발광다이오우드 (Light emitting diode)를 사용한 적색, 녹색 및 청색광에서 식물생산의 가능성을 조사하기 위하여 도라지 유묘의 생장과 형태형성에 미치는 광질의 효과와 광질에 따른 엽록소함량을 형광등과 비교하여 조사하였다. 식물체의 초장은 형광등에서 3.8 cm로 가장 짧았고 LEDs 에서 생장한 것은 적색광에서 13.4cm로 가장 길었다. 반면에 적색/청색의 혼합광은 5.6cm로 적색 단색광에서 식물체가 도장된 것에 비해 정상적인 식물체의 생장양상을 보여 적색과 청색의 혼합광이 식물체의 생장에 적당하였다. 엽면적은 녹색광에서 24.1 $\textrm{cm}^2$로서 적색광에서 10.1 $\textrm{cm}^2$인 것에 비하여 약 2.4 배가 더 넓어 다른 처리구에 비하여 가장 양호하였다. 건물률은 적색/청색의 혼합광에서 15.3%를 나타내어 다른 광질처리보다 함수율이 적었다. 엽록소함량은 청색 단색광과 적색/청색의 혼합광에서 형광등보다 각각 20%, 10% 적었으나 적색과 녹색의 경우 각각 2%, 7% 적었는데 적색 단색광에서 형광등과 비슷한 엽록소 함량을 보였다.
발광다이오우드 (Light emitting diode)를 사용한 적색, 녹색 및 청색광에서 식물생산의 가능성을 조사하기 위하여 도라지 유묘의 생장과 형태형성에 미치는 광질의 효과와 광질에 따른 엽록소함량을 형광등과 비교하여 조사하였다. 식물체의 초장은 형광등에서 3.8 cm로 가장 짧았고 LEDs 에서 생장한 것은 적색광에서 13.4cm로 가장 길었다. 반면에 적색/청색의 혼합광은 5.6cm로 적색 단색광에서 식물체가 도장된 것에 비해 정상적인 식물체의 생장양상을 보여 적색과 청색의 혼합광이 식물체의 생장에 적당하였다. 엽면적은 녹색광에서 24.1 $\textrm{cm}^2$로서 적색광에서 10.1 $\textrm{cm}^2$인 것에 비하여 약 2.4 배가 더 넓어 다른 처리구에 비하여 가장 양호하였다. 건물률은 적색/청색의 혼합광에서 15.3%를 나타내어 다른 광질처리보다 함수율이 적었다. 엽록소함량은 청색 단색광과 적색/청색의 혼합광에서 형광등보다 각각 20%, 10% 적었으나 적색과 녹색의 경우 각각 2%, 7% 적었는데 적색 단색광에서 형광등과 비슷한 엽록소 함량을 보였다.
To clarify the possibility of plant production under red, green. blue, and red+blue using light emitting diodes (LEDs) and fluorescent lamps (control), the effects of light quality on the growth and morphogenesis of in vitro seedlings in Piatycodon grandiflorum were examined. The plantlets grown und...
To clarify the possibility of plant production under red, green. blue, and red+blue using light emitting diodes (LEDs) and fluorescent lamps (control), the effects of light quality on the growth and morphogenesis of in vitro seedlings in Piatycodon grandiflorum were examined. The plantlets grown under the LEDs resulted in taller plants with greater stem than fluorescent lamps. The shortest shoot length, 3.8 cm, was observed in the control and the longest one, 13.4 cm, in the red light. But the shoot length was 5.6 cm under red LED with supplemental blue(red+blue light). This results indicate that red LED may be suitable, in proper combination with other wavelengths of light. The root length under red light was significantly smaller among the treatments. The plantlets grown under red+blue light had lower shoot dry weight, higher dry matter than other lights-grown plantlets. Among the various growth parameters measered, there was an indication that leaf area was controlled by the LEDs. Leaf area of a plantlets developing under green light was about 2.4 times wider than that of plantlets grown under red LED (10.1 $\textrm{cm}^2$ in area). The dry matter rate per plantlet among the treatments was greater in plantlets grown under the red/blue LEDs in comparison with that grown under other LEDs. Chlorophyll contents in plantlets grown under the red, green, blue and red/blue LEDs were 2%, 7% 20% and 10% lower, respectively, than those in plant grown under fluorescent lamps.
