고려 인삼(Panax ginseng)의 뿌리로부터 ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase small subunit(rbcS) 유전자를 선발하여 sequence 분석을 실시하였다. 고려 인삼 rbcS cDNA는 790 bp 염기로 구성되어 있으며, 183개의 아미노산(pI 8.37)을 코드하는 549 bp의 ORF를 가지고 있고 단백질의 분자량은 20.5 kDa으로 추정되었다. 인삼 rbcS는 기존에 보고된 것과 유사성을 나타내었으며, Helianthus annuus(CAA68490)에서 분리된 것과 78%의 높은 상동성을 보였다. 기존에 데이터베이스에 축적되어 있는 다른 식물체로부터 분리된 rbcS와 아미노산 서열을 비교한 결과 인삼의 ybcS는 H. annuus (CAA68490), C. morifolium (AAO25119), L. sativa (Q40250)와 밀접한 유연관계에 있는 것으로 조사되었다.

인삼 속에 다량으로 함유되어 있는 다당체 성분인 진산에 대한 효능이 연구되고 있는 시점에서 산업적으로 이용할 수 있는 대량 추출공정을 위한 추출조건을 분석하였다. 인삼의 종류는 홍삼(5년근)이 로 총당의 함량이 가장 높았으며 금산 수삼(5년근)은 로 정도 조금 적게 나타났다. 그러나 홍삼 제조 공정에 따른 효율을 비교해 본 결과 금산 수삼(5년근)과 별 차이가 없어 금산 수삼을 사용하였다. 수삼부위 중 주근, 최적온도 , 최적 추출시간 6시간

인삼원료삼의 안정적인 공급을 위하여 인삼의 기내배양에 의하여 생산된 캘루스 및 모상근으로부터 인삼사포닌, 지방산, 산상다당체, 페놀성화합물 및 유기산함량을 조사하였다. 인삼사포닌의 경우에는 캘루스에 비해 모상근에서 훨씬 많았으며 모상근 세포주간에는 약 10mg/g로 유사한 경향을 보였다. 포화지방산은 인삼 캘루스에서 높은 반면 모상근의 경우에는 불포화지방산이 오히려 많거나 비슷한 경향을 보였다. 특히 인삼 캘루스에서는 palmitic acid가 많이 존재하였으며, 인삼 모상근의 경우에는 불포화지방산인 linoleic acid가 캘루스의 5배 이상 많은 검출되었다. 산성 다당체와 페놀성화합물은 기내 배양한 인삼 캘루스 조직에서는 거의 동량으로 존재하였으나, 인삼 모상근의 경우에는 세포주에 따라서 많은 차이를 나타내었다. 특히 HR-2같은 경우에는 산성 다당체보다는 페놀화합물이 2.26%로 산성 다당체보다 2배 이상 많이 존재하였는데 반하여, HR-3 인삼 모상근의 경우에는 산성 다당체가 1.64%로 페놀화합물보다 4배 이상 존재하는 것으로 분석되었다. 인삼 모상근세포주와 캘루스의 유기산은 모상근 세포주가 34.64 mg으로 가장 많이 존재하는 것으로 조사되었다.

본 연구에서는 식품의약품안전청고시에서 규제한 유기염소계 농약을 포함하여 다성분 동시분석법을 확립하였으며, 경상북도 상주지역 인삼자원의 재배토양 및 인삼 시료 중에서 유기염소계 농약의 잔류성을 검토하였다. α-BHC의 유지시간은 21.455분이었는데 이를 1.00으로 하였을때 β-BHC, δ-BHC, Quintozene, γ- BHC, Aldrin, Captan, o,p-DDE 및 α-Endosulfan의 상대적인 유지시간은 각각 1.025, 1.034, 1.038, 1.056, 1.143, 1.183, 1.199 및 1.218이었다. 또한 p,p-DDE, o,o-DDD, Dieldrin, Fenhexamid, Endrin, β- Endosulfan, o,p-DDT, o,p-DDD, p,p-DDT 및 Endosulfan-sulfate의 상대적인 유지시간은 각각 1.230, 1.242, 1.246, 1.261, 1.279, 1.283, 1.286, 1.329, 1.333, 1.338이었다. 피이크 분리가 정량분석하기에 지장이 없었으며, 따라서 19가지 유기염소계열 농약을 동시 다성분 분석 할 수 있었다. 최소검출농도는 α-BHC, Quintozene, Aldrin, Captan, α-Endosulfan, Dieldrin이 각각 0.95ng/g, 0.27ng/g, 1.04ng/g, 0.63ng/g, 0.55ng/g 및 0.62ng/g이었다. 또한 Fenhexamid, Endrin, β-Endosulfan, o,p-DDT, Endosulfan-sulfate도 각각 5.71ng/g, 0.61ng/g, 0.48 ng/g, 0.44ng/g 및 0.51ng/g이었다 상주지역의 인삼자원은 식품의약품안전청고시에서 생약의 잔류농약 허용기준으로 제시된 BHC, Aldrin, Dieldrin, Endrin 및 DDT가 불검출되었다. 또한 재배토양에서도 불검출 되었다. 따라서 경상북도 상주 인삼 재배환경은 유기염소계 농약으로 오염되지 않았다.

