야간 적색 LED 처리가 'Fuji'/M.26 사과나무의 광합성, 영양생장 및 과실 품질에 미치는 영향 Influence of Red LED Treatment on Photosynthesis, Vegetative Growth and Fruit Quality in 'Fuji'/M.26 Apple Trees during Night원문보기
본 실험은 일몰 후 밤 동안의 적색 LED(light emitting diode) 처리가 성목기 '후지'/M.26 사과나무의 광합성, 영양생장 및 과실품질에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다. 적색 LED 처리구의 주간 광합성속도, 기공전도도 및 증산속도는 무처리구와 차이가 없었다. 그러나 적색 LED 처리구의 야간 기공전도도와 증산속도는 무처리구보다 낮았고, 일몰 후 밤 동안의 적색 LED 처리는 야간 광합성을 유도하지 않았다. 잎의 특성에 있어서는, 적색 LED 처리는 잎의 면적과 C/N율을 증가시켰으나 잎의 SPAD값은 감소시켰다. 과대지의 길이는 적색 LED 처리구가 무처리구보다 짧았다. 과실의 특성에 있어서는 적색 LED 처리는 과실의 에틸렌 발생량, 호흡속도, 가용성 고형물 함량 및 착색 정도를 증진시켰는데, 특히 착색 정도는 적색 LED 처리시간이 길수록 증가되었다. 결론적으로, '후지'/M.26 사과나무의 일몰 후 야간 적색 LED 처리는 과실의 성숙을 촉진하였다.
본 실험은 일몰 후 밤 동안의 적색 LED(light emitting diode) 처리가 성목기 '후지'/M.26 사과나무의 광합성, 영양생장 및 과실품질에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다. 적색 LED 처리구의 주간 광합성속도, 기공전도도 및 증산속도는 무처리구와 차이가 없었다. 그러나 적색 LED 처리구의 야간 기공전도도와 증산속도는 무처리구보다 낮았고, 일몰 후 밤 동안의 적색 LED 처리는 야간 광합성을 유도하지 않았다. 잎의 특성에 있어서는, 적색 LED 처리는 잎의 면적과 C/N율을 증가시켰으나 잎의 SPAD값은 감소시켰다. 과대지의 길이는 적색 LED 처리구가 무처리구보다 짧았다. 과실의 특성에 있어서는 적색 LED 처리는 과실의 에틸렌 발생량, 호흡속도, 가용성 고형물 함량 및 착색 정도를 증진시켰는데, 특히 착색 정도는 적색 LED 처리시간이 길수록 증가되었다. 결론적으로, '후지'/M.26 사과나무의 일몰 후 야간 적색 LED 처리는 과실의 성숙을 촉진하였다.
This study was conducted to find out the influence of red LED (Light Emitting Diode) lighting on the photosynthesis, vegetative growth and fruit quality of 'Fuji'/M.26 adult apple tree during night after sunset. The photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate at daytime of red L...
This study was conducted to find out the influence of red LED (Light Emitting Diode) lighting on the photosynthesis, vegetative growth and fruit quality of 'Fuji'/M.26 adult apple tree during night after sunset. The photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate at daytime of red LED treatments was not different to those of the control. However, the stomatal conductance and transpiration rate at the nighttime of red LED treatments were lower than those of the control, and the red LED lighting during night after sunset was not induce to photosynthesize at nighttime. In the leaf characteristics, the red LED lighting seemed to increase leaf area and C/N ratio, but decrease SPAD value. The bourse shoot length of the red LED treatments was shorter than that of the control. In the fruit quality, the red LED lighting seemed to increase ethylene production, respiration rate, soluble solid content and fruit red color, and especially the fruit red color tend to increase as the red LED lighting time was longer. In conclusion, the red LED lighting during night after sunset of 'Fuji'/M.26 apple tree promoted the fruit maturation.
