이 연구에서는 산채의 일종인 수리취를 대상으로 종자 발아특성, 환경요인에 따른 생리적 스트레스 반응, 휘발성 향기성분 및 유용 생리활성 등에 관한 연구를 통해 인공재배시 효율적이고, 안정적인 재배가 이루어지도록 적지환경에 관한 기초자료를 제공하고, 기능성 식품소재로서의 가능성을 진단하고자 하였다.

1. 수리취 종자는 25℃에서 발아율, 발아균일지수, 발아속도 등이 우수한 것으로 나타나 발아적온으로 생각할 수 있으며, 150일 이상 장기 저장시에 저온저장이 유리하고, 20일 이상 저온습윤 처리시 발아율이 효과적으로 (98%) 향상되는 것을 알 수 있었다.

2. 차광처리에 따른 수리취의 생리적 반응을 조사한 결과, 수리취는 차광수준이 높아질수록 수리취의 광보상점, 암호흡, 최대광합성속도, 광호흡, 탄소고정효율, 광화학변화 효율 등이 낮아졌으며, CO2 보상점과 광에 대한 친화성은 증가하는 경향을 보였고, 차광수준이 높은 경우 부족한 광환경에 적응하기 위한 엽면적과 비엽면적의 증가 등 형태적 변화도 나타났다. 엽온 증가로 증산량이 많아짐에 따라 수분손실을 줄이기 위해 기공전도도를 감소시키는 반응을 보였으며, 강차광처리구에서 엽온의 상승에 따른 광합성 속도가 비교적 큰 폭으로 감소하여 차광처리시 엽온상승에 대한 적응력이 감소하는 경향을 나타냈다. 또한 무차광처리구에서 카로테노이드 함량과 비광학적형광소멸이 비교적 높게 유지되어 과도한 광에 대한 피해를 막기 위한 반응이 나타났다. 결과적으로 수리취는 양지성 식물의 특성을 나타내어 무차광조건이 건전한 생육에 유리하며, 강한 차광조건에서 계속 생육할 경우 광합성 능력이 저하되는 것을 알 수 있었다.

3. 수분스트레스에 따른 수리취의 생리적 반응을 조사한 결과 수리취는 수분스트레스가 지속됨에 따라 새벽 녘 수분포텐셜 (predawn water potential; Ψpd)과 일중 스트레스가 가장 심한 오후 1시경 수분포텐셜 (mid-day water potential; Ψmid) 모두 감소하였으며, 수분불포화도는 약 7배 증가하였다. 특히 일중 수분포텐셜차 (Ψpd-Ψmid)는 처리 후 10일까지 0.22 MPa～0.18 MPa 범위로 큰 차이를 나타냈으나 이후 차이가 크게 줄어드는 경향을 보였다. 광화학반응 효율 (Fv/Fm)의 변화는 처리 후 20일 이후 유의적으로 감소하였으며, 최대광합성 속도와 순양자수율은 처리 후 20일～25일 사이에 가장 큰 폭으로 감소하였다. 처리 후 15일 이후에는 기공증산속도와 기공전도도 모두 유의적으로 감소하는 경향을 보였으며 수분이용효율은 증가하는 경향을 보였다. 수리취의 경우 수분스트레스 처리에 따라 최대광합성속도 보다 기공증산속도와 기공전도도의 급격한 감소가 먼저 나타나 지속적인 수분스트레스로 인한 체내의 수분손실을 줄이기 위해 기공전도도와 기공증산속도가 감소가 나타났고, 이로 인해 광합성을 위한 CO2와 수분 교환이 원활히 일어나지 못하게 되어 결과적으로 광합성 능력을 크게 저하시킨 것으로 생각된다.
수리취는 수분스트레스에 따라 엽에서 최대 Ψotlp은 -0.4 MPa, Ψosat 은 -0.35 MPa의 삼투적 적응 반응을 나타냈으며, 최대 탄성계수가 2배 이상 증가하여 삼투적 적응과 탄성적 적응이 공통적으로 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 수분특성인자 중 Vo/DW와 Vt/DW는 감소하였으며, Va/Vt는 증가하는 경향을 나타냈다.
결과적으로 수리취는 수분스트레스가 높아질수록 세포의 팽압을 유지하기 위한 삼투적 적응 및 탄성적 적응을 증가시켰으며, 기공닫힘을 통해 증산량을 감소시켜 수분이용효율의 증가와 수분손실을 줄이려는 반응을 보였다. 그러나 처리 후 25일에 토양수분함량이 3.6%에 이르면서 극심한 수분스트레스로 CO2와 수분 교환이 원활히 일어나지 못하여 광합성 반응이 크게 저하되었으며, 엽 조직의 일부 혹은 전체에 걸쳐 영구적인 손상이 진행되어 재관수를 하여도 회복하지 못하고 고사하게 되는 것으로 생각된다.

