[논문]폐쇄형식물생산시스템을 이용한 감자 경삽묘 육묘시 묘소질과 괴경 생산에 대한 LED 광도의 영향

조만현; 함인기; 박권서; 조지홍

doi:10.7740/kjcs.2020.65.4.468

[국내논문] 폐쇄형식물생산시스템을 이용한 감자 경삽묘 육묘시 묘소질과 괴경 생산에 대한 LED 광도의 영향
Effect of LED Light Intensity on Seedling Quality and Tuber Production of Potato Stem Cuttings Grown in a Closed-Type Plant Production System 원문보기

Korean journal of crop science = 韓國作物學會誌, v.65 no.4, 2020년, pp.468 - 476

조만현 (충청남도농업기술원 종자관리소) , 함인기 (충청남도농업기술원 원예연구과) , 박권서 (충청남도농업기술원 종자관리소) , 조지홍 (농촌진흥청 국립식량과학원 고령지농업연구소)

초록
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본 연구는 씨감자 생산에 적합한 분무경재배용 경삽묘를 폐쇄형식물생산시스템을 이용하여 생산하기 위한 광도조건을 설정하기 위하여 수행하였다. 감자(Solanum tuberosum L.) '수미'와 '추백'의 경정배양묘를 순화한 다음 삽수를 채취하여 경삽하였다. 서로 다른 LED 광도(60, 120, 180, 그리고 240 μmol·m^-2·s^-1)에서 40일간 육묘하고, 80일간 분무경재배하였다. 1. LED 광도 60 μmol·m^-2·s^-1에서 경삽묘를 육묘하였을 경우 '수미' 17.3 cm, '추백' 16.1 cm로 두 품종 모두 초장이 가장 길었고, 마디수도 많았다. 광도가 높을수록 초장은 작고 마디수도 적었다. 2. 품종에 따라 엽면적이나 SPAD 값, Fv/Fm 값은 육묘기의 광도에 따라 약간의 차이를 보였다. 경삽묘의 생체중은 60 μmol·m^-2·s^-1 광도에서 가장 무거웠으며, 건전묘 생산율도 두 품종 모두 60 μmol·m^-2·s^-1 광도에서 가장 높았다. 3. 분무경재배에서 LED 광도 60 μmol·m^-2·s^-1에서 육묘한 경삽묘가 품종간 차이를 보이기는 하지만 지상부 경엽중이 가장 무거웠고, 정식판 아래 경삽묘장이 가장 길고 뿌리 무게도 가장 무거웠으며, 광도가 높을수록 가벼웠다. 4. 복지수에 있어서도 품종간 차이는 있으나 60 μmol·m^-2·s^-1 광도에서 육묘한 경우 '수미' 4.2개/주, '추백' 7.7개/주로 가장 많았다. 또한 60 μmol·m^-2·s^-1 광도에서 괴경수 및 총괴경중이 가장 좋았는데 광도가 높을수록 두 품종의 총괴경수와 총괴경중이 적어지는 경향이었다. 이상의 연구결과를 종합해 보면 폐쇄형식물생산시스템을 이용하여 분무경재배용 경삽묘를 생산할 경우, 육묘에 적합한 LED 광도는 60 μmol·m^-2·s^-1라고 판단되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was performed to establish light intensity conditions for producing stem cuttings for aeroponic systems suitable for seed potato production using a closed-type plant production system. Shoot tip cultured plantlets of 'Sumi' and 'Chubaek' potato (Solanum tuberosum L.) were acclimatized, cuttings were collected, and stem cuttings were planted. The seedlings were raised for 40 days at different LED light intensities (60, 120, 180, and 240 μmol·m-2·s-1), and were cultivated in an aeroponic system for 80 days. When stem cuttings were raised at 60 μmol·m-2·s-1 LED light intensity, the plant height was the longest, at 17.3 cm for 'Sumi' and 16.1 cm for 'Chubaek', and the number of nodes was the highest in both cultivars. The higher light intensities, produced smaller plants with fewer nodes. The leaf areas, SPAD values, and Fv/Fm values differed slightly between cultivars. The fresh weight of stem cuttings, and the production rate of healthy stem cuttings were the highest at 60 μmol·m-2·s-1. In the aeroponic system, seedlings raised at 60 μmol·m-2·s-1 with LED light intensity showed a difference between the cultivars, but the fresh weight of stems and leaves above the planting plate was the heaviest. In addition, below the planting plate the stem cuttings were longest and the root weight was heaviest at 60 μmol·m-2·s-1 LED light intensity. The number of stolons also differed between cultivars, but was greatest for seedlings raised at 60 μmol·m-2·s-1 LED light intensity, at 4.2/plant for 'Sumi' and 7.7/plant for 'Chubaek'. At 60 μmol·m-2·s-1 LED light intensity, the tuber number and total tuber weight were the best, but the higher the light intensity, the smaller the total tuber number and total tuber weight for both cultivars. In conclusion, when producing potato stem cuttings for aeroponic systems using a closed-type plant production system, the most suitable LED light intensity for raising seedlings was found to be 60 μmol·m-2·s-1.

