담액수경재배 시스템에서 플라즈마수 처리가 상추의 생육 및 페놀류 함량에 미치는 영향 Effect of Plasma-activated Water Process on the Growth and Functional Substance Content of Lettuce during the Cultivation Period in a Deep Flow Technique System원문보기
본 연구에서는 플라즈마 발생장치를 수경재배 시스템과 결합하여 재배 기간 동안 처리 시 상추의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 살펴보기 위해 실시하였다. 3주 동안 육묘하여 균일한 크기의 상추 묘를 semi-DFT에 정식하였으며, 플라즈마 공정 장치를 결합하여 4주 동안 8시간 주기로 1시간씩 수중에서 간헐적으로 작동시켰다. 양액(대조구), 플라즈마 활성수(4.2kV, 5.7kV)를 사용하여 온실에서 재배하였으며 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다. 플라즈마 활성수 처리 기간 동안 발생되는 활성산소종 중에서 O3로 인하여 플라즈마 발생 장치에 근접한 개체일수록갈색 반점 및 괴사현상이 나타났으며, 생육조사를 실시한 결과 유의적 차이가 나타나지 않았다. 기능성 물질 분석 결과 상추 지상부의 rutin과 총 페놀 함량은 플라즈마수보다 높았지만, epicatechin의 경우 플라즈마수 처리에서 함량이 더 많았다. 근권부에서 측정된 이차대사산물인 rutin, epicatechin, quercetin 및 총 페놀 함량은 대조구보다 플라즈마수 처리구에서 유의하게 높았다. 이러한 결과는 플라즈마수 처리 시간동안 수중에 오존과 같은 활성산소종으로 인해 지상부 생육이 잘 이루어지지 못했으나, 근권 영역에서는 이차대사산물이 크게 증가하였다. 향후 간헐적인 플라즈마 활성수 생성에 따른 생리 장해를 극복하고 뿌리채소의 수경재배 시스템에 적용하여 이차대사산물을 증가시키기 위한 본 기술의 도입이 필요하다.
본 연구에서는 플라즈마 발생장치를 수경재배 시스템과 결합하여 재배 기간 동안 처리 시 상추의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 살펴보기 위해 실시하였다. 3주 동안 육묘하여 균일한 크기의 상추 묘를 semi-DFT에 정식하였으며, 플라즈마 공정 장치를 결합하여 4주 동안 8시간 주기로 1시간씩 수중에서 간헐적으로 작동시켰다. 양액(대조구), 플라즈마 활성수(4.2kV, 5.7kV)를 사용하여 온실에서 재배하였으며 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다. 플라즈마 활성수 처리 기간 동안 발생되는 활성산소종 중에서 O3로 인하여 플라즈마 발생 장치에 근접한 개체일수록갈색 반점 및 괴사현상이 나타났으며, 생육조사를 실시한 결과 유의적 차이가 나타나지 않았다. 기능성 물질 분석 결과 상추 지상부의 rutin과 총 페놀 함량은 플라즈마수보다 높았지만, epicatechin의 경우 플라즈마수 처리에서 함량이 더 많았다. 근권부에서 측정된 이차대사산물인 rutin, epicatechin, quercetin 및 총 페놀 함량은 대조구보다 플라즈마수 처리구에서 유의하게 높았다. 이러한 결과는 플라즈마수 처리 시간동안 수중에 오존과 같은 활성산소종으로 인해 지상부 생육이 잘 이루어지지 못했으나, 근권 영역에서는 이차대사산물이 크게 증가하였다. 향후 간헐적인 플라즈마 활성수 생성에 따른 생리 장해를 극복하고 뿌리채소의 수경재배 시스템에 적용하여 이차대사산물을 증가시키기 위한 본 기술의 도입이 필요하다.
We suggest a hydroponic cultivation system combined with a plasma generator to investigate the changes in the growth and functional substance content of lettuces during the cultivation period. Lettuce seedlings of uniform size were planted in semi-DFT after seeding for 3 weeks, and the plasma-activa...