This study was conducted to find out the influence of red LED (Light Emitting Diode) lighting on the photosynthesis, vegetative growth and fruit quality of 'Fuji'/M.26 adult apple tree during night after sunset. The photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration rate at daytime of red LED treatments was not different to those of the control. However, the stomatal conductance and transpiration rate at the nighttime of red LED treatments were lower than those of the control, and the red LED lighting during night after sunset was not induce to photosynthesize at nighttime. In the leaf characteristics, the red LED lighting seemed to increase leaf area and C/N ratio, but decrease SPAD value. The bourse shoot length of the red LED treatments was shorter than that of the control. In the fruit quality, the red LED lighting seemed to increase ethylene production, respiration rate, soluble solid content and fruit red color, and especially the fruit red color tend to increase as the red LED lighting time was longer. In conclusion, the red LED lighting during night after sunset of 'Fuji'/M.26 apple tree promoted the fruit maturation.
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문제 정의
따라서 본 시험은 ‘후지’/M.26 사과나무를 대상으로 노지에서 야간에 적색 LED 보광 처리를 통하여 수체의 광합성, 영양생장 및 과실품질에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다.
본 실험은 일몰 후 밤 동안의 적색 LED(light emitting diode) 처리가 성목기 ‘후지’/M.26 사과나무의 광합성, 영양생장 및 과실품질에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다.
제안 방법
야간 광합성능력은 6월 20일에, 주간 광합성능력은 7월 16일에 조사하였다. 6월 20일 야간 광합성능력은 나무별로 지표면에서 1.5m 높이에 위치한 1개의 과대지를 미리 선정한 뒤, 자연광 챔버(Sun Sky, Li-COR, USA)가 부착된 광합성 측정기(LI-6400, LI-COR, USA)로 과대지 중간 부위 잎을 대상으로 19시부터 22시까지 1시간 간격으로 3회 조사하였다. 광합성 측정 시 CO2 농도 조절은 매시간 LI-6400의 CO2 농도 조절 밸브를 완전히 열어 측정한 노지 대기의 CO2 농도를 매시간 LI-6400에 대입하였다.
조사항목은 잎의 엽록소지수(SPAD), 엽면적, 및 C/N율로, 잎의 엽록소지수는 간이 엽록소 측정기(SPAD502, Minolta, Japan)를, 엽면적은 엽면적 기계(LI3100, MEIWA, USA)를 이용하여 조사하였다. C/N율은 시험구별로 엽록소지수 및 엽면적을 조사한 잎을 80℃ 온풍기 (VS-120204, Vision, Korea)에서 3일 정도 건조시킨 후 분쇄하여 원소분석기(Vario Max CNS, Elementar, Germany)로 분석하였다.
광원은 광파장이 660nm인 적색 LED(20LED/PCB, BLTECH, Korea)를 이용하였고, 광원이 사과나무의 선단에서 1m 이내에 위치할 수 있도록 4m 높이의 개별지주 최상단에 LED를 설치하였다. LED가 설치된 4m 높이의 개별지주는 나무 사이에 하나씩, 즉 3나무에 LED가 설치된 지주가 2개씩 배치되도록 하였다. 일몰 후 LED 보광기간은 사과나무의 신초생장 1차 정지기(6월 중순부터 7월 중순까지)와 과실의 성숙기(9월말부터 10월말까지)로, 각각 1개월간 처리하였다.
착색 정도는 색차계(Chroma meter CR-400, Konica minolta, Japan)를 사용하여 각각의 과실을 3부분(양광면, 음광면, 중간부분)의 평균값을 Hunter a value로 표시하였다. 가용성 고형물 함량은 2과씩 과실을 분쇄하여 착즙한 후 110mm 거름종이(Filter paper, Advantec, Japan)로 걸러 디지털당도계(PR-100, Atago, Japan)로 측정하였고, 산 함량은 과즙 5mL를 증류수 20mL로 희석한 후 0.1N NaOH로 적정하여 pH 8.1이 되는 점의 적정치를 사과산으로 환산하였다.
