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서 언

 나도풍란의 학명은 Sedirea japonicum Linden & Rchb. f.로 Sedirea라는 속명은 라틴어에서 착석(着着)을 의미하는 Sedio에서 왔고 japonica 1개종만 자생한다. 이 난초는 독일의 식물학자 Reichenbach(1793~1879)가 식물학 잡지 ‘커치스’에 처음 발표하였으며 그때는 Aerides japonicum. Linden & Rchb. f.로 학명이 명명되어졌으나 이 후 Aerides속에서 분리하여 지금의 Sedirea 속으로 바뀌게 되었다(Arditti 1977).

 풍란(風風)은 바람이 잘 통하고 공중습도 높은 절벽 같은 곳에 잘 자라기 때문에 붙여진 이름이다. 그윽한 향기가 매혹적으로 풍긴다고 해서 계란(桂風), 세속을 초월하여 깨끗한 곳에서 고고히 살아간다는 의미에서 선초(仙仙), 강하고 끈질긴 생명력을 가지고 영원히 죽지 않고 살아간다고 해서 불사초(不不仙), 시인이나 묵객들이 처마끝에 매달아 놓고 그 운치를 즐겼다 하여 헌란(軒軒) 등의 이름으로도 불린다(Hur 2006).

 나도풍란은 제주도의 해발 150m에 위치한 비자림과 전라남도 및 남해도서의 상록수림과 침엽수림의 나무나 바위에 붙어서 자라는 상록성 착생란으로 풍란과 같이 뿌리, 잎, 꽃 모두가 관상대상이 된다. 뿌리가 잘 발달되었으며 짧은 줄기에 2 ~ 5개 잎이 좌우 2줄로 호생한다. 잎은 길이 7 ~ 10cm, 폭 1.5 ~ 2.5cm로 장타원형이며 엽육이 두껍다. 꽃은 담록색 바탕에 적색 무늬가 있으며 5 ~ 15cm의 화경에 4 ~ 10개의 꽃이 7월 하순부터 8월 중순에 개화한다. 개화기간은 20 ~ 30일 정도이고 향기가 매우 청아하여 원예적 가치가 큰 식물이다(Kim et al. 1979).

 프랑스 식물생리학자 Morel이 60년대 초 양란의 생장점 배양법을 개발한 이래 70년대 일본에서 나도풍란 원종을 대량 증식하는데 성공하였다. 그러나 일본에서는 풍란(부귀란)의 높은 인기로 인해 나도풍란 보급에 큰 성과를 거두지 못했으며, 원예적 상품개발에도 큰 진전이 없었다. 우리나라에서는 80년대 동양란 재배 붐과 더불어 나도풍란의 수요가 크게 급증하자 조직배양에 의해 대량증식하여 보급해 왔으며 전문 육종가에 의해 다양한 신품종을 육종하여 국내보급 뿐만 아니라 외국에 수출하고 있다(Hur 2006).

 나도풍란은 저온성으로 월동이 가능하고 향기가 강하여 소비 기호도가 좋으나 꽃수명이 짧고 화색이 백색으로 단조로운 것이 매우 큰 단점으로 보고되어 있다. 반면 난 시장에서 가장 큰 시장을 형성하고 있는 호접란의 경우 꽃 수명이 길고 다양한 화색과 화형을 가지고 있으나 고온성이며 대부분 향기가 없다. 그러므로 저온성이며 강한 향기를 가진 나도풍란의 유전형질을 고온성이고 향기가 없는 호접란에 도입하기 위하여 속간교잡 연구가 진행되고 있으며 일부 속간잡종이 개발되어 품종화 단계에 이르고 있다. 나도풍란의 향기는 아주 강하며 달콤한 감향으로 표현되는 데 아직 향기분석이 구체적으로 연구된 바 없다. 그러므로 본 연구는 거제 자생종인 나도풍란 꽃 향기의 특성을 파악하기 위해 나도풍란의 꽃향기 성분을 분석하고 아울러 호접란 야생종 중 향기를 가진 P. violecea를 모본으로 교배 육성된 유향성 호접란 계통의 꽃 향기에 대한 성분과 비교분석을 진행하였으며, 또한 전자코에 의한 향기패턴도 서로 비교 분석하였다.