We suggest a hydroponic cultivation system combined with a plasma generator to investigate the changes in the growth and functional substance content of lettuces during the cultivation period. Lettuce seedlings of uniform size were planted in semi-DFT after seeding for 3 weeks, and the plasma-activated water was intermittently operated for 1 hour at an 8 hours cycle for 4 weeks. Lettuces grew with or without plasma-activated water with the nutrient solution in hydroponics culture systems. Among the reactive oxygen species generated during plasma-activated water treatment, brown spots and necrosis appeared in the individuals closer to the plasma generating device due to O3, and there was no significant difference in the growth parameters. While the rutin and total phenolic content of the lettuce shoot grown in the nutrient solution were higher than that of the plasma-activated water, epicatechin contents in plasma-activated water were significantly greater than the nutrient solution. However, in the roots, all kinds of secondary metabolites measured in this work, rutin, epicatechin, quercetin, and total phenolic contents, were significantly higher in the plasma-activated water than the control. These results were indicated that the growth of lettuce was decreased due to the reactive oxygen species such as ozone in the plasma-activated water, but the secondary metabolites in the root zone increased significantly. It has needed to use this technology for the cultivation of root vegetables with the modified plasma-activated water systems to increase secondary metabolite in the roots.
We suggest a hydroponic cultivation system combined with a plasma generator to investigate the changes in the growth and functional substance content of lettuces during the cultivation period. Lettuce seedlings of uniform size were planted in semi-DFT after seeding for 3 weeks, and the plasma-activated water was intermittently operated for 1 hour at an 8 hours cycle for 4 weeks. Lettuces grew with or without plasma-activated water with the nutrient solution in hydroponics culture systems. Among the reactive oxygen species generated during plasma-activated water treatment, brown spots and necrosis appeared in the individuals closer to the plasma generating device due to O3, and there was no significant difference in the growth parameters. While the rutin and total phenolic content of the lettuce shoot grown in the nutrient solution were higher than that of the plasma-activated water, epicatechin contents in plasma-activated water were significantly greater than the nutrient solution. However, in the roots, all kinds of secondary metabolites measured in this work, rutin, epicatechin, quercetin, and total phenolic contents, were significantly higher in the plasma-activated water than the control. These results were indicated that the growth of lettuce was decreased due to the reactive oxygen species such as ozone in the plasma-activated water, but the secondary metabolites in the root zone increased significantly. It has needed to use this technology for the cultivation of root vegetables with the modified plasma-activated water systems to increase secondary metabolite in the roots.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 담액수경재배 시스템(deep flow technique, DFT)과 플라즈마 발생장치를 결합하여 상추 재배 기간 동안 간헐적 플라즈마수 처리가 생육 및 페놀류 함량에 미치는 영향에 대해 알아보고자 수행되었다.
본 연구에서는 플라즈마 발생장치를 수경재배 시스템과 결합하여 재배 기간 동안 처리 시 상추의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 살펴보기 위해 실시하였다. 3주 동안 육묘하여 균일한 크기의 상추 묘를 semi-DFT에 정식하였으며, 플라즈마 공정 장치를 결합하여 4주 동안 8시간 주기로 1시간씩 수중에서 간헐적으로 작동시켰다.
제안 방법
본 연구에서는 플라즈마 발생장치를 수경재배 시스템과 결합하여 재배 기간 동안 처리 시 상추의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 살펴보기 위해 실시하였다. 3주 동안 육묘하여 균일한 크기의 상추 묘를 semi-DFT에 정식하였으며, 플라즈마 공정 장치를 결합하여 4주 동안 8시간 주기로 1시간씩 수중에서 간헐적으로 작동시켰다. 양액(대조구), 플라즈마 활성수(4.
Hoagland 양액(NO3-N 14me·L-1, NH4-N 1me·L-1, PO4-P 3me·L-1, K 6me·L-1, Ca 8me·L-1, Mg 4me·L-1, SO4-S 4me·L-1)을 사용하여 본엽이 발생한 시점부터 급액 하였다.
, Korea)을 이용하여 측정하였다. 건물중 측정을 위해 지상부와 지하부를 각각 시료분석용 봉투에 넣어 70℃로 설정한 건조기(HB-501M, Hanbaek Scientific Technology Co. Ltd., Bucheon, Korea)를 사용하여 1주일간 건조시킨 후 동일한 전자저울로 측정하였다.
