[논문]상이한 광질 및 광주기 하에서 UV-A LED 부가 조사가 상추의 생장, 안토시아닌 및 아스코르빈산 함량에 미치는 영향

김용현; 이재수

doi:10.12972/kjhst.20160061

상이한 광질 및 광주기 하에서 UV-A LED 부가 조사가 상추의 생장, 안토시아닌 및 아스코르빈산 함량에 미치는 영향
Growth and Contents of Anthocyanins and Ascorbic Acid in Lettuce as Affected by Supplemental UV-A LED Irradiation with Different Light Quality and Photoperiod 원문보기

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.34 no.4, 2016년, pp.596 - 606

김용현 (전북대학교 농업생명과학대학 생물산업기계공학과) , 이재수 (전북대학교 대학원 생물산업정밀기계공학과)

초록
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본 연구의 공시품종은 적치마 상추(Lactuca sativa L., cv. 'Jeokchima')로서 파종 후 본엽이 4매일 때 식물공장 내에 설치된 DFT 재배시스템에 정식하였다. 본 연구에서는 피크파장이 각각 450nm, 660nm, 365nm인 청색 LED, 적색 LED, UV-A LED를 이용하여 청색 LED (B), 적색 LED (R), 청색+UV-A LED (BUV), 적색+UV-A LED (RUV) 등 4개의 처리구를 설정하였고, 대조구로서 3파장 백색형광등을 사용하였다. 또한 광주기(명기/암기)에 따른 효과를 분석하고자 3수준(12/12h, 16/8h, 20/4h)의 광주기를 설정하였다. 식물공장 내 환경 조건은 기온(명기/암기) $22/18^{\circ}C$, 상대습도 70%, $CO_2$ 농도 $800{\mu}mol{\cdot}mol^{-1}$로 조절하였다. 한편 광합성유효광양자속과 UV-A LED의 조사강도는 각각 $230{\pm}11{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, $80{\pm}3mW{\cdot}m^{-2}$이었다. 정식 후 28일째에 측정된 상추의 엽수, 엽장, 엽폭, 엽면적, 지상부 생체중 및 건물중은 본 연구에서 적용된 광질 및 광주기에 따라 유의차가 인정될 만큼 다르게 나타났다. 명기가 증가할수록 R 처리구에서의 엽수, 엽장, 엽폭, 엽면적, 지상부 생체중 및 건물중은 증가하였다. 한편 B 처리구에서는 잎의 신장이 억제되었으나, 엽록소함량은 증가하였다. UV-A의 부가 조사로 인하여 엽장, 엽폭, 엽면적 및 지상부 생체중이 감소하였다. 그러나 상추 잎의 안토시아닌 함량은 청색광 하에서 많이 증가하였으며, 명기가 짧아질수록 높게 축적되었다. 한편 UV-A의 부가 조사에 따른 안토시아닌 함량의 증가 효과는 R 처리구에서 높게 나타났다. 상추 잎의 아스코르빈산 함량은 광주기의 영향을 크게 받았다. 청색 또는 적색 LED에서 UV-A LED의 부가 조사에 따라 아스코르빈산 함량이 20-30% 증가하였다. 결론적으로 상추의 생장, 안토시아닌 및 아스코르빈산 함량에 미치는 UV-A LED의 조사 효과가 분명하게 나타났다. 향후 폐쇄형 시스템에서 엽채류의 영양성을 향상시키는 데 필요한 UV-A LED의 운용 조건을 제시하고자 할 때 본 연구 결과가 기초 자료로서 유용하게 활용될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The growth and contents of anthocyanins and ascorbic acid in lettuce(Lactuca sativa L., 'Jeokchima') as affected by supplemental UV-A LED irradiation under different light quality and photoperiod conditions were analyzed in this study. Five light qualities, namely B (blue LED), R (red LED), BUV (blue LED+UV-A LED), RUV (red LED+UV-A LED) and Control (white fluorescent lamps) with photoperiods of 12/12 hours (day/night), 16/8 hours, or 20/4 hours were provided to investigate the effects of light quality and photoperiod on the growth and accumulation of anthocyanins and ascorbic acid in lettuce leaves. As measured 28 days after transplanting, the number of leaves, leaf length, leaf width, leaf area, shoot fresh weight and dry weight of lettuce were significantly affected by light quality and photoperiod. The number of leaves, leaf length, leaf width, leaf area, shoot fresh weight and dry weight of lettuce grown under R treatment increased with increasing light period. By contrast, leaf development was inhibited, but chlorophyll content increased, under B treatment. Supplemental UV-A irradiation significantly decreased leaf length, leaf width, leaf area and shoot fresh weight. Anthocyanins in lettuce increased significantly with decreasing dark period under B treatment. A synergistic effect of supplemental UV-A LED irradiation on anthocyanins accumulation was found for lettuce leaves grown under R treatment but not B treatment. Ascorbic acid in lettuce was greatly affected by photoperiod. Ascorbic acid content at BUV and RUV treatments increased by 20-30% compared to without UV-A LED irradiation. From these results, it was concluded that growth and contents of anthocyanins and ascorbic acid in lettuce are significantly affected by supplemental UV-A LED irradiation. The results obtained in this study will be informative for efforts to improve the nutritional value of leafy vegetables grown in plant factories.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 1989; Wenke and Qichang, 2012), 작물생장용 인공광원으로서 UV LED의 이용은 최근에 이루어지고 있다. 본 연구의 목적은 상이한 광주기를 갖는 청색 및 적색 LED 하에서 생장된 상추의 생장, 안토시아닌 및 아스코르빈산의 함량 변화에 미치는 UV-A LED의 조사 효과를 분석하는 데 있다.

