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문제 정의
- 본 연구는 식물공장 시스템에서 고구마 우량묘를 효율적으로 생산하기 위하여 적색, 청색 및 혼합 LED 광질에 따른 고구마 바이러스 무병묘의 생육과, 포장에서의 생육 및 수량에 미치는 영향을 구명하기 위하여 실시하였다.
제안 방법
- ‘맛나미’, ‘신황미’, ‘연황미’ 등 3품종의 정단분열조직 배양 유래의 바이러스 무병주(You와 Lee, 2013)를 기내 마디 배양하여 식물체가 5cm 크기로 자랐을 때, 펄라이트와 버미큘라이트를 1:1(v/v)로 혼합하여 채운 72공 플러그 트레이에 이식하여 순화시킨 후, 일본원시배양액을 공급하여 3주간 담액수경재배로 재료를 육성하였다.
- LED 광질에 따라 채취한 삽수는 실온에 2일간 저장한 다음, 2012년 6월 10일 75×25cm로 반복당 30개체씩 개량수평삽식으로 정식하였다.
- 양액조성은 NO3-N 16.0, NH4-N 1.3, PO4-P 4.0, K 8.0, Ca 8.0, Mg 4.0, SO4-S 4.0 me·L−1 (Park과 Kim, 1998)로 각각 조제하였으며, 1주 간격으로 새로운 배양액으로 교환하였다.
- 광도는 20cm 거리에서 PPF 150±5µmol·m−2·s−1 , 일장주기는 16/8시간(명기/암기), 온도는 28±2로 조절하였다.
- 균일한 신초를 5cm 크기로 잘라 재료육성과 동일한 방법으로 72공 플러그 트레이에 삽식하여, 형광등(40W), 적색(660nm), 청색(460nm), 적+청(8:2), 적+청(7:3) LED 등 5종의 광원이 설치된 시설하에서 관리하였다. 광도는 20cm 거리에서 PPF 150±5µmol·m−2·s−1 , 일장주기는 16/8시간(명기/암기), 온도는 28±2로 조절하였다.
- 광도는 20cm 거리에서 PPF 150±5µmol·m−2·s−1 , 일장주기는 16/8시간(명기/암기), 온도는 28±2로 조절하였다. 삽식 후 처음 3일간은 발근촉진을 위하여 지하수를 공급하였고, 이후 일본원시배양액으로 담액수경재배를 하였다. 양액조성은 NO3-N 16.
- 0 me·L−1 (Park과 Kim, 1998)로 각각 조제하였으며, 1주 간격으로 새로운 배양액으로 교환하였다. 삽식 20일 후에 광질에 따른 줄기 길이 및 직경, 잎 수, 뿌리 수 및 길이, 생체중 및 건물중 등을 조사한 다음, 자연광하에서 10일간 순화시켜, 광질 별로 30cm 크기의 삽수를 채취하였다.
- LED 광질에 따라 채취한 삽수는 실온에 2일간 저장한 다음, 2012년 6월 10일 75×25cm로 반복당 30개체씩 개량수평삽식으로 정식하였다. 시비량은 퇴비(1,000kg/10a)와 요소, 용성인비, 염화칼륨으로 N-P-K = 6-7-19kg/10a을 전량 기비로 시용하였고, 흑색비닐로 멀칭재배 하였다. 기타 재배관리는 농촌진흥청 표준재배법에 준하였다.
- 기타 재배관리는 농촌진흥청 표준재배법에 준하였다. 정식 30일째의 생존율과 줄기길이 및 직경, 마디수, 곁가지 수 등을 조사하였고, 120일 후 줄기길이 및 직경, 마디 수, 줄기생체중과 괴근 수량 및 품질특성 등을 조사하였다.
- 시험구 배치는 LED 광질 별 육묘 시험은 완전임의배치법, 포장시험은 난괴법 3반복으로 배치하여, 반복 당 10개체의 생육특성을 조사하였다. 데이터 분석은 SAS 통계프로그램(statistical analysis system, V 9.
- 20일간 수경 재배한 바이러스 무병주를 자연광 하에서 10일간 순화시켜 채취한 삽수를 포장에 정식하여, 30일 후의 포장 생존율을 조사하였다(Fig. 2). 평균 생존율은 93.
- ‘신황미’, ‘연황미’, ‘맛나미’ 등 3품종의 바이러스 무병묘를 20일간 담액수경 재배하여, 자연광하에서 10일간 순화시켜 30cm 크기의 삽수를 75×25cm로 6월 10일 정식하여 흑색비닐로 멀칭재배하였다.