담액 수경재배 시스템에 플라즈마 장치를 결합하여 상추를 4주간 재배한 후 기능성 물질을 분석하였다. 상추의 단위 중량당 epicatechin 함량에서는 5.
상추(Lactuca sativa L.) 종자(Kwonnong Co. Ltd., Cheongju, Korea)를 240공 암면배지(Kiemplug standard tray, Grodan, Denmark)에 파종하여 22±2℃에 48시간 동안 암 처리 후 광 강도 220±10μmol·m-2·s-1, 습도 70-75%의 조건에서 21일간 육묘하였으며 저면관수로 2일 간격으로 관수하였다.
상추의 생육조사는 수확 후 캘리퍼스(SD500-300PRO, Shin Con CO. Ltd., Korea)를 이용하여 상추의 가장 큰엽을 기준으로 엽장, 엽폭, 근장을 측정하였으며, 처리구별 비파괴 엽록소 함량을 측정하기 위하여 SPAD-502(Minolta Camera Co. Ltd., Japan)을 이용하여 단위면적당 엽록소 수치를 측정하였다. 지상부의 생체중과 지하부의 생체중은 전자저울(MW-2N, CAS Co.
플라즈마수 생성 시간 동안 주입되는 기체는 산소 가스를 사용하였으며, 2L·min-1의 속도로 주입을 하였다. 생성된 플라즈마는 유동과 함께 메쉬형 전극을 통해 양액으로 용존 되도록 그림(Fig. 1B)과 같이 플라즈마 발생장치를 담액 수경재배 시스템과 결합을 하였다.
생육조사를 위하여 각 처리구 당 4주의 샘플을 분석하였으며, 페놀 함량 분석을 위해서 각 처리구 당 3주의 상추가 이용되었다. 측정 데이터의 통계 분석은 SPSS 20(SPSS 20, SPSS Inc.
3주 동안 육묘하여 균일한 크기의 상추 묘를 semi-DFT에 정식하였으며, 플라즈마 공정 장치를 결합하여 4주 동안 8시간 주기로 1시간씩 수중에서 간헐적으로 작동시켰다. 양액(대조구), 플라즈마 활성수(4.2kV, 5.7kV)를 사용하여 온실에서 재배하였으며 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다. 플라즈마 활성수 처리 기간 동안 발생되는 활성산소종 중에서 O3로 인하여 플라즈마 발생 장치에 근접한 개체일수록갈색 반점 및 괴사현상이 나타났으며, 생육조사를 실시한 결과 유의적 차이가 나타나지 않았다.
온실은 복합환경제어기(Magma, Green Control System Ltd., Korea)를 통하여 주야간 환기 설정온도와 난방 설정온도 18-24℃를 유지하였으며, 정식 후 양액의 농도는 EC 1.2±0.2dS·m-1, pH 6.5±0.2로 설정하였으며 3일에 한 번씩 측정하였다.
0 mL/min, 검출파장은 280nm로 설정하였다. 이동상 용매로는 0.15% 아세트산을 포함한 solvent A 와 80% MeOH를 solvent B로 사용하여 분석을 진행하였다.
, Korea)를 이용하여 –79℃ 초저온 냉동고에 4일간 건조시켰다. 이후 건조된 상추를 믹서기(SMX 800SP, Shinil Co. Ltd., Korea)를 이용하여 분쇄하고 유발과 유봉을 이용하여 분말화 하였다. 각 처리구와 대조구상추 분말0.
재배기간 동안 플라즈마는 하루에 8시간 주기로 1시간 작동시켰으며, 24시간동안 총3시간 작동시켰다. 작동 시간대는 7-8시, 15시-16시, 23-24시로 설정을 하였으며, 수중 플라즈마가 발생하는 동안 pH 및 EC의 변화를 알고자 양액 교체한 날을 기준으로 1일, 3일, 7일차에 측정을 실시하였다. 측정은 양액(nutrient solution, NS)에서 플라즈마 발생 전과 발생 중 2가지의 경우로 나누어 측정하였고, 그 결과 pH는 시간이 지날수록 높아졌으며 플라즈마 처리 중에는 급격히 감소하는 모습을 나타내었다(Fig.
