KR102625162B1 - 인공 조명을 사용하는 식물공장 내에서 갯방풍의 재배를 위한 전용 배양액 개발 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공 조명을 사용하는 식물공장 내에서 갯방풍의 재배를 위한 전용 배양액에 관한 것으로,
본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물은, 그 조성이 갯방풍이 선호하는 무기 이온의 비율과 유사하고 특정 전기전도도 수준으로 조절되어, 종래 호글랜드 양액 대비, 상대적으로 우수한 갯방풍 성장 촉진을 유도할 수 있는 효과가 있다.
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Description
본 발명은 인공 조명을 사용하는 식물공장 내에서 갯방풍의 재배를 위한 전용 배양액에 관한 것이다.
식물공장은 온도, 습도, 빛(광), 이산화탄소, 양분 등의 정밀한 환경제어를 통해 고품질의 작물을 연중 대량·계획생산이 가능하지만, 높은 초기 투자비용과 유지비용의 문제를 가지고 있다. 최근에는, 건강기능 식품이나 약학 산업에 사용되는 식물자원의 원료 확보와 품질 유지에 대한 필요성이 높아지며 식물공장 내 환경조절을 통한 약용작물 재배에 대한 관심이 증가하고 있다.
갯방풍(Glehnia littoralis Fr. schmidt ex Miq.)은 산형과에 속하는 다년생 초본으로, 우리나라 해안사구에 분포하며, 예로부터 뿌리는 '북사삼'이라 불리며 약재로 사용되었고, 잎은 방풍 대용 약초로 알려졌으며 고급산채로, 해열, 거담, 항염, 항산화 등 다양한 약효를 가진 약용작물이다(비특허문헌 1, Evid Based Complement Alternat Med. 2019; 2019: 1253493, 33 pages, Ethnopharmacology, Phytochemistry, and Pharmacology of the Genus Glehnia: A Systematic Review, PMID: 31915441).
갯방풍을 포함한 대부분의 약용작물은 재배방법이 알려지지 않았으며, 더욱이, 식물공장 내 약용작물의 대량생산을 위한 재배기술의 개발은 거의 이루어지지 않았다. 식물공장을 이용한 약용작물의 대량생산 체계 구축을 위해서는 해당 작물에 대한 최적 재배기술의 개발이 필요하다.
식물공장 내 약용작물 생산을 위해서는 수경재배화가 우선적으로 필요하며, 작물마다 특정 양분에 대한 선호도가 다르기 때문에, 목표 작물의 전용 배양액 개발이 필요하다. 또한, 낮은 배양액 농도는 생육 불량을 유도하고, 높은 배양액 농도는 삼투 스트레스에 의해 양분 흡수가 제한되기 때문에 적정 농도 선정 역시 중요한 요인이다.
본 출원인은 인공 조명을 사용하는 식물공장 내에서 갯방풍의 재배를 위한 전용 배양액 개발을 위해 노력하던 중, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물 조성이, 갯방풍이 선호하는 무기 이온의 비율과 유사하여 종래 호글랜드 양액 대비, 상대적으로 우수한 갯방풍 성장 촉진을 유도할 수 있음을 입증하고, 본 발명을 완성하였다.
Evid Based Complement Alternat Med. 2019; 2019: 1253493, 33 pages, Ethnopharmacology, Phytochemistry, and Pharmacology of the Genus Glehnia: A Systematic Review, PMID: 31915441.
본 발명의 일 측면에서의 목적은,
배양액 조성물의 조성이 갯방풍이 선호하는 무기 이온의 비율과 유사하고 특정 전기전도도 수준으로 조절되어, 종래 호글랜드 양액 대비, 상대적으로 우수한 갯방풍 성장 촉진을 유도할 수 있는 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 측면에서의 목적은,
상기 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물을 사용한 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 식물의 재배방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 62 내지 70 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.5 내지 1.7 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 3.0 내지 6.0 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 4.0 내지 7.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 30 내지 35 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.001 내지 0.03 중량부, 붕소(H3BO3) 0.05 내지 0.35 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.1 내지 0.4 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.01 내지 0.3 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.001 내지 0.03 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은,
상기 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물을 사용하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 식물의 재배방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물은, 그 조성이 갯방풍이 선호하는 무기 이온의 비율과 유사하고 특정 전기전도도 수준으로 조절되어, 종래 호글랜드 양액 대비, 상대적으로 우수한 갯방풍 성장 촉진을 유도할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 실시예에서 제조한 갯방풍 전용 양액(NS), 비교예에서 제조한 호글랜드 양액(HL), 그리고 갯방풍 식물체(G. littoralis) 내 양이온 K, Ca, Mg과 음이온 N, P, S의 비율을 비교한 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 1차, 2차, 3차 잎 수확에 따른 처리별 잎 생체중(도2. A), 잎 건물중(도2. B), 엽면적(도2. C) 그리고 지상부 면적(도2. D) 결과이다.