제안 방법

본 연구에서는 피크파장이 각각 450nm, 660nm, 365nm인 청색 LED(KLBB1203-1, KODENSHI AUK, Iksan, Korea), 적색 LED(KLRR1203-1, KODENSHI AUK, Iksan, Korea), UV-A LED(KLUV1203-1, KODENSHI AUK, Iksan, Korea)를 이용하여 4개의 처리구를 구성하였으며, 백색형광등(DULUX L55W/840, OSRAM, Munich, Germany)을 대조구로 사용하였다(Table 1). 또한 광주기(명기/암기)는 3수준(12/12h, 16/8h, 20/4h)으로 설정하였다. 이때 광원의 분광특성을 분석하고자 분광광도계(LI-1800, Li-Cor Inc.
본 연구에서는 피크파장이 각각 450nm, 660nm, 365nm인 청색 LED(KLBB1203-1, KODENSHI AUK, Iksan, Korea), 적색 LED(KLRR1203-1, KODENSHI AUK, Iksan, Korea), UV-A LED(KLUV1203-1, KODENSHI AUK, Iksan, Korea)를 이용하여 4개의 처리구를 구성하였으며, 백색형광등(DULUX L55W/840, OSRAM, Munich, Germany)을 대조구로 사용하였다(Table 1). 또한 광주기(명기/암기)는 3수준(12/12h, 16/8h, 20/4h)으로 설정하였다.
, Natick, MA, USA)의 랜덤함수를 이용하여 처리구 당 5주씩 임의로 선택된 상추를 대상으로 정식 후 28일째에 생장조사를 수행하였다. 처리구별 상추의 생장 특성으로 엽수, 엽장, 엽폭, 엽면적, 엽록소 함량, 지상부 및 지하부의 생체중 및 건물중 을 조사하였다. 하단부로부터 3번째 본엽에 대한 엽록소함량은 휴대용 엽록소 측정기(SPAD 502, MINOLTA Co.

