KR101449131B1

KR101449131B1 - 밀폐형 식물 공장 시스템에서의 씀바귀 재배방법

Info

Publication number: KR101449131B1
Application number: KR1020120111240A
Authority: KR
Inventors: 황승재; 정병룡; 강정화; 손정익
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-10-13
Also published as: KR20140045111A

Abstract

본 발명은 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 200~260 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 4~12L/4~12D의 광주기로 광조사(lighting)를 수행하는 것을 포함하는 씀바귀의 재배방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 씀바귀의 재배방법을 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에 적용할 경우, 최적의 광도와 광주기가 적용됨으로 인하여 에너지 절감 효과 및 씀바귀의 생육을 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 씀바귀의 재배방법을 통해 고품질의 씀바귀를 효율적으로 생산할 수 있다.

Description

밀폐형 식물 공장 시스템에서의 씀바귀 재배방법{Method for growing Ixeris dentata Nakai in closed-type plant factory system}

본 발명은 밀폐형 식물 공장 시스템에서의 씀바귀(Ixeris dentata Nakai) 재배방법에 관한 것으로, 구체적으로는 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 광도와 광주기를 조절함으로써 씀바귀의 생육을 촉진시키고 고품질의 씀바귀를 효율적으로 생산할 수 있는 재배방법에 관한 것이다.

씀바귀(Ixeris dentata Nakai)는 산이나 들에 흔히 자라는 다년생 초본으로, 키는 25~50 ㎝이고, 잎은 끝이 뾰족하고 밑은 좁아지는 형태의 잎자루로 이어지며, 아래 부분에 치아 모양의 톱니가 생긴다. 지름이 약 1.5 ㎝ 정도인 황색 꽃이 원줄기 끝에 달리며, 9~10월경에 열매가 열린다.

씀바귀의 어린 순과 뿌리는 식용, 전초는 약용으로 쓰이기 때문에 재배가 널리 이루어지고 있으며, 자연상태에서는 10월에 받은 종자를 바로 화단에 뿌리거나 종자를 종이에 싸서 냉장보관 후 이듬해 봄에 뿌려서 새순이 올라올 때 포기나누기를 하여 재배가 이루어진다.

최근 웰빙 식품에 대한 관심 증가로 씀바귀에 대한 수요가 증가함에 따라 자연상태 또는 비닐하우스에서의 재배가 널리 이루어지고 있으나, 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에 적용될 수 있는 광도와 광주기를 조절하는 씀바귀의 재배방법에 대한 연구는 미흡한 실정이다.

광도와 광주기를 조절한 식물의 재배방법과 관련하여 대한민국 특허공보 제2011-0079941호에는 2,000 럭스(Lux) 이상의 조도로 빛을 10~14시간 동안 조사하여 명반응이 일어나도록 하는 작업과, 10~14시간 동안 빛이 없는 상태에서 암반응이 일어나도록 하는 작업을 반복하면서 육생 염주말을 재배하는 방법에 관한 내용이, 일본 특허공보 제1987-146537호에는 최고 분열기에 이르기 전의 수십일 동안 일몰로부터 일출까지의 시간에 40 W의 형광등을 40 ㎡의 경작지에 10시간 전후로 조사하는 벼의 재배방법에 관한 내용이 개시되어 있으나, 광도와 광주기 조절을 통한 씀바귀의 재배방법에 관한 내용은 개시되어 있지 않다.

따라서 밀폐형 식물공장 시스템(closed-type plant factory system)에 적용되어 고품질의 씀바귀를 효율적으로 생산할 수 있도록 해주는 광도와 광주기 조절을 통한 씀바귀의 재배방법은 당 분야에 있어서 계속적으로 요구되고 있다.

