[논문]장일처리 광원의 종류 및 광조사 시간에 따른 페튜니아와 팬지의 개화 및 형태학적 반응

오욱

doi:10.12972/kjhst.20160021

장일처리 광원의 종류 및 광조사 시간에 따른 페튜니아와 팬지의 개화 및 형태학적 반응
Flowering and Morphological Responses of Petunia and Pansy as Influenced by Lamp Type and Lighting Period to Provide Long Days 원문보기

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.34 no.2, 2016년, pp.207 - 219

초록
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자연단일기에 장일식물의 개화를 촉진하기 일반적으로 사용되어 온 백열등(INC)이 낮은 에너지 효율 때문에 생산이 금지되었는데, 이를 대체할 수 있는 광원 중 하나는 컴팩트 형광등(CFL)이다. 본 연구에서는 몇 가지 장일식물에 대해 9시간 단일(SD) 조건의 $20^{\circ}C$ 온실에서 INC, CFL, 그리고 이 둘의 혼합광원(INC + CFL)을 이용하여 2시간(2-h) 또는 4시간(4-h) 야파(NI)나 6시간 명기연장(DE) 처리를 한 후 개화 및 형태학적 반응을 비교하였다. 전조 광원의 적색광(R):원적색광(FR) 비율은 각각 0.60, 8.46, 0.91이었으며, PPFD는 모두 $2.3{\pm}0.3{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$로 맞추었고, 대조구로 9시간 단일처리(9-h SD)를 두었다. 처리 10주 후, 페튜니아 'Wave Purple'는 단일 하에서 전혀 개화하지 않았으며, 모든 장일처리에서는 100% 개화하였다. 개화는 INC 및 INC + CFL 하에서 FL보다 앞당겨졌으며, DE와 4-h NI가 2-h NI보다 개화를 더 촉진하였다. 페튜니아 'Single Dreams Red'는 처리 후 65일까지 모두 개화하였는데, DE와 4h-NI가 2-h NI보다 개화를 더 앞당겼고 INC와 INC + CFL에서 빨리 개화하였으며 INC 6-h DE에서 개화소요일수가 가장 짧았다. 초장은 페튜니아 두 품종 모두 개화가 빨랐던 INC 하에서 가장 길었고, INC + CFL는 중간 정도였다. 팬지 'Coiossus Yellow'와 'Delta Blue Blotch' 두 품종 모두 INC 처리가 FL보다 개화를 촉진시켰는데, 전조시간별 차이는 작게 나타났다. 줄기 신장도 INC가 촉진하였으나 광원 및 전조시간에 따른 차이는 페튜니아보다 작게 나타났다. 결국 R:FR이 낮은 INC나 INC + CFL 하에서 개화 및 줄기신장이 촉진되었으며 장일처리시간이 길수록 그 효과가 더 컸다. 결론적으로, INC의 대체 전조광원으로써 CFL도 페튜니아 및 팬지의 개화를 촉진하였고 줄기신장을 억제하였으나, 개화 촉진 효과는 INC에 비하여 작았다.

Abstract ▼ AI-Helper

Incandescent (INC) lamps have been commonly used to promote flowering of long-day (LD) plants during short-day (SD) seasons, but production of INC lamps has been prohibited due to their low energy efficiency. One of the light sources replacing INC lamps is a compact fluorescent lamp (CFL). This study was carried out to compare the flowering and morphological responses of LD annuals grown in a controlled environment greenhouse at $20^{\circ}C$ with a truncated 9-h SD and a 2- or 4-h night interruption (NI) or 6-h day extension (DE) provided by lighting from INC lamps, CFLs, or a combination of the two (INC + CFLs), in which red (R) to far-red (FR) ratios were 0.60, 8.46, and 0.91, respectively, and their PPFDs were $2.3{\pm}0.3{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$. After 12 weeks of treatment, $Petunia{\times}hybrida$ 'Wave Purple' plants did not flower under the SD photoperiod whereas 100% flowered under all of the LD treatments. Flowering was more rapid under the INC or INC + CFL lighting treatments compared to CFL and DE, and 4-h NI enhanced flowering compared to 2-h NI. In addition, plants under DE and 4h-NI generally flowered earlier than under 2-h NI. All petunia 'Single Dreams Red' plants flowered within 65 days after treatment, and flowering was hastened by some LD lighting regimens and lamp types. Plants under DE and 4h-NI generally flowered earlier than under 2-h NI INC or INC + CFL compared to FL, and flowering time under INC 6-h DE was earliest. In addition, INC lighting promoted stem elongation of both petunia cultivars. In both pansy (Viola${\times}wittrockiana$) 'Coiossus Yellow' and 'Delta Blue Blotch', LD treatments, especially using INC lamps, promoted flowering whereas the lighting period had little influence on days to flowering. Therefore, INC or INC + CFL with lower R:FR promoted flowering and stem extension and the promoting effect was larger with longer lighting periods. These results suggest that CFLs can be used to provide LDs to promote the flowering of petunia and pansy and to reduce stem elongation, although the promoting effect on flowering is sometimes less than that of INC lamps alone.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2008a, 2009)를 대상으로 하는 연구였다. 따라서 본 연구에서는 장일성 일년초인 페튜니아와 팬지의 촉성재배를 위한 장일처리 시 INC와 CFL의 단독광 및 혼합광이 개화 및 줄기신장에 미치는 효과를 구명하기 위해 실시되었다. 이는 Runkle et al.