- 몇 가지 LED 광질이 고구마 바이러스 무병묘의 생장과 포장생육 및 수량에 미치는 영향을 조사하였다. ‘신황미’, ‘연황미’, ‘맛나미’ 등 3품종의 바이러스 무병묘를 20일간 담액수경 재배하여, 자연광하에서 10일간 순화시켜 30cm 크기의 삽수를 75×25cm로 6월 10일 정식하여 흑색비닐로 멀칭재배하였다.
- ‘신황미’, ‘연황미’, ‘맛나미’ 등 3품종의 바이러스 무병묘를 20일간 담액수경 재배하여, 자연광하에서 10일간 순화시켜 30cm 크기의 삽수를 75×25cm로 6월 10일 정식하여 흑색비닐로 멀칭재배하였다. LED 광질은 형광등(40W) 을 대조구로 하여 적색(660nm), 청색(460nm), 적+청 8:2 및 적+청 7:3 혼합광을 사용하였다. 묘소질은 적+청 (7:3) 혼합 LED에서 줄기신장, 줄기두께, 잎수 및 뿌리 발달 등이 양호하여 건묘육성에 가장 효과적이었다.
데이터처리
- 데이터 분석은 SAS 통계프로그램(statistical analysis system, V 9.1, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여, ANOVA(analysis of variance) 및 DMRT(Duncan's multiple range test)를 통하여 p=0.05수준에서 각 처리 평균 간의 유의차를 비교하였다.
이론/모형
- 시비량은 퇴비(1,000kg/10a)와 요소, 용성인비, 염화칼륨으로 N-P-K = 6-7-19kg/10a을 전량 기비로 시용하였고, 흑색비닐로 멀칭재배 하였다. 기타 재배관리는 농촌진흥청 표준재배법에 준하였다. 정식 30일째의 생존율과 줄기길이 및 직경, 마디수, 곁가지 수 등을 조사하였고, 120일 후 줄기길이 및 직경, 마디 수, 줄기생체중과 괴근 수량 및 품질특성 등을 조사하였다.
성능/효과
- 형광등을 비롯한 4종의 LED를 이용하여 3품종의 바이러스 무병주를 20일간 담액수경재배를 한 결과, 3품종의 줄기신장에서 평균길이는 청색 LED에서 17.1cm로 가장 작았고, 적색 LED에서 23.2cm로 형광등과 청색 LED보다 유의한 증가를 보였다(Fig. 1). 적+청(8:2), 적+청(7:3) 혼합 LED에서는 20.
- 5cm로 줄기신장에 차이가 없었으며, 적색 LED와도 유의한 차이를 보이지 않았다. 또한 뿌리길이를 제외한 잎수, 줄기직경, 뿌리 수, 생체중 및 건물중은 LED 광질에 따라 유의한 차이를 보였다(Table 1). 잎수는 줄기신장이 양호한 적색 LED와 적+청 혼합 LED에서 형광등과 청색 LED보다 많은 경향이었으며, 줄기두께는 청색 LED에서 가장 두꺼웠고, 뿌리 수는 형광등보다 LED 처리에서 유의하게 높았다.
- 또한 뿌리길이를 제외한 잎수, 줄기직경, 뿌리 수, 생체중 및 건물중은 LED 광질에 따라 유의한 차이를 보였다(Table 1). 잎수는 줄기신장이 양호한 적색 LED와 적+청 혼합 LED에서 형광등과 청색 LED보다 많은 경향이었으며, 줄기두께는 청색 LED에서 가장 두꺼웠고, 뿌리 수는 형광등보다 LED 처리에서 유의하게 높았다. 생체중과 건물중은 적색 및 적+청(7:3) 혼합 LED에서 가장 높았다.
- 2). 평균 생존율은 93.8%로 높은 경향이었으며, 품종간 평균생존율은 92.9-94.9%로 유의한 차이를 보이지 않았다. LED 광질에 따른 포장생존율은 형광등과 적색 LED에서 자란 삽수에서 91.
- ‘맛나미’에서 LED 광질에 따른 줄기신장에 차이를 보였으며, 품종간에는 ‘신황미’, ‘맛나미’, ‘연황미’ 순으로 양호한 생육을 보였다.
- 마디수는 28.1-39.6개로 줄기신장과 마찬가지로‘신황미’, ‘맛나미’, ‘연황미’ 순으로 많았으며, LED 광질과 품종 간에 유의한 차이를 보이지 않았다.