과실의 에틸렌 발생량 및 호흡속도는 과실 수확 하루 전에 나무 별로 수고 상단부(수고 2.0-2.5m)의 과실을 처리 당 6개, 총 18개 과실을 채취하여 과중을 측정한 후 이들 과실을 각각 1.0L 밀폐용기에 1개씩 넣어 실온에서 2시간 방치하였다. 이후 1mL 주사기로 밀폐용기 head space에서 가스 1mL씩 2개 채취한 뒤 1개는 FID(flame ionization detector)를 장착한 Gas Chromatography(HP6890, Hewlett-Packard, USA)로 에틸렌 발생량을 조사하였고, 나머지는 한 개는 TCD(thermal conductivity detector)를 장착한 동일 규격의 GC(6890N, Agilent Technol.
과실은 10월말에 전량 수확하여 조사하였다. 과중은 나무 별로 과실을 전수 조사하였고, 착색 정도, 가용성 고형물 함량 및 산 함량은 나무 별로 10과씩 무작위로 선별하여 조사하였다.
광합성 측정 시 CO2 농도 조절은 매시간 LI-6400의 CO2 농도 조절 밸브를 완전히 열어 측정한 노지 대기의 CO2 농도를 매시간 LI-6400에 대입하였다. 광원의 야간 광량은 매시간 적색 LED 광원으로부터 1m 아래 부근(수고 3m 부위)에서 휴대용 광량 측정기(Field scout, Spectrum, USA)로 측정하였다.
이에 반해 7월 16일 주간 광합성능력은 야간 광합성 능력을 조사한 잎을 대상으로 하여, 인공광 챔버(Red/Blue LED internal light source, Li-COR, USA)가 부착된 광합성 측정기를 이용하여 10시부터 14시까지 1시간 간격으로 4회 조사하였다. 광합성 측정 시 광량 조절은 매시간 휴대용 광량 측정기로 측정한 지면에서 1.5m 높이의 노지 광량을 LI-6400의 인공광 챔버에 매시간 대입하였다. 광합성 측정 시 CO2 농도 조절은 야간 광합성조사와 동일하게 하였다.
, USA)로 호흡속도를 조사하였다. 분석조건은 Porapak Q(80/1002m, Agilent Technol., USA) column을 이용하여 injector temperature, oven temperature, detector temperature를 각각 100℃, 80℃, 200℃로 설정하였다. carrier gas는 He을 사용하였다.
시기별 과대지 길이 조사는 지표면에서 1.3-1.5m 높이에 위치한 과대지를 나무별로 5개씩 선정한 뒤 6월부터 10월말까지 2주 간격으로 조사하였다.
LED의 점등과 소등은 타이머를 이용하여, 점등은 19시에, 소등은 21시와 23시에 되도록 조절하였다. 시험구는 1주 1반복으로 하여 3반복으로 실시하였다.
야간 광합성능력은 6월 20일에, 주간 광합성능력은 7월 16일에 조사하였다. 6월 20일 야간 광합성능력은 나무별로 지표면에서 1.
이에 반해 7월 16일 주간 광합성능력은 야간 광합성 능력을 조사한 잎을 대상으로 하여, 인공광 챔버(Red/Blue LED internal light source, Li-COR, USA)가 부착된 광합성 측정기를 이용하여 10시부터 14시까지 1시간 간격으로 4회 조사하였다. 광합성 측정 시 광량 조절은 매시간 휴대용 광량 측정기로 측정한 지면에서 1.
0L 밀폐용기에 1개씩 넣어 실온에서 2시간 방치하였다. 이후 1mL 주사기로 밀폐용기 head space에서 가스 1mL씩 2개 채취한 뒤 1개는 FID(flame ionization detector)를 장착한 Gas Chromatography(HP6890, Hewlett-Packard, USA)로 에틸렌 발생량을 조사하였고, 나머지는 한 개는 TCD(thermal conductivity detector)를 장착한 동일 규격의 GC(6890N, Agilent Technol., USA)로 호흡속도를 조사하였다. 분석조건은 Porapak Q(80/1002m, Agilent Technol.
LED가 설치된 4m 높이의 개별지주는 나무 사이에 하나씩, 즉 3나무에 LED가 설치된 지주가 2개씩 배치되도록 하였다. 일몰 후 LED 보광기간은 사과나무의 신초생장 1차 정지기(6월 중순부터 7월 중순까지)와 과실의 성숙기(9월말부터 10월말까지)로, 각각 1개월간 처리하였다.
