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문제 정의
- 특히, 국화의 화아분화 및 개화와 관련하여 관행적으로 사용하고 있는 형광등과 LED의 비교실험에 대해 거의 보고된 바가 없다. 따라서 본 연구는 국화 전조재배의 광원으로서 적색 LED의 가능성을 검토하고자, 국화의 화아분화 억제에 효과적이라고 알려진 660 nm 부근의 파장을 내는 적색 LED와 전구식 형광등을 광중단 광원으로 처리하여 적색 LED와 조사시간에 따른 국화 품종별 화아분화 억제효과와 생육특성을 알아보고자 수행하였다.
- 광중단은 화아분화를 억제하여 영양생장을 지속시킨다. 따라서, 단일처리 개시일부터 발뢰일까지의 초장 신장량을 조사하여 광중단 처리에 의해 영양생장 기간이 얼마나 확보되었는지를 알아보았다. ‘백마’의 초장 신장량은 처리간에 유의한 차이를 보였으며, F-5h = F-4h > R-5h ≥ F-3h ≥ R-4h > R-3h 처리 순으로 길었다.
제안 방법
- , Korea)을 대조구로 처리하였다. 각 광원은 베드로부터 1.2 m 높이에 2 m2 당 1개씩 설치한 후 분광복사계(International Light, US/RPS-900-R, USA)를 이용하여 각 광원의 광질 및 조도를 조사한 후 처리하였다.
- 광원 및 광중단 처리시간에 따른 생육 및 개화조절 효과를 알아보기 위해 단일처리 개시일의 초장, 발뢰일의 초장, 발뢰소요일수, 개화소요일수를 조사하였다. 발뢰일은 육안으로 화아형성의 가부가 확인되는(visible bud stage) 첫 번째 날의 날짜를 기록하였고, 개화일은 외측 꽃잎이 수평이 된 시기를 기준으로 하였다.
- 정식한 화분은 지표면으로부터 높이 1m, 넓이 4m2의 베드 위에 배치하였다. 광중단 처리를 위한 광원은 원추형의 적색 LED (BLTECH Co., LTD., Korea)를 사용하였으며, 전구식 형광등(556X-D, A-LIM Industrial Co., Korea)을 대조구로 처리하였다. 각 광원은 베드로부터 1.
- 광중단은 2011년 8월 3일부터 9월 25일까지 광원별로 1일 3시간(22:30-01:30), 4시간(22:00-02:00) 및 5시간(21:30-02:30) 3처리를 실시하였으며, 단일처리(광중단 종료)는 9월 26일부터 실험이 끝나는 날까지 실시하였다. 일장처리는 10시간 30분(07:00-17:30)으로 정식 후부터 실험 종료까지 암막 개폐조절장치를 사용하여 유지시켰다.
- 광원 및 광중단 처리시간에 따른 생육 및 개화조절 효과를 알아보기 위해 단일처리 개시일의 초장, 발뢰일의 초장, 발뢰소요일수, 개화소요일수를 조사하였다. 발뢰일은 육안으로 화아형성의 가부가 확인되는(visible bud stage) 첫 번째 날의 날짜를 기록하였고, 개화일은 외측 꽃잎이 수평이 된 시기를 기준으로 하였다. 발뢰소요일수는 단일처리 개시일로부터 발뢰일까지 소요된 일수이며, 개화소요일수는 단일처리 개시일로부터 개화일까지 소요된 일수로 하였다.
- 생식생장기로 들어가기 전 영양생장 기간 동안의 생육을 알아보기 위해 단일처리 개시일의 초장을 조사하였다. ‘백마’의 초장은 모든 처리에서 균일한 생육을 보였고, 적색 LED 4시간(R-4h), 형광등 4시간(F-4h)에서 가장 긴 것으로 조사되었지만, 처리간 통계적 유의차는 없었다.
- 광중단은 2011년 8월 3일부터 9월 25일까지 광원별로 1일 3시간(22:30-01:30), 4시간(22:00-02:00) 및 5시간(21:30-02:30) 3처리를 실시하였으며, 단일처리(광중단 종료)는 9월 26일부터 실험이 끝나는 날까지 실시하였다. 일장처리는 10시간 30분(07:00-17:30)으로 정식 후부터 실험 종료까지 암막 개폐조절장치를 사용하여 유지시켰다.
