초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 판상형 천연 점토광물을 활용한 기능성 코팅제 개발
가. LCH의 delamination에 의한 고분산 제조법 개발 및 확립
비팽창성 층상형 천연 점토광물인 portlandite [Ca(OH)₂]에 암염 (FeCl₃)을 첨가함으로써 층간이 얇게 분리된 (delaminated) 분산성이 높은 LCH (layered calcium hydroxide)를 성공적으로 제조하였다. LCH 합성을 위한 Ca/Fe 비율은 3.3제조된 LCH의 보관기간에 안정성을 조사한

Ⅳ. 연구개발결과
1. 판상형 천연 점토광물을 활용한 기능성 코팅제 개발
가. LCH의 delamination에 의한 고분산 제조법 개발 및 확립
비팽창성 층상형 천연 점토광물인 portlandite [Ca(OH)₂]에 암염 (FeCl₃)을 첨가함으로써 층간이 얇게 분리된 (delaminated) 분산성이 높은 LCH (layered calcium hydroxide)를 성공적으로 제조하였다. LCH 합성을 위한 Ca/Fe 비율은 3.3제조된 LCH의 보관기간에 안정성을 조사한 결과, 7개월 지난 후에도 XRD 패턴에서 LCH의 결정성을 나타내는 peak가 그대로 유지됨을 볼 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때 LCH는 제조 후 이화학적인 변형이 없이 안정하게 존재하며, 보관기간도 우수한 것으로 판단되었다. 또한 LCH는 현탁액 자체로 상당히 안정된 분산성을 유지하였으며, 3% (v/v)의 olive oil를 첨가하였을 때 현탁액의 안정성은 더욱 커졌다. 본 연구에서는 3%의 olive oil에 1%의 gluconate (w/v)를 첨가하였을 때 최적의 분산 안정성을 갖는 조합으로 판단되었다.
본 연구에서는 LCHs의 현장 적용성 강화를 위하여 보다 단순화된 LCH의 대량 생산을 위한 제조기법을 구축하였다. 이전의 제조는 LCH의 광물학적 특성 규명을 위한 안정한 결과물 이하일 때 비팽창성 층상형 광물인 portlandite의 판이 충분히 박리되어 판상형 형태의 LCH로 전환되었다. 따라서 본 연구에서는 LCH 제조를 위한 Ca/Fe 비율은 2～3.3이 적절한 것으로 판단되었다. 이러한 결과는 전자현미경과 적외선 분광분석에서도 동일한 결과를 얻었다. Portlandite로부터 박리된 판상형 LCH로의 전환을 전자현미경으로 확인한 결과, portlandite는 육각형의 두꺼운 층상형의 형태로 존재하지만 FeCl₃용액을 첨가함에 따라 수직의 두꺼운 층상이 부분적으로 박리되어 판상형으로 전환됨을 확인할 수 있었다. 또한 적외석 분광분석 결과, portlandite에 FeCl₃를 첨가함에 따라 층간이 팽창되고 이에 따라 층간으로 도입된 물 분자의 흡착 진동 peak (1630, 740 cm^-1)들을 확인할 수 있었다. 제조된 LCH의 열중량 분석에서 LCH는 크게 두 부분의 무게 감소를 보였는데, 이러한 현상은 층상이중수산화물[layered double hydroxide, (LDH)]의 전형적인 열중량 감소 유형과 일치하였다. 이를 통해 본 연구에서 제조한 LCH는 portlandite에서 박리되어 판상형으로 완전히 전환되었음을 확인할 수 있었다.
을 얻기 위해 N₂ 가스 존재 하에서 진행되었지만, 대량생산 및 신속한 생산을 위해서 이들 과정을 생략하여 LCH를 제조하였다. 대용량 제조방법에 의해 생산된 LCH 시제품의 특성을 규명한 결과, 이들은 기존의 정밀 제조방법에 의해 생산된 LCH의 특성과 동일한 것으로 판명되었다. 이러한 결과는 연구실상에서 제조된 농업제제의 가장 큰 단점중의 하나인 소량 생산 시스템에 의한 취약한 현장 적용성을 극복할 수 있는 방법으로 판단된다. 또한 현장 적용 확대를 위하여 시중에 판매되는 소석회로부터 LCH를 제조하여 이들의 활용 가능성을 조사하였으며, 소석회/FeCl₃ 몰 비율이 3:1∼4:1에서 결정성이 우수한 LCH를 제조할 수 있었다. 이는 소석회로부터 LCH가 쉽게 제조될 수 있음을 보여주는 것으로 농가의 목적에 맞게 고분산된 LCH를 제조, 이용할 수 있음을 보여준다.