Keyword

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Closed-type plant production system using perlite hydro-ponic system (Left, 'Sumi'; Right, 'Chubaek').
표 Table 1. Chemical composition of nutrient solution used for the aeroponic cultivation of potatoes.
그림 Fig. 2. Growth of stem cuttings as affected by LED light intensity in a closed-type hydroponic system using perlite (Left, 'Sumi'; Right, 'cubaek') The black scale bar represents 50 mm.
표 Table 2. Effect of LED light intensity on the growth of stem cuttings of 2 potato cultivars grown for 40 days in a closed-type plant production system.
표 Table 3. Effect of LED light intensity on the fresh weight and stolon development of 2 potato cultivars grown for 80 days after planting of stem cuttings in an aeroponic system.
그림 Fig. 3. Growth and yield per plant using stem cuttings as affected by LED light intensity in an aeroponic system (Upper, 'Sumi'; Lower, 'Chubaek'). The white scale bar represents 100 mm.
그림 Fig. 4. Number of tubers and tuber weight as affected by LED light intensity at 80 days after planting of stem cuttings in an aeroponic system (Upper, 'Sumi'; Lower, 'Chubaek').

AI 본문요약
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문제 정의

작물을 시설 내에서 광, 온도, 습도 및 배양액 등의 환경 조건을 인공적으로 제어하여 계절이나 장소 등의 외부환경에 관계없이 연속적으로 생산하는 시스템을 좁은 의미로는 밀폐형 인공제어 식물생산시스템(Masamoto, 2007)으로 정의할 수 있는데, 본 연구는 안정적인 씨감자 생산을 위하여 폐쇄형 생산시스템에서 경삽묘의 생산에 적합한 LED 광도를 구명하고자 수행하였다.
본 연구는 씨감자 생산에 적합한 분무경재배용 경삽묘를 폐쇄형식물생산시스템을 이용하여 생산하기 위한 광도조건을 설정하기 위하여 수행하였다. 감자(Solanum tuberosum L.

