본 연구는 완전 인공광형 식물공장 내에서 RBW LED(red:blue:white = 2:1:1)의 광주기와 광도가 흰민들레 생육에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 완전 인공광형 식물공장에서 각각 광주기 3수준과 광도 4수준으로 설정하였고, 분무수경으로 광주기 실험은 270일, 광도 실험은 120일 동안 재배하였다. 광주기별 전 재배기간 동안 8회 수확한 1주당 수확 총엽수는 16/8시간 처리구에서 주당 224매로 12/12시간 처리구의 220매와 비슷하게 많았고 8/16시간 처리구에서 151매로 가장 적어 대체로 명기가 길수록 수확엽수도 많아지는 경향이었다. 지상부 생체중은 16/8h 처리구에서 125g으로 가장 높았고 다음으로 12/12h 처리구 91g, 8/16h 처리구 56g 순이었다. 광도별전 재배기간 동안 총 4회 수확한 엽수는 $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 123매로 가장 많았으며 다음으로 107매인 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구와 95매인 $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구 이었고, $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 56매로 가장 적었다. 1주당 지상부 총 생체중은 $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 43.6g으로 가장 높았고 다음으로 $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$과 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구로써 각각 34.6g과 32.2g이었으며 $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 18.2g으로 가장 낮았다. 이상의 결과 흰민들레 최적 생장을 위한 완전 인공광형 식물공장의 RBW LED(red:blue:white = 2:1:1) 조명의 광조건은 광주기 16/8h, 광도 $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$이었다.
본 연구는 완전 인공광형 식물공장 내에서 RBW LED(red:blue:white = 2:1:1)의 광주기와 광도가 흰민들레 생육에 미치는 영향을 구명하고자 수행하였다. 완전 인공광형 식물공장에서 각각 광주기 3수준과 광도 4수준으로 설정하였고, 분무수경으로 광주기 실험은 270일, 광도 실험은 120일 동안 재배하였다. 광주기별 전 재배기간 동안 8회 수확한 1주당 수확 총엽수는 16/8시간 처리구에서 주당 224매로 12/12시간 처리구의 220매와 비슷하게 많았고 8/16시간 처리구에서 151매로 가장 적어 대체로 명기가 길수록 수확엽수도 많아지는 경향이었다. 지상부 생체중은 16/8h 처리구에서 125g으로 가장 높았고 다음으로 12/12h 처리구 91g, 8/16h 처리구 56g 순이었다. 광도별전 재배기간 동안 총 4회 수확한 엽수는 $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 123매로 가장 많았으며 다음으로 107매인 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구와 95매인 $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구 이었고, $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 56매로 가장 적었다. 1주당 지상부 총 생체중은 $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 43.6g으로 가장 높았고 다음으로 $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$과 $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구로써 각각 34.6g과 32.2g이었으며 $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ 처리구에서 18.2g으로 가장 낮았다. 이상의 결과 흰민들레 최적 생장을 위한 완전 인공광형 식물공장의 RBW LED(red:blue:white = 2:1:1) 조명의 광조건은 광주기 16/8h, 광도 $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$이었다.
The objective of this study was to examine the effect of photoperiod and light intensity of RBW LED (red:blue:white = 2:1:1) on the growth of Taraxacum coreanum Nakai in a fully artificial light type plant factory. 3 photoperiods and 4 light intensity were used respectively in a fully artificial lig...
The objective of this study was to examine the effect of photoperiod and light intensity of RBW LED (red:blue:white = 2:1:1) on the growth of Taraxacum coreanum Nakai in a fully artificial light type plant factory. 3 photoperiods and 4 light intensity were used respectively in a fully artificial light type plant production system. Plants were cultured with three photoperiods and four light intensity regimes (conditions) for 270 and 120 days, respectively, using nutrient film technique (NFT) or aeroponics culture methods. For each photoperiod, the total leaves per plant harvested 8 times in all cultivation period was 224 in the 16/8(day/light) photoperiod that had no significant difference from 220 in the 12/12 photoperiod and the lowest number of leaves was 151 occurred in the 8/16 photoperiod, which means that the longer photoperiod, the more leaves harvest. Total fresh weight of above ground was the high in order of in 16/8 photoperiod as 125g, 12/12 photoperiod as 91g, 8/16 photoperiod as 56g. For each light intensity, the total leaves per plant harvested 4 times in all cultivation period was the great in order of $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 123, $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 107, $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 95, $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 56 which was the smallest number of total leaves harvest. Total fresh weight of above ground per plant was the high in order of $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 43.6g, $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 34.6g, $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 32.2g, $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 18.2g. From these results, it was concluded that photoperiod of 16/8 and light intensity at $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ can be used as the light condition of RBW LED (red:blue:white = 2:1:1) for optimal growth of Taraxacum coreanum Nakai in a fully artificial light type plant factory.
