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문제 정의
- 본 연구는 쌈채소 수경재배 시 근권제한이 생장과 식물 영양적 가치에 미치는 효과를 검토하고자, 6가지 쌈채소류를 담액 수경법으로 재배하면서 원통형의 플라스틱 튜브로 근권을 제한하였을 때 생육, 체내 무기물, 총비타민 C 및 총 안토시아닌의 함량 변화를 조사하였다.
제안 방법
- 1% HCl-methanol 용액과 1% HCl-H2O 용액이 C18여과 카트리지(Sep-PakⓇ Plus C18, Waters, USA)를 활성화와 추출물 정제를 위해 각각 준비하였다. 1% HClmethanol용액으로 C18여과 카트리지를 활성화한 후, 여과지(Whatman No.1)를 사용하여 여과한 시료 5mL를 C18여과 카트리지에 투입하여 안토시아닌을 함유하는 붉은 물질을 수집하였다. 이것을 1% HCl-H2O 용액으로 C18 카트리지의 안토시아닌 혼합물을 한번 세척한 후 다시 1% HCl-methanol로 완전히 씻어 모았다.
- 봄 실험에서는 부피 비율로 피트모스 7: 펄라이트 3(v/v)인 배지를 채운 162공 플러그 트레이에서 봄 실험에서는 25일간, 가을 실험에서는 30일 간 육묘하였다. DFT 수경재배 압축 스티로폼(두께 30mm) 정식판에 가로 20cm, 세로 20cm 간격으로 길이 100mm의 근권제한용 플라스틱 튜브를 삽입하였다. 봄 실험에서는 근권제한용 플라스틱 튜브의 직경을 각각 20, 25, 또는 30mm로 하였으며, 가을 실험에서는 25mm로 하였다.
- 가을 실험에서는 봄 실험에서 심한 생육 억제없이 탄수화물과 비타민C의 함량을 높일 수 있었던 Φ25×100mm 튜브만 공시하여 근권제한 처리를 10일 연장하여 대조구와 비교하였다.
- 봄에는 정식 20일 후에 식물체 생육, 무기성분 함량, C/N율, 그리고 총비타민C 함량 등을 조사하였다. 가을에는 정식 30일 후에 6가지 엽채류 식물체의 생육, 총비타민C 함량을 조사하였고, 엽색이 붉은 적치마 상추와 치커리는 총안토시아닌 함량을 조사하였다. 정식 방법과 양액 공급 방법 등은 모두 봄 실험과 동일하게 하였다.
- 2g을 평량하여 CNS 분석기(CNS-2000, Reco, USA)로 분석하였다. 무기성분은 식물체 시료 0.5g을 유리 삼각플라스크에 평량하여 넣고 분해액인 ternary solution(HNO3 : HClO4 : H2SO4, 10 : 4 : 1, v/v) 10mL를 넣어 습식 분해하여 냉각시킨 후, 플라스크 안의 분해된 시료를 50-70℃뜨거운 증류수로 씻어 100mL로 정량한 다음, P는 vanadate 법으로 비색계(Lambda 18, Perkin Elmer, USA)를 이용하여 각각 측정하였고, 양이온들은 원자흡광분광광도계(Model 3300, Perkin Elmer, USA)로 분석하였다.
- DFT 수경재배 압축 스티로폼(두께 30mm) 정식판에 가로 20cm, 세로 20cm 간격으로 길이 100mm의 근권제한용 플라스틱 튜브를 삽입하였다. 봄 실험에서는 근권제한용 플라스틱 튜브의 직경을 각각 20, 25, 또는 30mm로 하였으며, 가을 실험에서는 25mm로 하였다. 엽채류 묘를 부직포로 싸서 튜브 안에 정식하였다(Fig.