To clarify the possibility of plant production under red, green. blue, and red+blue using light emitting diodes (LEDs) and fluorescent lamps (control), the effects of light quality on the growth and morphogenesis of in vitro seedlings in Piatycodon grandiflorum were examined. The plantlets grown under the LEDs resulted in taller plants with greater stem than fluorescent lamps. The shortest shoot length, 3.8 cm, was observed in the control and the longest one, 13.4 cm, in the red light. But the shoot length was 5.6 cm under red LED with supplemental blue(red+blue light). This results indicate that red LED may be suitable, in proper combination with other wavelengths of light. The root length under red light was significantly smaller among the treatments. The plantlets grown under red+blue light had lower shoot dry weight, higher dry matter than other lights-grown plantlets. Among the various growth parameters measered, there was an indication that leaf area was controlled by the LEDs. Leaf area of a plantlets developing under green light was about 2.4 times wider than that of plantlets grown under red LED (10.1 $\textrm{cm}^2$ in area). The dry matter rate per plantlet among the treatments was greater in plantlets grown under the red/blue LEDs in comparison with that grown under other LEDs. Chlorophyll contents in plantlets grown under the red, green, blue and red/blue LEDs were 2%, 7% 20% and 10% lower, respectively, than those in plant grown under fluorescent lamps.
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문제 정의
그러나 LED를 이용한 기내 배양체의 생장 및 형태형성에 관한 연구는 몇몇 보고(Tanaka 1999; Yanagi and Okamoto 1994)가 있을 뿐이다.본 실험에서는 LED를 사용한 적색, 녹색, 청색광 및 적색과 청색의 혼합광에서의 기내 도라지 유묘의 생장과 형태 형성에 미치는 광질효과 및 광질에 따른 엽록소 함량 등에 대하여 조사하였다.
제안 방법
광처리 후 30일째에 각 시험구에서 완전히 전개된 잎을 시료로 하여 단위 생체중당 엽록소함량, 엽록소 a/b비율을 조사하였다 (Table 1).
도라지의 건조종자를 Murashige와 Skoog (1962)의 기본 배지 (MS)에 파종하여 25℃의 항온기안에서 6일간 무균 발아시킨 다음 형광등조명 (PPFD, 75 μmol . m-2s-1) 아래에서 2 주일 동안 생장시킨 후 본엽 2매가 완전히 전개되었을 때 자엽직하 5 mm 내외에서 절단하여 기내에 치상하였다. 배지는 MS기본배지에 0.
45 μm)를 부착하여 배양하였다. 배양조건은 온도 25℃에서 연속조명 배양하였고 배양 30일 후 초장 근장, 엽면적, 생체중, 건물중, 건 물률, 엽록소함량 등을 조사하였다.
상추를 재료로 하여 PPFD를 85 ㎛ol . m-2s-1 와 170㎛mol .
대상 데이터
광원은 적색, 녹색, 청색의 분광특성이 각각 673 nm, 522 nm, 442 nm의 파장영역에서 광합성 유효광량자 유입밀도 (PPFD)가 최대치를 나타내는 (Figure 1) 적색, 녹색, 청색의단색LED와 혼합광으로 적색 (80%) + 청색 (20%) LEDs를이용하였으며, 대조구로는 형광등을 사용하였고 이들 광원의 PPFD는 모두 75 ㎛ol . m-2s-1로 조정하여 배양하였다
이론/모형
엽록소 함량 조사는 배양 30일 후 완전히 전개한 잎 2매에서 80% acetone으로 엽록소를 추출하였고 분광광도계를 이용하여 파장 645 nm 및 663 nm의 흡광도치를 Amon방법 (1949)에 의해 산출하였다
성능/효과
m-2s-1으로 구분한 후 상추, 시금치, 밀 등을 파종하여 생육된 식물체의 엽록소함량에 관한 실험 결과, PPFD 700 μmol .m-2s-1처리에서 고압의 sodium 등과 metal halide등을 비교하였을 때 sodium등에서 생육된 상추와 시금치의 어린 식물체에서 엽록소 농도가 metal halide 등에서 생육된 식물체보다 상추의 경우 55%, 시금치의 경우 26% 더 낮았다고 하여 광원에 따라 엽록소 생성에 영향이 있음을 알 수 있었다.