전극은 반경 2mm이며, 전극을 둘러싸고 있는 석영관은 반경 4mm로 구성이 되었다. 전원장치를 통해서 전압을 조절하였으며 변압기(transformer)를 통해 증폭을 시켜 방전이 이루어지는 방식으로 설계하였다. 플라즈마 발생용 변압기의 주파수는 25kHz 정현파로 최대전압은 4.
정식간격은 평균 6cm로 매우 밀식 조건이었으며, 2주 후에 정식 거리로 인한 뿌리의 양분 경합 방지 및 지상부 생육의 발달 정도를 고려하여 솎아주기 작업을 실시하였고, 양액의 pH 및 EC 변화를 고려하여 1주일 간격으로 새로 갈아주었다. 총 4주간 semi-DFT 시스템에서 상추를 재배하였으며, 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다.
, Japan)을 이용하여 단위면적당 엽록소 수치를 측정하였다. 지상부의 생체중과 지하부의 생체중은 전자저울(MW-2N, CAS Co. Ltd., Korea)을 이용하여 측정하였다. 건물중 측정을 위해 지상부와 지하부를 각각 시료분석용 봉투에 넣어 70℃로 설정한 건조기(HB-501M, Hanbaek Scientific Technology Co.
정식간격은 평균 6cm로 매우 밀식 조건이었으며, 2주 후에 정식 거리로 인한 뿌리의 양분 경합 방지 및 지상부 생육의 발달 정도를 고려하여 솎아주기 작업을 실시하였고, 양액의 pH 및 EC 변화를 고려하여 1주일 간격으로 새로 갈아주었다. 총 4주간 semi-DFT 시스템에서 상추를 재배하였으며, 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다.
Hoagland 양액(NO3-N 14me·L-1, NH4-N 1me·L-1, PO4-P 3me·L-1, K 6me·L-1, Ca 8me·L-1, Mg 4me·L-1, SO4-S 4me·L-1)을 사용하여 본엽이 발생한 시점부터 급액 하였다. 파종 후 3주째 본엽이 3-4매 전개되었고 이후 균일한 묘를 선정하여 semi-DFT(Gafatec Co. Ltd., Jincheon, Korea) 3개의 재배 장치에 14주씩 총42주를 정식하여 온실에 설치된 선반에 정치하였다. 온실은 복합환경제어기(Magma, Green Control System Ltd.
폴리페놀 함량 분석은 1260 Infinity II(Agilent Technologies Co. Ltd., The United States)를 이용하였으며, 컬럼(Column)은 optimapak C18 column(250×4.6mm, 5μm)을 사용하였으며, 컬럼 온도는 30℃, 유량은 1.0 mL/min, 검출파장은 280nm로 설정하였다.
대상 데이터
1A). 전극은 반경 2mm이며, 전극을 둘러싸고 있는 석영관은 반경 4mm로 구성이 되었다. 전원장치를 통해서 전압을 조절하였으며 변압기(transformer)를 통해 증폭을 시켜 방전이 이루어지는 방식으로 설계하였다.
플라즈마수 생성 시간 동안 주입되는 기체는 산소 가스를 사용하였으며, 2L·min-1의 속도로 주입을 하였다.
데이터처리
측정 데이터의 통계 분석은 SPSS 20(SPSS 20, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)프로그램을 이용하여 변량분석(ANOVA)을 실시하였으며, 각 처리구의 평균간 유의성 검증을 위하여 Tukey의 다중검정법(P≤0.05)을 이용하였다.
성능/효과
Rutin의 경우 플라즈마수 공정 처리에 따른 함량 차이를 가장 많이 나타내었으며 epicatechin과 동일한 경향을 보였다. 4.2kV 처리구가 유의적으로 가장 높았으며, 제일 낮은 값을 나타낸 대조구와 비교했을 때 약 63배 많은 함량을 나타내었다. 5.
2kV 처리구가 유의적으로 가장 높았으며, 제일 낮은 값을 나타낸 대조구와 비교했을 때 약 63배 많은 함량을 나타내었다. 5.7kV 처리구에서 생장한 상추의 rutin 함량은 대조구에 비해 약 37배 높았다. Quercetin 함량은 대조구와 4.