- 적치마 상추 ‘뚝섬 적축면’(동부하이텍, 서울), 청치마 상추 ‘한밭청치마’(농우바이오, 수원), 엔디브 ‘중엽엔다이브’(농우바이오, 수원), 치커리 ‘농우치커리’(농우바이오, 수원), 쑥갓 ‘중엽쑥갓’(농우바이오, 수원), 그리고 청경채 ‘서울청경채’(신젠타종묘, 서울) 등 6가지 엽채류를 공시하였다. 봄 실험에서는 부피 비율로 피트모스 7: 펄라이트 3(v/v)인 배지를 채운 162공 플러그 트레이에서 봄 실험에서는 25일간, 가을 실험에서는 30일 간 육묘하였다. DFT 수경재배 압축 스티로폼(두께 30mm) 정식판에 가로 20cm, 세로 20cm 간격으로 길이 100mm의 근권제한용 플라스틱 튜브를 삽입하였다.
- 자동양액공급장치(Agronic 7000, Agronic, Spain)로 주간(06:00-18:00)에는 1시간에 10분, 야간(18:00-06:00)에는 2시간에 10분 간격으로 양액을 순환시켰다. 봄에는 정식 20일 후에 식물체 생육, 무기성분 함량, C/N율, 그리고 총비타민C 함량 등을 조사하였다. 가을에는 정식 30일 후에 6가지 엽채류 식물체의 생육, 총비타민C 함량을 조사하였고, 엽색이 붉은 적치마 상추와 치커리는 총안토시아닌 함량을 조사하였다.
- 분석은 HPLC(Breeze system, Waters, USA)로 하였으며, 분석조건은 Symmetry C18(5μm, 3.9×150mm) 칼럼(W12191L-028, Waters, USA), 파장 254nm, 유속 0.5mL･min-1, 전개용매는 20μm KH2PO4액과 메탄올(90:10, v/v)로 하였다.
- 분석조건은 Symmetry C18(5µm, 3.9×150mm) 칼럼, 파장 530nm, 유속 1mL･min-1, 전개용매는 10% formic acid + 90% H2O와 10% formic acid + 10% H2O + 80% methanol을 step-gradient로 하였다.
- 상추 2종, 쑥갓, 청경채, 엔디브, 그리고 치커리의 엽채류 담액 수경 재배 시 높이 100mm, 직경 20, 25, 30mm의 원통형의 플라스틱 튜브를 이용하여 근권제한 처리를 한 후 생육과 식물영양소를 조사하였다. 근권제한은 용기 크기에 따라 엽채류의 지상부 생체중이 25-95% 범위에서 감소하였으며, 쑥갓과 청경채가 가장 영향을 많이 받았고 엔디브나 치커리는 적게 받았다.
- 식물체 무기성분과 C/N율을 조사하기 위하여 생육조사 시에 채취한 생체를 80℃의 건조기에서 48시간 동안 건조시켰다. C/N율은 건조시료 0.
- 안토시아닌 분석은 Kim 등(1989a, 1989b)의 방법을 수정하여 사용하였다. 5g의 생체를 50mL 원심분리형 튜브에 넣고 2N-HCl 30mL를 넣어 60℃ 진탕항온수조에서 2시간 동안 추출하였다.
- 이것을 1% HCl-H2O 용액으로 C18 카트리지의 안토시아닌 혼합물을 한번 세척한 후 다시 1% HCl-methanol로 완전히 씻어 모았다. 이 수집된 액을 HPLC(Breeze system, Waters, USA)로 분석하였다. 분석조건은 Symmetry C18(5µm, 3.
- 5배액을 사용하였다. 자동양액공급장치(Agronic 7000, Agronic, Spain)로 주간(06:00-18:00)에는 1시간에 10분, 야간(18:00-06:00)에는 2시간에 10분 간격으로 양액을 순환시켰다. 봄에는 정식 20일 후에 식물체 생육, 무기성분 함량, C/N율, 그리고 총비타민C 함량 등을 조사하였다.