나. 기능성 LCH 코팅제의 빛 차단효과
과실의 일소방지를 위한 코팅제는 햇빛에 의한 직접적인 빛 특히 UV-B의 흡수를 줄여 식물체 표면의 온도상승을 막을 수 있어야 한다. 먼저 LCH 분말의 빛의 흡수 특성을 상용 일소제로 사용되는 calcite 분말과 비교한 결과, calcite 분말의 자외선 영역의 흡광도는 약 0.2, 가시광선 영역의 흡광도는 0.1 로서 매우 낮게 나타났다. 반면에 LCH 분말의 자외선 영역의 흡광도는 1.1∼1.4, 가시광선 영역의 흡광도는 0.2∼0.5 수준으로서 calcite에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 특히 LCH는 자외선 영역의 흡광도가 매우
우수함으로써 calcite에 비해 일소방지효과가 상대적으로 매우 높을 것으로 판단되었다.
희석 처리된 LCH와 calcite의 빛 차단효과를 조사한 결과, calcite는 자외선 영역의 흡광도는 낮았으나, 가시광선 영역의 흡광도는 높은 경향을 나타내었다. 반면 LCH를 100배 희석하여 코팅하였을 경우 자외선 영역에서의 흡광도는 calcite와 비슷하였으나 가시광선 영역에서는 calcite 보다 낮은 경향을 나타내었다. 더욱이 LCH를 50배 희석하여 코팅하였을 경우, 자외선의 흡광도는 calcite 및 LCH를 100배 희석한 용액에 비해 매우 높게 나타났다. 또한 자외선 투과도에서는 LCH를 50배 희석하여 처리한 경우 자외선
투과율은 calcite와 LCH를 100배 희석한 용액보다 낮은 것으로 나타났으며 가시광선의 경우 calcite 보다 투과율이 높은 것으로 나타났다. 그러므로 희석배수에 따라 약간의 차이는 있으나 LCH가 효과적으로 자외선을 차단함으로써 작물의 일소현상을 제어할
수 있을 뿐만 아니라 작물의 광합성을 촉진하는 가시광선은 적절히 투과시키는 것으로 판단되었다.
다. 기능성 LCH 코팅효과
제조된 LCH의 코팅효과는 비극성 표면을 갖는 slide glass와 plastic film에서 LCH의 표면 부착성과 실제 과실에서 코팅 효과를 조사하였다. LCH는 calcite 및 물과 비교했을때 slide glass에서 더 넓은 면적에 부착되어 있는 것을 관찰할 수 있다. 또한 고체표면과의 부착 각도를 비교했을 때 LCH는 기존의 코팅제로 사용되는 calcite에 비해 더 낮은 각도를 유지하고 있음을 관찰하였다. 이러한 결과는 과실, 잎 등의 식물체 표면에 LCH가 살포되었을 때 같은 양으로 더 많은 면적을 덮을 수 있으며, 표면 흡착 능력도 증가됨을 의미한다.
Plastc film에서의 표면부착성은 calcite < LCH < 1% olive이 첨가된 LCH < 3% olive 과 1% gluconate가 이 첨가된 LCH 순서로 증가하였다. 따라서 본 연구에서 제조된 LCH는 기존의 calcite에 비해 매우 우수하였으며, 천연 분산제 첨가에 의해 코팅효과는
극대화되었다. LCH의 코팅 효과는 토마토와 사과의 보관기간 중 중량감소에서 확연하게 드러났다.