특허문헌 1 : 대한민국 공개특허 제2011-0079941호 특허문헌 2 : 일본 공개특허 제1987-146537호

본 발명자들은 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 씀바귀의 효율적인 재배방법을 개발하기 위하여 광도와 광주기 조절 실험을 통해 연구한 결과, 인공적인 광도와 광주기 조절을 통해 씀바귀의 생육을 촉진시키고 품질을 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 씀바귀의 생육을 촉진시키고 품질을 향상시킬 수 있는 재배방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 200~260 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 4~12L/4~12D의 광주기로 광조사(lighting)를 수행하는 것을 포함하는 씀바귀의 재배방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 씀바귀 모종의 정식(定植) 이후 모든 재배기간 동안 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 220~240 μmol·m^-2·s^-1의 광도로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 230 μmol·m^-2·s^-1의 광도로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 5~7L/5~7D의 광주기로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 6L/6D의 광주기로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 LED 램프로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 red:blue:white가 8:1:1인 LED 램프가 사용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 재배는 순환 담액식 수경재배방식으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 배양액으로 Sonneveld 상추 양액 등을 조제하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 씀바귀의 재배방법을 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에 적용할 경우, 에너지 절감 효과 및 씀바귀의 생육을 촉진시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명에 따른 씀바귀의 재배방법을 통해 고품질의 씀바귀를 효율적으로 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광도와 광주기에서의 씀바귀 생육을 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광도와 광주기에서의 씀바귀 잎에 대한 엽록소 형광분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광도와 광주기에서의 씀바귀 세포 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영한 결과이다(A는 광도 200 μmol·m^-2·s^-1광주기 12L/12D; B는 광도 200 μmol·m^-2·s^-1광주기 6L/6D; C는 광도 200 μmol·m^-2·s^-1광주기 4L/4D; D는 광도 230 μmol·m^-2·s^-1 광주기 12L/12D; E는 광도 230 μmol·m^-2·s^-1 광주기 6L/6D; F는 광도 230 μmol·m^-2·s^-1 광주기 4L/4D; G는 광도 260 μmol·m^-2·s^-1 광주기 12L/12D; H는 광도 260 μmol·m^-2·s^-1 광주기 6L/6D; I는 광도 260 μmol·m^-2·s^-1 광주기 4L/4D; J는 광도 290 μmol·m^-2·s^-1 광주기 12L/12D; K는 광도 290 μmol·m^-2·s^-1 광주기 6L/6D; L은 광도 290 μmol·m^-2·s^-1 광주기 4L/4D).
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광도와 광주기에서의 씀바귀 생육 실험 광경(A)과 식물재배상과 식물체에서의 온도분포(B)를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에서 인공 광원으로 사용된 LED 램프의 특징을 나타낸 그래프이다.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.

본 명세서에 기재된 “광주기(photoperiod, 光周期)”는 빛에 노출되는 시간(lighting time, L)과 빛에 노출되지 않는 시간(dark time, D)을 함께 기재하는 방식으로 표현될 수 있는데, 예를 들어 ‘12L/12D’는 빛에 노출되는 시간이 12시간, 빛에 노출되지 않는 시간이 12시간으로 하루에 1번의 주기를 갖는 경우를, ‘6L/6D’는 빛에 노출되는 시간이 6시간, 빛에 노출되지 않는 시간이 6시간으로 하루에 2번의 주기를 갖게 되는 경우를, ‘4L/4D’는 빛에 노출되는 시간이 4시간, 빛에 노출되지 않는 시간이 4시간으로 하루에 3번의 주기를 갖게 되는 경우를, ‘4~12L/4~12D’는 빛에 노출되는 시간이 4 내지 12시간, 빛에 노출되지 않는 시간이 4 내지 12시간으로 반복되는 경우를 의미한다.

본 명세서에 기재된 “광조사(lighting)”는 조명 등을 이용하여 인공적으로 빛에 노출시키는 것을 의미한다.

본 명세서에 기재된 “정식(定植)”은 온상에서 기른 모종을 일정 기간이 지난 후 재배하고자 하는 곳에 옮겨 심는 것을 의미한다.

본 명세서에 기재된 “밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)”은 시설 안에서 빛·온도·습도·이산화탄소 등의 재배환경을 인공적으로 제어하여 계절에 관계없이 식물을 계획적이며 자동으로 연속 생산하는 시스템을 의미한다.