- 적치마 상추 ‘뚝섬 적축면’(동부하이텍, 서울), 청치마 상추 ‘한밭청치마’(농우바이오, 수원), 엔디브 ‘중엽엔다이브’(농우바이오, 수원), 치커리 ‘농우치커리’(농우바이오, 수원), 쑥갓 ‘중엽쑥갓’(농우바이오, 수원), 그리고 청경채 ‘서울청경채’(신젠타종묘, 서울) 등 6가지 엽채류를 공시하였다.
대상 데이터
- 5g의 생체를 50mL 원심분리형 튜브에 넣고 2N-HCl 30mL를 넣어 60℃ 진탕항온수조에서 2시간 동안 추출하였다. 1% HCl-methanol 용액과 1% HCl-H2O 용액이 C18여과 카트리지(Sep-PakⓇ Plus C18, Waters, USA)를 활성화와 추출물 정제를 위해 각각 준비하였다. 1% HClmethanol용액으로 C18여과 카트리지를 활성화한 후, 여과지(Whatman No.
- 본 실험은 농촌진흥청 원예연구소에서 폴리카보네이트 온실에서 3월 22일부터 5월 6일까지와 9월 24일부터 11월 23일까지 봄과 가을에 각각 수행되었다. 적치마 상추 ‘뚝섬 적축면’(동부하이텍, 서울), 청치마 상추 ‘한밭청치마’(농우바이오, 수원), 엔디브 ‘중엽엔다이브’(농우바이오, 수원), 치커리 ‘농우치커리’(농우바이오, 수원), 쑥갓 ‘중엽쑥갓’(농우바이오, 수원), 그리고 청경채 ‘서울청경채’(신젠타종묘, 서울) 등 6가지 엽채류를 공시하였다.
- 정식 후 재배에는 Hoagland액(Hoagland와 Arnon, 1952) 조성의 양액(EC 2.4 dS･m-1)을 사용하였으며, 농도는 0.5배액을 사용하였다. 자동양액공급장치(Agronic 7000, Agronic, Spain)로 주간(06:00-18:00)에는 1시간에 10분, 야간(18:00-06:00)에는 2시간에 10분 간격으로 양액을 순환시켰다.
- 9×150mm) 칼럼, 파장 530nm, 유속 1mL･min-1, 전개용매는 10% formic acid + 90% H2O와 10% formic acid + 10% H2O + 80% methanol을 step-gradient로 하였다. 표준용액은 100mg･L-1 cyanidin-3,5-diglucoside로 사용하였다.
데이터처리
- 식물체 무기성분과 C/N율을 조사하기 위하여 생육조사 시에 채취한 생체를 80℃의 건조기에서 48시간 동안 건조시켰다. C/N율은 건조시료 0.2g을 평량하여 CNS 분석기(CNS-2000, Reco, USA)로 분석하였다. 무기성분은 식물체 시료 0.
- 실험구 배치는 완전임의배치법 3반복으로 하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.1, SAS Institute Inc., USA)을 이용하였으며, 봄 실험은 던컨의 다중범위검정으로, 가을 실험은 t-test로 분석하였다.
이론/모형
- 실험구 배치는 완전임의배치법 3반복으로 하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.
성능/효과
- 생체중과 건물중은 근권제한 용기에 의해 영향을 받았다 (Table 2). 20일 동안의 근권제한은 용기가 작을수록 지상부 생육이 억제되었는데, 억제 정도는 대조구에 비해 공시 식물 및 근권제한 정도에 따라 25-93% 범위였다. 그러나 건물율은 용기 크기가 작을수록 증가하였다.
- Mn과 Zn의 함량은 Mg과 같이 상추 2종류를 제외하고 4작물에서는 약간 증가하였다. Cu함량은 근권제한 용기에 영향을 받지 않았다 C/N율 역시 근권제한의 영향을 받았으며 근권 제한 정도가 클수록 N함량은 감소하고 C함량은 증가하였는데 N의 함량 변화 정도가 더 컸다. 따라서 C/N율은 근권제한 정도가 클수록 증가하는 결과를 나타내었다.