Calcite ( × 50배)와 LCH (× 50배, × 100배)를 토마토의 과피에 직접 분무하여 처리한 후 토마토의 모양 변화와 무게감소로 LCH의 코팅효과를 조사한 결과, 코팅제를 처리하지 않은 무처리구의 토마토는 탈수에 의해 모양이 완전히 찌그러지고 부분적으로 부패 되었다. Calcite가 처리된 토마토는 표면이 약간 수축되어 찌그러졌으며, 39 일 후에도 약흔이 부분적으로 남아 있었다. 반면 고분산된 LCH를 50배 또는 100배 희석하여 처리 된 토마토는 39 일 후에도 거의 원래의 모양을 유지하였다. 더욱이 LCH를 50배 희석하여 처리된 토마토는 원래의 모양을 완전히 유지함은 물론 토마토의 저장효과도 우수한 것으로 나타났다. 또한 calcite와 구연산칼슘 (citrate) 제제의 코팅효과에 대한 저장 중의 중량감소를 시간에 따른 사과의 무게 변화를 조사한 결과, LCH와 calcite 모두 과피의 수분 증발을 억제하는 코팅 효과가 기존의 상용 코팅제의 효과와 비슷하거나 높은 것을 확인할 있었다.
LCH는 층상구조를 가지고 있으므로 처리시 과실표면에 얇은 막을 형성할 것으로 판단되어 LCH 100배 희석액과 calcite (50배 희석)를 토마토와 고추에 처리한 후 이들 표면의 코팅 형태를 광학현미경으로 조사하였다. Calcite의 경우 식물체 표면에서 코팅된 면과 그렇지 않은 면으로 확연히 구분되며, 코팅된 면에서도 calcite 입자들이 응집되어 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 코팅 양상은 고추에서도 유사한 결과를 보였다. 따라서 본 연구에서 제조된 LCH는 기존의 상용 칼슘제 보다 우수한 칼슘 공급효과를 가짐과 동시에 일소방지에 사용되는 calcite와 비교했을 때 탁월한 코팅능력을 보유하고 있으므로 다기능성을 가진 코팅제로 우수한 잠재력을 가진 것으로 판단되었다.
라. 다기능성 LCH 칼슘 공급효과
제조된 LCH는 식물체 중 칼슘공급효과를 시설재배, 노지재배에서 조사하였으며, 노지재배에서 최적의 공급효과를 규명하고자 처리시기, 처리방법 및 처리량에 따른 토마토, 고추에서의 칼슘함량을 조사하였다. 시설재배에서 토마토의 처리구별 생체 중 칼슘함량을 분석한 결과, LCH 100배 및 200배 희석 처리구의 칼슘함량은 기존의 상용 칼슘제와 유사 하거나 높게 나타났다. LCH와 상용 칼슘제를 처리하여 칼슘 공급에 따른 토마토의 칼슘 흡수에 의한 무게 변화에서 무처리구의 토마토의 무게가 가장 낮았으며 상용칼슘제를 처리한 시험구와 0.5 M LCH를 100 배 희석 처리한 구에서는 비슷한 무게 증가를 보였다.
반면 2.0 M LCH를 100 배 희석하여 처리한 시험구의 경우 상용 칼슘제보다 더 큰 무게 증가를 보하였다. 따라서 본 연구에서 제조된 LCH는 현재 시중에 판매되고 있는 상용 칼슘제 (CaCl₂, CaNO₃, 유기산-칼슘제)의 문제점을 보완 할 수 있을 것으로 판단되었다.
기능성 LCH의 노지재배에서 작물별, 적용시기별 칼슘 공급 효과를 조사한 결과, 정식 후 80일째 수확한 고추 (1차 수확, 코팅제 4회 처리, 풋고추)의 처리구별 Ca 함량은 LCH 처리구에서 상용 칼슘제를 처리한 구보다 더 높은 칼슘 함량을 보였다. 특히 LCH를