도 3은 1차, 2차, 3차 수확 결과를 종합하여 평균적인 잎 생체중(도3. A), 잎 건물중(도3. B), 엽면적(도3. C) 그리고 지상부 면적(도3. D)의 결과이다.
도 4는 1차, 2차, 3차 수확 결과를 축적하여 잎 생체중(도4. A), 잎 건물중(도4. B), 엽면적(도4. C) 그리고 지상부 면적(도4. D)을 나타낸 결과이다.
도 5는 18주간의 재배기간 동안 H1(), H2(), N1() 그리고 N2()의 기존 설정한 pH 5.8에서 변화되는 pH 값을 절대값으로 표현한 결과로, 검은 점선은 H1과 H2, 노란 점선은 N1과 N2의 18주간 주 3회 측정된 pH 변화 절대값의 평균을 표현한 것이다.
도 2는 1차, 2차, 3차 잎 수확에 따른 처리별 잎 생체중(도2. A), 잎 건물중(도2. B), 엽면적(도2. C) 그리고 지상부 면적(도2. D) 결과이다.
도 3은 1차, 2차, 3차 수확 결과를 종합하여 평균적인 잎 생체중(도3. A), 잎 건물중(도3. B), 엽면적(도3. C) 그리고 지상부 면적(도3. D)의 결과이다.
도 4는 1차, 2차, 3차 수확 결과를 축적하여 잎 생체중(도4. A), 잎 건물중(도4. B), 엽면적(도4. C) 그리고 지상부 면적(도4. D)을 나타낸 결과이다.
도 5는 18주간의 재배기간 동안 H1(), H2(), N1() 그리고 N2()의 기존 설정한 pH 5.8에서 변화되는 pH 값을 절대값으로 표현한 결과로, 검은 점선은 H1과 H2, 노란 점선은 N1과 N2의 18주간 주 3회 측정된 pH 변화 절대값의 평균을 표현한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 측면은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 62 내지 70 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.5 내지 1.7 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 3.0 내지 6.0 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 4.0 내지 7.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 30 내지 35 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.001 내지 0.03 중량부, 붕소(H3BO3) 0.05 내지 0.35 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.1 내지 0.4 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.01 내지 0.3 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.001 내지 0.03 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물을 제공한다.
더욱 바람직하게,
상기 배양액 조성물은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 64 내지 68 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.7 내지 1.5 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 3.5 내지 5.5 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 4.5 내지 6.5 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 31 내지 34 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.005 내지 0.025 중량부, 붕소(H3BO3) 0.1 내지 0.3 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.15 내지 0.35 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.05 내지 0.25 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.005 내지 0.025 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
더욱 더 바람직하게,
상기 배양액 조성물은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 65 내지 67 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.9 내지 1.3 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 4.0 내지 5.0 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 5.0 내지 6.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 32 내지 33 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.01 내지 0.02 중량부, 붕소(H3BO3) 0.15 내지 0.25 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.2 내지 0.3 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.1 내지 0.2 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01 내지 0.02 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
가장 바람직하게,
상기 배양액 조성물은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 66.08 중량부 및 철(Fe-EDTA) 1.15 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 4.6 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 5.44 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 32.472 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.01768 중량부, 붕소(H3BO3) 0.20009 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.24492 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.15391 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01261 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
가장 바람직한 배양액 조성물 내 각 성분들을 부피 1L당 g으로 표시하면,
상기 배양액 조성물은,
부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08g, KNO3 42.925g, Fe-EDTA 1.15g을 함유하는 배양액 A; 및
부피 1L당 KNO3 42.925g, NH4H2PO4 4.6g, KH2PO4 5.44g, MgSO4·7H2O 32.472g, CuSO4·5H2O 0.01768g, H3BO3 0.20009g, MnSO4·5H2O 0.24492g, ZnSO4·7H2O 0.15391g 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261g을 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
상기 배양액 A와 배양액 B를 혼합한 배양액으로 표시할 경우,
상기 배양액 조성물은,
부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08mg, KNO3 85.85mg, Fe-EDTA 1.15mg, NH4H2PO4 4.6mg, KH2PO4 5.44mg, MgSO4·7H2O 32.472mg, CuSO4·5H2O 0.01768mg, H3BO3 0.20009mg, MnSO4·5H2O 0.24492mg, ZnSO4·7H2O 0.15391mg 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261mg을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물의 전기전도도(EC, Electrical Conductivity)는 0.5 내지 5.5 dS·m-1일 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1.5 dS·m-1일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2 dS·m-1일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1 dS·m-1일 수 있으며, 가장 바람직하게는 1.0 dS·m-1일 수 있다.