- 적색 LED와 조사시간에 따른 국화 ‘백마’와 ‘신마’의 화아분화 억제효과와 생육특성을 알아보고자 적색 LED (660nm)와 형광등을 사용하여 3시간, 4시간 및 5시간 광중단 처리를 하였다.
- 발뢰소요일수는 단일처리 개시일로부터 발뢰일까지 소요된 일수이며, 개화소요일수는 단일처리 개시일로부터 개화일까지 소요된 일수로 하였다. 절화 특성은 외측 꽃잎이 수평으로 전개되었을 때, 지제부에서 절화한 후 절화장, 생체중, 경경, 꽃목길이, 화경, 엽수 등을 조사하였으며, 이때 경경은 절화한 줄기의 중앙 부분을 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 국립원예특작과학원 유리온실에서 스탠다드 국화 ‘백마’와 ‘신마’를 실험재료로 사용하여, 2011년 8월부터 11월까지 수행되었다.
- 전주시 덕진구에 위치한 국화 묘생산업체(헤븐 FC)로부터 10cm의 균일한 삽목 발근묘를 구입하여 2011년 8월 3일 사각 화분(W 40 cm × D 60 cm × H 20 cm)에 원예용 상토(Heungnong Bio, Dongbo Farm Hannong, Seoul)로 충진한 후, 처리구당 5주씩 3반복으로 각각 15주를 정식하였다.
데이터처리
- 통계분석 및 유의성은 SAS 프로그램(SAS 9.1, SAS institute Inc., USA)을 이용하여 Duncan의 다중검정법(α=0.05)으로 평균값을 비교 분석하였다.
성능/효과
- ‘백마’는 F-4h = F-5h > R-5h = F-3h > R-4h > R-3h 처리 순으로 화아분화 억제 효과가 있었으며, 발뢰소요일수가 가장 길었던 F-4h과 F-5h 처리는 가장 짧았던 R-3h (14.2일) 처리보다 화아분화가 6.8일과 6.3일 억제되었다.
- ‘백마’와 ‘신마’의 화아분화 억제효과를 알아보기 위해 발뢰소요일수를 조사한 결과, 광원 및 처리시간에 따라 통계적으로 유의한 차이가 있었으며, 두 품종은 처리에 따라 비슷한 경향의 결과를 보였다.
- ‘신마’의 발뢰소요일수는 F-4h ≥ F-5h ≥ F-3h > R-5h = R-4h > R-3h 처리 순으로 화아분화 억제효과가 있었다. F-4h와 F-5h 처리가 20.6일과 19.9일로 발뢰소요일수가 길었으며, R-3h 처리(14.1일)보다 6.5일과 5.8일 더 화아분화를 억제할 수 있는 것으로 조사되었다. 즉, ‘신마’의 화아분화 억제에는 적색 LED 전체 처리구가 형광등 전체 처리구보다 화아분화 억제에 효과적이지 못했다.
- R-5h > R-4h = F-5h > F-4h = R-3h = F-3h 처리 순으로 광원 모두 조사 시간이 길수록 초장이 증가되었으며, LED에서 효과가 더 크게 나타났다(Table 2).
- ‘신마’는 F-4h ≥ R-5h = R-4h = F-3h > F-5h > R-3h 처리 순으로 개화가 억제되었다. 개화소요일수가 가장 길었던 F-4h 처리는 가장 짧았던 R-3h (50.2일)보다 5.1일 더 개화를 억제하는 효과가 있었다. 발뢰소요일수의 결과, ‘신마’의 화아분화 억제 효과는 형광등 처리가 적색 LED 처리에 비해 더 효과적인 것으로 나타난 반면, 개화소요일수에서는 R-3h 처리를 제외한 적색 LED 처리도 형광등 처리와 비슷한 개화 억제효과가 있는 것을 알 수 있었다(Table 4).
- 결과적으로 ‘백마’와 ‘신마’의 화아분화, 개화 억제 및 절화특성에는 형광등 4시간 처리가 가장 효과적인 것으로 생각된다.
- 광중단 광원으로 이용한 적색 LED와 형광등의 광질을 조사한 결과 적색 LED는 660 nm 파장 영역의 빛을 내고 있었고, 형광등은 주로 480 nm, 540 nm, 610 nm 파장 영역의 빛을 내고 있는 것으로 확인되었다(Fig. 1).