1 mg으로 큰 차이를 보여 녹색광에서 뿌리의 비대가 다른 처리구보다 양호한 결과이었다. 그러나 건물중은 지상부의 대조구가 41.6 mg, 녹색광이 44.6 mg로 두 처리 간에 큰 차이가 없었고 건물률에 있어서는 대조구와 적색광, 녹색광은 거의 비슷한 반면에 청색광에서 가장 낮게 나타나 함수율은 청색광에서 약간 높은 것으로 나타났다.
m-2s-1에서만 여과지에 파종 후 뿌리가 노출된 채로 생육된 경우 엽록소가 전혀 이루어지지 않았고 5일 후에는 잎이 노랗다가 10일 후에는 하얗게 변하였다. 그러나 버미큐라이트에 파종하여 뿌리가 광에 노출되지 않은 경우 100과 500 ㎛ol -m-2s-1 광도에 전혀 영향을 받지 않고 엽록소 함량은 같았으며, 형광등의 경우 뿌리 노출 여부와 광도에 구분되지 않고 엽록소 함량은 거의 같은 수준이었다. 또한 적색광의 PPFD를 100-500 ㎛ol .
1 cm로 신장되어 대조구와 가장 적은 차이를 보였다. 그러나 적색광은 초장이 13.4 cm로 대조구와 비교할 때 3배 이상으로 신장되었고 마디 수는 5.7개로 청색광에 비해 적게 나타나 가장 연약하게 도장된 유묘의 생육상태를 보였으나 녹색광은 대조구와 비교하면 마디수는 대조구가 5.8개, 녹색광이 6.1 개로 거의 같았고 초장은 2배이상 생장되어 지상부 생육은 형광등보다 LED처리에서 크게 높았음을 알 수 있었다.
또한 엽면적은 형광등과 비교할 때 녹색광이 가장 넓었고 적색광에서 가장 적게 나타나 광질에 따라서 엽면적에 큰 차이를 보였다.
1996). 또한 잎의 폭과 길이를 조사한 결과 청색과 적색의 단색광이 혼합광에 비해 길이가 길었고 엽폭은 적색광에서 가장 좁았다고 하였으며, 줄기 신장은 역시 적색광에서 가장 촉진되었다고 하여 본 실험의 도라지와 비슷한 결과를 보였다.
또한 지상부의 건물률에 있어서 적색/청색의 혼합광이 15.3%였는데 이것은 모든 처리구보다 가장 높은 결과였고 단색광만을 처리한 경우 적색광이 13.2%, 청색광이 12.0%를 나타낸 것과 비교할 때 혼합광에서 건물률이 높았다.
발아 후 본엽 2매가 완전히 전개된 유묘를 형광등 (대조구), 청색광, 적색광, 녹색광의 단색 LEDs와 적색/청색의 혼합 LEDs 등 광질을 달리하여 배 양 30일 후 조사한 식물체의 생장량을 조사하였던 바 (Figures 2, 3) 조직배양실에서 일반적으로 이용하고 있는 형광등하에서 배양된 식물체의 생장량과 3가지 단색광의 다른 광질의 처리하에서 생육된 식물체는 광 질에 따라 많은 차이를 보였다. 청색광에서 생장된 식물체의 경우 마디 수는 대조구 및 다른 3가지의 광질처리와 비교할 때 가장 적었고 초장은 대조구가 3.
본 실험에서는 도라지의 기내묘를 적색, 녹색 및 청색의 단색광과 적색과 청색의 혼합광을 처리하여 생장시킨 결과 청색광과 녹색광에서는 형광등에 비해 건전한 유묘로 생장되었으나 적색광에서는 형광등에 비해 3배 이상 초장이 길게 도장 되었고 뿌리길이는 가장 짧은 결과로 묘의 상태가 불량하였다. 또한 엽면적은 형광등과 비교할 때 녹색광이 가장 넓었고 적색광에서 가장 적게 나타나 광질에 따라서 엽면적에 큰 차이를 보였다.
본 실험의 경우 LEDs의 처리에 따른 엽록소 함량은 적색광에서 가장 높게 나타났고 a/b의 비율은 청색LED와 적색/ 청색의 혼합 LEDs에서 가장 높게 나타나 다른 처리구에 비해 엽록소 a의 함량이 높았고 전체 엽록소 함량은 적색 광이 가장 높게 나타났다.