본 발명의 실험예에서는,
배양액 A와 배양액 B를 혼합한 배양액으로 표시할 경우,
부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08mg, KNO3 85.85mg, Fe-EDTA 1.15mg, NH4H2PO4 4.6mg, KH2PO4 5.44mg, MgSO4·7H2O 32.472mg, CuSO4·5H2O 0.01768mg, H3BO3 0.20009mg, MnSO4·5H2O 0.24492mg, ZnSO4·7H2O 0.15391mg 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261mg을 포함함과 동시에, 전기전도도 EC(dS/m)가 1.0 dS·m-1 조건(수준), N1이 가장 최적의 갯방풍 전용 배양액임을 입증하고 있다(실험예 2의 도 2 내지 5 참조).
본 발명의 다른 일 측면은,
상기 배양액 조성물을 사용하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 식물의 재배방법을 제공한다.
이때, 상기 갯방풍 식물의 재배방법은,
수경 재배용 시설에 갯방풍 식물의 묘종을 정식하는 정식단계;
상기 갯방풍 식물을 100 내지 500 μmol·m-2·s-1 범위의 광도 하에서 이산화탄소를 400 내지 1000 ppm의 범위로 공급하고, 15 내지 25℃의 온도를 유지하며, 상기 배양액 조성물을 적용하여 생장시키는 생장단계; 및
상기 생장단계를 거친 갯방풍 식물을 수확하는 단계;를 포함할 수 있다.
더욱 바람직하게,
상기 생장단계에서 광도는 200 내지 400 μmol·m-2·s-1 범위, 이산화탄소는 400 내지 700 ppm 범위, 온도는 18 내지 22℃ 범위일 수 있고,
상기 생장단계에서 광도는 250 내지 350 μmol·m-2·s-1 범위, 이산화탄소는 500 내지 600 ppm 범위, 온도는 19 내지 21℃ 범위일 수도 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 정식단계는 수경 재배용 시설에 갯방풍 식물의 묘종을 정식하는 단계이다. 상기 수경 재배용 시설은 식물공장이라 불리는 실내 작물 재배용 시설이 적용될 수 있다. 상기 식물공장은, 광원, 시설 내의 이산화탄소 등 온도, 습도, 배지의 영양성분 등을 조절하여 실내에서 효율적으로 식물을 재배할 수 있다. 상기 수경재배용 시설은 식물공장 박막수경(NFT: nutrient film technique)이나 담액수경(DFT: Deep flow technique) 시스템일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 박막수경 시스템은 구조가 간단하고 경량이기 때문에 고설화가 쉽고 작물 재배가 용이하여 작업 효율이 높다. 뿐만 아니라 베드의 경사에 따라 양액이 흐르기 때문에 뿌리에 산소 공급이 용이하고 근권부 환경 제어의 반응성이 좋은 장점이 있다. 상기 담액수경 시스템은 깊이 있는 배양액에 뿌리가 담겨 있는 방식으로 베드 내 배양액 양이 많아 뿌리 환경의 변동이 적고, 배양액 농도, 양분 이온 균형, pH 조절을 균일하게 유지하며 배양액을 공급할 수 있다는 장점이 있다.
상기 생장단계는, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물을 적용하여, 광도, 이산화탄소, 주변 온도 등을 조절하면서 갯방풍 식물을 생장시키는 단계이다.