제안 방법

자연광에 의한 일장조건 암막을 이용하여 9시간(08:00-17:00)으로 통일하였고 15시간(17:00-08:00)의 암기 중에 다음과 같이 인공광원에 의한 전조를 실시하였다: DE는 9시간의 명기 종료시점부터 6시간(17:00-23:00) 동안 전조하는 처리(총 15시간 일장)였고, 4-h 및 2-h NI는 암기 중심 시간대에 각각 4시간(22:30-02:30)과 2시간(23:30-01:30) 전조하는 처리였다. 각 일장조건은 INC(60W; Philips, Somerset, NJ, USA), CFL[13-W, Model 28913(색온도 2,700K), TCP Inc., Aurora, OH, USA], 그리고 50% INC + 50% CFL을 광원으로 하여 조성되었다. 광원과 식물체의 거리는 0.
각 품목의 품종별로 처리당 20개체(2반복, 반복당 10개체)씩을 6시간 명기연장(6-h DE), 4시간 야파(4-h NI), 2시간 야파(2-h NI)의 3가지 일장조건에 두었다. 자연광에 의한 일장조건 암막을 이용하여 9시간(08:00-17:00)으로 통일하였고 15시간(17:00-08:00)의 암기 중에 다음과 같이 인공광원에 의한 전조를 실시하였다: DE는 9시간의 명기 종료시점부터 6시간(17:00-23:00) 동안 전조하는 처리(총 15시간 일장)였고, 4-h 및 2-h NI는 암기 중심 시간대에 각각 4시간(22:30-02:30)과 2시간(23:30-01:30) 전조하는 처리였다. 각 일장조건은 INC(60W; Philips, Somerset, NJ, USA), CFL[13-W, Model 28913(색온도 2,700K), TCP Inc.
각 품목의 품종별로 처리당 20개체(2반복, 반복당 10개체)씩을 6시간 명기연장(6-h DE), 4시간 야파(4-h NI), 2시간 야파(2-h NI)의 3가지 일장조건에 두었다. 자연광에 의한 일장조건 암막을 이용하여 9시간(08:00-17:00)으로 통일하였고 15시간(17:00-08:00)의 암기 중에 다음과 같이 인공광원에 의한 전조를 실시하였다: DE는 9시간의 명기 종료시점부터 6시간(17:00-23:00) 동안 전조하는 처리(총 15시간 일장)였고, 4-h 및 2-h NI는 암기 중심 시간대에 각각 4시간(22:30-02:30)과 2시간(23:30-01:30) 전조하는 처리였다.
3µmolㆍm^-2ㆍs^-1로 균일하게 맞추었다. 추가적으로 전조처리 없이 자연광으로만 9시간 조사하는 단일조건(9-h SD)을 대조구(control)로 두었다.

대상 데이터

, Litchfield, MI, USA)로부터 받아 온실에서 장일처리를 시작하기 전까지 기온 20℃, 일장 9시간(08:00-17:00)으로 유지되는 식물생장상에서 재배하였다. 생장상의 광원은 CFL과 INC였으며, 광도는 식물체 수관 높이에서 100µmolㆍm^-2ㆍs^-1의 광합성 유효광량자속밀도(photosynthetic photon flux density, PPFD)로 유지되었다. 생장상 내에서 양액을 관수하였는데 양액 조성(mgㆍL^-1)은 다음과 같았다: N, 40; P, 4; K, 40; Ca, 5; Fe, 0.
페튜니아(Petunia ×hybrida) ‘Wave Purple’(포복성)와 ‘Single Dreams Red’(직립성), 팬지(Viola ×wittrockiana) ‘Coiossus Yellow’와 ‘Delta Blue Blotch’의 어린 실생묘(발아 후 1주일)를 2008년 12월 12일 한 육묘전문 기업(Raker’s Acres, Inc., Litchfield, MI, USA)로부터 받아 온실에서 장일처리를 시작하기 전까지 기온 20℃, 일장 9시간(08:00-17:00)으로 유지되는 식물생장상에서 재배하였다. 생장상의 광원은 CFL과 INC였으며, 광도는 식물체 수관 높이에서 100µmolㆍm^-2ㆍs^-1의 광합성 유효광량자속밀도(photosynthetic photon flux density, PPFD)로 유지되었다.

데이터처리

일장처리의 종류 및 각 반복(벤치) 내 식물체 배치는 완전임의배치법으로 하였다. 수집된 자료는 SAS(SAS Institute, Cary, NC, USA)를 이용하여 통계분석하였고, 처리평균간 유의차 비교는 Tukey’s honestly significant test(p = 0.05)를 사용하였다.