100배 희석 처리한 구에서 가장 높은 함량을 보였으며, LCH 50배 및 200배 처리한 구에서는 상용 칼슘제 처리구와 비슷하거나 높은 결과를 보였다. 반면 정식 후 100일 째 수확한 고추 (2차 수확, 코팅제 6회 처리, 적색물고추)에서는 상용 칼슘제 처리구와 LCH 처리구에서 과실 중 칼슘 함량에서 큰 차이를 보이지 않았다가 20일 경과 후 (3차 수확, 코팅제 6회 처리, 적색물고추) 수확물에서는 처리간의 칼슘 함량에 차이를 보였다. 상용 칼슘제 처리구와 비교했을 때, LCH를 50배 및 200배 희석한 처리구에서는 비슷한 결과를 보인 반면, LCH를 100배 처리한 구에서는 상대적으로 높은 칼슘 함량을 보였다. 적색물고추의 경우, 2차 수확에서는 처리별 고추의 칼슘 함량의 차이가 보이지 않다가 20일 경과 후 함량의 차이가 나타나는 것으로 볼 때, 고추의 표면에 처리된 칼슘제의 칼슘 공급효과가 발현하기 위해서는 표면 부착 후 40일의 기간이 소요되는 것으로 판단된다. 위의 결과로부터 고추의
재배목적 (풋고추 생산 혹은 적색물 고추)에 따라 칼슘제 처리를 달리해야 하는 것으로 판단된다. 즉 적색물 고추 생산을 위해서는, 고추 생육 초기보다는 중후기에 칼슘제를 처리하는 것이 칼슘제 처리효과를 극대화할 수 있으며, 풋고추 생산에서는 착과 후 수확기까지 지속적으로 처리하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 한편, 본 연구에서 제조한 LCH는 희석배율을 100으로 했을 때, 가장 좋은 결과를 나타내었다. 토마토의 경우, 수확시기별 토마토중의 칼슘 함량은 고추에서와 마찬가지로 제조된 LCH가 상용 칼슘제에 비해 전체적으로 높았다. 특히 정식 후 72일 째 (1차 수확, 칼슘제 3회 처리)와 정식 후 100일 째 (2차 수확, 칼슘제 6회 처리) 모두에서 LCH를 100배 희석 처리한 구에서 각각 가장 높은 칼슘 함량을 보였다. LCH를 100배 희석할 경우, 토마토에서는 착과 후 3～4회 처리로도 충분한 칼슘 공급효과를 발현할 수 있을 것으로 판단되었다.
2. 판상형 천연 점토광물을 활용한 기능성 토양개량제 개발
가. 상토에서의 일라이트의 효과
점토광물 일라이트를 이용하여 시험을 수행 하였다. 시험은 상토를 이용하여 수행하였으며 일라이트 처리는 평당 2Kg을 기준으로 하여 기준량 처리 1:20 (w/w), 2배량 처리 1:10 (w/w), 4배량 처리 1:5 (w/w)의로 처리하였다. 이렇게 혼합한 상토를 농촌진흥청 상토분석법에 준하여 분석하였다. pH의 경우 무처리 5.4, 입제 처리에서 5.6～5.8, 분제처리가 5.7-5.8로 처리에 따른 상토의 pH 변화는 무처리구에 비해 약간 높아진 것으로 나타났으며, EC의 경우 무처리 0.43 dS m^-1보다 입제 처리시 0.51～0.61 dS m^-1, 분제 처리시 0.54～0.69 dS m^-1로 처리량에 따라 EC가 약간 증가함을 보였다. 또한 치환성 양이온의 경우에도 무처리구에서의 칼륨(K)이 0.49 cmol kg^-1인데 반해 입제처리는 0.65～0.89 cmol kg^-1, 분제 처리에서의 0.70～1.09 cmol kg^-1로 증가하였으며, 칼슘(Ca)의 경우 마찬가지로 무처리구 0.24 cmol kg^-1인데 반해 입제 처리한 경우 0.39-0.61 cmol kg^-1, 분제처리에서는 0.47～0.77cmol kg^-1로 약 2배이상 증가하였고 마그네슘(Mg)의 경우 입제처리에서 0.58～0.89 cmol kg^-1, 분제처리에서 0.65-0.97 cmol kg^-1로 무처리의 0.42 cmol kg^-1에 비해 증가함을 나타냈다. 양이온 치환용량(CEC)도 입제처리에서 15.98～17.15 cmol kg^-1, 분제처리에서 16.72～17.27 cmol kg^-1로 증가됨을 보였다. 이 결과로 볼 때 일라이트의 처리에 따라 작물 생육에 필요한 양이온이 증가되는 것을 볼 수 있었으며 이러한 변화된 특성들에 의해 작물 생육 증진에 영향을 줄 수 있을 것이라 판단된다.
