, 1958).
이러한 상추의 쓴맛에 관여하는 bitter sesquiterpene lactones (이하 BSL)의 주성분은 lactucin, 8-deoxylactucin, lactucopicrin 등으로 구성되어 있으며, 이에 대한 연구는 크게 세 가지 관점에서 이루어졌다. 첫째, 상추와 치커리의 쓴맛과 향기를 증가시켜 품질을 증가시키려는 의도에서 이루어진 연구 (Price 등, 1990), 둘째, 치커리 뿌리의 사료화를 목적으로 뿌리 내 BSL 함량을 감소시키려는 연구 (Peters, 1997), 셋째로는 병해충 저항성에 관련된 BSL을 이용한 병 저항성 증대를 목적으로 연구되어왔다 (Rees와 Harborne, 1985).
상추는 초여름에 장다리가 올라오면서 쌉쌀한 쓴맛이 강해지는데, 그 쌉쌀한 맛이 식욕을 돋우어 주어 상추의 풍미를 만끽할 수 있는 것이다. 그런데, 최근에 와서 상추 품종개량과 재배법이 개선되어 주년생산을 하게됨에 따라 상추 고유의 쌉쌀한 맛을 잃어가고 있는 실정이다. 그래서 쌉쌀한 맛이 강한 엔디브, 치커리 등의 새로운 쌈 채소들이 도입되어 상추의 쌉쌀한 맛을 대신하고 있는 실정이며 그 재배면적이 크게 늘어나고 있다. 이처럼 상추의 쌉쌀한 쓴맛은 매우 중요한 품질구성 요인임에도 불구하고 BSL 표준물질의 부재로 인해 정량을 하지 못하여 관련연구가 전무한 실정이다.
따라서 본 연구는 상추 쓴맛의 주 요인인 BSL을 분리, 동정하여 표준물질을 얻고, 상추의 품종 및 식물 각 기관의 BSL을 정량하였으며, 상추의 BSL 함량에 영향을 미칠 것으로 예측되는 재배환경의 차광수준과, 수경재배를 통해 N, P, Mg, S 등의 무기성분과 배양액의 전기전도도 등의 변화에 따른 BSL 함량을 탐색하고, 상추의 품질에 밀접한 관련이 있는 쓴맛 강화요인을 도출하여 BSL 강화 상추 생산을 실현하고자 실험을 수행하고 그 결과를 보고한다.