- 8%로 낮았다. 적:청(7:3) 혼합 LED에서의 생존율이 형광등과 적색 LED보다 유의하게 높았고, 청색 LED에서도 대조구인 형광등 보다 높게 나타났다. 본 실험에서 활착률이 91% 이상으로 높았던 것은 바이러스 무병묘를 토양수분이 충분한 상태에서 정식하여, 초기생육이 양호하였기 때문인 것으로 보였다.
- 또한 정식 30일후 LED 광질에 따른 지상부 생육을 조사한 결과(Table 2), 줄기길이는 114.3-144.1cm로 적색 LED와 적:청 혼합 LED(8:2)에서 양호한 경향이었으나, LED 광질에 따른 통계적 유의성은 없었다. ‘맛나미’에서 LED 광질에 따른 줄기신장에 차이를 보였으며, 품종간에는 ‘신황미’, ‘맛나미’, ‘연황미’ 순으로 양호한 생육을 보였다.
- 줄기 길이는 182.2-325.2cm 범위를 보였으며, 품종간에는 ‘신황미’, ‘연황미’, ‘맛나미’ 순으로 ‘신황미’와 ‘맛나미’ 간에는 유의한 차이를 보였다.
- 방울토마토에서도 정식 전 줄기두께는 청색 LED 비율이 높을수록 형광등보다 유의한 증가를 보였으나, 정식 후에는 차이가 없다고 하여본 시험결과와 같은 경향이었다(Kim 등, 2013). 곁가지 수는 청색 LED에서 가장 적었고, 적:청(7:3) 혼합 LED 에서 가장 많이 발달하여, 초기생육 특성 중 곁가지 발달은 LED 광질의 영향을 받은 것으로 보였으나 유의성은 인정되지 않았다. 품종 간에는 ‘맛나미’, ‘신황미’, ‘연황미’ 순으로 유의한 차이를 보였다.
- 정식 120일후 LED 광질에 따른 지상부 생육특성은 줄기길이, 마디수, 곁가지수, 생체중 등에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 품종간에는 줄기길이, 마디수, 줄기두께, 생체중 등에서 유의한 차이를 보였다(Table 3).
- 정식 120일후 LED 광질에 따른 지상부 생육특성은 줄기길이, 마디수, 곁가지수, 생체중 등에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 품종간에는 줄기길이, 마디수, 줄기두께, 생체중 등에서 유의한 차이를 보였다(Table 3). 줄기 길이는 182.
- 줄기두께는 7.8-8.6mm 범위를 보였으며, ‘맛나미’에서 가장 증가하여 품종 간 유의성이 인정되었다.
- 평균 괴 근중은 60.8-100.7g으로 ‘맛나미’가 ‘연황미’와 ‘신황미’보다 유의하게 높았다.
- 주당평균중은 298.7-461.2g의 범위를 보였으며, ‘맛나미’와 ‘연황미’에서 ‘신황미’보다 유의하게 높았다.
- 6mm 범위를 보였으며, ‘맛나미’에서 가장 증가하여 품종 간 유의성이 인정되었다. 곁가지수는 15-22개의 범위를 보였으며, 30일째에는 품종 간에 유의차가 인정되었으나 120일후에는 LED 광질 및 품종간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 생체중은 청색 LED에서 가장 낮았고, 적:청 혼합 LED(7:3)에서 가장 높았으나 LED 광질에 따른 유의한 차이는 없었다.
- 한편 고구마 괴근 수량에 미치는 몇가지 LED 광질의 영향을 조사한 결과, 수량 특성은 LED 광질에 따른 유의한 차이를 보이지 않았으며, 주당평균중, 평균괴근중및 10a 수량은 품종 간에 유의한 차이를 보였다(Table 4). 주당평균중은 298.
- LED 광질은 형광등(40W) 을 대조구로 하여 적색(660nm), 청색(460nm), 적+청 8:2 및 적+청 7:3 혼합광을 사용하였다. 묘소질은 적+청 (7:3) 혼합 LED에서 줄기신장, 줄기두께, 잎수 및 뿌리 발달 등이 양호하여 건묘육성에 가장 효과적이었다. 정식 30일후, 포장 생존율은 적:청(7:3) 혼합 LED에서 형광등과 적색 LED보다 유의하게 높았으며, 품종 간 차이는 없었다.