본 명세서에 기재된 “순환 담액식 수경재배방식”은 흙을 사용하지 않고 물과 수용성 영양분으로 만든 배양액 속에서 식물을 키우는 담액식 수경재배방법 중 배양액을 재배조 내에서 순환시켜 재배하는 방식을 의미한다.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, “포함하다” 및 “포함하는”이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명자들은 광도와 광주기 조절에 따른 씀바귀의 생육 정도를 비교하기 위하여, 광도와 광주기를 달리한 12개의 실험군을 대상으로 초장(plant height), 최대근장(longest of the longest root), 생체중(fresh weight), 건물중(dry weight), 엽장(leaf length), 엽폭(leaf width), 엽면적(leaf area, LI-3100, LI-COR Inc, USA), 엽수(no. of leaves), 엽록소 함량(SPAD 502, Minolta, Japan), 이온 유출량(ion leakage), 잎끝마름 발생률(tip-burn incidence), 광합성율(photosynthesis), 기공 전도도(stomatal conductance), 증산률(transpiration), CO₂ 흡수량(CO₂ absorption) 및 엽록소 형광값(Fv/Fm)을 측정하고, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 기공세포를 관찰하였으며, 적외선 열화상 카메라(NEC THB100MR, San-ei Instruments, Ltd., Japan)를 이용하여 식물재배상과 식물체의 온도분포 등을 조사하는 실험을 수행하였다.

그 결과 230 μmol·m^-2·s^-1 광도와 6L/6D 광주기 처리구에서 엽록소 형광값(Fv/Fm)을 포함한 대부분의 생육조사 항목에서 가장 양호한 생육을 보였으며, 광합성율(photosynthesis)은 200 μmol·m^-2·s^-1 광도와 12L/12L 광주기 처리구에서 가장 높게 나타났다.

반면, 290 μmol·m^-2·s^- ¹의 고광도로 광조사(lighting) 처리를 할 경우, 씀바귀의 엽수(no. of leaves) 및 최대근장(longest of the longest root)이 증가하는 등 생육속도와 생산성은 높일 수 있었으나 잎끝마름 발생률(tip-burn incidence)이 높아지고, 전기 소모량이 많아져 경제적인 측면에서는 다소 불리하다는 것을 확인할 수 있었는데, 이러한 결과는 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 씀바귀를 재배함에 있어서 효율성과 경제성을 저하시키지 않는 광도의 한계값을 나타낸다는 점에서 의미를 갖는다.

이에 본 발명은, 씀바귀를 재배하는 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 200~260 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 4~12L/4~12D의 광주기로 광조사(lighting)를 수행하는 것을 포함하는 씀바귀의 재배방법을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 씀바귀 모종의 정식(定植) 이후 모든 재배기간 동안 이루어질 수 있다. 이때, 파종 후 24L/0D의 광주기로 광조사(lighting) 처리하여 발아시킨 모종을 20~25일경 정식(定植)하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 220~240 μmol·m^-2·s^-1의 광도로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 230 μmol·m^-2·s^-1의 광도로 이루어질 수 있는데, 이러한 광도의 광조사(lighting) 처리는 씀바귀의 생체중(fresh weight) 증가, 엽장(leaf length) 및 엽폭(leaf width) 증가, 광이용 효율 향상 및 세포 표면 조직의 기공 크기 증가에 효과적이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 5~7L/5~7D의 광주기로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 6L/6D의 광주기로 이루어질 수 있는데, 이러한 광주기로 광조사(lighting) 처리를 하는 것은 씀바귀의 지상부(top)와 지하부(root)의 생체중(fresh weight) 및 건물중(dry weight) 증가, 엽수(no. of leaves) 증가, 잎의 엽록소 함량(SPAD 502, Minolta, Japan) 증가 및 광이용 효율 향상에 효과적이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 광조사(lighting)는 LED 램프로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 red:blue:white가 8:1:1인 LED 램프가 사용될 수 있는데, LED 램프는 식물체가 흡수 가능한 파장의 빛을 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system) 내로 발산하는 기능을 수행한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 재배는 순환 담액식 수경재배방식으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 배양액으로 Sonneveld 상추 양액 등을 조제하여 사용할 수 있는데, 이러한 배양액을 통해 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system) 내의 씀바귀에 충분한 양분을 공급할 수 있게 된다.

통계분석

모든 측정결과는 평균값으로 나타내었으며, 통계학적 유의성 검정은 SAS(Statistical Analysis System, V. 9.1, Cary, NC, USA)프로그램을 이용하여 Duncan 다중검정으로 유의성을 검정하였으며, 그래프는 Sigma Plot(10.0 Systat software, Inc, Chicago, IL, USA)프로그램을 사용하였다.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 ] 인공광원을 통한 광도와 광주기 조절

본 발명자들은 광도와 광주기 조절을 통한 씀바귀의 생육 촉진 효과를 확인하기 위해 하기와 같은 실험을 수행하였다.