제안 방법

육묘중의 광도는 수조형배양대 각 단마다 평판 LED (1170 × 466 × 18 mm, 120W, SMPS, Dimming type, 3개 PCB, PCB: 396 × 298 × 1.0 t, loz)를 1개씩 설치하여 60, 120, 180, 그리고 240 μmol·m-2·s-1 하방광으로 광도를 조절하였으며, 광주기(명기/암기)는 16/8시간이었다(Fig. 1).
경삽묘는 온도 21°C, 상대습도 80%로 조정된 경삽실에서 수조형배양대(W 1350 × D 800 × H 2200 mm, 4단)에서 제4종 복합비료를 이용한 배양액(pH 6.6, EC 1.0 dS·m-1)을 분무기로 매일 상자당 200 ml씩 두상관비하면서 Jo et al. (2018a, 2018b, 2018c, 2019)의 보고를 참고하여 40일간 육묘하였다.
배양실에서 20일간 계대배양한 조직배양묘(초장: ‘수미’ 8.3 cm, ‘추백’ 7.5 cm)를 가로 550 × 세로 366 × 높이 120 mm 크기의 순화상자(NAP 5312, 엔피씨주식회사, 대한민국)에 흰 부직포(40 g·m-2)를 깔고 펄라이트(입자크기 2~5 mm) 10 L를 채운 다음 상자당 225주를 3 cm 깊이로 정식(2018년 1월 7일)하여 순화하였다.
1). LED (Light emitting diode, Mid-Power LED-3030, 서울반도체주식회사, 대한민국)의 광도 측정은 PHOTO/RADIOMETER (HD 2102.2, Delta OHM, Italy)를 이용하여 광원(LED)으로부터 38 cm 떨어져 있는 배지표면 중앙에 38 mm 높이의 센서(LP 471 PAR Probe, Italy)를 놓고 광합성유효광양자속 밀도(PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density)를 측정하였다. 시험구는 반복당 삽수 225개씩 3반복으로 총 675개를 경삽하여 1개 배양대에 4개 처리구를 완전임의배치 하였다.
2, Delta OHM, Italy)를 이용하여 광원(LED)으로부터 38 cm 떨어져 있는 배지표면 중앙에 38 mm 높이의 센서(LP 471 PAR Probe, Italy)를 놓고 광합성유효광양자속 밀도(PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density)를 측정하였다. 시험구는 반복당 삽수 225개씩 3반복으로 총 675개를 경삽하여 1개 배양대에 4개 처리구를 완전임의배치 하였다.
분무경재배는 농촌진흥청 표준설계 08-자동화-I형 온실(4,160 m2)에서 스티로폼 성형베드(가로 520 × 세로 1,000× 높이 310 mm)에 50 cm 간격으로 노즐(1.32 ± 0.02 mm)을 설치하고, 분무경 2호 정식판(두께 35 mm)에 재식거리 25 × 25 cm 간격으로 정식하였으며, 배양액은 감자전용액(Table 1, Chang et al., 2000)을 이용하여 주간 300초 공급후 300초 휴지, 야간에는 300초 공급 후 600초 휴지로 조절하다가, 4월 6일 이후부터는 주간 120초 공급 후 600초 휴지, 야간에는 120초 공급 후 1,200초 휴지로 공급하였다.
배양액의 온도는 18°C로 조절하다가 4월 3일 이후에는 16°C로 낮추어 관리하면서, 10일마다 새로운 배양액(EC 0.8~1.3dS·m-1, pH 6.5)으로 교체하였다.
광도별 경삽묘의 생육조사는 반복당 10주씩 경삽 후 40 일째에 초장, 마디수, 경경(줄기굵기), 엽수, 엽면적, SPAD, Fv/Fm, 생체중, 건물중, 경삽묘 생산율을 조사하였다. 초장은 배지표면에서 식물체 정부까지의 길이를, 마디수는 배지 표면에서 정부 아래 마디가 명확히 구분되는 부분까지, 경경은 정부 아래 세 번째 마디의 중간 부위를 측정하였다.
광도별 경삽묘의 생육조사는 반복당 10주씩 경삽 후 40 일째에 초장, 마디수, 경경(줄기굵기), 엽수, 엽면적, SPAD, Fv/Fm, 생체중, 건물중, 경삽묘 생산율을 조사하였다. 초장은 배지표면에서 식물체 정부까지의 길이를, 마디수는 배지 표면에서 정부 아래 마디가 명확히 구분되는 부분까지, 경경은 정부 아래 세 번째 마디의 중간 부위를 측정하였다. 엽수는 1 cm 이상의 본엽을, 엽면적은 엽면적측정기(LI-3100C AREA-METER, LI-COR, USA)를 이용하여 개체 전체의 잎을 채취하여 측정하였다.
초장은 배지표면에서 식물체 정부까지의 길이를, 마디수는 배지 표면에서 정부 아래 마디가 명확히 구분되는 부분까지, 경경은 정부 아래 세 번째 마디의 중간 부위를 측정하였다. 엽수는 1 cm 이상의 본엽을, 엽면적은 엽면적측정기(LI-3100C AREA-METER, LI-COR, USA)를 이용하여 개체 전체의 잎을 채취하여 측정하였다. SPAD 값은 엽록소측정기(SPAD 502, Minolta, Japan)를 이용하여 정부 아래 세 번째 본엽을, 엽록소형광값(Fv/Fm)은 측정하기 전에 암적응 클립으로 30 분간 적응시킨 후 엽록소형광측정기(Multi-Mode Chlorophyll Fluorometer OS5p, Opti-SCIENCES, USA)를 이용하여 정부 아래 세 번째 본엽을 측정하였다.
엽수는 1 cm 이상의 본엽을, 엽면적은 엽면적측정기(LI-3100C AREA-METER, LI-COR, USA)를 이용하여 개체 전체의 잎을 채취하여 측정하였다. SPAD 값은 엽록소측정기(SPAD 502, Minolta, Japan)를 이용하여 정부 아래 세 번째 본엽을, 엽록소형광값(Fv/Fm)은 측정하기 전에 암적응 클립으로 30 분간 적응시킨 후 엽록소형광측정기(Multi-Mode Chlorophyll Fluorometer OS5p, Opti-SCIENCES, USA)를 이용하여 정부 아래 세 번째 본엽을 측정하였다. 경삽묘 생산율은 정상적으로 생장을 하면서 분무경재배에 이용할 수 있는 건전한 경삽묘 비율을 조사하였다.
SPAD 값은 엽록소측정기(SPAD 502, Minolta, Japan)를 이용하여 정부 아래 세 번째 본엽을, 엽록소형광값(Fv/Fm)은 측정하기 전에 암적응 클립으로 30 분간 적응시킨 후 엽록소형광측정기(Multi-Mode Chlorophyll Fluorometer OS5p, Opti-SCIENCES, USA)를 이용하여 정부 아래 세 번째 본엽을 측정하였다. 경삽묘 생산율은 정상적으로 생장을 하면서 분무경재배에 이용할 수 있는 건전한 경삽묘 비율을 조사하였다.
분무경재배의 생육조사는 정식 후 80일 되는 날에 지상 부의 경엽 생체중, 경삽묘 생체중, 뿌리 생체중, 복지 생체중을 조사하였으며, 첫 번째, 두 번째, 세 번째 각각의 복지 수와 복지길이를 측정하였다.
분무경재배의 수량조사는 수확하기 전 1일간 감자표피 큐어링을 위하여 배양액 공급을 중단하고 정식판을 들어 올려 자연녹화를 시킨 다음, 2018년 6월 4일 수확하였는데, 괴경중이 0.5 g 이상인 것을 6계급(0.5~3, 3~5, 5~10, 10~30, 30~50, 50 g 이상)으로 나누어 주당 괴경수와 총괴경중을 조사하였다.
서로 다른 LED 광도(60, 120, 180, 그리고 240 μmol·m-2·s-1)에서 40일간 육묘하고, 80일간 분무 경재배하였다.
감자(Solanum tuberosum L.) ‘수미’와 ‘추백’의 경정배양묘를 순화한 다음 삽수를 채취하여 경삽하였다.