이론/모형

일장처리 후 12주까지 개화하지 않으면 개화가 되지 않은 것으로 간주하였으며, 이때 반복별 개화율을 계산하였다. 일장처리의 종류 및 각 반복(벤치) 내 식물체 배치는 완전임의배치법으로 하였다. 수집된 자료는 SAS(SAS Institute, Cary, NC, USA)를 이용하여 통계분석하였고, 처리평균간 유의차 비교는 Tukey’s honestly significant test(p = 0.

성능/효과

결론적으로 페튜니아와 팬지의 개화 촉진을 위한 장일처리 시 CFL을 사용하게 되면 SD에 비해 개화를 촉진하는 효과는 있으나, 관행의 INC보다는 개화가 지연되어 출하가 늦어지는 문제가 생길 수 있다. 반면, CFL 전조 시 줄기 신장이 억제되고 측지수나 화아수가 증가할 가능성이 있어 품질 향상에 도움이 될 것이다. 또한 CFL이 INC에 비해 초장 조절을 위한 PGR 처리 등의 비용과 노력, 환경부하를 줄일 수 있다.
결론적으로 페튜니아와 팬지의 개화 촉진을 위한 장일처리 시 CFL을 사용하게 되면 SD에 비해 개화를 촉진하는 효과는 있으나, 관행의 INC보다는 개화가 지연되어 출하가 늦어지는 문제가 생길 수 있다. 반면, CFL 전조 시 줄기 신장이 억제되고 측지수나 화아수가 증가할 가능성이 있어 품질 향상에 도움이 될 것이다.
반면, CFL 전조 시 줄기 신장이 억제되고 측지수나 화아수가 증가할 가능성이 있어 품질 향상에 도움이 될 것이다. 또한 CFL이 INC에 비해 초장 조절을 위한 PGR 처리 등의 비용과 노력, 환경부하를 줄일 수 있다. 그러나 전조에 소요되는 전기에너지 측면에서는 광전환 효율이 높은 CFL의 사용이 전기 소모를 절감할 수 있으나 작기가 길어져 그 장점이 상쇄될 것이다.

후속연구

한편, 선행연구와 본 연구에서 보듯이 장일처리 광원의 광질이 개화 및 줄기 신장에 대한 영향은 종이나 품종에 따라 차이가 있으므로 장일처리용 광원 교체 시 종이나 품종 선택에 주의해야 한다. 또한 앞으로 R:FR 설정이 편리한 LED를 활용한 NI용 광원의 개발 및 상업적 활용과 다양한 품종에 대한 적용 연구가 필요하다.
팬지 두 품종을 비교해 보면 장일처리의 효과가 더 컸던 ‘Coiossus Yellow’에서는 처리간 DVB의 차이가 컸던 반면, 장일처리의 효과가 상대적으로 적었던 ‘Delta Blue Blotch’에서는 화아분화 이후 화아발달기간에 있어서 처리간 차이가 더 컸던 것으로 보인다. 이는 일정기간 이상 개화를 촉진하고 상품성 있는 개화 상태를 유도하기 위해 페튜니아보다 팬지에서 더 오래 유도일장을 유지해야 한다는 것을 암시하는 것인데, 이에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	장일처리용 인공조명으로 백열등이 가진 장점은?	장일처리용 인공조명으로는 백열등(incandescent lamp, INC)이 많이 사용되어 왔는데, 적은 설치비용, 설치의 용이성, 그늘의 최소화 등 여러 가지 장점이 있다. 그러나 최근 광전환효율(radient yield)이 낮은 백열등은 생산 자체가 규제되는 상황이므로 이를 대체할 광원이 필요하다(Runkle et al.
	직관형 형광등이 장일처리용 인공조명으로 좋지 않은 이유는?	, 2012). 직관형 형광등(fluorescent tube, FL)은 그늘이 많이 생겨 상업적 온실에서의 활용도가 낮고, 고압나트륨램프(high pressure sodium lamp)와 같은 고휘도 방전(high intensity discharge, HID) 램프는 설치비나 그늘, 필요 이상의 광량 등으로 저광도 장일처리용으로는 부적합하며, LED 등 신규 조명은 아직 초기투자비용이 높은 실정이다. 이에 비해 전구형 형광등(compact FL lamp, CFL)은 INC처럼 쉽게 설치할 수 있고 그늘도 거의 안 생기며, 가격도 많이 하락하여 이미 많이 사용되고 있는데, CFL은 INC보다 에너지를 75% 이상 절감할 수 있으며 전구 수명도 길다(Runkle et al.
	R:RF이 CFL이 INC보다 높은 이유는?	하지만, INC와 CFL의 광질은 매우 다른데, 같은 광합성 유효 광량자속(photosynthetic photonflux, PPF)일 경우 CFL은 INC보다 근적외광(far-red, FR; 700-800nm)을 매우 적게 방출한다. 따라서 적색광(red, R; 600-700 nm)과 FR의 비율, 즉 R:RF에 있어서 CFL이 INC보다 상당히 높다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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