뿌리에서는 총 4가지(epicatechin, rutin, quercetin, total phenolic)의 페놀류가 검출되었다. Epicatechin은 4.2kV 처리구가 단위 무게 당 함량이 가장 많았으며, 대조구 및 5.7kV와 비교했을 때 각각 151%, 22.9%만큼 유의적으로 높은 값을 보였다(Fig. 5A). Rutin의 경우 플라즈마수 공정 처리에 따른 함량 차이를 가장 많이 나타내었으며 epicatechin과 동일한 경향을 보였다.
7kV 처리구에서 생장한 상추의 rutin 함량은 대조구에 비해 약 37배 높았다. Quercetin 함량은 대조구와 4.2kV 처리구간에 유의적 차이는 발생하지 않았으나, 5.7kV 처리구를 대조구와 4.7kV 처리구와 비교했을 때 각각 40.1%, 30.1% 만큼 유의적으로 증가하였다(Fig. 5B). 총 페놀 함량은 4.
6%, 12% 더 높아 가장 수치가 컸으며, 엽의 형태에서는 가장 좋은 결과를 보였으나, 유의성 검사 결과 유의적 차이는 발생하지 않았다. 그리고 정식 후 생육기간 동안 형태적인 측면으로 보았을 때 초기 단계에서 플라즈마 발생장치를 결합한 처리구가 발생 장치에 가까운 위치에서 자리할수록 생장이 느린점을 확인할 수 있었다. 단위면적 당 엽록소 함량을 나타내는 SPAD는 5.
기능성 물질 분석 결과 상추 지상부의 rutin과 총 페놀 함량은 플라즈마수보다 높았지만, epicatechin의 경우 플라즈마수 처리에서 함량이 더 많았다. 근권부에서 측정된 이차대사산물인 rutin, epicatechin, quercetin 및 총 페놀 함량은 대조구보다 플라즈마수 처리구에서 유의하게 높았다. 이러한 결과는 플라즈마수 처리 시간동안 수중에 오존과 같은 활성산소종으로 인해 지상부 생육이 잘 이루어지지 못했으나, 근권 영역에서는 이차대사산물이 크게 증가하였다.
플라즈마 활성수 처리 기간 동안 발생되는 활성산소종 중에서 O3로 인하여 플라즈마 발생 장치에 근접한 개체일수록갈색 반점 및 괴사현상이 나타났으며, 생육조사를 실시한 결과 유의적 차이가 나타나지 않았다. 기능성 물질 분석 결과 상추 지상부의 rutin과 총 페놀 함량은 플라즈마수보다 높았지만, epicatechin의 경우 플라즈마수 처리에서 함량이 더 많았다. 근권부에서 측정된 이차대사산물인 rutin, epicatechin, quercetin 및 총 페놀 함량은 대조구보다 플라즈마수 처리구에서 유의하게 높았다.
그리고 정식 후 생육기간 동안 형태적인 측면으로 보았을 때 초기 단계에서 플라즈마 발생장치를 결합한 처리구가 발생 장치에 가까운 위치에서 자리할수록 생장이 느린점을 확인할 수 있었다. 단위면적 당 엽록소 함량을 나타내는 SPAD는 5.7kV 처리구가 40.08로 가장 높았지만, 마찬가지로 유의적 차이는 발생하지 않았으며(Fig. 3B), 엽면적은 지상부의 엽장과 엽폭의 수치가 컸던 대조구가 4.2kV와 5.7kV에 비해 28.8%, 18.22% 더 높았다(Fig. 3C). 근장은 지상부의 생육결과와 반대로 4.
담액수경재배 시스템과 플라즈마 발생장치를 결합한 전압차에 따른 상추의 생육조사 결과 대조구가 4.2kV, 5.7kV에 비해 엽장은 각각1.07cm, 0.35cm 더 길었다(Fig. 3A). 엽폭 또한 대조구 처리가 4.