인삼포장에서 염류의 집적은 우량인삼의 생산에 많은 장애요인이 되고 있다. 본 연구는 인삼종자의 NaCl에 대한 반응정도를 조사하고, 또한 체세포배의 발생시 및 인삼모상근에서 사포닌의 생성에 미치는 반응을 조사하였다. 인삼 접합자 배를NaCl이 첨가되지 않은 배지에 접종한 결과 84.5%가 발아되었으며 0.1M에서는 3% 만이 발아되었고, 0.2M이상의 처리구에서는 전혀 발아가 되지 않았다. 또한 체세포배 발생 은 미숙배를 이용할 경우 NaCl 무첨가배지에서 가장 양호하였으며 농도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 반면에 성숙배에서 는 NaCl 무첨가배지보다 0.05M첨가배지에서 더 양호한 경향을 보였다. 뿌리 상태인 인삼의 모상근의 경우에는 광상태에서 NaCl를 첨가한 배지에 배양시 0.04M에서부터 안토시안이 형성되기 시작하여 0.08M에서는 눈으로 확인이 가능할 정도의 많은 량이 형성되었다. 안토시안을 함유한 세포주는 다른 세포주에 비해 crude saponin뿐만 아니라 total ginsenoside의 함량도 높은 경향을 보였으며 panaxatriol보다 panaxadiol이 2배 이상 많았다.

인삼에 염류내성을 증진시키기 위해서 Arobidopsis에서 분리한 SAL1 (3‘(2’),5‘-bis-phosphate nucleotidase) 유전자를 Agrobacterium Tumefaciens을 이용하여 인삼자엽으로부터 형질 전환체를 유도하였다. Agrobacterium 과 공동배양 후 식물호르몬 무첨가 선발배지 (kanamycin 100 mg/l)에 치상한 결과 10%미만의 자엽에서 형질전환 인삼체세포배가 발생되었으나, Agrobacterium과 공동배양 후 1.0 mg/l 2.4-D와 0.5 mg/l kinetin의 식물호르몬을 첨가한 배지에 옮겨준 경우에는 74%의 형질전환율을 보였다. 발생한 체세포배는 초기에 250 mg/l 의 cefotaxime이 첨가된 MS배지에서 3주간 배양한 후 100 mg/l kanamycin과 250 mg/l cefotaxime이 첨가된 MS배지에 계대배양하여 선발하였다. 자엽단계로 발달한 체세포배들은 발아시키기 위해서 50 mg/l kanamycin과 10 mg/l 지베렐린이 첨가된 MS 배지로 옮겨 선발하였다. Kanamycin 첨가배지에서 선발된 체세포배들은 특이 프라이머로 PCR 증폭을 통하여 최종적으로 형질전환체를 확인하였으며, 줄기와 뿌리가 잘 발달된 형질전환체들은 성공적으로 토양에 순화시켰다.

인삼 callus의 기내배양에 의해서 항암물질을 대량생산하기 위한 연구의 일환으로 인삼 callus의 polyacetylene생산에 미치는 전구물질 및 elicitor의 효과를 조사하였다. 5mg/l의 L-phenylalanine첨가배지에서 인삼 callus의 생장과 polyacethylene합성이 가장 양호하였으며 panaxynol뿐만 아니라 panaxydol도 형성되었다. 반면에 α-methyl-D.L.methionine과 D.L.-norleucine 첨가구에서는 polyacetylene이 전혀 생성되지 않았다. Elicitor로 사용되는 nigeran은 농도가 높아질수록 인삼 callus의 생장을 억제시키지만 polyacetylene생성에는 전혀 영향을 미치지 못했다. 그러나 chitosan은 0.5mg/l의 농도에서 는 인삼 callus의 생장과 polyacetylene의 생성에 영향을 주지 못하였으나, 1mg/l 이상 처리구에서는 panaxynol은 검출되지 않았지만 panaxydol은 검출되었다.