뿌리는 적색광에서 2.8 cm밖에 자라지 않아 전 처리구 중초 장이 가장 길었던 것에 비하여 뿌리길이는 가장 짧았으며 초장이 가장 작았던 대조구보다 뿌리생장이 저조한 결과를 보였다. 그러나 대조구와 녹색광은 각각 4.
7 mg이었는데 이것은 초장의 길이가 가장 짧은 청색광에서 생체중은 가장 높았고 초장이 가장 길었던 적색광에서 가장 적게 나타나 적색광에서 생장된 식물체는 크게 도장하여 묘의 소질이 연약한 것이었음을 알 수 있었다. 뿌리의 생체중에서 뚜렷한 차이를 보인 것은 대조구와 녹색광으로서 뿌리길이에 있어서는 비슷한 결과이었으나 생체중에서는 대조구의 경우 170.5 mg, 녹색광의 경우 254.1 mg으로 큰 차이를 보여 녹색광에서 뿌리의 비대가 다른 처리구보다 양호한 결과이었다. 그러나 건물중은 지상부의 대조구가 41.
식물체의 지상부와 지하부를 분리하여 생체중과 건물 중을 조사한 결과 생체중이 가장 높은 것은 청색광에서 351.8 mg, 가장 낮은 것은 적색광에서 251.7 mg이었는데 이것은 초장의 길이가 가장 짧은 청색광에서 생체중은 가장 높았고 초장이 가장 길었던 적색광에서 가장 적게 나타나 적색광에서 생장된 식물체는 크게 도장하여 묘의 소질이 연약한 것이었음을 알 수 있었다. 뿌리의 생체중에서 뚜렷한 차이를 보인 것은 대조구와 녹색광으로서 뿌리길이에 있어서는 비슷한 결과이었으나 생체중에서는 대조구의 경우 170.
-1을 나타내 비교적 형광등과 비슷한 전체 엽록소 함량을 보였다. 엽록소 a/b비율에 있어서 대조구인 형광등의 2.23과 단색광 LEDs만을 비교할 때 청색광이 2.77로 약간 높았고 적색과 녹색은 각각 2.15와 2.25를 나타내었다. 그러나 적색 (80%)/ 청색 (20%)의 혼합광에서 엽록소 a/b의 비율이 3.
것을 알 수 있었다. 이것은 본 실험에서도 비슷한 결과였는데 단색광으로서 적색 LED와 혼합광으로서 적색 (80%)/청색 (20%)을 비교하여 볼 때 적색광 단일처리에서는 식물체의 초장이 13.4 cm로 가장 길었으나 마디 수에는 큰차이가 없이 절간만이 신장된 도장묘로서 이용가치가 없었지만 혼합광에서는 5.6 cm로 건전하게 생육되어 정상묘로 발달하였다.
이러한 결과는 적색 단일광에서 식물체의 초장은 도장 되었으나 적색광에 청색광을 혼합할 경우 건전한 유묘 생산이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 이것은 본 실험에서도 비슷한 결과였는데 단색광으로서 적색 LED와 혼합광으로서 적색 (80%)/청색 (20%)을 비교하여 볼 때 적색광 단일처리에서는 식물체의 초장이 13.
따라 많은 차이를 보였다. 청색광에서 생장된 식물체의 경우 마디 수는 대조구 및 다른 3가지의 광질처리와 비교할 때 가장 적었고 초장은 대조구가 3.8 cm, 청색광에서 5.1 cm로 신장되어 대조구와 가장 적은 차이를 보였다. 그러나 적색광은 초장이 13.
한편, 단색광으로서 적색광과 혼합광으로서 적색/청색을 혼합한 LEDs의 경우를 비교하였을 때 마디수가 적색광에서 5.7개, 혼합광에서 5.2개로 비슷하였고 초장은 적색광이 13.4 cm, 적색/청색의 혼합광이 5.6 cm로 적색광에서 상당히 도장 되었던 초장이 2배이상 줄어들었고 엽면적에 있어서는 적색광이 10.1 cm2, 적색/청색의 혼합광이 19.1 cm2로 혼합광에서약 2배이상 증가되었다.
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