4. 유기질 시비처리에 따른 수리취의 생리적 반응 및 생장특성은 퇴비 3 : 마사토 1시비처리구에서 비교적 높은 최대광합성속도, 순양자수율, 탄소고정효율을 나타내어 광합성 반응이 좋은 것을 알 수 있었으며, 질소흡수율이 높아 생장에 필요한 질소 공급에도 유리하였고, 광합성에 필요한 엽의 생장과 상대생장율, 순동화율이 우수한 것으로 나타났다. 시비만 처리한 경우 초기에 생장 및 광합성 반응이 비교적 우수하였으나, 점차 기공개폐반응이 점차 저하되고, 낮은 광합성 반응 및 생장율을 보여 과도한 시비에 따른 생리적 장애를 의심할 수 있었다. 무시비처리구의 경우 양분이 부족하여 광합성 반응이 저조하였고, 엽 등의 지상부에 투자하는 에너지가 적었으며, 생육에 가장 불량한 것으로 나타났다. 결과적으로 퇴비 3 : 마사토 1 시비처리시 건전한 생육 및 생산성 향상에 효과적일 것으로 생각되며, 경제성을 고려하면 퇴비 1 : 마사토 1 시비처리 역시 좋을 것으로 생각된다.

5. NaCl 처리농도에 따른 광합성 반응은 뚜렷한 경향을 나타냈으며, NaCl 처리농도가 증가할수록 최대광합성속도, 순양자수율, 탄소고정효율이 감소하여 염분스트레스에 따라 광합성 활성이 감소하는 것을 알 수 있었다. 특히 100 mM 처리농도 이후 최대광합성속도와 탄소고정효율 기공전도도 (gH2O), 기공증산속도 (E), 광화학반응 효율 (Fv/Fm) 등이 크게 저하되었으며, 200 mM 처리구는 낮은 광합성 속도와 순양자수율에 비해 호흡으로 소모하는 에너지는 큰 것으로 나타났다. 이와 대조적으로 수분이용효율 (WUE)은 무처리구 < 50 mM 처리구 < 100 mM 처리구로 높아졌으며, 200 mM 처리구에는 광합성 속도의 감소가 기공증산속도의 감소에 비해 더 크게 나타나 비교적 낮은 수분이용효율을 보였다.
또한 NaCl 처리농도가 증가함에 따라 점진적으로 이온유출량, H2O2 함량, 지질과산화 (MDA)가 증가하여 염분스트레스에 따른 세포막의 피해가 높아지는 것을 알 수 있었으며, 염분스트레스에 대응하기 위해 삼투조절물질인 proline 함량도 직선적으로 증가하는 경향을 나타냈고, 산화적 스트레스를 소거하기 위해 APX와 GR의 활성 역시 증가하였다. 그러나 효소활성이 증가하였음에도 이온유출량, 과산화수소 함량 등은 계속 증가하는 경향을 보여 염분스트레스로 인한 활성산소가 항산화 수용능력을 초과하여 누적된 산화적 피해가 발생한 것으로 생각되며, 다만 지질과산화가 100 mM에서 50 mM과 비슷한 수준으로 유지된 것은 이 단계에서 유의적으로 높아진 효소활성과 관련이 있을 것으로 생각된다.
NaCl 처리농도가 증가함에 따른 생장의 감소는 비교적 크게 나타나 수리취가 염분스트레스에 민감한 식물인 것을 알 수 있었으며, 특히 100 mM NaCl 농도 이후 지상부의 생장이 크게 저하되는 것을 알 수 있었다. 또한 체내 Na의 농도가 증가하여, K/Na, Mg/Na, Ca/Na 등 체내 무기이온간의 불균형이 초래되었고, 특히 100 mM 처리구 이후 엽의 Na 농도가 크게 증가하여 엽 Na 농도 > 뿌리 Na 농도의 경향을 나타냈으며, Mg/Na와 Ca/Na 및 식물의 내염성을 나타내는 지표인 K/Na는 100 mM 농도처리 이후 급격하게 감소하였다.
결과적으로 수리취는 비교적 염분스트레스에 민감한 식물로 특히 100 mM NaCl 농도조건에서 최대광합성속도와 광화학반응 효율(Fv/Fm) 등 생리적 반응이 크게 저하되었고, 세포막의 피해도 커졌으며, 생장의 감소와 체내 이온불균형이 심한 것을 알 수 있었다. 염분스트레스에 대응하기 위해 삼투조절물질인 proline을 축적하고, 산화적 스트레스를 소거하기 위한 효소 활성 역시 증가하였으나 항산화 수용능력을 초과하여 누적된 산화적 피해가 발생한 된 것으로 생각된다.