염류내성 식물은 염류농도의 변화에 따라 세포내의 삼투압을 유지하기 위한 화합물을 합성하는 기작을 가지고 있는데 이런 화합물은 주로 proline, glycine, betaine, polyols, sugar등으로 체내에 축적함으로서 고농도의 염류에 견디는 것으로 알려져 있다. Betaine은 미생물에서 2단계 반응을 통해 choline에서 합성되는데, 첫단계는 choline dehydrogenase (CDH)에 의해서 촉매되고(Bet A gene), bet B 유전자의 산물인 betaine aldehyde dehydrogenase(BADH)에 의해 수행된다. 본 실험에서는 Bet A, Bet B 유전자를 아그로박테리움에 도입하여 새로운 conjugants 2 종을 획득하였으며 (Agrobacterium tumefaciens MP90/pBet A, Agrobacterium tumefaciens MP90/pBet B), 먼저 재조합된 binary vector가 식물에서 발현 및 형질 전환되는지 여부를 조사하기 위해서 이미 담배에 형질전환을 시켰으며, 형질전환된 담배에서는 ,고농도의 kanamycin배지에서 생장이 가능하였고, PCR에 의하여 NPT II, Bet A, Bet B gene를 조사한 결과 담배 유식물체 모두 band가 형성되어 형질전환체임을 확인할 수 있었다. 인삼에 Beth, BetB gene의 도입은 1M의 mannitol이 함유된 식물호르몬 무첨가 MS 배지에서 단일배 발생방법에 형질전환체를 획득하였으나, 형질전환체의 발생빈도(12%)가 매우 낮았다.

경기도 안성지역의 4~6년생 재래종 (자경종) 인삼포장에서 4월 28일에서 9월 30일까지 월별 지하부 생육특성과 엑스함량의 경시적 변화를 조사한 결과는 다음과 같다. 1. 동체장은 월별 수축과 회복을 반복하여 9월 수확기까지 증가되지 않았으나 동체직경은 점진적인 증가를 보였다. 2. 단위 면적당 지상부중은 4월부터 급격히 증가하여 7월에 최고를 보인 후 차차 감소되었으며, 지하부중은 5월에 감소된 후 9월 수확기까지 점차 증가되었는데, 6년생은 7월 이후 약간의 감소를 보였다. 3. 지하부의 상대생장율은 전엽기인 5월과 고온기인 8월에 감소되었고 6, 7, 9월에 다시 증가되었는데, 6년생의 지근과 세근은 4~5년생에 비해 월별 뚜렷한 변화를 보이지 않았다. 4. 상품비율 (근중 60g 이상)은 연생이 증가할수록 커서 4년생 23%, 5년생 60%, 6년생 69% 이었다. 5. 뿌리의 수분함량은 수확기까지 차차 감소되었는데, 7~9월까지 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 9월 수확기의 수분함량은 4년생 〉 5년생 〉 6년생순 이었다. 6. 동체의 경도는 5월에 감소된 후 급격히 증가되었는데, 4~5년생은 6~9월까지 대체로 증가되었으나 6년생은 8월부터 차차 감소되어 4~5년생과 유의적인 차이를 보였다. 7. 동체와 지근의 엑스함량은 4월부터 6월까지 급격히 감소된 후 9월에 다시 증가되었는데, 4~5월의 엑스함량은 4년생이 5~6년생보다 많았으나 9월에는 연생 간에 뚜렷한 차이가 없었다.

Selection of stress-tolerant ginseng lines in fields is very difficult because it is almost impossible to control properly the environmental conditions of soil. On the contrary, it can be studied with ease to search for stress-tolerant ginseng lines through in vitro culture because of easy manipulation of stress conditions. This study was conducted for the selection of ginseng pure lines tolerant to salt stress. Murashige ＆amp; Skoog(MS) media with 2.5 folds of KNO3, NH4NO3, MgSO4.7H2O, KH2PO4, and CaC12.2H2O was established for the selection of ginseng pure lines tolerant to salt stress in vitro. Among 88 ginseng pure lines bred by Korea Ginseng and Tobacco Research Institute, Punggi Hwangsuk, 78093, 82886, 78135, 86024 and KG104 lines was tolerant to salt stress. For the stable production of quality Korean ginseng, genetic tolerance to salt stress is one of important factors since relatively high salt concentrations in the ginseng nursery soil environment of Korea. Ginseng inbred pure lines were tested for their tolerance to salt stress through in vitro culture technique.