조사항목은 잎의 엽록소지수(SPAD), 엽면적, 및 C/N율로, 잎의 엽록소지수는 간이 엽록소 측정기(SPAD502, Minolta, Japan)를, 엽면적은 엽면적 기계(LI3100, MEIWA, USA)를 이용하여 조사하였다. C/N율은 시험구별로 엽록소지수 및 엽면적을 조사한 잎을 80℃ 온풍기 (VS-120204, Vision, Korea)에서 3일 정도 건조시킨 후 분쇄하여 원소분석기(Vario Max CNS, Elementar, Germany)로 분석하였다.
처리구는 적색 LED 2시간 처리구와 4시간 처리구 외에 야간에 보광을 하지 않은 무처리구를 두었다. LED의 점등과 소등은 타이머를 이용하여, 점등은 19시에, 소등은 21시와 23시에 되도록 조절하였다.
대상 데이터
, USA) column을 이용하여 injector temperature, oven temperature, detector temperature를 각각 100℃, 80℃, 200℃로 설정하였다. carrier gas는 He을 사용하였다.
광원은 광파장이 660nm인 적색 LED(20LED/PCB, BLTECH, Korea)를 이용하였고, 광원이 사과나무의 선단에서 1m 이내에 위치할 수 있도록 4m 높이의 개별지주 최상단에 LED를 설치하였다. LED가 설치된 4m 높이의 개별지주는 나무 사이에 하나씩, 즉 3나무에 LED가 설치된 지주가 2개씩 배치되도록 하였다.
본 시험은 2012년에 경북 군위군 소보면 소재 국립원예특작과학원 사과연구소에 4.0×1.5m(167주/10a)로 재식되어 있는 수고 3.0m인 12년생 세장방추형 ‘후지’/M.26사과나무를 대상으로 하여 실시하였다.
잎의 특성은 8월 11일에 나무 별로 정단신초 중간부위에 위치한 잎을 30매씩 채취하여 분석하였다.
성능/효과
과실의 특성에 있어서는 적색 LED 처리는 과실의 에틸렌 발생량, 호흡속도, 가용성 고형물 함량 및 착색 정도를 증진시켰는데, 특히 착색 정도는 적색 LED 처리시간이 길수록 증가되었다. 결론적으로, ‘후지’/M.26 사과나무의 일몰 후 야간 적색 LED 처리는 과실의 성숙을 촉진하였다.
과대지의 길이는 적색 LED 처리구가 무처리구보다 짧았다. 과실의 특성에 있어서는 적색 LED 처리는 과실의 에틸렌 발생량, 호흡속도, 가용성 고형물 함량 및 착색 정도를 증진시켰는데, 특히 착색 정도는 적색 LED 처리시간이 길수록 증가되었다. 결론적으로, ‘후지’/M.
그러나 가용성 고형물 함량은 적색 LED 처리구들이 13.1-13.6°Brix 정도로 무처리구의 12.7°Brix보다 높은 경향이 있었고, 착색 정도 역시 적색 LED 처리구가 16.5-17.6 정도로 무처리구의 16.1보다 높은 경향이 있었다.
Song과 Song(2012)은 실내에 관엽식물을 키우면 광 조건이 불량하여 식물이 정상적인 광합성을 할 수 없게 되어 고사되지만, 광도가 현저히 낮은 실내조건에서 LED 광을 이용하면 식물의 생존율이 높아진다고 하였다. 그러나 본 시험에서는 야간 기공 전도도 및 증산속도만 적색 LED 처리구가 무처리구보다 낮았을 뿐, 야간 광합성속도 및 주간 광합성능력(광합성속도, 기공전도도, 증산속도)는 처리구간에 차이가 없었다(Table 1). 본 시험에서 적색 LED 처리구들이 야간에 광합성을 하지 않았던 것(Table 1)은 사과나무 잎의 광보상점은 25-30µmol·m-2·s-1 정도(Kweon 등, 2013; Tromp, 2005)인데, 본 시험에서 야간 광합성능력 측정시 적색 LED 광원으로부터 1m 하단 부위(수고 3m 부위)에서 측정한 광량이 7.
