본 연구는 식물 공장에서 특정 파장을 조합한 혼합 LED를 광원으로 사용하여 방울토마토와 적채를 재배할 때 식물의 성장과 각각에 존재하는 생리활성물질인 리코펜과 안토시아닌의 함량 변화를 탐색하였다. 대조광으로 형광등을 사용하였고 LED 혼합 파장은 적색, 녹황색, 청색 파장(630 nm:550 nm:450 nm=8:1:1)을 혼합하여 방울토마토와 적채에 조사하였다. 방울토마토에서는 LED을 조사하였을 때, 수확되는 방울토마토의 개수는 적었으나 수확된 방울토마토의 무게와 당도에서 유의적으로 높은 값을 나타내었다. 그러나 방울토마토의 생리활성 물질인 리코펜의 함량은 LED 조사 시 오히려 낮았다. 적채는 LED를 조사하였을 때, 형광등에 비해 적체의 무게에서 유의적으로 높은 값을 나타내었고, 안토시아닌 함량 또한 유의적으로 증가시켰다. 결론적으로 작물의 색에 따라 성장에 요구하는 LED의 파장 및 혼합 비율이 다르다는 것을 알았고, 과실의 색에 따라 LED 파장의 혼합 비율을 달리하는 것이 필요하다는 것을 보여주었다.
본 연구는 식물 공장에서 특정 파장을 조합한 혼합 LED를 광원으로 사용하여 방울토마토와 적채를 재배할 때 식물의 성장과 각각에 존재하는 생리활성물질인 리코펜과 안토시아닌의 함량 변화를 탐색하였다. 대조광으로 형광등을 사용하였고 LED 혼합 파장은 적색, 녹황색, 청색 파장(630 nm:550 nm:450 nm=8:1:1)을 혼합하여 방울토마토와 적채에 조사하였다. 방울토마토에서는 LED을 조사하였을 때, 수확되는 방울토마토의 개수는 적었으나 수확된 방울토마토의 무게와 당도에서 유의적으로 높은 값을 나타내었다. 그러나 방울토마토의 생리활성 물질인 리코펜의 함량은 LED 조사 시 오히려 낮았다. 적채는 LED를 조사하였을 때, 형광등에 비해 적체의 무게에서 유의적으로 높은 값을 나타내었고, 안토시아닌 함량 또한 유의적으로 증가시켰다. 결론적으로 작물의 색에 따라 성장에 요구하는 LED의 파장 및 혼합 비율이 다르다는 것을 알았고, 과실의 색에 따라 LED 파장의 혼합 비율을 달리하는 것이 필요하다는 것을 보여주었다.
Light emitting diodes (LED) are able to selectively control the wavelength of light, enabling them to enhance photosynthesis by increasing specific wavelengths. The objectives of this study were to determine the effects of LED light exposure with various wavelengths (630 nm: 550 nm: 450 nm=8:1:1) on...
Light emitting diodes (LED) are able to selectively control the wavelength of light, enabling them to enhance photosynthesis by increasing specific wavelengths. The objectives of this study were to determine the effects of LED light exposure with various wavelengths (630 nm: 550 nm: 450 nm=8:1:1) on plant growth and bio-active compound concentrations in cherry tomato and red cabbage. With cherry tomatoes, LED decreased the number of fruits compared to fluorescent light (FL) but resulted in a significantly higher value in the total weight of the fruits and in sugar content. However, lycopene contents were not significantly different between the groups. With red cabbages, the weight and length were both significantly higher in the LED group than in the FL group. Furthermore, the anthocyanin contents in the red cabbage LED group were two times higher than those of the FL group. These results suggested that exposure to LED light with a high ratio of red wavelength can increase the anthocyanins contents in red cabbages but not the lycopene content in cherry tomatoes. Further studies will be needed to determine which LED wavelength can enhance lycopene content in cherry tomatoes.