인삼 식물체의 식품 첨가물로의 이용성을 타진하기 위해 각 부위별 항산화 활성 및 총 페놀 함량을 분석, 비교하였으며 그 결과는 다음과 같다. 인간 LDL의 산화에 대한 저해활성은 뿌리 (45.2~54.3%)에서 높은 활성을 나타내었으며, linoleic acid에 대한 자동산화에 대해서는 잎이 90.1~96.5%의 매우 높은 저해활성을 나타내었다. Superoxide anion 라디칼에 대해서 줄기 (35.6~76.1%), 잎 (60.1~69.3%), 뿌리 (-5.6~20.1%)의 순으로 높은 활성을 나타내었다. DPPH 라디칼 소거능은 대체적으로 낮은 활성을 나타내었으며 총 페놀 화합물은 인삼 잎 (147~200 mg%), 줄기 (110~153 mg%) , 뿌리 (61~86 mg%)의 순으로 높게 나타났다.

Ferritin light heavy chain (FLHC) gene는 일부 중금속과 결합, 저장 및 운반하여 무독화 시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. Fe 관련 유전자인 FLHC유전자를 식물 발현용 promoter인 35S promoter와 Tnos를 사용하여 식물 형질전환용 vector를 재조합하였다. 식물세포형질전환용 binary vector는 상기 cassette vector가 조립이 매우 양호하며 border sequence를 가지고 있는 pRD400 binary vector를 사용하여 최종적으로 가나마이신 내성 유전자 (NPT II gene)와 tadpole ferritin heavy chain gene 및 human ferritin light chain gene를 함유하고 있는 binary vector를 재조합하였다. Binary vector의 아그로박테리움에 도입은 triparental mating 방법에 의하여 수행하여 AB배지 및 가나마이신 함유 배지에서 disarmed Ti-vector를 가지고 있는 Agrobacterium tumefaciens MP90/FLHC을 선발하였다. FLHC 유전자 도입된 식물형질전환용 binary vector를 이용하여 형질전환방법을 변형하여 많은 embryo를 유도하였으며 유도된 embryo들은 GA 10mg/L가 첨가된 배지에 지상부를 유도하였다. 형질전환체식물체의 정상적인 생장을 유도하기 위해 최적의 배양조건을 조사하였던 바, 비교적 1/3 MS배지에서 뿌리의 생장과 지상부의 생장이 균일하게 생장하는 경향을 보였으며, 뿌리와 줄기가 잘 발달된 약 7cm의 유식물체를 대량으로 증식하여, 모래와 흙이 1:1로 혼합된 토양에 옮겼다.

고려 인삼중 폐포와 4등급 이하를 유발시키는 90％이상이 적변삼이라고 불리는 인삼의 표피 색택이 붉은 삼이 그 원인이다. 이러한 적변삼은 미국삼보다는 고려 인삼에 서 다량 발견되는 바, 적변은 유전적 요인이 있다고 사료된다. 그러므로 이 연구의 목적은 RT-PCR을 이용하여 인삼적병에 내성을 가지는 유전자를 탐색하기 위하여 실시되었다. 고려인삼 3년근 1개체 중에서 적변이 발생된 부위와 건전 부위의 RNA를 추출하여 형성된 cDNA를 여러개의 random primer를 사용하여 PCR 증폭을 한 결과 정상 부위의 cDNA에서 발견되지 않는 band가 적변삼의 부위에서 발견되었다. 따라서 band가 형성된 부위의 유전자가 적변과 관련될 가능성이 있는 것으로 사료되고 이러한 유전자는 향후 염기서열을 분석하여 어떠한 유전자인지 판명을 하여야 하며 적변관련 유전자이면 선발마커로서 사용되고 또한 형질전환을 통한 적변내성 인삼계통을 육성할 수 있으며, 만약 적변과 관련이 없는 유전자로 판명된다면 더 많은 primer를 사용하여 적변관련 유전자를 탐색해야 할 것이다.