재료 및 방법

밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system) 내 광도와 광주기에 따른 씀바귀의 생육조절을 위하여 2012년 1월 17일 암면 펠렛(UR암면)이 담긴 240구 육묘용 플러그트레이(60cm×41cm×5cm)에 씀바귀를 파종한 후 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system, C1200H3, FC Poibe Co. Ltd., Korea)에서 광도 200 μmol·m^-2·s^-1의 LED 램프(red:blue:white = 8:1:1, FC Poibe Co. Ltd., Korea)로 24L/0D의 광주기로 광조사(lighting) 처리하여 발아에서 정식(定植) 전까지 재배하였다.

파종 후 22일째인 2012년 2월 7일 경상대학교 시설원예학실험실에 설치된 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에 20cm×20cm의 재식 면적당 18개체씩 임의배치하여 하나의 실험군을 정식(定植)하였으며, 광도와 광주기를 다르게 하기 위하여 12개의 실험군을 정식(定植)하여 총 216개체가 실험에 사용되었다.

초장(plant height) 9.3cm, 생체중(fresh weight) 7.5g 정도의 균일한 묘를 정식(定植)하여 실험에 이용하였으며, 광도는 200, 230, 260, 290 μmol·m^-2·s^-1으로, 광주기는 12L/12D, 6L/6D, 4L/4D로 처리하여 12개의 실험군에 각각 다른 광도와 광주기를 적용하였다.

인공 광원으로는 300~800nm 대역에서 다양한 피크를 나타내는 형광등, 400~500nm와 500~700nm에서 피크를 나타내는 백색 LED 및 blue 광파장 대역인 400~500nm와 red 광파장 대역인 600~700nm에서 피크를 나타내는 혼합 LED 램프(red: blue: white = 8:1:1, FC Poibe Co. Ltd., Korea)를 사용하였는데(도 5참조), 파장은 광원과 9cm 거리에서 분광복사계(RPS-900R, International Light Co. Ltd., USA)를 이용하여 측정하였으며, 광도는 광도계(HD2101.1, Delta OHM, Italy)를 이용하여 측정하였다. 기타 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)의 재배환경은 온도 25±2 ℃, 상대습도 70±10 %로 조절하였으며, 정식(定植) 후 총 21일간 재배하였다.

재배기간 동안에 관주(灌注)는 순환 담액식 수경재배방법으로 Sonneveld 상추 양액을 조제하여 사용하였으며, 양액의 pH는 7.0, EC(Electrical Conductivity)는 2.0 dS·m^-1로 조절하여 공급하였다.

[ 실험예 ] 광도와 광주기 조절에 따른 씀바귀의 생육 측정

씀바귀의 생육 정도를 평가하기 위하여 초장(plant height), 최대근장(longest of the longest root), 생체중(fresh weight), 건물중(dry weight), 엽장(leaf length), 엽폭(leaf width), 엽면적(leaf area, LI-3100, LI-COR Inc, USA), 엽수(no. of leaves), 엽록소 함량(SPAD 502, Minolta, Japan), 이온 유출량(ion leakage), 잎끝마름 발생률(tip-burn incidence), 광합성율(photosynthesis), 기공 전도도(stomatal conductance), 증산률(transpiration), CO₂ 흡수량(CO₂ absorption) 및 엽록소 형광값(Fv/Fm)을 측정하고, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 기공세포를 관찰하였으며, 적외선 열화상 카메라(NEC THB100MR, San-ei Instruments, Ltd., Japan)를 이용하여 식물재배상과 식물체의 온도분포 등을 조사하는 실험을 수행하였다.

1. 초장, 최대근장 , 생체중 , 건물중 측정

정식(定植) 후 15일째 씀바귀의 생육을 조사한 결과 초장(plant height)은 230 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 12L/12D 광주기 처리구에서 가장 길게 나타났으며, 최대근장(longest of the longest root)은 290 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 12L/12D 광주기 처리구에서 가장 긴 것으로 나타났다.

지상부(top)와 지하부(root)의 생체중(fresh weight)는 230 μmol·m^-2·s^-1의 광도와, 6L/6D 광주기 처리구에서 가장 무거운 것으로 나타났으며, 건물중(dry weight)은 260 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 6L/6D 광주기 처리구에서 가장 무거운 것으로 나타났다(표 1 참조).