담액수경재배에서 플라즈마 처리수 공정장치를 결합한 시스템이 상추의 재배에 있어서 기능성 물질 함량 변화에 미치는 영향을 분석한 결과 플라즈마 활성수 처리는 지상부의 생장에는 부의 효과를 나타내었나, 근권부의 페놀류와 같은 이차대사산물의 함량을 증대시키는 결과를 나타내었다. 본 실험에서는 플라즈마 활성수를 지속적으로 발생시켜 처리하였으나, 간헐적 발생에 따른 생리 장해를 줄이는 방안과 이차대사산물의 축적을 다시 검증할 필요성이 있으며, 본 기술을 뿌리채소에 적용할 경우 가식부인 지하부에 포함된 높은 기능성 물질을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
5까지의 생육을 보았고 그 결과 pH 값이 Mg, P, Ca의 함량에 영향을 주지만 그 차이가 상추의 생육과 관련이 있는 것은 아니라고 보고하였다. 따라서 본 실험에서 이루어진 양액에서 pH의 변화는 상추의 재배에 적절한 수준에서 이루어졌고, 생육 결과에 영향을 미치지 못한 것으로 판단된다.
또한, 잎에 영향을 미쳐 광합성의 양을 감소시키며 동화 산물의 분배를 억제함으로 root/shoot ratio에 관여하는 것으로 보고되어 있다(Wulff 등, 1996; Coleman 등, 1996). 본 연구에서 정식 후 상추의 생육기간 동안 플라즈마수 처리구에서 초기에 잎이 갈변하여 괴사하는 현상이 일부에서 나타났으며, 대조구에 비해서 지상부의 발달이 늦어지는 경향을 확인할 수 있었다. 이는 플라즈마 발생장치로부터 발생된 O3가스 또는 래디컬에 의해 초기 생육이 불량해지고 지속적인 스트레스에 노출 되어 생육이 억제된 것으로 판단된다.
상추가 재배기간 동안 제대로 생육이 이루어지지 못하고 일부에서 O3 가스로 인한 초기 괴사 및 갈변현상의 발생을 확인하였으며, 그로 인해 광합성 속도 감소로 인한 생육차이가 나타난 것으로 추정되며, 따라서 이후 지상부 생육 조사에서 유의성은 인증되지 않았지만, 식물체 생육이 저조한 결과가 생긴 것으로 생각된다. 따라서 플라즈마수 공정장치와 수경재배 시스템을 결합하기 위해서는 시스템을 분리하여 플라즈마 발생 후, 오존가스를 분리 또는 흡착시켜 제거한 후 사용하는 방식의 적용이 필요하다고 판단된다.
담액 수경재배 시스템에 플라즈마 장치를 결합하여 상추를 4주간 재배한 후 기능성 물질을 분석하였다. 상추의 단위 중량당 epicatechin 함량에서는 5.7kV처리가 가장 유의적으로 높았으며, 대조구 및 4.2kV 처리구와 비교했을 때 54.8%, 19.9% 증가한 수치를 나타내었다(Fig. 4A). Rutin의 경우 대조구 처리가 플라즈마 4.
앞서 언급한 대로 본 실험에서 4.2kV 처리구를 1일, 3일, 7일차에 측정한 결과 플라즈마 발생 시간 동안 평균 1.3±0.2가 떨어진 것을 확인할 수 있었으며, 전기전도도(EC)는 0.1이 낮아졌다.
3A). 엽폭 또한 대조구 처리가 4.2kV, 5.7kV와 비교했을 때 17.6%, 12% 더 높아 가장 수치가 컸으며, 엽의 형태에서는 가장 좋은 결과를 보였으나, 유의성 검사 결과 유의적 차이는 발생하지 않았다. 그리고 정식 후 생육기간 동안 형태적인 측면으로 보았을 때 초기 단계에서 플라즈마 발생장치를 결합한 처리구가 발생 장치에 가까운 위치에서 자리할수록 생장이 느린점을 확인할 수 있었다.
마찬가지로 지상부 및 지하부의 생체중, 건물중의 조사 결과 유의적인 차이는 발생하지 않았다. 지상부 생체중은 대조구가 53.76g으로 가장 좋았으며, 4.2kV 및 5.7kV와 비교하여 39.6%, 10.8%씩 높았고 지상부의 건물중 또한 생체중과 경향이 같았다(Fig. 3E). 지하부의 생체중 및 건물중의 평균값은 대조구가 더 높은 경향을 나타내었다(Fig.