The objective of this study was to examine the effect of photoperiod and light intensity of RBW LED (red:blue:white = 2:1:1) on the growth of Taraxacum coreanum Nakai in a fully artificial light type plant factory. 3 photoperiods and 4 light intensity were used respectively in a fully artificial light type plant production system. Plants were cultured with three photoperiods and four light intensity regimes (conditions) for 270 and 120 days, respectively, using nutrient film technique (NFT) or aeroponics culture methods. For each photoperiod, the total leaves per plant harvested 8 times in all cultivation period was 224 in the 16/8(day/light) photoperiod that had no significant difference from 220 in the 12/12 photoperiod and the lowest number of leaves was 151 occurred in the 8/16 photoperiod, which means that the longer photoperiod, the more leaves harvest. Total fresh weight of above ground was the high in order of in 16/8 photoperiod as 125g, 12/12 photoperiod as 91g, 8/16 photoperiod as 56g. For each light intensity, the total leaves per plant harvested 4 times in all cultivation period was the great in order of $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 123, $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 107, $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 95, $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 56 which was the smallest number of total leaves harvest. Total fresh weight of above ground per plant was the high in order of $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 43.6g, $100{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 34.6g, $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 32.2g, $50{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ as 18.2g. From these results, it was concluded that photoperiod of 16/8 and light intensity at $150{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ can be used as the light condition of RBW LED (red:blue:white = 2:1:1) for optimal growth of Taraxacum coreanum Nakai in a fully artificial light type plant factory.
한편 흰민들레의 여러가지 유용 성분들은 생즙으로 섭취하는 것이 가장 효과적이나 화경 출현으로 5월에서 6월까지 2개월 정도만 잎 수확이 가능하고 고온기에는 잎이 억세고 쓴맛이 강하여 식용에 적당치 않기 때문에 일년 중 식용할 수 있는 기간이 제한되어 있다. 따라서 본 연구는 흰민들레의 녹즙, 생채, 쌈 등에 대한 수요확대에 대비 식물공장에 의한 연중 수확기술을 개발하고자 LED 광주기와 광도가 흰민들레의 생육과 수량에 미치는 영향을 구명하였다.
제안 방법
, Korea)에 15cm × 15cm 간격으로 정식하였다. 선행한 실험에서 여러 작물의 적정 광주기를 18/6h라고 한 보고(Austin 등, 2016; Kim 등, 2016; Park 등, 2013)와 같이 LED (Red 2 : Blue 1 : White 1) 광주기를 명기 최대치를 18시간으로 하여 명기/암기 16/8, 12/12, 8/16시간으로 달리하였으며, 광도 (150µmol·m-2·s-1), 온도(25℃ ), 습도(60%), CO2(600ppm) 는 동일하게 설정 관리하였다. 양액은 N-P-K-Ca-Mg =18-6-9-10-3me·L-1 비율로 조성하여 EC 1.
광도 실험의 경우 2014년 10월 21일 정식하여 2015년 2월 23일까지 총 120일간 재배하였으며 정식 후 30부터 120일까지 30일 간격으로 총 4회 수확 조사하였다. 흰민들레의 생육은 각 수확시마다 초폭, 엽장, 엽폭, 엽수, 엽면적(LI-3100, LI-COR Inc., USA), Chlorophyll value(SPAD 502, Minolta, Japan), 엽생체중과 건물중(80℃ ,48시간 건조)을 조사하였고 최종 수확시에는 뿌리의 생체중과 건물중을 조사하였다. 엽장과 엽폭은 식물체의 가장 큰 잎을 기준으로 동일한 위치에서 측정하였다.
대상 데이터
완전 인공광형 식물공장 내 광조사 시간과 광도에 따른 흰민들레의 생육조건을 구명하기 위하여 충남 서천지역에서 자생하는 흰민들레 종자를 채취하여 사용하였다. 흰민들레 종자를 수경육묘용 원형 우레탄 스펀지에 파종 하여 22℃ 육묘실에서 발아시킨 후 약 30일간 밀폐형 식물생산시스템의 형광등(Osram Co.
데이터처리
통계는 처리당 30개체의 평균값으로 SAS(Statistical Analysis System, V. 9.1, Cary, NC, USA) 프로그램을 이용하여 Duncan 다중검정으로 유의성을 검정하였다.