2. 엽장 , 엽폭 , 엽면적 , 엽수 측정

정식(定植) 후 15일째 씀바귀의 엽장(leaf length), 엽폭(leaf width)은 230 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 6L/6D 광주기 처리구에서 가장 우수하게 나타났으며, 엽면적(leaf area)은 260 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 12L/12D 광주기 처리구에서 가장 넓은 것으로, 엽수(no. of leaves)는 290 μmol·m^-2·s^-1광도와 6L/6D 광주기 처리구에서 평균 8.0매로 유의성 있게 많은 것으로 나타났다(도 1, 표 2 참조).

이러한 결과 중 특히 엽면적(leaf area)에 대한 결과는 광도 260 μmol·m^-2·s^-1 와 12L/12D 광주기로 광조사(lighting) 처리 함으로써 씀바귀의 지상부 식용 부위에 대한 생산성을 높일 수 있음을 의미한다.

3. 잎의 엽록소 함량 측정

정식(定植) 후 15일째 씀바귀 잎의 엽록소 함량(SPAD 502, Minolta, Japan)을 측정한 결과, 260 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 6L/6D 광주기 처리구에서 유의적으로 높은 결과를 확인하였으며, 230 μmol·m^-2·s^-1의 광도 처리구를 제외한 나머지 광도 처리구 중 6L/6D 광주기 처리구에서 엽록소 함량이 높아지는 경향을 확인할 수 있었다(표 2 참조).

4. 잎의 이온 유출량

정식(定植) 후 21일째에 전개된 씀바귀 잎을 0.5 cm 크기의 절편으로 제작하였다. 0.5g의 씀바귀 절편을 증류수 10 mL에 넣어 2시간 진탕 후, 전기전도계로 EC를 측정하여 잎의 이온 유출량(ion leakage)을 확인하였다.

그 결과 모든 처리구에서 유의적인 차이가 발견되지 않았으며, 씀바귀의 이온 유출 정도는 광도와 광주기에 영향을 받지 않는 것으로 판단할 수 있다(표 2 참조).

5. 잎끝마름 ( tip - burn ) 발생

광도가 높아지고 광조사(lighting) 시간이 길어질수록 씀바귀 잎 가장자리의 tip-burn 발생률이 높게 나타나며, 특히 가장 높은 광도 처리구인 290 μmol·m^-2·s^-1에서는 tip-burn 발생률이 50 % ~ 67 %로 상대적으로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있는데(표 2 참조), 이는 주로 직립생장을 하는 씀바귀의 경우 생육 후반기로 갈수록 초장(plant height)이 길어짐에 따라 인공광원 근처에 식물군락이 분포하게 되어, 강광에 의한 스트레스와 생리장해를 받기 때문인 것으로 볼 수 있다(표 2 참조).

6. 광합성율 , 기공전도도, 증산률 , CO ₂ 흡수량 측정

정식(定植) 후 16일째에 광합성 측정기(Li-6400, Li-Cor, Lincoln, Nebraska, USA)를 사용하여 엽육 내 CO₂ 농도 변화에 대한 광합성 반응 정도를 광도 500 μmolm^-2s^-1의 조건에서 측정하였으며, 측정 장치 내부의 CO₂ 농도는 100, 200, 400, 600, 800, 및 1,000 μmol·mol^- ¹으로 설정하였다. 측정한 광합성율 결과를 이용하여 엽육 내 CO₂농도(Ci)와 광합성(A)의 관계를 나타내는 A-Ci curve를 구하고, 이로부터 평균 광합성율(photosynthesis), 기공 전도도(stomatal conductance), 증산률(transpiration) 및 CO₂ 흡수량(CO₂ absorption)을 산출하였다.

평균 광합성율(photosynthesis), 기공 전도도(stomatal conductance), 증산률(transpiration) 및 CO₂ 흡수량(CO₂ absorption)은 200 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 12L/12D 광주기 처리구에서 가장 높았으며, 평균 광합성율(photosynthesis)과 CO₂ 흡수량(CO₂ absorption)의 경우 290 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 4L/4D 광주기 처리구에서 가장 저조한 결과를 보였다(표 3 참조). 이렇게 고광도에서 광합성율(photosynthesis)과 CO₂ 흡수량(CO₂ absorption)이 저하된 원인은 광포화점 이상의 고광도 환경조건이 씀바귀의 기공폐쇄를 유발하여 CO₂ 교환 및 증산작용의 중단을 일으켰기 때문인 것으로 볼 수 있다(표 3 참조).

