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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 실내에서 많이 재배되는 관엽 식물 4종을 선정하여 피트모스를 기본으로 한 혼합배지와 다공성배지인 하이드로볼 배지에 각각 재배함으로써 배지에 따른 실내 식물들의 실내 공기정화 능력과 연관된 생리적 반응들을 검정하고, 또한 배지별로 식물의 광합성에 영향을 주는 광도와 이산화탄소 농도 변화량에 대한 생리적 반응에 관한 기본적인 자료를 수집하고자 수행하였다.
- 본 연구는 관엽식물 4종을 배지종류, 광도 및 이산화탄소 농도를 달리하여 식물의 광합성 반응을 조사하고, 그 결과에 기초하여 실내환경 조절에 효율적인 식물을 선정하고자 실시하였다. 식물재료로는 싱고니움, 디펜바키아, 쉐프렐라 홍콩, 드라세나를 사용하였으며, 성분과 성질이 다른 두 배지(peatmoss, hydroball)에 각각 재배하였다.
제안 방법
- A-Ci curve를 토대로 이산화탄소 보상점, 광호흡율, 최대광합성율, 이산화탄소 고정효율을 계산하였다(Table 2). 이산화탄소 보상점은 작물별, 배지별 유의적 차이가 없었으며, 광호흡은 쉐프렐라 홍콩에서 가장 크게 나타났으며, 특히 피트모스에서 재배 시 하이드로볼에 비해 유의적으로 큰 광호흡을 나타냈다.
- Leaf chamber에 공급되는 이산화탄소 농도는 0, 50, 100, 200, 400, 700, 1000, 1500µmolCO2 · mol−1 8가지 수준으로 처리하였다.
- 광-광합성 곡선을 토대로하여 광보상점, 광포화점, 호흡율, 광합성 능력, 순양자수율(apparent quantum yield)을 산출하였다(Table 1). 전체적으로 관엽식물의 종류는 모든 항목에 직접적인 영향을 미쳤지만 배지 처리는 영향을 미치지 못했으며, 종류와 배지간의 상호 작용에 의한 영향은 광보상점을 제외한 모든 항목에서 검증되었다.
- 광도 및 엽육내 이산화탄소 농도변화에 따른 광합성 반응(light response curve, A-Ci curve)을 조사하기 위하여 휴대용 광합성 측정기를 사용하였으며(Li-6400, Li-Cor, USA), 측정은 오전 8시부터 오후 1시 사이에 수행하였다. 잎에 조사되는 빛의 광도와 leaf chamber에 공급되는 이산화탄소 농도를 임의로 조절하기 위하여 광합성 측정기에 LED light source와 CO2 injector system을 부착하였다.
- 광도 변화에 따른 광합성 반응 조사는 광합성 측정기의 leaf chamber에 유입되는 공기의 유량을 250µmol · s−1, 온도를 23℃, 이산화탄소 농도를 400µmolCO2 · mol−1 조건으로 설정한 후 측정하였다.
- 이 때 광도는 0, 30, 50, 80, 100, 200, 400, 600µmol · m−2 · s−1의 8가지 수준으로 처리하였다. 광도 변화에 따른 광합성 속도를 측정한 후, 광-광합성 곡선(light response curve)을 작성하고, 이 곡선에서 광보상점, 광포화점, 호흡율, 광합성 능력, 순양자수율(apparent quantum yield)을 산출하였다(Kim 등, 2001; Kim과 Lee, 2001). 순양자수율은 Kok효과 (Kok, 1948)의 영향이 적은 PPFD 0~100µmol · m−2 · s−1 영역에서 광과 광합성의 직선회귀선 y = a + bx의 기울기 b로 하였다.
- 광도는 PPFD 0, 30, 50, 80, 100, 200, 400, 600µmol · m−2 · s−1의 수준으로 조절하고, 이산화탄소 농도는 0, 50, 100, 200, 400, 700, 1000, 1500µmolCO2 · mol−1의 수준으로 처리하였다.