적색광은 엽록소 형성 및 잎의 생체중과 면적 증대에 효과적이며(Chae 등, 2006; Heo 등, 2010; Kang 등, 2013), 환경 스트레스에 의해 식물체 내 에틸렌 발생이 증가하면 잎의 생장이 억제된다는 사실은 잘 알려져 있다(Kim 등, 1995). 그러나 본 시험에서는 적색 LED 처리구들의 엽록체지수는 무처리구보다 낮은 경향이 있었고, 엽면적은 반대로 적색 LED 처리구가 무처리구보다 높았다(Table 2). 본 시험에서 적색 LED 처리구의 엽록체지수가 무처리구보다 낮았던 것(Table 2)은 장시간의 야간적색 LED 보광에 의해 많아진 에틸렌(Table 3)이 밤 동안 식물의 성숙 및 노화를 유도하여 탈녹(degreening)을 유도하였기 때문(Byun 등, 2006; Chae 등, 2006; Kim 등, 1995; 2006)으로 판단되었다.
적색 LED 처리구의 주간 광합성속도, 기공전도도 및 증산속도는 무처리구와 차이가 없었다. 그러나 적색 LED 처리구의 야간 기공전도도와 증산속도는 무처리구보다 낮았고, 일몰 후 밤 동안의 적색 LED 처리는 야간 광합성을 유도하지 않았다. 잎의 특성에 있어서는, 적색 LED 처리는 잎의 면적과 C/N율을 증가시켰으나 잎의 SPAD값은 감소시켰다.
1), 가용성 고형물 함량 및 착색 정도가 증진되는 과실의 성숙 촉진 효과가 나타났다(Table 3). 또한, 적색 LED 보광시간이 길수록 과대지 길이가 짧아지면서 착색 정도가 뚜렷하게 증진되는 경향을 보였다(Fig. 1; Table 3). 즉, 사과나무에 있어 야간 적색 LED 보광처리는 수확 시 과실품질을 향상시킬 수 있는 좋은 방법이라고 할 수 있지만 적색 LED 보광처리에 따른 에틸렌 발생 증가는 과실의 저장력을 감소시킬 수 있으므로(Kim 등, 1995), 향후 적색 LED 보광 처리에 따른 사과 과실의 저장력에 대한 검증 시험이 필요하다고 생각되었다.
한편, 과실 내 에틸렌 발생량이 증가하기 시작하면 과실의 비대생장은 둔화되기 시작하면서 과실의 성숙 및 후숙이 촉진되는데(Kim 등, 1995; 2006), 식물에 적색 LED 광을 처리하면 안토시아닌 형성 및 가용성 고형물 함량이 촉진되면서, 산 함량은 반대로 감소되는 후숙 효과가 나타난다는 보고(Baek 등, 2010; Zhou와 Singh, 2002)가 있다. 본 시험에서는 에틸렌 발생량이 높았던 적색 LED 처리구들의 과중은 무처리구와 차이가 없었지만 과실의 성숙은 적색 LED 처리구들이 무처리구보다 더 촉진되어 있었다(Table 3).
식물의 기공은 광이 조사되면 열리고 어두우면 닫히며(Byun 등, 2006), 식물이 수분스트레스를 받으면 체내 에틸렌과 ABA의 함량이 증가하면서 기공이 닫히는데(Chae 등, 2006; Kim 등, 1995; Lakso, 2003), Heo 등(2009)은 적색 LED 광은 에틸렌 합성을 촉진시키는 경향이 있다고 하였다. 본 연구 역시 적색 LED 처리구의 과실 에틸렌 발생량은 야간에 보광을 하지 않은 무처리 구보다 6배 정도 더 높았다(Table 3). 즉, 본 시험에서 적색 LED 처리구들의 야간 기공전도도 및 증산속도가 무처리구보다 오히려 낮아졌던 것(Table 1)은 적색 LED 광에 의해 체내에 발생된 에틸렌이 ABA 발생을 유도하였기 때문(Byun 등, 2006; Kim 등, 1995)으로 생각되었다.