나. 방울토마토에서의 일라이트 효과
재배기간 동안 수분공급 이외에 다른 영양성분은 일체 공급하지 않았다. 방울토마토는 홍작을 선택하여 실험하였으며 생육 특성을 비교 하였다. 또한 각 작물의 양이온 K, Ca, Mg의 흡수량을 측정하여 일라이트 처리에 따른 효과의 차이를 평가하였다. 홍작은 일 라이트 입제 및 분제 처리 시 방울토마토 생장의 차이는 무처리구에 비하여 기준량 처리구가 11.4%, 2배량 처리구가 17.8%, 4배량 처리구가 16.6%의 증가량을 보였다. 분제 처리구의 경우 무처리구에 비하여 기준량 처리구가 13%, 2배량 처리구는 22.7%, 4배량 처리구에서는 21.5%로 생장의 차이를 보였다. 따라서 생장의 차이는 분제처리구가 입제처리구보다 나은 생장을 보였고 처리량에서는 2배량 처리구와 4배량 처리구가 비슷하게 큰 생장을 보였다.
잎에서의 K함량에 대한 무처리구 대비 처리구의 흡수량은 입제기준 처리구는 8.79%, 입제 2배량 처리구 33.04%, 입제 4배량 처리구 45.49%가 무처리구 대비 증가함을 보였다. 무처리구 대비 분제 기준 처리구에서는 16.93%, 분제 2배량 처리구이 32.17%, 분제 4배량 처리구 44.85%의 증가된 차이를 보였고, Ca은 무처리구에 비해 입제기준 처리구는 7.74%, 입제 2배량 처리구 24.76%, 입제 4배량 처리구 28.35%를, 분제기준 처리구에서 6.88%, 분제 2배량 처리구 36.38%, 분제 4배량 처리구 39.21%가 증가된 것을 확인하였으며 Mg은 무처리구에 비해 입제 기준 처리구에서 17.53%, 입제 2배량 처리구 53.93%. 입제 4배량 처리구가 57.18%, 분제 기준 처리구에서 26.45%, 분제 2배량 처리구 62.93%, 분제 4배량 처리구는 57.22%의 차이를 나타내었다. 줄기의 경우 K는 무처리구에 비해 입제 기준 처리구 3.88%, 입제 2배량 처리구 23.69%, 입제 4배량 처리구에서 23.28%를 분제 기준량 처리구은 10.27%, 분제 2배량 처리구 17.27%, 분제 4배량 처리구에서 30.27%의 차이를 보였으며 Ca의 경우 입
제 기준 처리구는 11.28%, 입제 2배량 처리구 31.40%, 입제 4배량 처리구 33.89%를 분제 기준량 처리구 20.08%, 분제 2배량 처리구 35.66%, 분제 4배량 처리구 40.66%의 차이가 있었고 Mg에서는 입제 기준 처리구 19.34%, 입제 2배량 처리구 33.55%, 입제 4배량 처리구 32.86%를, 분제 기준량 처리구은 26.93%, 분제 2배량 처리구 54.54%, 분제 4배량 처리구가 38.44%의 차이를 나타내었다.
다. 고추에서의 일라이트 효과
일라이트 입제 및 분제의 처리량에 따른 생육의 차이의 원인을 구명하고자 식물체중의 K, Ca, Mg의 흡수량을 분석해본 결과 k는 상토에서 고추는 무처리구에 비해 뿌리는 기준량 -0.03 %, 2배량 23 %, 4배량 32 %의 차이를 보였고 줄기는 기준량 34 %, 2배량 68 %, 4배량 84 %의 차이를 보였으며 잎에서는 기준량 49 %, 2배량 29 %, 4배량 103 %의 차이를 보였다. 분제는 입제와 다른 경향을 보였는데 무처리구에 비해 뿌리는 기준량 -23 %, 2배량 21 %, 4배량 -9 %의 차이를 보였고 줄기는 기준량 51 %, 2배량 63 %, 4배량 63 %의 차이를 보였으며 잎에서는 기준량 63 %, 2배량 76 %, 4배량 111 %의 차이를 보였다. Ca 는 입제가 처리된 상토에서 고추는 무처리구에 비해 뿌리는 기준량 -0.04 %, 2배량 22 %, 4배량 29 %의 차이를 보였고 줄기는 기준량 48 %, 2배량 89 %, 4배량 122 %의 차이를 보였으며 잎에서는 기준량 32 %, 2배량 22 %, 4배량 64 %의 차이를 보였다. 분제차이입제와 유사한 경향을 보였는데 무처리구에 비해 뿌리는 기준량 0.06 %, 2배량 18 %, 4배량 -12 %의 차이를 보였고 줄기는 기준량 67 %, 2배량 106 %, 4배량 88 %의 차이를 보였으며 잎에서는 기준량 36 %, 2배량 49 %, 4배량 87 %의 차이를 보였다. Mg 는 입제가 처리된 상토에서 고추는 무처리구에 비해 뿌리는 기준량 -0.03 %, 2배량 20 %, 4배량 55 %의 차이를 보였고 줄기는 기준량 40 %, 2배량 93 %, 4배량 132 %의 차이를 보였으며 잎에서는 기준량 32 %, 2배량 32 %, 4배량 106 %의 차이를 보였다. 분제차이입제와 유사한 경향을 보였는데 무처리구에 비해 뿌리는 기준량 0.09 %, 2배량 20 %, 4배량 0.06 %의 차이를 보였고 줄기는 기준량 65 %, 2배량 128 %, 4배량 113 %의 차이를 보였으며 잎에서는 기준량 54 %, 2배량 92 %, 4배량 155 %의 차이를 보였다.