- Leaf chamber에 공급되는 이산화탄소 농도는 0, 50, 100, 200, 400, 700, 1000, 1500µmolCO2 · mol−1 8가지 수준으로 처리하였다. 광합성 측정기의 leaf chamber 에 공급되는 CO2 농도를 달리 하면서 측정된 광합성 속도의 결과를 사용하여 광합성 반응(A-Ci curve)을 작성하고, 이산화탄소 보상점, 광호흡속도, 최대 광합성 속도, 이산화탄소 고정효율(CO2 fixation efficiency)값을 산출하였다(Kim 등, 2001; Kim과 Lee, 2001). 광합성에서 이산화탄소 고정계의 활성을 반영한 탄소 고정효율은 Ci에 따른 광합성의 증가가 직선적으로 이루어지는 Ci 150µmolCO2 · mol−1 이하에서의 회귀직선 y = a + bx의 기울기 b로 하였다(Farquhar 등, 1980).
- 다른 두개의 배지에서 재배된 4종류의 관엽식물에서 광 강도에 따른 광합성률의 변화를 알아보고자 잎에 조사되는 광 강도를 달리하면서 측정한 광합성률을 토대로 하여 광-광합성 곡선(light response curve)을 작성하였다(Fig. 1). 모든 관엽식물에서 저광도영역(PPFD 0~100µmol · m−2 · s−1)에서는 광도가 증가함에 따라 광합성 속도도 급격히 상승하였으며, 광도가 더욱 증가함에 따라 광합성 속도의 증가율은 점점 감소하는 양상을 보였다.
- 모든 공시식물은 건국대학교 유리 온실에서 2개월 동안 순화시켰으며(200 ± 50µmol · m−2 · s−1 광도, 25 ± 5℃ 온도, 40 ± 10% 습도), 토양의 충분한 수분 유지를 위하여서 피트모스 배지에 이식된 식물은 5일마다 한번씩, 하이드로볼 배지에 이식된 식물은 1~2일마다 한번씩 상면관수 하였다.
- 엽육내 CO2 농도 변화에 의한 광합성 반응은 광도 700µmol · m−2 · s−1에서 측정하였으며, leaf chamber에 유입되는 공기의 유량과 온도는 광도 변화에 대한 광합성 반응 측정과 동일한 조건으로 하였다.
- 이 때 광도는 0, 30, 50, 80, 100, 200, 400, 600µmol · m−2 · s−1의 8가지 수준으로 처리하였다.
- 광도 및 엽육내 이산화탄소 농도변화에 따른 광합성 반응(light response curve, A-Ci curve)을 조사하기 위하여 휴대용 광합성 측정기를 사용하였으며(Li-6400, Li-Cor, USA), 측정은 오전 8시부터 오후 1시 사이에 수행하였다. 잎에 조사되는 빛의 광도와 leaf chamber에 공급되는 이산화탄소 농도를 임의로 조절하기 위하여 광합성 측정기에 LED light source와 CO2 injector system을 부착하였다. 광도 변화에 따른 광합성 반응 조사는 광합성 측정기의 leaf chamber에 유입되는 공기의 유량을 250µmol · s−1, 온도를 23℃, 이산화탄소 농도를 400µmolCO2 · mol−1 조건으로 설정한 후 측정하였다.
- 이산화탄소 보상점(Ccomp)을 직선회귀의 x절편인 Ccomp = −a/b로 산출하였다(Kim 등, 2001; Kim과 Lee, 2001). 처리별 6개체씩 반복 측정하였다.
대상 데이터
- Warneckii Compacta)를 실험재료로 사용하였다. 경기도에 위치한 농가에서 재배된 식물을 구입한 후 직경 12 또는 18cm 화분에 피트모스 배지(Sunshine mixed No.1, SunGro Inc., USA)와 하이드로볼 배지(Luwasa hydroculture, Switzerland)를 사용하여 옮겨 심었다. 모든 공시식물은 건국대학교 유리 온실에서 2개월 동안 순화시켰으며(200 ± 50µmol · m−2 · s−1 광도, 25 ± 5℃ 온도, 40 ± 10% 습도), 토양의 충분한 수분 유지를 위하여서 피트모스 배지에 이식된 식물은 5일마다 한번씩, 하이드로볼 배지에 이식된 식물은 1~2일마다 한번씩 상면관수 하였다.