이상의 결과를 종합해보면, 밤 동안 사과나무에 적색 LED를 보광처리 할 경우 기대했던 주야간 광합성활동 증진 효과는 없었지만(Table 1), 체내 에틸렌 발생량이 증가하여(Table 3), 신초생장이 억제되면서(Fig. 1), 가용성 고형물 함량 및 착색 정도가 증진되는 과실의 성숙 촉진 효과가 나타났다(Table 3). 또한, 적색 LED 보광시간이 길수록 과대지 길이가 짧아지면서 착색 정도가 뚜렷하게 증진되는 경향을 보였다(Fig.
26 사과나무의 광합성, 영양생장 및 과실품질에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다. 적색 LED 처리구의 주간 광합성속도, 기공전도도 및 증산속도는 무처리구와 차이가 없었다. 그러나 적색 LED 처리구의 야간 기공전도도와 증산속도는 무처리구보다 낮았고, 일몰 후 밤 동안의 적색 LED 처리는 야간 광합성을 유도하지 않았다.
후속연구
1; Table 3). 즉, 사과나무에 있어 야간 적색 LED 보광처리는 수확 시 과실품질을 향상시킬 수 있는 좋은 방법이라고 할 수 있지만 적색 LED 보광처리에 따른 에틸렌 발생 증가는 과실의 저장력을 감소시킬 수 있으므로(Kim 등, 1995), 향후 적색 LED 보광 처리에 따른 사과 과실의 저장력에 대한 검증 시험이 필요하다고 생각되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광의 유무 및 광질에 따른 고등식물의 에틸렌 합성의 연구결과는 무엇이 있는가?
고등식물의 에틸렌 합성은 광의 유무 및 광질에 크게 영향을 받는데, 이에 대한 연구 결과는 연구자에 따라 많은 차이를 나타낸다. 그 결과를 보면, Kim 등(1995)은 광은 식물의 종에 따라 에틸렌 함량을 증가도 시키고 감소도 시킨다고 한 반면에, Byun 등(2006)은 대부분의 녹색식물에서 에틸렌 발생은 광 조건에서 억제된다고 하였고, Heo 등(2009)은 아프리칸 매리골드나 살비아에 적색 LED 광을 조사하면 광합성속도가 증진되면서 식물체 내의 에틸렌 발생량이 증가한다고 하였다. 즉, 사과나무에 있어 에틸렌은 과실의 품질, 수확시기 및 저장기간 결정에 중요한 요소인데(Kim 등, 2006), 현재 국내에서는 광질과 사과나무의 광합성활동 및 에틸렌 합성과의 관계를 구명한 연구가 거의 없다.
식물이 수분스트레스를 받으면 어떤 반응을 보이는가?
식물의 기공은 광이 조사되면 열리고 어두우면 닫히며 (Byun 등, 2006), 식물이 수분스트레스를 받으면 체내 에틸렌과 ABA의 함량이 증가하면서 기공이 닫히는데 (Chae 등, 2006; Kim 등, 1995; Lakso, 2003), Heo 등 (2009)은 적색 LED 광은 에틸렌 합성을 촉진시키는 경향이 있다고 하였다. 본 연구 역시 적색 LED 처리구의 과실 에틸렌 발생량은 야간에 보광을 하지 않은 무처리 구보다 6배 정도 더 높았다(Table 3).
사과의 착색 정도를 측정한 방법은 무엇인가?
착색 정도는 색차계(Chroma meter CR-400, Konica minolta, Japan)를 사용하여 각각의 과실을 3부분(양광면, 음광면, 중간부분)의 평균값을 Hunter a value로 표시하였다. 가용성 고형물 함량은 2과씩 과실을 분쇄하여 착즙한 후 110mm 거름종이(Filter paper, Advantec, Japan) 로 걸러 디지털당도계(PR-100, Atago, Japan)로 측정하였고, 산 함량은 과즙 5mL를 증류수 20mL로 희석한후 0.
참고문헌 (22)
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