5B). 총 페놀 함량은 4.2kV 처리구가 가장 많은 함량을 보였지만, 5.7kV와 유의적인 차이는 없었으며, 대조구와 비교했을 때 61.5% 증가한 수치를 보였다. 플라즈마 처리수가 직접접촉되는 근권부의 경우 거의 모든 페놀류에서 유의적으로 높게 나타났으며, 향후 뿌리채소의 수경재배 방식에 적용할 경우 기능성 물질 증대기술로 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
2%씩 유의적으로 높았다. 총 페놀의 함량도 마찬가지로 대조구가 처리구에 비해 유의적으로 함량이 높았으며 4.2kV와 5.7kV의 사이에서 유의적 차이는 발생되지 않았다(Fig. 4B). 플라즈마 수 처리에 따른 상추 지상부의 페놀류의 함량 분석을 통해 epicatechin의 경우 증가되었으며, rutin과 총 페놀에서는 대조구에서 높은 경향을 나타내어 기능성 물질의 종류에 따라서 증감 패턴이 다양할 것으로 사료된다.
작동 시간대는 7-8시, 15시-16시, 23-24시로 설정을 하였으며, 수중 플라즈마가 발생하는 동안 pH 및 EC의 변화를 알고자 양액 교체한 날을 기준으로 1일, 3일, 7일차에 측정을 실시하였다. 측정은 양액(nutrient solution, NS)에서 플라즈마 발생 전과 발생 중 2가지의 경우로 나누어 측정하였고, 그 결과 pH는 시간이 지날수록 높아졌으며 플라즈마 처리 중에는 급격히 감소하는 모습을 나타내었다(Fig. 2A). EC는 생육기간 동안 변화량이 많지 않았으며, 플라즈마 발생 중에도 큰 차이가 나타나지 않았다(Fig.
4B). 플라즈마 수 처리에 따른 상추 지상부의 페놀류의 함량 분석을 통해 epicatechin의 경우 증가되었으며, rutin과 총 페놀에서는 대조구에서 높은 경향을 나타내어 기능성 물질의 종류에 따라서 증감 패턴이 다양할 것으로 사료된다.
7kV)를 사용하여 온실에서 재배하였으며 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다. 플라즈마 활성수 처리 기간 동안 발생되는 활성산소종 중에서 O3로 인하여 플라즈마 발생 장치에 근접한 개체일수록갈색 반점 및 괴사현상이 나타났으며, 생육조사를 실시한 결과 유의적 차이가 나타나지 않았다. 기능성 물질 분석 결과 상추 지상부의 rutin과 총 페놀 함량은 플라즈마수보다 높았지만, epicatechin의 경우 플라즈마수 처리에서 함량이 더 많았다.
후속연구
하지만 Mampholo의 연구(2018)에서는 적정량의 질소 공급은 phenolic acid, flavonoids, ascorbic acid를 증가시켰다고 하였으며, 이는 상추 유전자형에 의해서 다르게 나타날 수 있다고 주장하였다. 따라서 본 실험에서 사용한 품종에 대해 플라즈마수 처리에 따른NO3- 생성이 기능성 물질 함량을 증대시킨다는 것은 이후 실험을 통한 구명이 필요할 것으로 생각된다.
담액수경재배에서 플라즈마 처리수 공정장치를 결합한 시스템이 상추의 재배에 있어서 기능성 물질 함량 변화에 미치는 영향을 분석한 결과 플라즈마 활성수 처리는 지상부의 생장에는 부의 효과를 나타내었나, 근권부의 페놀류와 같은 이차대사산물의 함량을 증대시키는 결과를 나타내었다. 본 실험에서는 플라즈마 활성수를 지속적으로 발생시켜 처리하였으나, 간헐적 발생에 따른 생리 장해를 줄이는 방안과 이차대사산물의 축적을 다시 검증할 필요성이 있으며, 본 기술을 뿌리채소에 적용할 경우 가식부인 지하부에 포함된 높은 기능성 물질을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
5% 증가한 수치를 보였다. 플라즈마 처리수가 직접접촉되는 근권부의 경우 거의 모든 페놀류에서 유의적으로 높게 나타났으며, 향후 뿌리채소의 수경재배 방식에 적용할 경우 기능성 물질 증대기술로 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
이러한 결과는 플라즈마수 처리 시간동안 수중에 오존과 같은 활성산소종으로 인해 지상부 생육이 잘 이루어지지 못했으나, 근권 영역에서는 이차대사산물이 크게 증가하였다. 향후 간헐적인 플라즈마 활성수 생성에 따른 생리 장해를 극복하고 뿌리채소의 수경재배 시스템에 적용하여 이차대사산물을 증가시키기 위한 본 기술의 도입이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
플라즈마는 무엇인가?