- 본 연구는 관엽식물 4종을 배지종류, 광도 및 이산화탄소 농도를 달리하여 식물의 광합성 반응을 조사하고, 그 결과에 기초하여 실내환경 조절에 효율적인 식물을 선정하고자 실시하였다. 식물재료로는 싱고니움, 디펜바키아, 쉐프렐라 홍콩, 드라세나를 사용하였으며, 성분과 성질이 다른 두 배지(peatmoss, hydroball)에 각각 재배하였다. 광도는 PPFD 0, 30, 50, 80, 100, 200, 400, 600µmol · m−2 · s−1의 수준으로 조절하고, 이산화탄소 농도는 0, 50, 100, 200, 400, 700, 1000, 1500µmolCO2 · mol−1의 수준으로 처리하였다.
- 실내환경에서 많이 이용되는 4종의 관엽식물인, 싱고니움(Syngonium podophyllum), 쉐프렐라 홍콩(Schefflera arboricola cv. Hong Kong), 디펜바키아 (Dieffenbachia amoena), 드라세나 와네키(Dracaena deremensis cv. Warneckii Compacta)를 실험재료로 사용하였다. 경기도에 위치한 농가에서 재배된 식물을 구입한 후 직경 12 또는 18cm 화분에 피트모스 배지(Sunshine mixed No.
데이터처리
- Duncan의 다중 범위 검증(Duncan’s multiple range test)을 실시하여 각 항목들의 평균값을 비교하였다.
- 품종과 배지 차이에 의한 광보상점, 광포화점, 호흡률, 광합성 능력, 순양자수율, 이산화탄소 보상점, 광호흡 속도, 최대 광합성 속도, 이산화탄소 고정 효율값은 SAS(Statistical Analysis System, version 9 for Windows, SAS Institute Inc, Cary, NC)를 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하였으며, p = 0.05 수준에서 유의성을 검증하였다. Duncan의 다중 범위 검증(Duncan’s multiple range test)을 실시하여 각 항목들의 평균값을 비교하였다.
성능/효과
- 싱고니움의 경우는 광처리에 의해서는 피트모스 배지에서 높은 광합성율을 보였지만 이산화탄소 처리에서는 배지간 차이가 없었다. 가장 낮은 광합성 효율을 보인 드라세나 와네키는 광에 의한 배지간 차이가 없었으며, 이산화탄소 증가시에는 피트모스에서 다소 높은 광합성율을 보였다. 따라서 실험한 4가지 관엽식물 중 광합성 효율이 가장 높았던 쉐프렐라 홍콩이나 하이드로볼 배지에서 높은 효율을 보인 디펜바키아가 실내 공기정화 및 실내 환경조절에 적합할 것으로 판단된다.
- 광도는 PPFD 0, 30, 50, 80, 100, 200, 400, 600µmol · m−2 · s−1의 수준으로 조절하고, 이산화탄소 농도는 0, 50, 100, 200, 400, 700, 1000, 1500µmolCO2 · mol−1의 수준으로 처리하였다. 광도 및 엽육 내 CO2 농도변화에 따른 관엽식물의 광합성 반응을 조사한 결과, 약광에서의 광합성 능력을 나타내는 순양자수율은 쉐프렐라 홍콩과 디펜바키아에서 높게 나타났으며, 두 실내식물은 고농도의 이산화탄소 환경에서도 다른 두 식물에 비해 높은 광합성율을 기록했다. 드라세나 와네키는 두 조건 모두에서 가장 낮은 광합성 효율을 보였다.
- 호흡율 또한 종류에 따라 차이가 있었으며, 싱고니움과 디펜바키아에서 배지 처리에 따라 차이를 보였지만 상반된 결과를 보였다. 광합성 속도와 순양자수율은 쉐프렐라 홍콩과 디펜바키아가 비교적 높았으며, 드라세나 와네키는 다른 세가지 관엽식물에 비해 유의적으로 낮은 값을 기록하였다. 따라서 위의 결과를 종합하면 피트모스와 하이드로볼 처리에 의한 광합성 효율의 변화는 크지 않았으며, 광도 증가에 의해서 쉐프렐라 홍콩이나 디펜바키아가 효율적으로 광합성을 하였고, 드라세나 와네키는 가장 저조한 광합성 효율을 보여 실내 환경 개선을 위한 실내식물로는 적합하지 않을 것으로 판단되었다.