성능/효과
엽면적은 150µmol·m-2·s-1 처리구에서 1,379cm2로 가장 넓었고 다음으로 100µmol·m-2·s-1 처리구 1,211cm2 , 200µmol·m-2·s-1 처리구 989cm2 , 50µmol·m-2·s-1 처리구 683cm2 순이었으나 100µmol·m-2·s-1 처리구와 200µmol·m-2·s-1 처리구간에는 통계적 유의성이 인정되지 않았다. 1주당 지상부 총 생체중은 150µmol·m-2·s-1 처리구에서 43.6g으로 가장 높았고 다음으로 100µmol·m-2·s-1과 200µmol·m-2·s-1처리구로서 각각 34.6g과 32.2g이었으며 50µmol·m-2·s-1처리구에서 18.2g으로 가장 낮았다. 지상부 건물중은 100, 150, 200µmol·m-2·s-1처리구간에는 유의적인 차이가 인정되지 않았으며 역시 50µmol·m-2·s-1처리구에서 가장 낮았다.
식물공장의 경우 연중 계획생산이 상업화의 중요한 요인인기 때문에 금후 일정생육을 이어가는 부분에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 식물공장에서 광도와 상추 생육의 연관성에 관한 선행의 연구에서 대부분 적정 광도를 200µmol·m-2·s-1 이상으로 제시하고 있으나(Cha 등, 2012; Park 등, 2013; Park과 Lee, 1999; Yoon과 Choi, 2011) 이는 수량과 함께 유통상의 문제 해결을 위한 엽육두께도 감안한 것으로, 흰민들레의 경우 부드러운 잎이 소비 측면에서는 오히려 장점이 될 수 있기 때문에 수량성 가장 높은 150µmol·m-2·s-1이 적정하다고 판단된다.
Erwin과 Heins 등(1991)은 초장은 온도와 무관하게 명기의 길이가 길수록 길어진다고 하였고, 씀바귀의 엽장, 엽폭, 엽면적, 그리고 엽수는 명기가 길수록 높게 나타났다고 하였는데(Kim 등, 2016) 본 연구 결과도 대체로 이와 일치하였다. 전 재배기간 동안 8회 수확한 1주당 수확 총엽수는 16/8시간 처리구에서 주당 224매로 12/12시간 처리구의 220매와 비슷하게 많았고 8/16시간 처리구에서 151매로 가장 적어 대체로 명기가 길수록 수확엽수도 많아지는 경향이었다. 총엽면적은 16/8h 처리구에서 3,847cm2로가장 넓었고 다음으로 12/12h 처리구 3,046cm2 , 8/16h 처리구 1,874cm2 순이었다.
초폭, 엽장, 엽폭 등은 100µmol·m-2·s-1과 150µmol·m-2·s-1에서 50µmol·m-2·s-1과 200µmol·m-2·s-1에서 보다 큰 경향을 보였으나 유의적인 차이가 없었다. 전 재배기간 동안 총 4회 수확한 엽수는 150µmol·m-2·s-1처리구에서 123매로 가장 많았으며 다음으로 107매인 200µmol·m-2·s-1 처리구와 95매인 100µmol·m-2·s-1 처리구이었고, 50µmol·m-2·s-1처리구에서 56매로 가장 적었다. 엽면적은 150µmol·m-2·s-1 처리구에서 1,379cm2로 가장 넓었고 다음으로 100µmol·m-2·s-1 처리구 1,211cm2 , 200µmol·m-2·s-1 처리구 989cm2 , 50µmol·m-2·s-1 처리구 683cm2 순이었으나 100µmol·m-2·s-1 처리구와 200µmol·m-2·s-1 처리구간에는 통계적 유의성이 인정되지 않았다.
후속연구
본 실험에서 사용한 광질은 RBW(2:1:1)로 적색광에 비해 청색광과 백색광의 비율이 50%에 달한다. 따라서 높은 청색광과 백색광의 비율이 200µmol·m-2·s-1이상에서는 생육 억제요인이 되었을 것으로 사료되며 추후 광질에 따른 흰민들레 생육 특성을 구명할 필요가 있을 것으로 판단된다. 엽록소 함량을 나타내는 SPAD값은 200µmol·m-2·s-1 처리구에서 가장 높았고 다음으로 150, 100, 50µmol·m-2·s-1 순으로 광도가 높을수록 높아지는 경향이었다.