대상 데이터

대한민국에서 봄에 가장 많이 재배하고 있는 일기작 감자인 ‘수미’와 숙기가 빠르면서 휴면기간이 짧고 봄·가을에 모두 재배할 수 있는 이기작 감자인 ‘추백’을 공시품종으로 이용하였다.
조직배양묘 순화 24일 후 삽수를 채취하였는데, 본엽 2 매를 남기고 나머지 잎을 제거하고 삽수장을 5 cm로 다듬어서 경삽용 삽수(경경: ‘수미’ 1.8 mm, ‘추백’ 1.7 mm)로 이용하였다.
실험재료는 농촌진흥청 국립식량과학원 고령지농업연구소에서 경정배양한 배양묘를 분양 받아 PVY ImmunoStrip Kit (ISK 20001/0025, Agdia, Inc., USA)를 이용하여 PVY 감염여부를 확인한 다음 온도 21°C, 상대습도 50%, 광도 60 μmol·m-2·s-1 (LED 하방광), 그리고 광주기(명기/암기) 16/8시간으로 조정된 배양실에서 hormone-free MS배지(Murashige & Skoog, 1962)를 이용하여 조직 배양묘를 증식하였다.

데이터처리

모든 통계처리는 Costat프로그램(CoStat Version 2.11, Monterey, USA)을 이용하여 ANOVA 및 Duncan의 다중검정을 p ≤ 0.05수준에서 유의성을 분석하였다.