재료 및 방법

식물재료

 본 실험에 사용된 나도풍란은 거제도 농업기술센터 온실에서 유지되고 있는 야생종 나도풍란(Sedirea japonicum)이였으며 유향성 호접란은 유향성 원종 P. violecea와 황색계 대만품종 P. Sara Gold간의 교잡후대에서 선발된 유향성계통 VIO-6를 사용하였다.

GC/MS 에 의한 향기성분 분석

 꽃잎 조직을 직경 1cm 되는 펀치를 이용하여 조직을 절단한 뒤 10mL 바이알 병에 담아 분석에 이용하였다. Solid-phase micro extraction(SPME) 방법을 사용하였는데, 향기포집은 agitator의 온도를 50℃를 유지하고 10분 동안 포집한 후 10분 동안 fiber(DVB-CAR-PDMS)에 흡착시키고 1분 동안 탈착시켰다. Injector 온도는 230℃로 하고 carrier gas를 He으로 1분에 1mL의 속도로 흐르게 하였다. Column은 TR-WAX(Supelco, USA)를 사용하였으며 electron impactionization voltage는 70eV로 하였다. GC-MS 분석은 Xcalibur software system으로 운용하였다. 향기성분 MS data는 NIST(National Institute of Standards and Technology)와 Wiley library를 적용하여 search 하였고 향기성분 함량은 GC peak area를 %로 표기하였다.

전자코 분석

 본 실험에 사용된 전자코 기기는 GC/SAW electronic nose system(M4100)을 이용하였다. 시료의 전 처리를 위해서 분석에 사용된 재료는 모두 개화한 신선한 꽃잎을 사용하였고 각각의 시료는 50mL 시료병에 담아 뚜껑을 완전히 밀봉한 후 5분 정도 실온에 두어 향을 포집하였다.

 전자코의 분석 조건은 데이터 수집 기간은 70초, 가열에 의해 이루어지는 센서에 흡착한 이물질 제거시간은 30초, 신선한 공기에 의한 충진 시간(purging time)은 0.5초, 센서의 안정화를 위한 시간(tunning time)은 30초, 신선한 공기에 센서를 노출시켰을 때의 분석시간은 30초, 센서가 시료향과 반응시의 분석시간은 50초로 하였고, oven temperature은 30oC에서 120oC까지 설정하였고 carrier gas는 He로 하였다. 센서에 흡착되었을 가능성이 있는 이물질과 시료 측정 후 튜브에 잔류하는 향의 제거를 위해 air pump를 사용한 시간(sensor auto bake time)은 20초로 하였고 전자코를 측정하여 저항비율값이 0.90 이상될 때까지 세척하였다. 또한, 시료 채취 방법은 향기를 센서 표면까지 펌프하는 dynamic head space 방법을 취하였다.

결과 및 고찰

나도풍란과 유향성 호접란에서 향기성분 분석비교

 일반적으로 나도풍란의 향기는 매우 강하며 달콤한 감향으로 표현된다. 호접란 야생종 중 가장 대표적인 유향종인 P. violecea는 향이 나도풍란처럼 강하지는 않지만 은은하고 청아한 향으로 평가되었다. 나도풍란의 향기성분은 아직 분석된 바 없다. 향기성분 분석을 위해 본 실험에 사용된 나도풍란은 거제 자생종인 나도풍란을 거제시 농업기술센터로부터 분양받았으며 4월 중순경 개화한 꽃을 이용하였고 호접란은 대만 Joseph Wu orchids에서 수집한 유향성 원종 P. violecea와 대만의 Brother Orchids에서 개발된 품종 P. Sara Gold와의 교잡후대에서 선발된 유향성 계통 VIO-6를 사용하였다(Fig. 1). 이 두 종류의 꽃에서 향기성분을 파악하기 위해 head space 방법으로 향기를 포집하고 GC/MS 기기를 이용하여 향기성분들을 분석하였다.