- Fe함량은 근권제한에 의해 쑥갓과 청경채에서는 증가하였으나, 다른 작물에서는 차이가 없었다. Mn과 Zn의 함량은 치커리에서만 증가하였으며 Cu함량은 근권제한 처리에 따른 일정한 경향이 없었다(Table 3). 30일간 근권제한의 영향을 받아 상추 2종류, 쑥갓 및 청경채의 지상부 생체중이 대조구에 비해 1.
- 1배 증가하였다. N함량은 감소하였고 C함량은 증가하여 C/N율은 대조구에 비해 1.3-1.6배 증가하였다. 총비타민C 함량은 근권제한 처리에 의해 증가하였는데(Fig.
- 근권제한은 용기 크기에 따라 엽채류의 지상부 생체중이 25-95% 범위에서 감소하였으며, 쑥갓과 청경채가 가장 영향을 많이 받았고 엔디브나 치커리는 적게 받았다. 건물률, C/N율 및 총비타민C와 총안토시아닌의 함량은 근권제한에 의해 증가하였다. 무기성분 중 P와 K함량은 근권제한에 의해 모든 작물에서 감소하였지만, Mg, Fe, Mn, Zn 등은 작물에 따라 차이가 있었다.
- 근권제한 용기 Φ25×100mm과 Φ30×100mm 처리 간에는 차이를 보이지 않았지만 Φ20×100mm로 근권제한 정도가 커지면 모든 작물에서 심한 생육 억제를 보였다.
- 근권제한 처리에 의해 정도의 차이는 있었지만 6가지 작물 모두 생육을 억제하였다((Table 2, 4). 그 중에서도 쑥갓과 청경채가 다른 작물에 비해 근권제한에 더 영향을 많이 받았고, 반면에 치커리는 근권제한에 대해 상당히 둔감하였다.
- 2) 변화 양상은 C/N율과 유사하였다. 근권제한에 따른 총비타민C 함량의 변화는 쑥갓과 청경채에서 가장 커서 대조구에 비해 2.1-5.8배 증가하였다.
- 근권제한은 공시한 모든 작물에서 N, P, 그리고 K의 함량을 낮추었지만(Table 1, 3) C함량을 높이는 효과가 있었다(Table 2, 4). Ca과 Mg의 함량은 작물에 따라 다른 양상을 보였다.
- 우리 나라는 엽채류를 쌈으로 많이 이용하기 때문에 현재 잎이 손바닥 크기가 되었을 때 하나씩 따서 수확하고 있으나 앞으로는 노동력 부족 및 샐러드 이용 확대 등의 이유로 포기 수확이 확대될 것으로 작물과 계절에 따른 차이는 있겠지만 정식 후 20-25일 후에는 수확이 가능할 것이다. 따라서 수경재배 시 원통형의 듀브를 이용한 근권제한을 통해서 생육은 다소 억제되더라도 건물율과 C/N율이 높고 항산화물질 함량이 높은 엽채류를 생산할 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 근권제한 용기의 크기는 상추, 엔디브, 치커리는 Φ25×100mm, 쑥갓, 청경채는 이보다 더 큰 Φ30×100mm정도가 적정할 것으로 사료되었다.
- 가을 실험에서는 봄 실험에서 심한 생육 억제없이 탄수화물과 비타민C의 함량을 높일 수 있었던 Φ25×100mm 튜브만 공시하여 근권제한 처리를 10일 연장하여 대조구와 비교하였다. 무기성분 중 P와 K의 함량은 근권제한에 의해 모든 작물에서 감소하였고 Ca함량은 치커리와 쑥갓을 제외한 작물에서 감소하였으나, Mg함량은 차이가 없었다. Fe함량은 근권제한에 의해 쑥갓과 청경채에서는 증가하였으나, 다른 작물에서는 차이가 없었다.