대상 데이터

본 연구에서는 피크파장이 365nm이며, 조사강도가 80 ± 3mW· m^-2인 UV-A LED가 인공광원으로 사용되었다. 연구 결과 UV-A LED 조사로 인하여 상추의 생장이 억제되었으나, 엽록소함량, 안토시아닌 및 아스코르빈산 함량의 증가에 효과적이었다.
적치마상추(Lactuca sativa L. ‘중생종’, 흥농씨앗) 종자를 파종한 후 본엽이 4매일 때 폐쇄형 식물 생산시스템(이하 ‘폐쇄형 시스템’) 내에 설치된 담액수경 재배베드에 각 처리구당 27주씩 정식하였다. 양액 처방은 서울시립대 엽채류 배양액(N-P-K-Ca-Mg=0.

데이터처리

상추의 생장 특성, 안토시아닌 및 아스코르빈산 함량에 미치는 광질과 광주기의 영향을 분석하고자 SAS 프로그램(V9.3, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 이원분산분석을 하였으며 최소유의차 검정으로 5% 수준에서 각 처리간의 유의성을 검증하였다.

성능/효과

본 연구에서 적용된 광질은 정식 후 28일째에 측정된 상추의 엽수, 엽장, 엽폭, 엽형지수, 엽면적, 비엽면적(specific leaf area), 지상부 생체중 및 건물중, 엽록소 함량 등 생장 특성에 커다란 영향을 미쳤다. 또한 엽수, 엽형지수 및 비엽면적을 제외한 생장 특성은 광주기의 영향을 크게 받았다.
안토시아닌의 축적에 미치는 광질 효과가 분명하게 유의차를 나타낸 가운데 B 처리구에서의 안토시아닌 함량을 R 처리구와 비교하면 광주기가 12/12h, 16/8h, 20/4h일 때 각각 10.7배, 9.2배, 4.1배 높게 나타났다(Fig. 5). 상기 결과로부터 안토시아닌의 축적이 청색광 조건에서 많이 이루어지거나, 명기가 짧아질수록 상대적으로 많이 이루어짐을 알 수 있다.
인 UV-A LED가 인공광원으로 사용되었다. 연구 결과 UV-A LED 조사로 인하여 상추의 생장이 억제되었으나, 엽록소함량, 안토시아닌 및 아스코르빈산 함량의 증가에 효과적이었다. 그러므로 안토시아닌 및 아스코르빈산 함량에 미치는 UV-A LED의 부가 조사 효과는 인공광하에서 생산된 엽채류의 영양성을 높이는 데 기여할 것으로 판단된다.

후속연구

한편 가시광 영역의 LED 효율은 20% 정도이나, 피크파장이 365nm인 UV-A LED 효율은 5-8%에 불과하다. 그러므로 폐쇄형 시스템에서 UV-A LED 도입의 실용성을 높이려면 UV-A LED의 부가 조사에 따른 엽채류의 영양성 향상 효과, 조명효율, 가격 등을 종합적으로 검토해야 할 것이다. 아울러 UV-A LED의 적정 조사강도와 조사 시간을 제시할 수 있는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
그러므로 폐쇄형 시스템에서 UV-A LED 도입의 실용성을 높이려면 UV-A LED의 부가 조사에 따른 엽채류의 영양성 향상 효과, 조명효율, 가격 등을 종합적으로 검토해야 할 것이다. 아울러 UV-A LED의 적정 조사강도와 조사 시간을 제시할 수 있는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	안토시아닌 합성이란?	, 2012). 이 가운데 안토시아닌 합성은 광환경 스트레스에 따른 식물의 전형적인 반응에 해당한다(Scott, 1999). 식물에게 광환경 스트레스를 부여하는 자외선은 파장에 따라 UV-A (315-380nm), UV-B (280-315nm), UV-C (100-280nm)의 3 영역으로 구분된다.
	파장은 짧으나 높은 에너지를 지닌 자외선은 식물 생장 특성에 어떠한 영향을 미치는가?	파장은 짧으나 높은 에너지를 지닌 자외선은 식물 생장 특성에 커다란 영향을 미칠 뿐만 아니라 DNA, RNA 및 단백질에 물리적 손상을 초래한다(Britt et al., 1993; Frohnmeyer and Steiger, 2003; Jansen et al.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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