Light emitting diodes (LED) are able to selectively control the wavelength of light, enabling them to enhance photosynthesis by increasing specific wavelengths. The objectives of this study were to determine the effects of LED light exposure with various wavelengths (630 nm: 550 nm: 450 nm=8:1:1) on plant growth and bio-active compound concentrations in cherry tomato and red cabbage. With cherry tomatoes, LED decreased the number of fruits compared to fluorescent light (FL) but resulted in a significantly higher value in the total weight of the fruits and in sugar content. However, lycopene contents were not significantly different between the groups. With red cabbages, the weight and length were both significantly higher in the LED group than in the FL group. Furthermore, the anthocyanin contents in the red cabbage LED group were two times higher than those of the FL group. These results suggested that exposure to LED light with a high ratio of red wavelength can increase the anthocyanins contents in red cabbages but not the lycopene content in cherry tomatoes. Further studies will be needed to determine which LED wavelength can enhance lycopene content in cherry tomatoes.
본 연구에서는 특정 파장을 조합한 혼합 LED를 광원을 사용하여 방울토마토와 적채를 비닐하우스에서 재배했을 때 이들의 성장이 증가되고, 방울토마토와 적채의 생리활성물질인 리코펜과 안토시아닌의 합성이 증가되는지를 분석하였다.
제안 방법
실내에서 식물의 재배시설을 갖추고 식물재배 공간을 두 부분으로 구획하여 형광등과 LED를 광원으로 각각 공급하였다. 실험 대상인 토마토와 적채의 종묘는 농업회사법인 아시아종묘(주)(Seoul, Korea)에서 구매하여 재배하였다.
작물을 수확한 후 방울토마토는 한 나무에서 달린 토마토의 열매 개수, 개별 질량, 당도를 측정하였고, 적채는 개별 적채의 총 무게, 지상부 무게, 엽장, 엽폭을 측정하였다. 각 작물의 색도와 생리활성물질 함량은 10회 반복측정하였다.
대상 데이터
대조 광원으로 형광등(20W, White oslam superstar, Oslam, Ansan, Korea)을 사용하였고, 실험 광원으로는 LED(PGL-PLF 2 line, 3W, Parus, Cheonan, Korea; 적색: 녹황색:청색=8:1:1)를 사용하였다. LED등과 형광등의 광량은 Quantum Separate Sensor(MQ-200, Apogee Instruments, Logan, UT, USA)로 측정하였다.
실내에서 식물의 재배시설을 갖추고 식물재배 공간을 두 부분으로 구획하여 형광등과 LED를 광원으로 각각 공급하였다. 실험 대상인 토마토와 적채의 종묘는 농업회사법인 아시아종묘(주)(Seoul, Korea)에서 구매하여 재배하였다. 품종은 방울토마토(Solanum lycopersicum var.
실험 대상인 토마토와 적채의 종묘는 농업회사법인 아시아종묘(주)(Seoul, Korea)에서 구매하여 재배하였다. 품종은 방울토마토(Solanum lycopersicum var. cerasiforme) 종자와 로얄 적채(Brassica deracea L. var. capitata F. rubra) 종자를 각각 사용하였다. 재배 조건은 광원을 제외하고는 대조군과 실험군이 같도록 하였다.
데이터처리
실험 결과는 통계 처리하여 평균±표준편차로 작성하였다. SAS software program(ver. 7.0, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 형광등을 조사한 군과 LED를 조사한 군에 대한 통제적 유의성은 two-sampled t-test로 측정하였다. 통계적 유의성은 p<0.
성능/효과
05). 결론적으로 본 연구에서 사용한 LED(630 nm:550 nm:450 nm=8:1:1)등은 적채의 생리활성물질인 안토시아닌의 함량을 높였으며 생육도 증가시켰다. 그러므로 청색을 띄는 적채에 보색인 적색 파장의 비율이 높일 때 적채의 생육에 효과적인 것으로 사료된다.
결론적으로 본 연구에서 사용한 LED(630 nm:550 nm:450 nm=8:1:1)등은 적채의 생리활성물질인 안토시아닌의 함량을 높였으며 생육도 증가시켰다. 그러므로 청색을 띄는 적채에 보색인 적색 파장의 비율이 높일 때 적채의 생육에 효과적인 것으로 사료된다.