다. 프로테오믹스 분석
일라이트의 시용량에 따라 차이가 있는 방울토마토 홍작을 프로테오믹스 분석법을 이용하여 특정 단백질을 찾아내어 MALDI TOF를 이용해 분석하고 이를 토대로 data base를 통하여 단백질명을 알아본 결과 토마토에서 알려진 1) Ribosomal protein L3 : Structural constituent of rebosome[1], 2) Putative polyprotein : DNA-binding[2], 3) seed storage protein Lec2SA1 small chain, 4) 33 kDa protein of oxygen-evolving complex : Calcium ion binding[3], 5) Heat shock 22 kDa protein : 산화에 방어하는 기능[4], 6) putative alcohol dehydrogenase class III : Oxidoreductase activity or zinc ion binding[5], 7) Phosphoenolpyruvate carboxylase kinase : ATP binding, or Protein serine/threonine kinase activite[6], 8) Reverse transcriptase : Nucleotidyltransferase[7], 9) Clp protease proteolytic subunit : ATP 가수분해 고정에서 각종 단백질에 있는 펩티드를 자르는 기능[8], 10) Chlorophyll a-b binding protein CP24 10B, chloroplastic : chlorophyll binding[9], 11) Phosphomannomutase.: phosphomannomutaes 활성화[10]의 기능이 있는 것으로 알려진 단백질을 분리하였다.

Abstract ▼

The use of natural materials for organic farming is the prerequisite because organic farming dose not permit to use any chemical fertilizers and chemical pesticides. Although a lot of natural materials for organic farming in Korea have been studied to substitute synthetic chemical materials, they ha

The use of natural materials for organic farming is the prerequisite because organic farming dose not permit to use any chemical fertilizers and chemical pesticides. Although a lot of natural materials for organic farming in Korea have been studied to substitute synthetic chemical materials, they have still remained the several problems such as scientific uncertainty, low application efficiency, lack of specialty for specific purpose etc. Therefore, development of practical agromaterials using natural materials and their scientific verification in organic farming are one of the most important research subjects.
Natural layered clay minerals have the high potentiality for agriculture due to unique structural properties such as high specific surface area, high cation or anion exchange capacity etc. But clay minerals in organic farming have been applied to restrictive purpose, particularly as soil conditioner and raw material without functionality.
Therefore, development of layered clay mineral with high functionality as agromaterial for organic farming is required to produce agricultural products with the high quality and safety. The study was divided into two subjects; the first is the development and characterization of coating agent, layered calcium hydroxide (LCH), with high functionality from portlandite [Ca(OH)₂] and its effect of coating and Ca supply on fruits. The second is the development of soil conditioner using illite and evaluation of the effect on the enhanced growth of crop by proteome analysis.