6. 수리취의 자생지에 따른 휘발성 향기성분을 조사한 결과, 지역에 따라 강릉 43종, 평창 35종, 정선 23종이 동정되었고, 방향족 화합물의 종류와 함량이 매우 상이하여, 자생지의 환경의 차이에 따른 것이라 생각된다. 세 지역 모두에서 검출된 화합물은 n-hexadecanoic acid, trans-dekalon-(2)-ol-(9), delta-tetradecalactone, 2-Methyl-oct-2-enedial 등 총 4종이었고, 주요성분으로 n-hexadecanoic acid가 확인되었다.

7. 수리취 추출물의 생리활성 효과를 조사한 결과, 수리취의 ethyl acetate 분획물은 생리활성을 나타내는 페놀성 화합물을 많이 함유하고 있으며, DPPH radical 소거활성, 환원력, superoxide radical 소거활성 평가를 통해 생체 내 여러 병인으로 작용되는 ROS를 소거 및 차단하는 높은 항산화 효과를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 발암물질인 nitrosamine 생성물질의 원인이 되는 nitrite 소거활성 평가를 통해 pH 1.2 조건에서 ethyl acetate 분획물의 소거활성이 매우 높은 것을 확인하였다. 따라서 수리취의 ethyl acetate 분획물을 이용해 기능성 식품 및 의약품 소재로 개발할 수 있는 가능성을 확인하였다.

This study was conducted to investigate the volatile aroma compounds, useful biological activities, seed germination characteristics, physiological stress responses due to environmental factors such as light, drought, soil nutrition, salt of Synurus deltoides a kind of wild edible. The results were summarized as follows :

1. The seed germination of S. deltoides showed the highest germination rate (GR), germination performance index (GPI), mean daily germination (MDG) at 25℃ any other treated temperature. This implies that the optimum germination temperature was 25℃. Seeds stored at -4℃, after 150 days showed relatively high germination rate. To increase the germination rate over 98% of S. deltoides, it was conducted cold-wet storage 20 days treatments at 4℃.

2. In order to investigate the changes of chlorophyll contents, photosynthetic characteristics, chlorophyll fluorescence, and leaf growth performance of S. deltoides under different shading treatments, S. deltoides was grown under non-treated (full sunlight) and three different shading conditions (Shaded 88～93%, 65～75%, and 45%～55%). Light compensation point (Lcomp), dark respiration (Dresp), maximum photosynthesis rate (Pnmax), photo respiration rate (Presp), carboxylation efficiency (Φcarb), and photochemical efficiency (Fv/Fm) were decreased with increasing shading level; However, CO2 compensation point (CO2 comp), total chlorophyll content, and specific leaf area (SLA) were shown the opposite trend. S. deltoides under 88～93% treatment showed the lowest photosynthetic activity such as maximum photosynthetic rate (Pnmax), photochemical efficiency (Fv/Fm), and CO2 compensation point (CO2 comp). Therefore, photosynthetic activity will be sharply decreased with a long period of 8～12% of full sunlight. With the shading level decreased, carotenoid content and non-photochemical fluorescence quenching (NPQ) increased to prevent excessive light damage. This result suggested that growth and physiology of S. deltoides adapted to high light intensity through regulating its internal mechanism.

3. In order to understand the physiological responses of S. deltoides to water stress, water stress was withholding irrigation for 25 days, then photosynthetic parameters and water relations parameters of leaf were investigated. Leaf water potentials were decreased of both predawn (Ψpd) and mid-day (Ψmid) with increasing water stress, but water saturation dificit (VPD) was 7 times increased. Ψpd-Ψmid showed the significant difference of 0.22 MPa～0.18 MPa in stressed before 10 days, and non-significant as treatment time became longer.

4. A strong reduction of photochemical efficiency (Fv/Fm), net apparent quantum yield (Φ) and maximum photosynthesis rate (Pnmax) were observed after 20 days of water stress. Significant reductions of stomatal conductance (gH2O) and stomatal transpiration rate (E) were observed after 15 days of water stress; However, water use efficiency (WUE) was shown the opposite trend.

5. This implies that decrease of photosynthetic may be due to an inability to regulate water and CO2 exchange through the stomatal pore. Because stomatal conductance (gH2O) and stomatal transpiration rate (E) decreasing to prevent water loss as a results of increasing water stress.
The leaf of S. deltoides showed osmotic adjustment of -0.35 MPa at full turgor and -0.40 MPa at zero turgor, and also cell-wall elastic adjustment of 9.4 MPa. This implies that S. deltoides tolerate water stress through osmotic adjustment and cell-wall elastic adjustment.

6. The degree of change in water relations parameters such as Vo/DW, Vt/DW decreased with increasing water stress.; However, the Va/Vt showed the opposite trend and the Ns/DW showed fluctuating pattern. This results showed that reduction of photosynthetic activities of S. deltoides with increasing water stress as a results of decreasing stomatal conductance (gH2O) and stomatal transpiration rate (E), and both of osmotic adjustment and cell-wall elastic adjustment in water stress condition appears to be an important adaptation for restoration in this species.