Fig. 1. Flowers of Sedirea japonicum (A) and fragrant Phalaenopsis line VIO-6 (B).

 나도풍란의 꽃과 유향성 호접란 계통의 꽃을 사용하여 GC/MS 기기를 이용하여 얻어진 chromatogram peak 양상을 비교한 결과, 나도풍란에서 약 15개의 비교적 다양하고 높은 peak가 나타났고 호접란에서는 약 17개의 peak가 나타났으나 피크의 강도와 검출감도가 상대적으로 낮은 것으로 나타났다(Fig. 2). 이는 관능적 향기평가에서 나도풍란 향기가 강했고 유향성 호접란 향기는 상대적으로 약했던 평가결과와 일치하는 결과로도 볼 수 있다.

Fig. 2. Chromatogram peak of volatile compounds in Sedirea japonicum (A) and fragrant Phalaenopsis line ‘VIO-9’ (B).

 GC/MS 분석을 통해 나도풍란의 향기성분을 분석한 결과 약 15개의 주요성분이 검출되었고 그 중 (+ -)-linalool, benzoic acid methyl ester(niobe oil), 2,6-octadienal, 3,7-dimethyl(neral), 3,7-dimethyl-3,7-dimethyl-,(Z)-(Z)-geraniol, cinnamic acid methyl ester, hexadecanoic acid methyl ester(palmictic acid methylester), benzoic acid phenylmethyl ester 성분들이 난 향기 발현에 관련되는 것으로 사료되었다. 그리고 호접란 향기성분 분석에서는+linalool, (-)-isoledene, delta carcinen, alfa-farnesene, geranyl linalool isomer, 1,6-cyclodecadiene, bicyclo [2.2.1] heptane 등이 향기 발현에 관련된 주요 성분으로 나타났다(Table 1, 2).

Table 1. The percentage of major fragrant compounds in Sedirea japonicum using GC/MS.

Table 2. The percentage of major fragrant compounds in fragrant Phalaenopsis line VIO-6 by GC/MS.

 보통 꽃 향기성분은 크게 세가지로 분류 되는데 terpenoid, benzenoid, fatty acid derivatives가 그것이다(Pichersky et al. 1994). 나도풍란과 유향성 호접란에서 공통으로 나타난 주요성분으로는 linalool, geraniol과 같은 terpenoid 계통이였다. 호접란 유향종 P. bellina 의 GC/MS 분석결과에서도 terpenoid 성분이 강하게 발현되는 것으로 나타났으며 이를 토대로 대만연구진이 Bellina라는 향수를 제조하였는데 이 향수의 주요성분을 GC/MS 기기를 통해 분석해 본 결과 이 향수의 주요성분은 geraniol과 linalool에 해당하는 peak가 강하게 나타났다(Hsiao 2008). 그러므로 geraniol과 linalool은 장미나 백합 등 다른 화훼류의 꽃향기 분석에서 주요성분으로 검출되었으며(Rho and Park 2001) 호접란에서도 마찬가지로 주요 향기 성분으로 인식된다. 특히 geraniol은 terpenoid 생합성 경로에서 가장 중요한 성분으로 보고되어졌으며최근 이 geraniol을 합성하는 효소 geranly diphosphate synthase(GDPS) 유전자를 분리하여 염기해독하고 산업적으로 응용하기 위해 클로닝된 바 있다(Hsiao 2008).

 나도풍란의 향기성분분석에서 호접란의 주요향기 성분인 geraniol과 linalool이 검출되었지만 특이한 점은 benzoic acid methyl ester(niobe oil) peak가 강하게 나타났는데 이는 나도풍란에서는 호접란과 달리 benzoic acid 성분이 나도풍란의 향기발현에 매우 중요한 요소로 작용한다고 보여진다. 이 성분은 다른 난초류와는 확연히 구분되는 나도풍란의 강하고 청아한 향기를 결정짓는 주요성분으로 판단되어진다. 이것은 향후 나도풍란의 향기성분 분석에 토대로 향수제조 할 경우 고려해야 할 중요한 정보라고 사료된다.