High-dispersed LCH in first subject was easily manufactured by the mixing of portlandite suspension and FeCl3 aqueous solution with stirring under N₂ atmosphere at room temperature. The successful transformation into LCH phase was confirmed by X-ray diffraction (XRD), fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, thermal analysis and scanning electron microscope (SEM). The optimal molar ration of Ca/Fe was about 3.0, which completely disappeared the portlandite peak (～0.50 nm) and appeared the LCH peak (~0.78 nm) at XRD. Especially, the change in morphology revealed in SEM image definitely showed that the thin sheets (LCH) resulted from the fairly uniform split of the pristine thick hexagonal plate (portlandite). Thermal behaviors of LCH which has two unique regions, strongly support that the formed phase could be classified into layered double hydroxide (LDH). Various natural materials such as palm oil, soluble starch, and olive oil with amphiphobic property were tested as a surfactant to stabilize the dispersed nanoparticles in solutions. The final composition for highly stabilized LCH was 3% (v/v) olive oil and 1% (w/v) gluconate. The durability of LCH is essential for the practical use. Even after the long storage of the prepared LCH colloidal dispersion for almost a year, the signature peaks of XRD pattern remained virtually unchanged, implying the existence of stable LCH phase.
Sunburn in fruits is mainly caused by the concurrent action of excess heat and radiation (mainly UV-B). Therefore, protection of UV-B is very important a factor in coating agent for sunburn control. LCH powder and LCH dispersed formulation showed much higher absorption of UV light in the range of 220-350 nm compared to calcite which is commonly used for coating purposes. The high coverage degree of coating agent on surface of fruit is the first requirement when applied on crop plants. LCH covered greater area as compared to that of calcite in slide glass and plastic film with nonpolar surface. In an optical microscope, LCH treated on surface of fruit (tomato and hot pepper) visualized the difference in shape and extent of spreading compared to that of calcite. i.e. LCH uniformly distributed on surface of fruit while calcite showed coagulation between calcite particle. Furthermore, the treatment of highly dispersed formulation of LCH has shown appreciable effect on the quantitative weight loss from the apple fruit by covering their surface in a mosaic pattern.
Enhancement of calcium uptake ability of crop plants could be achieved through the application of LCH in field and vinyl house experiments. In vinyl house experiment, the tomato fruit treated with LCH (×100) showed the higher Ca content (88.3 mg kg^-1) compared to that of commercial Ca applier (77.5 mg kg^-1). In field experiment, Ca content of the red pepper fruit treated 4 time with LCH (×100) at 80 day after transplanting was 36.7 mmol kg^-1, while Ca content in commercial Ca applier was 29.5 mmol kg^-1.
Meanwhile, Ca contents of red pepper fruit at 120 day were 28.2 mmol kg^-1 in LCH (×100) and 22.5 mmol kg^-1 in commercial Ca applier meaning that harvesting time significant affected Ca concentration. In tomato fruit, Ca content in LCH (×100) also was higher than in commercial Ca applier; Ca contents were 34.0 mmol kg^-1 in LCH (×100) and 24.5 mmol kg^-1 in commercial Ca applier at 72 day after transplanting and 42.2 mmol kg^-1 in LCH (×100) and 36.8 mmol kg^-1 in commercial Ca applier at 100 day after transplanting, respectively. These results suggest that the increment in Ca content of fruits was induced by the treatments of LCH based dispersed formulation followed by the surface absorption of Ca from the thin film of highly dispersed LCH nanosheets through the surface of fruit. Therefore, highly dispersed LCH prepared in this study can be usefully as functional biocompatible coating agent on fruit and vegetables to extend their self life and utilized as an efficient Ca-supplier to crop plants.
The second subject was initiated to investigate the physical and chemical properties of the clay mineral illite and its effect on the growth of cherry tomato and red pepper as affected by the forms and concentrations of illite using the bed soil in the glass house. The composition of illite was analyzed by SEM and XRD. The cherry tomato and red pepper were cultivated in the bed soil in the glass house at Chungbuk National University. The application rates of illite used as particulate and powder forms were standard 1:20 (w/w), two times 1:10 (w/w), four times 1:5 (w/w) of standard application, respectively. The surface of illite used in the study appears to be hexagonal sheet and it include K and the variety of elements. The growth lengths of cherry tomato.