7. In order to investigate the changes of physiological responses and growth characteristic of S. deltoides under different organic compost treatment, S. deltoides was grown under non-treated and four different treatment. The S. deltoides of F 3:1 showed the highst photosynthetic activity including maximum photosynthesis rate (Pnmax), net apparent quantum yield (Φ) and carboxylation efficiency (Φcarb), etc. Similarly, the 50% fertilization treatment also showed relatively higher photosynthetic activity than other treated.

8. The S. deltoides of F 3:1 showed relatively better absorption of nitrogen from soil, leaf growth, net assimilation rate (NAR), relative growth rate (RGR). However, the S. deltoides of F-F showed relatively high physiological response and growth characteristic at early growing season, but it was decreasing as time passes. this results indicated that physiological disturbance may be due to excessive accumulation fertilization. A decrease in photosynthetic activities by nutrient shortage condition of non-treatment first resulted in a reduced leaf growth and then were accompanied by low T/R rate and relative growth rate.

9. To investigate the effects of NaCl on the inorganic ion contents, antioxidative enzymes activity, growth, photosynthetic parameters of S. deltoides with different NaCl treatments (0, 50, 100, 2000 mM) for 5 weeks. According to NaCl treatment, pH and EC (electrical conductivity) of soil increased, significant decrease of Leaf area, stem length and T/R rate were observed between 50 mM and 100 mM concentration, but LWR was no significant change by NaCl.

10. The photosynthetic activity such as maximum photosynthesis rate, net apparent quantum yield, carboxylation efficiency were clearly decreased as affect by different NaCl concentration, especially, the maximum photosynthesis rate, carboxylation efficiency, stomatal conductance, stomatal transpiration rate and photochemical efficiency between 50 mM and 100 mM concentration showed significant difference. In contrast, the water use efficiency was increased with increasing NaCl concentration, and than energy consumption from respiration was significantly increased as affect by NaCl 200 mM concentraion. Furthermore, the damage of cell membrane as a results of increased leakage of electrolytes, hydrogen peroxide, lipid peroxidation (MDA) was increased under NaCl stress.

11. Meanwhile, To Protection against damage by NaCl stress, the proline content was significantly increased for osmotic adjustment, and also activities of the antioxidative enzymes (ascorbate peroxidase; APX), glutathione reductase; GR) for ROS (reactive oxygen species) scavenging. The Na+ content in both root and leaf increased as NaCl level increased, but Ca2+, K+, and Mg2+ content decreased, especially, Na+ content and K/Na of leaf between 50 mM and 100 mM concentration showed significant difference. These result indicate that S. deltoides was relatively higher sensitivity to oxidative stress in salinity, and oxidative damage exhibited an significant increase after 100 mM of NaCl concentration.

12. The volatile aroma compounds from S. deltoides were extracted by soild-phase microextraction (SPME) methods. Gangneung had 43 volatile aroma compounds including n-Hexadecanoic acid (20.7%), cis-9-Tetradecenal (7.45%), etc. Pyeongchang had 35 volatile aroma compounds including 2-Bromooctadecanal (7.28%), n-Hexadecanoic acid (5.98%), etc. Jeongseon had 23 volatile aroma compounds including n-Hexadecanoic acid (28.98%), (Z)-11-Hexadecenoic acid (7.94%), etc. Conclusively, the main common volatile aroma compounds in S. deltoides at three natural habitats were 4 volatile aroma compounds such as n-Hexadecanoic acid, trans-Dekalon-(2)-ol-(9), delta-tetradecalactone, 2-Methyl- oct-2-enedial, especially, n-Hexadecanoic acid showed the relatively high content; However, The composition and amount of volatile aroma compounds were very different between the three natural habitats. It suggested that the major volatile aroma compound in S. deltoides was n-Hexadecanoic acid.

13. Fractions of S. deltoides leaves showed excellent antioxidant effects in a series of antioxidant assays including total phenolic and flavonoid contents determination assay, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) free radical scavenging assay, reducing power assay, superoxideradical scavenging assay and nitrite scavenging assay. The ethyl acetate (EtOAC) fraction exhibited the highest content of both phenolic and flavonoid contents. The n-BuOH fraction also showed relatively high phenolic and flavonoid contents. However, other fractions displayed the significantly low content of total phenolic and flavonoid compared with the EtOAC and n-BuOH fractions. The ethyl acetate fraction exhibited stronger antioxidant effects than other fractions in most of antioxidant assays such as DPPH assay, reducing power assay, superoxide radical scavenging assay, and nitrite scavenging assay. Based on the results, it was suggested that the ethyl acetate fraction of S. deltoids was potential materials for use as functional food and edible antioxidant agents.