선행연구 결과를 종합해 보면 LED 조사가 형광등에 비하여 토마토의 과실의 수를 증가시켰고 LED 파장 조절시 청색 파장의 비율이 증가할 때 토마토의 과실의 수와 당도가 증가하는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 적색 파장의 비율이 높고 청색 파장의 비율이 낮은 LED를 조사해서 토마토의 과실 수가 증가하지 않고 당도와 무게의 증가만 있었으므로, 청색 파장의 비율을 증가시킨 LED를 제조하여 방울토마토에 조사하면 과실의 수가 더 증가하고 당도와 무게가 더 높은 방울토마토를 수확할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
Joon KK 등(2011)은 단파장 적색, 적색과 청색 혼합파장(8:2) LED, 고압나트륨등, 무처리등을 토마토에 50~60 μmol·m-2·s-1로 조사하였을 때, LED등이 토마토의 리코펜 함량을 가장 증가시켰다고 보고하였다. 결과적으로 아직까지 방울토마토의 생리활성 물질인 리코펜의 함량을 증가시키는 LED 파장이 확실하지 않으므로 이에 대한 연구가 지속되어야 할 것으로 사료된다. 또한 토마토에 함유된 리코펜의 함량에 있어서 청색 파장의 비율을 높인 LED 혼합 파장으로 연구를 하는 것이 필요할 것으로 사료된다.
결과적으로 아직까지 방울토마토의 생리활성 물질인 리코펜의 함량을 증가시키는 LED 파장이 확실하지 않으므로 이에 대한 연구가 지속되어야 할 것으로 사료된다. 또한 토마토에 함유된 리코펜의 함량에 있어서 청색 파장의 비율을 높인 LED 혼합 파장으로 연구를 하는 것이 필요할 것으로 사료된다. 총 안토시아닌 함량은 LED에서 재배한 것이 형광등에서 재배한 것에 비해 통계적으로 유의하게 높았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식물생장에서 광원으로 활용되는 LED의 장점은 무엇인가?
광원으로 사용되는 형광등은 전기 사용량이 많으며, 빛의 세기가 LED(light-emitting diode: 발광 다이오드)에 비하여 약하고 수명이 짧고, 파장을 조절할 수 없다는 단점을 가지고 있으므로 형광등에서 LED로 광원을 전환하는 것을 권장하고 있다(Yeh N & Chung JP 2009). LED는 에너지 절감 뿐 아니라 수명이 길어 유지 비용이 적고, 안전하며, 파장을 선택적 조절할 수 있어서 특정 파장을 증폭시킴으로 광합성량을 증진시킬 수 있다고 보고되어 있다(Fred S 등 2005). 현재까지는 식물공장에서도 형광등을 주 광원으로 사용하였으나 LED로 교체되는 추세이다.
컬러푸드인 토마토와 적채에 함유된 생리활성 물질은?
컬러푸드는 색에 따라서 특정한 생리활성물질을 함유하고 있는데, 이들은 체내에서 항산화기능이나 신진대사, 면역기능을 조절하는 역할을 수행한다(Chiang SS & Pan TM 2013). 붉은색을 나타내는 토마토의 경우 리코펜(lycopene)을, 자색을 나타내는 적채의 경우 안토시아닌(anthocyanin)을 함유하고 있다(Noh HJ 등 2013). 토마토 내 생리활성 물질인 리코펜은 암세포의 생존율을 감소시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Ellinger S 등 2006).
형광등 및 LED로 광원을 달리한 방울토마토의 리코펜 함량 차이는?
4의 B에 나타내었다. 총 리코펜 함량은 LED 등에서 재배한 것이 형광등에 비하여 유의적으로 낮았다. Joon KK 등(2011)은 단파장 적색, 적색과 청색 혼합파장(8:2) LED, 고압나트륨등, 무처리등을 토마토에 50~60 μmol·m-2·s-1로 조사하였을 때, LED등이 토마토의 리코펜 함량을 가장 증가시켰다고 보고하였다.
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