 그리고 나도풍란과 유향종 호접란의 속간잡종이 만들어질 경우 이들 향기성분의 조합과 혼합으로 전혀 새로운 향기성분을 가진 품종의 탄생도 기대할 수 있다.

나도풍란과 유향성 호접란에서 전자코 향기패턴 분석비교

 최근 인간의 코에 의존한 관능적 향기분석의 문제점을 보완하기 위해 전자코를 이용한 향기패턴분석과 응용이 활발하게 진행되고 있다. 전자코 분석은 향기패턴을 시각적으로 구현하여 다른 화훼류 종간에 향기패턴분석을 통해 종의 분류와 구별이 가능하다(Fukai and Abe 2000). 또한 난류의 종속간 교잡에 의한 후대에서 전자코에 의한 향기패턴 비교분석을 통하여 향기유전자의 유전양상과 발현연구에 응용할 수 있다고 보고 되었다(Been and Kim 2003). 그러므로 본 실험에서는 나도풍란과 유향성 호접란에서 전자코를 통한 향기패턴을 분석비교 하고자 하였다. 나도풍란의 향기패턴을 얻기 위해 GC/SAW 전자코를 이용 GC chromatogram 의 peak를 얻어냈으며 그리고 chromatogram을 바탕으로 VaporPrint™ 이미지 분석소프트웨어를 이용하여 향기패턴을 polar derivative pattern를 시각적으로 이미지화 하였다(Fig. 3). 그 결과 retention time 9.0-9.2 sec. 사이의 1개의 큰 피크가 나타났고 13.8-14.0 sec사이와 17.5-18 sec. 사이에 비교적 작은 두 개의 피크들이 나타났다. 그리고 유향성 호접란 계통 Vio-6의 꽃을 이용하여 GC/SAW 전자코 분석을 한 결과 GC chromatogram에서는 약 5개 정도의 피크가 두드러지게 나타났다. 이 chromatogram을 바탕으로 VaporPrint™ 이미지 분석소프트웨어를 이용하여 향기패턴을 polar derivative pattern를 시각적으로 이미지화 한 결과 retention time 7.5 sec.에서 강한 피크가 나타났고 retention time 4.0 sec., 5.1 sec., 21.5 sec., 23.0 sec. 부근에서 비교적 작은 피크가 나타났다(Fig. 4). 이 중 retention time 7.5 sec. 부근에 보이는 피크는 다른 P. vioracea 유래 유향성 계통에서도 나타나는 공통의 peak로 파악되었다(Been 2010). 이 피크가 terpenoid류 중 linalool과 geraniol 중에 하나인 것으로 추정되지만 정확한 후속연구를 통해 밝혀야 할 내용이다.

Fig. 3. Derivative pattern of chromatogram (A) and polar derivative pattern (B) of floral fragrance in Sedirea japonicum by GC/SAW electronic nose.

Fig. 4. Derivative pattern of chromatogram (A) and polar derivative pattern (B) of floral fragrance in fragrant Phalaenopsis line (VIO-6) by GC/SAW electronic nose.

 이상의 분석결과로 볼 때 나도풍란과 유향성 호접란과의 향기패턴은 상당히 다른 것으로 나타났다. 이런 향기패턴의 분류와 특성파악은 교잡후대에서 나타나는 향기유전자의 유전양상을 연구하는데 유용하게 쓰일 수 있다고 보고된바 있다(Been 2010). 향후 유향성 호접란과 나도풍란의 속간교잡에 의해 속간잡종이 획득될 경우 이 전자코에 의한 향기패턴분석은 후대에서 속간잡종의 개체가 각각 부계와 모계의 향기패턴을 따르는지 아니면 부계와 모계의 향기패턴이 혼재된 상태로 나타나는지 향기성분의 유전양상을 살펴볼 수 있을 것으로 판단된다. 아울러 이런 연구결과는 다른 화훼류에서 유향성개체의 특성파악과 선발 및 품종육종에 유용한 기초자료가 될 것으로 사료되었다.

사 사

 본 연구는 농촌진흥청 바이오그린21 사업 GM작물 실용화사업단 연구비 지원(과제번호 201204013056100010200)에 의해 이루어진 것임.