- 묘소질은 적+청 (7:3) 혼합 LED에서 줄기신장, 줄기두께, 잎수 및 뿌리 발달 등이 양호하여 건묘육성에 가장 효과적이었다. 정식 30일후, 포장 생존율은 적:청(7:3) 혼합 LED에서 형광등과 적색 LED보다 유의하게 높았으며, 품종 간 차이는 없었다. 줄기길이, 줄기두께, 마디수 등의 지상부 생육특성도 LED 광질 및 품종간에 유의한 차이가 없었다.
- 정식 30일후, 포장 생존율은 적:청(7:3) 혼합 LED에서 형광등과 적색 LED보다 유의하게 높았으며, 품종 간 차이는 없었다. 줄기길이, 줄기두께, 마디수 등의 지상부 생육특성도 LED 광질 및 품종간에 유의한 차이가 없었다. 정식 120일후 지상부 생육특성에서도 줄기길이, 줄기두께, 마디수, 곁가지수, 생체중 등에서 LED 광질에 따른 유의성은 인정되지 않았으며, 줄기길이, 마디수, 줄기두께, 생체중 등에서 품종 간에 유의한 차이를 보였다.
- 줄기길이, 줄기두께, 마디수 등의 지상부 생육특성도 LED 광질 및 품종간에 유의한 차이가 없었다. 정식 120일후 지상부 생육특성에서도 줄기길이, 줄기두께, 마디수, 곁가지수, 생체중 등에서 LED 광질에 따른 유의성은 인정되지 않았으며, 줄기길이, 마디수, 줄기두께, 생체중 등에서 품종 간에 유의한 차이를 보였다. 주당평균중, 평균괴근중 및 수량 등은 LED 광질에 따른 차이가 없었으며, 품종 간에는 유의한 차이를 보였다.
- 정식 120일후 지상부 생육특성에서도 줄기길이, 줄기두께, 마디수, 곁가지수, 생체중 등에서 LED 광질에 따른 유의성은 인정되지 않았으며, 줄기길이, 마디수, 줄기두께, 생체중 등에서 품종 간에 유의한 차이를 보였다. 주당평균중, 평균괴근중 및 수량 등은 LED 광질에 따른 차이가 없었으며, 품종 간에는 유의한 차이를 보였다. 품종 간 수량은 ‘맛나미’와 ‘연황미’에서 ‘신황미’보다 유의하게 높았다.
- 품종 간에는 ‘맛나미’, ‘신황미’, ‘연황미’ 순으로 유의한 차이를 보였다.
- 품종간 생체중은 ‘맛나미’, ‘신황미’, ‘연황미’ 순으로 품종간에 유의한 차이를 보였다.
- 6개로 줄기신장과 마찬가지로‘신황미’, ‘맛나미’, ‘연황미’ 순으로 많았으며, LED 광질과 품종 간에 유의한 차이를 보이지 않았다. 줄기두께는 5.4-8.3mm의 범위를 보였으며, 3품종 평균 줄기두께는 6.8-7.0mm로 차이가 없었다. 방울토마토에서도 정식 전 줄기두께는 청색 LED 비율이 높을수록 형광등보다 유의한 증가를 보였으나, 정식 후에는 차이가 없다고 하여본 시험결과와 같은 경향이었다(Kim 등, 2013).
- 주당평균중, 평균괴근중 및 수량 등은 LED 광질에 따른 차이가 없었으며, 품종 간에는 유의한 차이를 보였다. 품종 간 수량은 ‘맛나미’와 ‘연황미’에서 ‘신황미’보다 유의하게 높았다.
후속연구
- 고구마의 정식을 위한 삽수 크기는 25-30cm 크기가 알맞다(RDA, 2006). 본 시험에서는 시설 내 인공광원만으로는 20일 배양으로 적정크기에 약간 미치지 못하였으므로, 10일간 자연광에서의 순화가 필요하였다. Chung(2008)과 Yoo 등(2012)도 고구마 무병주의 양액 재배에서 20일 간격 채묘가 적당하다고 하였으나, 본 시험에서 인공광원 만으로는 줄기신장이 충분치 못하여 자연광하에서 10일간 적정크기로 순화시켜 채묘하는 것이 바람직하였다.
- Heo 등(2002)는 메리골드 전조재배에서 꽃눈형성을 위한 생식생장에서도 청색이나 적색 단일광보다는 적+청 혼합광이 필요하다는 것을 보여 주었다. 따라서 육묘과정에서 LED 광질에 따른 묘소질이 수량에 미치는 영향은 본 시험의 20일 육묘보다 긴 육묘기간이 필요한지, 아니면 단순한 묘소질 차이에 기인한 것인지는 향후 상세한 검토가 필요하다고 본다.
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