상기 생장단계에서 광도는 100 내지 500 μmol·m-2·s-1 범위일 수 있다 하였는데, 해당 범위로 광도를 유지하는 경우 갯방풍 식물의 생장을 촉진시킬 수 있으며, 상기 광도를 100 μmol·m-2·s-1 미만으로 하는 낮은 광도는 광합성이 억제되어 갯방풍 식물이 도장(徒長)하거나 불충분한 생장을 할 수 있고, 상기 광도를 500 μmol·m-2·s-1 초과로 하는 지나친 광량은 전기 에너지를 낭비하고 식물체의 엽록소를 부분적으로 파괴하거나 체내 조건을 불활성화시켜 광합성을 저해하여 오히려 식물 생장이 우수하게 유도될 수 없는 문제가 발생한다.
또한, 상기 생장단계에서 이산화탄소는 400 내지 1000 ppm 범위일 수 있다 하였는데, 대기중의 이산화탄소는 400ppm 으로, 이산화탄소가 상기 시설 내에 400 ppm 미만일 경우 광합성의 제한 요인이 되어 갯방풍 식물이 충분하게 성장하지 못할 수 있고, 1000 ppm 초과로 공급하는 경우 식물체의 광합성 효율이 공급한 이산화탄소 대비 떨어질 수 있고 이산화탄소의 낭비가 될 수 있다.
나아가, 상기 생장단계에서 재배온도는 15 내지 25℃로 유지할 수 있다 하였고, 해당 온도범위를 유지하는 경우 갯방풍 식물의 성장을 효율적으로 유도할 수 있게 된다. 만약, 상기 재배온도가 15℃ 미만인 경우에는 저온 스트레스를 받아 광합성의 제한요인이 되어 갯방풍 식물의 성장이 느려질 수 있고, 25℃ 초과의 경우에는 광합성 정도가 감소하고, 호흡의 증가로 생육을 저해할 수 있다.
상기 수경 재배용 시설에서 갯방풍 식물을 효율적으로 생장시키기 위하여, 갯방풍 식물 전용 양액을 이용하여 재배하는 것이 바람직하며, 이때 갯방풍 식물 전용 양액은 갯방풍 식물의 생장을 도우면서 동시에 갯방풍 속 식물에 포함되어 있는 기능성 성분의 함량을 최대화하여 의약기반 원료로 사용 가능한 기능성 작물의 재배 효율성을 높일 수 있다.
상기 본 발명의 일 측면에 따른 갯방풍 식물의 재배방법에서 사용하는 배양액은, 질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 62 내지 70 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.5 내지 1.7 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 3.0 내지 6.0 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 4.0 내지 7.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 30 내지 35 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.001 내지 0.03 중량부, 붕소(H3BO3) 0.05 내지 0.35 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.1 내지 0.4 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.01 내지 0.3 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.001 내지 0.03 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함하는 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물일 수 있다.
더욱 바람직하게,
상기 배양액 조성물은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 64 내지 68 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.7 내지 1.5 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 3.5 내지 5.5 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 4.5 내지 6.5 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 31 내지 34 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.005 내지 0.025 중량부, 붕소(H3BO3) 0.1 내지 0.3 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.15 내지 0.35 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.05 내지 0.25 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.005 내지 0.025 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
더욱 더 바람직하게,
상기 배양액 조성물은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 65 내지 67 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.9 내지 1.3 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 4.0 내지 5.0 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 5.0 내지 6.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 32 내지 33 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.01 내지 0.02 중량부, 붕소(H3BO3) 0.15 내지 0.25 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.2 내지 0.3 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.1 내지 0.2 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01 내지 0.02 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
가장 바람직하게,
상기 배양액 조성물은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 66.08 중량부 및 철(Fe-EDTA) 1.15 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 4.6 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 5.44 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 32.472 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.01768 중량부, 붕소(H3BO3) 0.20009 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.24492 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.15391 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01261 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
가장 바람직한 배양액 조성물 내 각 성분들을 부피 1L당 g으로 표시하면,
상기 배양액 조성물은,
부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08g, KNO3 42.925g, Fe-EDTA 1.15g을 함유하는 배양액 A; 및
부피 1L당 KNO3 42.925g, NH4H2PO4 4.6g, KH2PO4 5.44g, MgSO4·7H2O 32.472g, CuSO4·5H2O 0.01768g, H3BO3 0.20009g, MnSO4·5H2O 0.24492g, ZnSO4·7H2O 0.15391g 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261g을 함유하는 배양액 B;를 포함할 수 있다.