- 경경은 F-5h 처리에서 가장 두꺼웠고, 광중단 처리시간에 관계없이 형광등 처리가 적색 LED 처리에 비해 두꺼운 경향을 보였다. 꽃목길이는 R-4h 처리가 가장 짧았으며, F-5h 처리가 가장 길어 조사시간이 길수록 꽃목이 길어지는 것을 볼 수 있었다. 화경은 F-5h> F-4h>= R-3h 순이었으며, 나머지 처리는 통계적 차이 없이 비슷한 수준이었다.
- 따라서 ‘백마’와 ‘신마’에 있어서 형광등처리가 적색 LED 처리에 비해 화아분화 및 개화 억제에 더 효과적이었으며, 특히 형광등 4시간처리에서 우수한 결과를 보였다.
- 따라서 ‘백마’와 ‘신마’의 화아분화 및 개화 억제는 형광등 4시간 처리가 가장 효과적일 것으로 생각된다.
- 따라서 ‘신마’의 전체적인 절화특성을 종합해보면, ‘신마’는 ‘백마’와 달리 R-4h, R-5h 처리가 우수한 것으로 조사되었지만 이는 광원 및 조사시간에 따른 차이라기보다는 단일처리 전 초기 생육의 차이에 의한 것으로 생각된다.
- ‘신마’는 R-4h와 R-5h 처리에서 절화장과 절화중이 우수하였던 특징을 제외하고는 F-4h와 F-5h 처리 간의 큰 차이가 없었으며, 절화장과 절화중의 차이를 보였던 것은 단일처리 전 초기생육의 차이가 컸기 때문으로 생각된다. 따라서 두 품종 모두 화아분화와 개화 억제 및 절화특성에 있어서 형광등 4시간처리가 더 효과적일 것으로 생각된다.
- 따라서, ‘백마’와 ‘신마’의 화아분화 억제에는 F-4h와 F-5h 처리가 가장 우수한 결과를 보여주므로, F-4h 처리구가 가장 효율적일 것으로 생각된다(Table 3).
- 발뢰소요일수와 개화소요일수의 결과를 종합해볼 때, ‘백마’와 ‘신마’ 모두 F-4h 처리가 화아분화 억제에 가장 효과적이었던 반면, R-3h 처리는 가장 효과가 없었다.
- 발뢰소요일수의 결과, ‘신마’의 화아분화 억제 효과는 형광등 처리가 적색 LED 처리에 비해 더 효과적인 것으로 나타난 반면, 개화소요일수에서는 R-3h 처리를 제외한 적색 LED 처리도 형광등 처리와 비슷한 개화 억제효과가 있는 것을 알 수 있었다(Table 4).
- 본 실험의 광중단에 이용된 적색 LED와 형광등의 광도는 0.80-1.02 μmol/m2/s1와 1.39-1.59μmol/m2/s1로 매우 낮아 국화의 광합성에는 영향을 미치지 못할 것으로 생각되었다(Table 1).
- 엽수는 처리간의 차이가 없었다. 즉, 통계적으로는 F-4h와 F-5h의 절화특성이 우수하였지만, 전체적인 특성을 종합해보면 F-4h처리가 더 효과적인 것으로 보인다. ‘신마’의 절화특성은 Table 7과 같다.
후속연구
- 따라서, ‘신마’의 영양생장기의 처리간 초장 차이는 밤 동안 광중단 처리에 이용 된 광원 및 처리시간에 의한 영향으로 보기에는 무리가 있을 것으로 생각되며, 향후 추가적인 조사가 더 필요할 것으로 생각된다.
- 나리 조직배양 시 소인경 형성에 있어서 ‘Casa Blanca’ 품종은 청색광, 적색+청색광, ‘Hinomoto’ 품종은 적색/청색광, 형광등에서 양호하였으나, ‘Mona’ 품종은 영향을 받지 않은 것으로 보아 LED 반응은 품종에 따라 차이를 보였다는 보고가 있었다(Lian et al, 2003). 이처럼 작물 종류와 품종에 따라서 광원과 특정 파장역에 대한 생육 및 개화반응의 차이가 있으므로 전조, 보광 등 재배 목적과 작물 종류 및 품종에 효과적인 광원과 파장역에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다. 최근 LED를 이용한 특정 파장역에 대한 작물의 생육 및 개화 반응 연구가 일부 행해지고 있지만 그 결과가 단편적이고, 작물 재배에 적용하기에는 아직은 미비한 실정이다.
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