- 미량원소 중에서는 Fe함량은 상추 2종류, 치커리, 엔디브에서 근권제한 용기가 가장 작은 Φ20×100mm 처리구에서 감소하였으나 쑥갓과 청경채는 반대로 증가하였다.
- 3). 쑥갓, 청경채, 청치마 상추, 적축면 상추, 엔다이브, 치커리 순으로 증가 폭이 컸다. 쑥갓에서는 대조구에 비해 90%의 높은 증가율을 보였으나 치커리는 4%의 증가율을 보였다.
- 쑥갓, 청경채, 청치마 상추, 적축면 상추, 엔다이브, 치커리 순으로 증가 폭이 컸다. 쑥갓에서는 대조구에 비해 90%의 높은 증가율을 보였으나 치커리는 4%의 증가율을 보였다. 적축면 상추와 치커리의 총안토시아닌 함량 역시 근권제한 처리에 의해 증가하여(Fig.
- 치커리, 엔디브, 그리고 상추는 Φ25×100mm, 쑥갓과 청경채는 Φ30×100mm 튜브 처리에서 각각 가장 좋은 결과를 보였다. 이상의 결과, 수경재배 시 원통형의 플라스틱 튜브를 이용한 근권제한 처리가 엽채류의 영양적 가치를 향상시킬 수 있다는 것을 시사하였다.
- 이상의 결과를 요약하면, 6가지 엽채류를 DFT 수경재배 시스템에서 원통형의 상하가 개방된 플라스틱 용기로 근권을 제한한 결과, 생육억제, 작물체내 N, P, K의 함량 감소, C/N율 증가, 항산화물질인 총비타민C 및 총안토시아닌의 함량이 증가됨을 알 수 있었다. 또한 근권제한 용기의 크기는 상추, 엔디브, 치커리는 Φ25×100mm, 쑥갓, 청경채는 이보다 더 큰 Φ30×100mm정도가 적정할 것으로 사료되었다.
- 잘 알려진 바와 같이 이들 물질은 식물체 2차대사 산물로 천연 항산화물질이며, 식물체내 함량은 작물의 종류나 환경조건에 의해 좌우된다(Tarwadi와 Agte, 2003). 일반적으로 비타민C는 배추과 채소들이 다른 부류의 채소들에 비해 높은데 본 실험에서도 청경채가 다른 작물에 비해 높음을 알 수 있었다. 또한 Miller 등(2003)은 식물체내 총비타민C 함량은 스트레스 반응으로서 호흡에 의해 변화될 수 있다고 보고하였다.
- 쑥갓에서는 대조구에 비해 90%의 높은 증가율을 보였으나 치커리는 4%의 증가율을 보였다. 적축면 상추와 치커리의 총안토시아닌 함량 역시 근권제한 처리에 의해 증가하여(Fig. 4), 치커리에서는 대조구에 비해 97.7% 높은 증가율을 보였으며 적축면 상추에서는 15.5%의 증가율을 보였다.
- 치커리, 엔디브, 그리고 상추는 Φ25×100mm, 쑥갓과 청경채는 Φ30×100mm 튜브 처리에서 각각 가장 좋은 결과를 보였다.
후속연구
- 우리 나라는 엽채류를 쌈으로 많이 이용하기 때문에 현재 잎이 손바닥 크기가 되었을 때 하나씩 따서 수확하고 있으나 앞으로는 노동력 부족 및 샐러드 이용 확대 등의 이유로 포기 수확이 확대될 것으로 작물과 계절에 따른 차이는 있겠지만 정식 후 20-25일 후에는 수확이 가능할 것이다. 따라서 수경재배 시 원통형의 듀브를 이용한 근권제한을 통해서 생육은 다소 억제되더라도 건물율과 C/N율이 높고 항산화물질 함량이 높은 엽채류를 생산할 수 있을 것으로 판단된다.
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