상기 갯방풍 성장촉진용 배양액 조성물에 포함되는 배양액 A와 배양액 B는 사용 전 각각 제조하여 냉장고에 보관하면서, 필요시 혼합 및 희석하여 사용할 수 있다.
상기 배양액 A와 배양액 B를 혼합한 배양액으로 표시할 경우,
상기 배양액 조성물은,
부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08mg, KNO3 85.85mg, Fe-EDTA 1.15mg, NH4H2PO4 4.6mg, KH2PO4 5.44mg, MgSO4·7H2O 32.472mg, CuSO4·5H2O 0.01768mg, H3BO3 0.20009mg, MnSO4·5H2O 0.24492mg, ZnSO4·7H2O 0.15391mg 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261mg을 포함할 수 있다.
상기 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물을 상기와 같은 조성으로 적용하는 경우, 상기 수경 재배용 시설에서 갯방풍 식물을 효율적으로 생장시키면서, 의약기반 원료로 사용시 지표성분이 되는 성분들의 함량을 극대화시킬 수 있도록 하며, 특히, 갯방풍 재배에 유리하다.
상기 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물의 전기전도도(EC, Electrical Conductivity)는 0.5 내지 5.5 dS·m-1일 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1.5 dS·m-1일 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2 dS·m-1일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1.1 dS·m-1일 수 있으며, 가장 바람직하게는 1.0 dS·m-1일 수 있다.
상기 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물의 전기전도도가 0.5 dS·m-1 미만인 경우에는 식물에 충분한 무기양분을 제공하지 못하므로 갯방풍 식물의 생장이 원활하지 않아 잎의 개수나 넓이가 충분하지 않을 수 있고 식물체에 미네랄 결핍현상이 나타날 수 있다. 상기 갯방풍 성장촉진용 배양액 조성물의 전기전도도가 5.5 dS·m-1를 초과하는 고농도의 경우에는 무기양분의 과다한 낭비와 식물체에 삼투 스트레스가 발생할 수 있어 갯방풍 식물의 생육을 오히려 저해하는 문제가 발생한다.
이렇게 재배된 갯방풍 식물은 통상의 수확방법으로 수확되며, 기능성 식품 또는 의약품의 원료로 활용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물은, 그 조성이 갯방풍이 선호하는 무기 이온의 비율과 유사하고 특정 전기전도도 수준으로 조절되어, 종래 호글랜드 양액 대비, 상대적으로 우수한 갯방풍 성장 촉진을 유도할 수 있는 효과가 있으며, 이는 후술하는 실시예, 비교예, 실험예에 의해 직접적으로 뒷받침된다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다.
단, 후술하는 실시예 및 실험예는 본 발명을 일 측면에서 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
<실시예> 갯방풍 전용 양액(NS) 제조
갯방풍 전용 배양액은 하기 A액과 B액을 혼합하여 제조한다.
100배액 기준으로, 부피 1L 당 A액은 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 66.08g, 질산칼륨(KNO3)은 42.925g, 철(Fe-EDTA)은 1.15g을 함유하고,
B액은 질산칼륨(KNO3) 42.925g, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 4.6g, 인산칼륨(KH2PO4) 5.44g, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 32.472g, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.01768g, 붕소(H3BO3) 0.20009g, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.24492g, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.15391g, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01261g를 함유한다.
하기 표 1에 A액과 B액의 조성을 나타내었다.
[표 1]
갯방풍 전용 양액(NS)은 상기 A액과 B액을 혼합하여 제조한 갯방풍 전용 배양액을 의미하며, 상기 A액과 B액을 각각 1ml씩 취해서 원수 1L에 희석한 갯방풍 전용 양액(NS)은 부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08mg, KNO3 85.85mg, Fe-EDTA 1.15mg, NH4H2PO4 4.6mg, KH2PO4 5.44mg, MgSO4·7H2O 32.472mg, CuSO4·5H2O 0.01768mg, H3BO3 0.20009mg, MnSO4·5H2O 0.24492mg, ZnSO4·7H2O 0.15391mg 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261mg을 포함한다.
