Achyranthes japonica Nakai (AJN) is mainly grown in warm regions of central and southern Korea. It is a high-value medicinal plant with various pharmacological effects, including joint protection, obesity prevention, and diabetes prevention. AJN is a plant that mainly uses its roots, and it takes approximately two years from sowing to harvesting the roots. Therefore, this study was conducted to develop AJN cultivation technology in the form of microgreens on a vertical farm and to confirm the effect of secondary metabolite levels through UV-B treatment. After soaking the seeds for 3 days, they were sown in a growing tray with drain holes (31.5 × 23 × 7.5 cm, L × W × H) filled with a commercial ginseng soil mix medium and used in the experiment. AJN seedlings, which were germinated darkly for 4 days, were grown in a vertical farm at a temperature of 23 ± 2°C, relative humidity of 50 ± 10%, and light intensity of 170 ± 15 μmol·m-2·s-1 (12/12). The first experiment was conducted to select the appropriate sowing amount. The treatment groups were tested at 0.5, 1.0 and 2.0 g. As the sowing amount increased, the fresh and dry weights increased, but the fresh weight relative to the sowing amount increased at 0.5 and 1.0 g, and the dry weight showed the greatest efficiency at 0.5 g. In this study, it was determined that sowing at 1.0 g or less was appropriate, and therefore sowing at 14 g or less per m2 was appropriate. The second experiment was conducted to determine the effect of enhancing secondary metabolites through UV-B treatment. The treatment group was set to 12 h of continuous UV-B treatment during the day, two 6 h of UV-B treatments, and four 3 h of UV-B treatments to confirm the effectiveness of regular and intermittent treatment and recovery. There was no significant difference in fresh and dry weights, and plant height between the control and treatment groups, and the relative water content decreased in the treatment groups. Regarding bioactive compounds and antioxidant properties, phenol content increased in all UV-B treatments, DPPH and FRAP increased at UV12/C1, and ABTS increased at UV12/C1 and UV06/C2. The content of 20-Hydroxyecdysone (20E), the main secondary metabolite of AJN, in mature leaves, stems, roots, and microgreens was highest in mature roots, followed by the highest content in microgreens. The analysis results for 20E content through UV-B treatment increased compared to control in UV-B treatment and increased the most at UV06/C2. Short-term UV-B treatment before harvesting, appropriate recovery time, and intermittent treatment of AJN microgreens are considered more effective ways to increase the 20E content than continuous treatment.
우슬(Achyranthes japonica Nakai)은 관절 보호, 비만 예방, 당뇨 예방 등 다양한 약리적 효능이 있으며, 주로 한국 중부와 남부 지방의 따뜻한 지역에서 재배되는 고부가가치 약용식물이다. 본 연구는 수직농장 내에서 우슬을 마이크로그린 형태까지의 생육 재배 기술을 개발하고 UV-B 처리를 통한 기능성 물질 증진에 미치는 영향을 조사하기 위해 실시되었다. 우슬 종자를 3일 동안 침종 시킨 뒤 인삼 전용 상토를 채운 삽목 상자 (31.5 × 23 × 7.5 cm, L × W × H)에 파종하여 실험에 사용하였다. 4일 동안 암발아를 시킨 우슬 묘를 수직농장에서 온도 23 ± 2℃, 상대습도 50 ±10%, 광도는 170±15μmol·m-2·s-1(광주기: 12/12)의 조건으로 재배하였다. 수직농장 내 우슬 재배에 적정 파종량을 선정하기 위하여 종자량 기준 0.5, 1.0과 2.0g으로 파종하여 생장량 및 효율성을 평가하였다. 그 결과, 파종량이 증가할수록 생체중 및 건물중이 증가하였지만, 파종량 대비 생체중은 0.5와 1.0 g에서 증가하였고, 파종량 대비 건물중은 0.5g에서 가장 높았다. 따라서, 수직농장 내 우슬은 단위면적당(m2) 14g 이하가 적당하다고 판단된다. 추가적으로, 수직농장 내 우슬의 생리활성 물질 향상을 위해 수확 전 UV-B 처리를 실시하였다. UV-B 처리구는 12시간의 지속적인 처리(UV12/C1), 명기 및 암기에 6시간의 간헐적인 처리(UV06/C2), 3시간의 간헐적인 처리(UV03/C4)로 설정하였다. 그 결과, UV-B 처리가 생체중, 건물중 및 줄기길이는 유의적인 차이가 없었으나, 상대수분함량은 UV-B 처리구에서 감소를 보였다. 생리활성 화합물과 항산화 특성에서 페놀함량은 모든 UV-B 처리구에서 증가하였으며, DPPH와 FRAP UV12/C1에서 증가하였고, ABTS는 UV12/C1과 UV06/C2 처리구에서 증가하였다. 우슬의 대표 지표물질인 20-Hydroxyecdysone(20E)의 성체 잎, 줄기, 뿌리와 마이크로그린 우슬 함량 결과는 성체 뿌리에서 가장 많았으며 다음으로 마이크로그린 우슬에서 함량이 높았다. UV-B처리를 통한 20E물질 분석 결과는 UV-B처리에서 대조구보다 증가하였으며 UV06/C2에서 가장 증가하였다. 이러한 결과를 통해 우슬의 UV-B처리는 20E향상에 영향을 미치며, 2차대사산물의 향상을 위해서는 UV-B 간헐적 처리는 효과적이며 어느정도 회복시간이 필요하다고 판단된다.