수확간격이 30일로 일정하게 유지했는데도 각 수확시기별 생육량 차이가 발생하고 광량에 관계없이 모든 처리구에서 1, 3차 수확은 수량이 작고 2, 4차 수확에서 수량이 많았다는 것은 노지나 온실재배에서 나타나는 일반적인 현상과 동일하다. 식물공장의 경우 연중 계획생산이 상업화의 중요한 요인인기 때문에 금후 일정생육을 이어가는 부분에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. 식물공장에서 광도와 상추 생육의 연관성에 관한 선행의 연구에서 대부분 적정 광도를 200µmol·m-2·s-1 이상으로 제시하고 있으나(Cha 등, 2012; Park 등, 2013; Park과 Lee, 1999; Yoon과 Choi, 2011) 이는 수량과 함께 유통상의 문제 해결을 위한 엽육두께도 감안한 것으로, 흰민들레의 경우 부드러운 잎이 소비 측면에서는 오히려 장점이 될 수 있기 때문에 수량성 가장 높은 150µmol·m-2·s-1이 적정하다고 판단된다.
한편 상추나 씀바귀의 식물공장 재배시 잎끝이 마르는 팁번(tip burn)증상은 명기가 길어질수록 증가하는 경향을 보였다고 보고되어 있는데(Kim 등, 2016), 흰민들레 의 경우 모든 처리구에서 팁번 증상이 관찰되지 않았다. 일반적으로 팁번은 식물의 팽압이 빠르게 증가하는 조건에서 칼슘의 흡수가 원활하지 않을때 세포벽의 약화로 생기는 증상으로(Goto와 Takakura, 2003) 흰민들레에서 팁번이 관찰되지 않은 원인에 대해서는 추후 관련 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 건물률과 엽록소 함량을 나타내는 SPAD값은 흰민들레 생육이 높은 16/8h 처리구에서 가장 높았고 8/16h 처리구에서 가장 낮았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식물공장이란?
식물공장이란 광을 비롯한 작물 재배환경을 인공적으로 제어하여 최적조건을 조성함으로서 계절이나 장소에 관계없이 연중 균일한 품질의 식물을 생산할 수 있는 시스템이다(Takatsuji, 2008; Kozai, 2007). 이러한 식물공장의 특성을 이용하여 당귀, 방풍나물, 씀바귀 등의 토종 약용식물과 고추냉이, 아이스플랜트 등의 기능성 식물에 대한 재배연구가 수행되었다(Kim과 You, 2013; Kim 등, 2016; Lee 등, 2016a; Lee 등 2016b).
흰민들레가 일 년 중 식용할 수 있는 기간에 제한이 있는 이유는 무엇인가?
한편 흰민들레의 여러가지 유용 성분들은 생즙으로 섭취하는 것이 가장 효과적이나 화경 출현으로 5월에서 6월까지 2개월 정도만 잎 수확이 가능하고 고온기에는 잎이 억세고 쓴맛이 강하여 식용에 적당치 않기 때문에 일년 중 식용할 수 있는 기간이 제한되어 있다. 따라서 본 연구는 흰민들레의 녹즙, 생채, 쌈 등에 대한 수요확대에 대비 식물공장에 의한 연중 수확기술을 개발하고자 LED 광주기와 광도가 흰민들레의 생육과 수량에 미치는 영향을 구명하였다.
흰민들레의 특징은?
흰민들레(Taraxacum coreanum Nakai)는 국화과에 속하는 다년생 초본으로 우리나라 각처에 널리 분포하고 있다. 보통의 노랑민들레와 달리 꽃이 흰색인 것이 특징이며 뿌리, 잎, 꽃, 줄기 등 식물 전체를 약용으로 사용하고 있다. 지상부 말린 것을 포공영(浦公英), 뿌리 부위 말린 것을 포공영근(浦公英根)이라 하여 한약재로 사용되고 있으며(Lee 등, 2007), 주요 기능성 성분인 리놀산과 콜린 성분을 많이 함유하고 있어 고혈압, 심장병, 간질환 등의 성인병과 담즙분비 촉진, 항류마티스 등에도 효과가 뛰어난 것으로 알려져 있다(Cho 등, 2002; Yun 등, 2002). 최근 흰민들레의 약리작용에 대한 연구와 함께 항산화활성(Han, 2011; Min과 Jhoo, 2013), 항암효과(Takasaki 등, 1999; Yoon 등, 2014)에 관한 연구도 활발히 진행 중이어서 금후 항노화 힐링 식물로서 개발 가능성이 크다.
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