<비교예> 호글랜드 양액(HL) 준비
종래 배양액으로 사용되는 호글랜드 양액(HL)을 준비하기 위해 저장용액을 제조하였다. 호글랜드 배양액은 1938년 Hoagland와 Arnon 저서의 논문에서 제안된 것으로 엽채류 전용으로 범용성이 높아 가장 흔히 사용되는 배양액이다. 호글랜드 저장용액 A는 1L 당 Ca(NO3)2·4H2O 236.15g, KNO3 75.825g, Fe-EDTA 10.5275g을 포함하고, 저장용액 B는 1L 당 KNO3 75.825g, NH4H2PO4 28.765g, MgSO4·7H2O 123.24g, CuSO4·5H2O 0.02g, H3BO3 0.715g, MnCl2·4H2O 0.4525g, ZnSO4·7H2O 0.055g 및 Na2MoO4·2H2O 0.005g를 포함한다. H1은 호글랜드 저장용액 A와 B를 1L 당 2ml씩을 넣어 제조되었고, H2는 호글랜드 저장용액 A와 B를 1L 당 4ml씩을 넣어 제조하였다.
<실험예 1> 양액과 갯방풍 식물체 내 양이온, 음이온 비율 비교
양액의 조성은 작물의 무기물 흡수비율에 따라서 결정된다. 작물의 양분 흡수율과 유사한 비율의 양액을 공급하는 것은 비료 염 사용을 효율적으로 하여 무분별한 염류 사용을 줄이고, 작물 생육을 촉진시켜 생산량을 증진시킬 수 있다. 본 실험에서는 갯방풍의 평균적인 양이온과 음이온의 양분 흡수율을 고려하여 갯방풍 전용 양액을 개발하고 적정농도를 선정하며, 일반적으로 엽채류 재배에 사용되는 호글랜드 양액 대비 생장 증진 효과를 확인하고자 한다.
도 1과, 하기 표 2 및 3에 실시예에서 제조한 갯방풍 전용 양액(NS), 비교예에서 제조한 호글랜드 양액(HL), 그리고 갯방풍 식물체 내 양이온 K, Ca, Mg과 음이온 N, P, S의 비율을 비교한 결과를 나타내었다.
[표 2] 양이온 비교결과
[표 3] 음이온 비교결과
도 1과, 상기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍 전용 양액(NS)은, 갯방풍 식물체(G. littoralis) 내 양이온과 음이온의 비율과 매우 유사함을 확인할 수 있다.
반면, 비교예에서 제조한 호글랜드 양액(HL)의 경우, 갯방풍 식물체와 비교하여, 양이온에서 K은 18% 낮고, Mg은 6% 높고, Ca은 12% 높은 비율로 함유하여 조성에 큰 차이가 있다. 또한, 음이온에서 호글랜드 양액(HL)은 갯방풍 식물체 대비 N의 비율이 낮고, S의 비율은 다소 높아 조성에 큰 차이가 있다.
이로부터, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍 전용 양액(NS)은, 갯방풍 식물체(G. littoralis) 내 양이온과 음이온의 비율과 매우 유사하여 갯방풍이 선호하는 무기 이온의 비율로 이루어져 있음을 확인할 수 있고, 이에 종래의 호글랜드 양액 대비, 본 발명의 갯방풍 전용 양액(NS)은 상대적으로 우수한 갯방풍 성장 촉진을 유도할 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 2> 갯방풍 성장 촉진 유도활성 평가
실시예에서 제조한 갯방풍 전용 양액(NS)과, 비교예에서 제조한 호글랜드 양액(HL)의 갯방풍 성장 촉진 유도활성을 비교평가하고, 전기전도도 EC(dS/m)에 따른 활성도 평가하기 위하여 아래와 같은 실험을 수행하였다.
보다 구체적으로, 본 실험은 온도 20℃, 상대습도 60%, 이산화탄소 농도 550 ppm, White LEDs+Red의 광질과 광도 300 μmol·m-2·s-1 PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density)에서 12/12시(명/암)으로 설정된 식물공장에서 18주 동안 진행하였다. 갯방풍 묘는 본엽이 2매 일 때 담액수경 시스템에 정식하였고, 배양액 처리 조건은 호글랜드 양액(HL) EC 1.0 dS·m-1와 2.0 dS·m-1 그리고 개발된 전용 배양액(NS) EC 수준별(1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 dS·m-1)로 처리하여 재배하고, pH는 주 3회 보정하여 5.8±0.2로 유지하였다. 모든 배양액 처리는 2주마다 양액을 교체하였다. 총 18주 동안, 정식 후 8주에 1차로 잎을 수확하고, 그로부터 5주 뒤 2차, 또 추가적인 5주 뒤 3차로 잎 수확을 진행하였다.