7. 엽록소 형광분석

정식(定植) 후 16일째에 엽록소형광분석기(PAM-2100, Heinz Walz GmbH, Germany)를 이용하여 엽록소 형광분석을 실시하였다. 상부의 생장점을 기준으로 2번째 잎을 측정하였으며, 씀바귀 한 개체당 3개 이상의 잎을 측정하여 평균값을 사용하였다.

엽록체 틸라코이드막에서 방출되는 엽록소 형광값인 Fv/Fm 값은 식물의 광이용 효율과 직결되는 대사 능력 정도를 간접적으로 보여주며, 제2광계의 광합성 반응을 본질적이면서도 민감하게 나타내는 척도이다. Fv/Fm 값이 높다는 것은 그만큼 빛을 효율적으로 잘 이용할 수 있으며, 같은 광조건이라 하더라도 광수확복합체(LHC Ⅱ)에서 외부의 광을 더 많이 포집하여 광합성 대사가 활발하고 체내로 탄수화물을 더욱 많이 공급한다는 것을 의미한다. 대부분의 스트레스를 받지 않는 잎의 Fv/Fm 값은 0.83 정도로 알려져 있는데, 값이 낮아질수록 식물이 스트레스 노출되었거나 노화가 진전된 것으로 볼 수 있다.

본 실험을 통하여 230 μmol·m^-2·s^-1광도와 6L/6D 광주기 처리구에서 상대적으로 높은 Fv/Fm 값이 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 높은 광이용 효율을 갖는다는 것을 의미한다. 따라서 이러한 실험 결과는 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에 적용될 수 있는 경제적 효율이 높은 광도와 광주기 조건으로서 의미를 갖는다(도 2 참조).

8. 기공세포 관찰

정식(定植) 후 17일째 생장점에서 3번째 잎을 채취하여, 0.6 mm × 0.6 mm 크기로 자른 후, E-tube에 2.5 % Glutaraldehyde(pH 7.5) 1 mL와 함께 넣은 후 4 ℃에서 2시간 동안 저장하였다. 그리고 0.1 M Phosphate buffer(pH 7.0～7.5) 1 mL를 이용하여 1시간 동안 3번 이상 반복하여 씻어낸 후, 1 % Osmium tetroxide(OsO₄pH 7.0～7.4) 250 μL를 넣고, 4 ℃에서 2시간 동안 저장하였다. EtOH 500 μL를 넣고 50~90 % 탈수 후 Hexamethyl-Disilazane(HMDS, Sigma H-4875)용액 원액으로 4 ℃에서 20분간 3회 임계건조를 반복한 후 주사전자현미경(SEM, STEREO 440, Carl Zeiss, Germany)을 이용하여 기공세포를 관찰하였다.

주사전자현미경(SEM) 촬영 결과는 광도와 광주기에 따라 큰 차이를 보이지는 않았지만, 230 μmol·m^-2·s^-1광도와 4L/4D 광주기 처리구(도 3의 F) 및 260 μmol·m^-2·s^-1광도와 6L/6D 광주기 처리구(도 3의 H)가 상대적으로 세포 표면조직이 입체적이며 기공의 크기가 큰 것을 확인할 수 있었다. 이와 같이 씀바귀의 세포학적 관찰을 통해 광도와 광주기의 변화에 따라 잎의 표면조직 또한 다양한 양상을 나타냄을 알 수 있었다.

9. 식물재배상과 식물체의 온도분포

정식(定植) 후 15일째 적외선 열화상 카메라(NEC THB100MR, San-ei Instruments, Ltd., Japan)를 이용하여 밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 식물체의 온도분포를 측정한 결과 도 4의 B와 같은 결과를 확인할 수 있었다(도 4 참조).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

밀폐형 식물 공장 시스템(closed-type plant factory system)에서 LED 램프를 통해 적색(red):청색(blue):백색(white)이 8:1:1의 비율인 파장의 빛을 230~290 μmol·m^-2·s^-1의 광도와 4~12L/4~12D의 광주기로 광조사(lighting)하는 단계를 포함하는 씀바귀의 재배방법.
제1항에 있어서,
상기 광조사(lighting)는 씀바귀 모종의 정식(定植) 이후 모든 재배기간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 씀바귀의 재배방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 광조사(lighting)는 5~7L/5~7D의 광주기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 씀바귀의 재배방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 재배는 순환 담액식 수경재배방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 씀바귀의 재배방법.