- 하이드로볼 배지 사용시 확연한 생육감소가 나타나지 않은 점과 건조시에도 분진발생율도 낮다는 점을 감안했을 때 다공성인 하이드로볼 배지를 이용하여 실내식물을 무배수공 용기에 수경재배 가능하다고 판단된다. 광합성 효율이 가장 높았던 쉐프렐라 홍콩이나 하이드로볼 배지에서 높은 효율을 보인 디펜바키아가 실내 공기 정화 및 실내 환경 조절에 적합할 것으로 판단된다.
- 쉐프렐라 홍콩은 조사식물 중 가장 높은 광합성 효율을 보였다. 디펜바키아와 싱고니움이 중간 정도의 효율을 보였으며 드라세나 와네키는 광에 따른 광합성 반응 효율과 마찬가지로 가장 낮은 저조한 광합성율을 보였다(Fig. 2). 배지종류에 따라서도 이산화탄소의 농도가 증가할수록 싱고니움을 제외한 사용된 모든 관엽식물에서 광합성 속도에 차이가 생겼다.
- 가장 낮은 광합성 효율을 보인 드라세나 와네키는 광에 의한 배지간 차이가 없었으며, 이산화탄소 증가시에는 피트모스에서 다소 높은 광합성율을 보였다. 따라서 실험한 4가지 관엽식물 중 광합성 효율이 가장 높았던 쉐프렐라 홍콩이나 하이드로볼 배지에서 높은 효율을 보인 디펜바키아가 실내 공기정화 및 실내 환경조절에 적합할 것으로 판단된다.
- 광합성 속도와 순양자수율은 쉐프렐라 홍콩과 디펜바키아가 비교적 높았으며, 드라세나 와네키는 다른 세가지 관엽식물에 비해 유의적으로 낮은 값을 기록하였다. 따라서 위의 결과를 종합하면 피트모스와 하이드로볼 처리에 의한 광합성 효율의 변화는 크지 않았으며, 광도 증가에 의해서 쉐프렐라 홍콩이나 디펜바키아가 효율적으로 광합성을 하였고, 드라세나 와네키는 가장 저조한 광합성 효율을 보여 실내 환경 개선을 위한 실내식물로는 적합하지 않을 것으로 판단되었다. 이는 Asaumi 등(1993)이 보고한 결과와 일치하였다.
- 실내 관엽식물들의 환경에 따른 광합성 결과들을 종합하여 볼 때 저광조건에서 광합성율을 나타내는 순양 자수율이 높은 쉐프렐라 홍콩과 디펜바키아가 실내환 경에서 공기정화에 효과적이라고 판단돠었다. 또한 이 두 실내식물은 실내 환경에서 자주 발생되는 고농도의 이산화탄소 환경에서도 높은 광합성율을 나타냈다. 특히 쉐프렐라 홍콩은 높은 광합성율과 더불어 높은 증산율을 기록(데이터 미제시)하여 봄·가을과 같은 건조한 시기에 실내 상대습도 조절에도 유용할 것이라고 생각된다(Asaumi 등, 1995).
- 모든 관엽식물에서 저광도영역(PPFD 0~100µmol · m−2 · s−1)에서는 광도가 증가함에 따라 광합성 속도도 급격히 상승하였으며, 광도가 더욱 증가함에 따라 광합성 속도의 증가율은 점점 감소하는 양상을 보였다.
- 2). 배지종류에 따라서도 이산화탄소의 농도가 증가할수록 싱고니움을 제외한 사용된 모든 관엽식물에서 광합성 속도에 차이가 생겼다. 쉐프렐라 홍콩과 드라세나 와네키에서는 피트모스 배지가 광합성 속도를 증가시켰지만 디펜바키아의 경우는 그 반대였다.