The growth lengths of red pepper. Proteomic approach was tried to evaluate the proteins involved in the enhanced growth of cherry tomato. Compared to the untreated samples, the seven different protein spots from the cherry tomato samples treated with the illite were found and they were characterized by MALDI-TOF. As a result, eleven proteins from seven spots on the gel were characterized as the following: 1) ribosomal protein L3, 2) putative polyprotein, 3)seed storage protein Lec2SA1 small chain, 4) 33 kDa protein of oxygen evolving complex, 5) heat shock 22 kDa protein, 6)putative alcohol dehydrogenase class III, 7) phosphoenolpyruvate carboxylase kinase, 8) reverse transcriptase, 9) clp protease proteolytic subunit, 10) chlorophyll a-b binding protein CP24 10B, 11) phosphomannomutase. Consequently, it appears that the application of illite stimulate the growth of cherry tomato and red pepper in glass house and eleven specific proteins are involved in the enhanced growth of cherry tomato.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 14
• 목 차 ... 17
• 제 1 장 서론 ... 19
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 1 절 기능성 코팅제 ... 21
• 2 절 토양개량제 ... 22
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 23
• 1 절 판상형 천연 점토광물을 활용한 기능성 코팅제 개발 ... 23
• 1. 이론적 접근방법 ... 23
• 가. Ca-Fe layered double hydroxide (LDH)의 특성 ... 23
• 나. 고분산 기법에 의한 layered calcium hydroxides (LCHs) ... 24
• 2. 연구 내용 및 결과 ... 26
• 가. Delamination에 의한 고분산-LCH의 제조법 개발 및 확립 ... 26
• (1) 고분산-LCH 제조법 확립 ... 26
• (2) 고분산-LCH의 광물학적 특성 구명 ... 27
• (3) 고분산-LCH 현탁액의 안정성 ... 30
• (4) 다기능성 LCH의 대량생산 제조법 개발 ... 32
• (가) LCH의 대량생산기법 ... 32
• (나) 현장 적용확대를 위한 소석회로부터 LCH의 제조 ... 33
• 나. 기능성 LCH 코팅제의 빛 차단효과 ... 36
• (1) LCH 분말의 빛 차단효과 ... 36
• (2) LCH 희석액의 빛 차단효과 ... 37
• 다. 다기능성 LCH 코팅효과 ... 38
• (1) 고분산 LCH의 비극성 표면에서의 흡착 양상 ... 38
• (2) LCH의 식물체 표면에서의 코팅효과 ... 40
• (가) LCH 처리에 의한 중량 보존 효과 ... 40
• (나) LCH 처리에 의한 식물체 표면 코팅 양상 ... 42
• 라. 다기능성 LCH의 칼슘 공급효과 ... 43
• (1) 시설재배 작물의 Ca 공급효과 ... 43
• (2) 노지재배에서 적용법 확립 ... 45
• 2 절 판상형 천연 점토광물을 활용한 기능성 토양개량제 개발 ... 50
• 1. 이론적 접근방법 ... 50
• 2. 연구내용 및 결과 ... 52
• 가. Illite의 응용광물학적 특성평가 ... 52
• (1) 일라이트의 SEM ... 52
• (가) 입제 ... 52
• (나) 분제 ... 52
• (2) 일라이트의 XRD ... 53
• (가) 입제 ... 53
• (나) 분제 ... 53
• (3) 일라이트의 화학적 조성 성분 ... 54
• (가) 입제 ... 54
• (나) 분제 ... 54
• (4) 토양 개량용 일라이트가 토양의 화학적 성질에 미치는 효과 ... 54
• (가) 일라이트 시용 전 토양의 화학적 성질 ... 55
• (나) 일라이트 시용 후 토양의 화학적 성질 변화 ... 55
• 나. 방울토마토의 생육에 일라이트가 미치는 영향 ... 55
• (1) 프로테오믹스 결과 ... 59
• (가) 2-D 전기영동 결과 ... 59
• (나) 데이터베이스 분석결과 ... 59
• 다. 고추의 생육에 일라이트가 미치는 영향 ... 60
• (1) 프로테오믹스 결과 ... 64
• (가) 2-D 전기영동 결과 ... 64
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 67
• 1 절 목표대비 대외달성도 ... 67
• 2 절 정량적 성과 ... 67
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 68
• □ 판상형 천연 점토광물을 활용한 기능성 코팅제의 개발 ... 68
• □ 판상형 천연 점토광물을 활용한 기능성 토양개량제의 개발 ... 68
• 제 6 장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학기술 정보 ... 69
• 1. 친환경적 종자코팅처리제 ... 69
• 2. 층상이중구리염 (Hydroxy double copper salt) 활용성 ... 69
• 3. LDH 층간 내 다양한 물질 도입을 통한 농업적 활용 ... 69
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 70
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 70
• 제 9 장 참고문헌 ... 71