밭재배와 논재배처럼 토양환경이 상이한 조건에서 재배된 인삼의 지상부 생육의 경시적 변화 및 근부특성과 성분함량 차이를 비교하기 위해 금산지방의 직파재배 4년근 밭재배 및 논재배 농가포장을 선정하여 시험한 결과는 다음과 같다. 1. 논토양의 미사와 점토함량 그리고 토양수분과 공극율은 밭토양보다 뚜렸히 높았는데, 재배기간 동안의 토양수분함량 범위는 논재매 17.5~19.5%로 적당하였으나 밭재배는 7.0~12.8%로 낮은 수분함량을 보였으며, 논토양은 밭토양보다 인산과 칼슘함량이 적으나 염류농도와 유기물, 질산태질소, 칼륨, 마그네슘 함량이 높아 비교적 양호한 토양조건을 보인 관계로 초장, 생체근중 및 주당건물중 등 지상부와 지하부 생육은 논재배가 밭재배보다 양호한 생육을 보였다. 2. 논 밭재배간 순동화율 (NAR)과 작물생장율 (CGR) 직이 치밀하지 못했다는 Mog et al. (1981)의 보고와 비슷한 결과를 보였다. 표 5와 같이 생체근중의 분포비율은 직파 4년 재배에서 논 밭재배 모두 100 g 이상의 인삼은 생산되지 않았는데, 60 g 이상인 것의 비율이 논재배 5.3%로 밭재배 0.9%에 비해 많았으며 40 g 이상인 것의 비율도 논재배가 밭재배보다 높았다. 은 5월과 9월에 가장 뚜렸한 차이를 보였으며, 논재배시 근중은 9월 수확기에 가장 큰 증가를 보였으나 밭재배는 9 월에 조기낙엽 증가로 인하여 근중비대가 정지되어 뚜렸한 차이를 보였다. 3. 수삼수량은 논재배가 밭재배보다 약간 많으나 유의적인 차이는 없었으며, 적변 발생율도 논 밭재배간 유의적인 차이가 없었다. 4. 논 밭재배간 동체직경과 동체장, 뿌리의 수분함량 및 조사포닌과 50% 에탄올 추출 엑스함량은 유의적인 차이를 보였는데, 조사포닌과 엑스함량은 밭재배가 높았다. 5. 동체의 경도는 5~8월까지 논 밭재배 간에 서로 비슷하였으나 9월에 밭재배는 급격히 감소하여 뚜렸한 차이를 보였다.

인삼 부정근의 생장과 ginsenosides 함량에 미치는 elicitor의 영향을 조사한 결과 chitosan처리구의 생장량은 10 mg/L에서 가장 양호하였으며, ginsenosides의 함량은 5 mg/L처리농도에서 14.48 mg/g . DW로 대조구에 비해 약9%의 함량증대를 가져왔다. 세포내에서 이차대사계를 활성화시키는 중간 신호전달 물질(signal transducer)로 알려진 jasmonic acid를 인삼 부정근 배양에 처리한 결과 부정근의 생장량은 10 uM 처리구에서 ginsenosides함량이 가장 양호하였으나, 인삼 부정근의 생장은 다소 억제되었다.

인삼 천풍의 배(embryo)로부터 부정근을 유도하고 배양배지조성, 식물 호르몬과 인삼염의 농도가 인삼부정근의 생장과 ginsenosides의 생성에 미치는 영향을 조사하였다. 배지 종류별 인삼 부정근의 생장량은 B5, WPM, MS 배지 순으로 높았으며, ginsenosides 함량은 B5배지에서 가장 높았으며 panaxa triol계 사포닌 보다 panaxa diol계 사포닌이 증가하였다. 식물 생장조절제 처리구에서의 인삼부정근의 생장량은 kinetin 0.1 mg/L에서 높게 나타났으며 , ginsenosides 함량은 kinetin 0.01 mg/L에서 오히려 높게 나타났다. 특히 kinetin 0.01 mg/L 첨가에서 ginsenoside Rb1의 함량이 크게 증가하였다. KH2PO4를 추가 첨가 할때에는 부정근의 생장에 2.5 mM에서 대조구에 비해 양호하였으나, ginsenosides의 함량은 1.25 mM에서 높았으며 , 특히 ginsenosides Re의 급격한 증가로 인하여 panaxatriol계 사포닌의 함량이 증가되었다.

본 연구는 고려인삼 재래종의 유전적 차이를 RAPD marker로 평가하였다. 재래종은 우리나라 주요 인삼재배 단지인 괴산, 금산, 남원, 포천, 양주, 연천, 영주로부터 수집한 인삼에서 10개체를 임의 선발하여 사용하였다. 9개 지역의 90개체를 대상으로 RAPD분석을 한 결과 48개의 primer 중 OPA 7, OPA 13, URP 2, URP 3, UBC 3의 5개 primer가 재현성이 있고 재래종 내 개체간에도 다형성인 band를 보였다. 재래종 집단간보다 재래종 내에서 유전적 다양성이 낮았다. 재래종 집단 간 또는 재래종 집단내의 유전적 차이가 있다는 것은 이 집단들이 헤테로라는 것을 의미한다. 이러한 결과는 우리나라에서 재배중인 고려 인삼은 유전 자원의 혼합으로 헤테로라는 것을 암시한다. 선발된 5개의 primer를 이용하여 90개체를 집괴분석한 결과 국내 재래종 인삼은 5개군으로 그리고 3개의 아군으로 구분되었다. 국내 재래종 인삼은 유전적 변이가 크므로 인삼 육종을 위한 재료로 이용될 수 있을 것이다.