성능/효과

5)으로 교체하였다. 시험구는 반복당 4주씩 5반복으로 총 20주를 2018년 3월 16일 정식하였으며, 1개베드에 4개 처리구를 완전임의배치하였다.
엽면적 또한 ‘수미’의 경우 광도별 유의차가 없었으며, ‘추백’에서는 광도가 낮을수록 주당 엽면적이 컸는데, 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 ‘수미’ 19.0 cm2, ‘추백’ 25.7 cm2로 두 품종 모두 낮은 광도에서 주당 엽면적이 큰 경향이었다.
건전한 경삽묘 생산율은 두 품종 모두 60μmol·m-2·s-1 광도에서 가장 높았으며, 광도가 높을수록 매우 감소하였다.
지상부 경엽의 생체중은 품종간 차이는 있으나 두 품종 모두 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘를 이용한 경우가 무거웠으며, 광도가 높아질수록 가벼웠고, ‘추백’이 ‘수미’ 보다 높았다.
계급별 괴경수량을 보면 육묘할 때 광도를 달리한 모든 경삽묘를 분무경재배하여 수확한 10~50 g의 괴경비율이 대부분이었는데, 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘로 분무경재배하여 수확한 씨감자를 노지재배나 망실에서 이용할 수 있는 크기인 3 g 이상의 괴경비율이 ‘수미’는 90%이었으며, ‘추백’도 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘에서 주당 12개로 가장 많았다.
두 품종 모두 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘의 분무경재배가 주당 총괴경중도 역시 가장 높았으며, 괴경수와 마찬가지로 광도가 높아질수록 적어졌다.
주당 총괴경 수는 ‘수미’의 경우 60 및 120 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘에서 6.3개, ‘추백’에서는 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘에서 14개이었으며, 두 품종 모두 광도가 높을수록 괴경수는 적어지는 경향이었다.
분무경재배시 복지 발생정도를 살펴보면, 괴경형성에 가장 영향이 큰 1차 복지 발생 수는 품종간 차이는 있으나 두품종 모두 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘를 분무경 재배했을 때 ‘수미’ 4.2개/주, ‘추백’ 7.7개/주로 가장 많았고, 복지길이는 ‘추백’에서만 유의성을 보여 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경삽묘에서 17.3 cm로 가장 길었다.
또한 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 괴경수 및 총괴경중이 가장 좋았는데 광도가 높을수록 두 품종의 총괴경수와 총괴경중이 적어지는 경향이었다.
4. 복지수에 있어서도 품종간 차이는 있으나 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 육묘한 경우 ‘수미’ 4.2개/주, ‘추백’ 7.7개/주로 가장 많았다.
3. 분무경재배에서 LED 광도 60 μmol·m-2·s-1에서 육묘한 경삽묘가 품종간 차이를 보이기는 하지만 지상부 경엽중이 가장 무거웠고, 정식판 아래 경삽묘장이 가장 길고 뿌리 무게도 가장 무거웠으며, 광도가 높을수록 가벼웠다.
경삽묘의 생체중은 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 가장 무거웠으며, 건전묘 생산율도 두 품종 모두 60 μmol·m-2·s-1 광도에서 가장 높았다.
1. LED 광도 60 μmol·m-2·s-1 에서 경삽묘를 육묘하였을 경우 ‘수미’ 17.3 cm, ‘추백’ 16.1 cm로 두 품종 모두 초장이 가장 길었고, 마디수도 많았다.
2. 품종에 따라 엽면적이나 SPAD 값, Fv/Fm 값은 육묘기의 광도에 따라 약간의 차이를 보였다. 경삽묘의 생체중은 60 μmol·m^-2·s^-1 광도에서 가장 무거웠으며, 건전묘 생산율도 두 품종 모두 60 μmol·m^-2·s^-1 광도에서 가장 높았다.
이상의 연구결과를 종합해 보면 폐쇄형식물생산시스템을 이용하여 분무경재배용 경삽묘를 생산할 경우, 육묘에 적합한 LED 광도는 60 μmol·m^-2·s^-1 라고 판단되었다.

후속연구

본 연구에서 60 μmol·m-2·s-1 광도 처리구에서 ‘수미’와 ‘추백’ 모두 정상적인 생장이 이루어져 건전묘 생산비율이 월등히 높았지만, 광도가 높아질수록 건전묘 생산비율이 낮고 생육이 둔화되는 경향이 있었는데, 이는 광도 등 경삽에 이용된 모주가 적응했던 생육환경의 변화에 따른 스트레스, 광질, 광 이용 효율과 같은 품종특성 등에 기인하는 것으로 추정되므로 더 많은 다양한 연구가 필요할 것이다.
, 1976). 그러나 본 연구에서는 전체적으로 생육이 왕성하지 않았는데, 이는 분무경재배 초기 온실의 저온과 생육 전기간에 동일한 배양액을 사용하여 생육단계에 따른 적절한 배양액 관리가 이루어지지 않아서 발생한 것으로 보이고 또한 생육과 괴경형성에도 영향을 미쳤을 것으로 생각되므로 생육단계별 배양액 조성이나 배양액 온도 등의 체계적인 연구가 필요하다.
이상의 연구결과로 보면 폐쇄형식물생산시스템을 이용하여 분무경재배용 경삽묘를 생산할 경우, 육묘에 적합한 LED 광도는 60 μmol·m-2·s-1 라고 판단되었으며, 폐쇄형식 물생산시스템은 외부 환경에 관계없이 안정적으로 생산이 가능하므로 광조사 방법 및 LED 광질 등에 관한 면밀한 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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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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