- 광보상점은 관엽식물의 종류에 따라 유의적 차이를 보였다. 쉐프렐라 홍콩과 드라세나 와네키가 비교적 높은 광보상점을 보였다. 광포화점은 피트모스에서 자란 쉐프렐라 홍콩을 제외하고 관엽식물 종류간 배지처리간 유의적 차이를 보이지 않았다.
- 두 개의 다른 배지에 처리 시 식물의 종류에 따라서 엇갈린 반응을 보였다. 쉐프렐라 홍콩은 피트모스 배지에서 광과 이산화탄소 농도가 증가됨에 따라 하이드로볼 배지에 비해 높은 광합성 속도를 보였으며, 디펜바키아는 정 반대로 하이드로볼 배지에서 더욱 높은 광합성율을 기록했다. 싱고니움의 경우는 광처리에 의해서는 피트모스 배지에서 높은 광합성율을 보였지만 이산화탄소 처리에서는 배지 간 차이가 없었다.
- 최대광합성율과 이산화탄소 고정효율은 앞에서 언급한 A-Ci curve의 결과와 일치하였다. 쉐프렐라 홍콩이 배지에 관계없이 가장 활발한 광합성을 보였으며, 드라세나 와네키는 가장 저조한 광합성율을 보였다.
- 실내 관엽식물들의 환경에 따른 광합성 결과들을 종합하여 볼 때 저광조건에서 광합성율을 나타내는 순양 자수율이 높은 쉐프렐라 홍콩과 디펜바키아가 실내환 경에서 공기정화에 효과적이라고 판단돠었다. 또한 이 두 실내식물은 실내 환경에서 자주 발생되는 고농도의 이산화탄소 환경에서도 높은 광합성율을 나타냈다.
- A-Ci curve를 토대로 이산화탄소 보상점, 광호흡율, 최대광합성율, 이산화탄소 고정효율을 계산하였다(Table 2). 이산화탄소 보상점은 작물별, 배지별 유의적 차이가 없었으며, 광호흡은 쉐프렐라 홍콩에서 가장 크게 나타났으며, 특히 피트모스에서 재배 시 하이드로볼에 비해 유의적으로 큰 광호흡을 나타냈다. 이 결과는 광도 및 광합성 속도가 높을수록 광호흡이 크게 나타난다는 이전 실험의 결과와 일치하는 것이다(Jackson and Volk, 1970).
- 광-광합성 곡선을 토대로하여 광보상점, 광포화점, 호흡율, 광합성 능력, 순양자수율(apparent quantum yield)을 산출하였다(Table 1). 전체적으로 관엽식물의 종류는 모든 항목에 직접적인 영향을 미쳤지만 배지 처리는 영향을 미치지 못했으며, 종류와 배지간의 상호 작용에 의한 영향은 광보상점을 제외한 모든 항목에서 검증되었다. 광보상점은 관엽식물의 종류에 따라 유의적 차이를 보였다.
- 광포화점은 피트모스에서 자란 쉐프렐라 홍콩을 제외하고 관엽식물 종류간 배지처리간 유의적 차이를 보이지 않았다. 호흡율 또한 종류에 따라 차이가 있었으며, 싱고니움과 디펜바키아에서 배지 처리에 따라 차이를 보였지만 상반된 결과를 보였다. 광합성 속도와 순양자수율은 쉐프렐라 홍콩과 디펜바키아가 비교적 높았으며, 드라세나 와네키는 다른 세가지 관엽식물에 비해 유의적으로 낮은 값을 기록하였다.
후속연구
- 최근 Jang 등(2010)의 연구에서도 싱고니움의 재배 시 하이드로볼은 피트모스를 포함한 대조구처리에 비해 지하부의 생육을 제외한 모든 생육측정 항목에서 유의적 차이가 나타나지 않았다. 따라서 앞으로 이 부분에 대해 추가적인 연구가 필요한 것으로 사료되었다. 하이드로볼 배지 사용시 확연한 생육감소가 나타나지 않은 점과 건조시에도 분진발생율도 낮다는 점을 감안했을 때 다공성인 하이드로볼 배지를 이용하여 실내식물을 무배수공 용기에 수경재배 가능하다고 판단된다.
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