플라즈마는 전자, 이온과 중성입자 등이 동시에 존재하는 반응성이 매우 높은 기체 상태를 뜻한다(Song, 2016). 전기에너지를 통해 생성되는 플라즈마는 핵융합 발전, 초고온 열원 등에서 100℃ 이하의 낮은 온도에서 발생하는 저온 플라즈마(non-thermal plasma)를 통한 독성물질 제거나 세균, 바이러스, 곰팡이 등에 살균 및 의료 분야에 이르기까지 다양하게 활용된다(Heinlin 등, 2010; Emmert 등, 2013).
플라즈마 발생장치를 수경재배 시스템과 결합하여 재배 기간 동안 처리 시 상추의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 살펴본 결과는?
본 연구에서는 플라즈마 발생장치를 수경재배 시스템과 결합하여 재배 기간 동안 처리 시 상추의 생육 및 기능성 물질 함량 변화를 살펴보기 위해 실시하였다. 3주 동안 육묘하여 균일한 크기의 상추 묘를 semi-DFT에 정식하였으며, 플라즈마 공정 장치를 결합하여 4주 동안 8시간 주기로 1시간씩 수중에서 간헐적으로 작동시켰다. 양액(대조구), 플라즈마 활성수(4.2kV, 5.7kV)를 사용하여 온실에서 재배하였으며 이후 수확하여 생육조사 및 기능성 물질 분석을 실시하였다. 플라즈마 활성수 처리 기간 동안 발생되는 활성산소종 중에서 O3로 인하여 플라즈마 발생 장치에 근접한 개체일수록갈색 반점 및 괴사현상이 나타났으며, 생육조사를 실시한 결과 유의적 차이가 나타나지 않았다. 기능성 물질 분석 결과 상추 지상부의 rutin과 총 페놀 함량은 플라즈마수보다 높았지만, epicatechin의 경우 플라즈마수 처리에서 함량이 더 많았다. 근권부에서 측정된 이차대사산물인 rutin, epicatechin, quercetin 및 총 페놀 함량은 대조구보다 플라즈마수 처리구에서 유의하게 높았다. 이러한 결과는 플라즈마수 처리 시간동안 수중에 오존과 같은 활성산소종으로 인해 지상부 생육이 잘 이루어지지 못했으나, 근권 영역에서는 이차대사산물이 크게 증가하였다. 향후 간헐적인 플라즈마 활성수 생성에 따른 생리 장해를 극복하고 뿌리채소의 수경재배 시스템에 적용하여 이차대사산물을 증가시키기 위한 본 기술의 도입이 필요하다.
플라즈마 활성수는 무엇인가?
플라즈마는 사용 목적에 따라 여러 가지 방식으로 발생시킬 수 있는데, 그 중 코로나 방전(corona discharge)이나 유전체장벽방전(dielectric barrier discharge, DBD)등의 방식은 대기압에서 공기 또는 산소(O2)를 OH라디칼, 과산화수소(H2O2) 및 오존(O3) 등 활성산소종(reactive oxygen species)과, 질산염(NO3- )같은 활성질소종(reactive nitrogen species, RNS) 등을 생성한다(Lock 등, 2006; Deng 등, 2006; Kang 등, 2002). 플라즈마가 수중에서 발생 될 경우, 기체상태의 플라즈마와 액상물질간의 반응을 통해 생성된 활성종은 용존 되는데, 이를 플라즈마 활성수(plasma-activated water)로 정의한다(Leys, 2009; Kang 등, 2015).
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