그 결과를 도 2 내지 5에 나타내었다.
도 2는 1차, 2차, 3차 잎 수확에 따른 처리별 잎 생체중(도2. A), 잎 건물중(도2. B), 엽면적(도2. C) 그리고 지상부 면적(도2. D) 결과이다. 도 3은 1차, 2차, 3차 수확 결과를 종합하여 평균적인 잎 생체중(도3. A), 잎 건물중(도3. B), 엽면적(도3. C) 그리고 지상부 면적(도3. D)의 결과이다. 도 4는 1차, 2차, 3차 수확 결과를 축적하여 잎 생체중(도4. A), 잎 건물중(도4. B), 엽면적(도4. C) 그리고 지상부 면적(도4. D)을 나타낸 결과이다. 도 2, 도 3, 도 4에서 H1과 H2는 호글랜드 EC 1.0 dS·m-1과 2.0 dS·m-1 그리고 N1, N2, N3, N4, N5는 갯방풍 전용 배양액의 EC 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0 dS·m-1를 의미한다.
도 5는 18주간의 재배기간 동안 H1(), H2(), N1() 그리고 N2()의 기존 설정한 pH 5.8에서 변화되는 pH 값을 절대값으로 표현한 결과이다. 검은 점선은 H1과 H2, 노란 점선은 N1과 N2의 18주간 주 3회 측정된 pH 변화 절대값의 평균을 표현한 것이다.
도 2를 살펴보면, 1차 잎 수확의 결과, 전용 양액 EC 1.0 dS·m-1(N1)이 호글랜드 EC 1.0 dS·m-1(H1)에 비해 잎 생체중, 엽면적 그리고 지상부 면적 모두 1.2배, 잎 건물중의 경우 1.3배 높은 수치를 보였으며, 2차 잎 수확의 경우 N1이 H1에 비해 잎 생체중, 엽면적, 지상부 면적 그리고 잎 건물중이 각 1.3배, 1.2배, 1.1배, 1.4배 높았다. 3차 잎 수확의 경우 역시, N1이 H1에 비해 잎 생체중, 엽면적, 지상부 면적 그리고 잎 건물중이 각 1.6배, 1.5배, 1.4배, 1.5배 높았다. 농도별 갯방풍 전용 배양액의 경우, 1차, 2차, 3차 수확 모두 EC 수준이 증가함에 따라 생육이 감소하는 경향을 보였다. 특히, 1차 수확에서 N1이 N5(EC 5.0 dS·m-1)에 비해 지상부 생체중, 엽면적 그리고 지상부 면적이 모두 2.1배, 잎 건물중의 경우 1.6배 높았으며, 2차 수확의 경우 N1이 N5에 비해 잎 생체중, 엽면적, 잎 건물중이 모두 2.2배, 지상부 면적의 경우 2.1배 높았다. 3차 수확의 결과 역시 N1이 N5에 비해 잎 생체중, 엽면적이 각 1.9배, 1.7배, 지상부 면적과 잎 건물중의 경우 모두 1.6배 높았다.
또한, 도 3을 살펴보면, 도 2에서의 결과와 마찬가지로 N1이 H1에 비해 잎 생체중, 잎 건물중의 경우 1.4배, 엽면적과 지상부 면적의 경우 1.2배 높은 결과를 보였다. 또한, N1이 다른 전용양액의 농도 처리(N2, N3, N4, N5)에 비해 평균적으로 엽면적, 잎 건물중의 경우 1.6배, 잎 생체중, 지상부 면적의 경우 각 1.7배, 1.5배 높았으며, N1이 N5에 비해 통계적으로 유의적 있게 2.1배 높은 잎 생체중 결과를 보였다.
나아가, 도 4를 살펴보면, N1이 33.8g 으로 가장 높은 잎 생체중 값을 보였으며 H1에 비해서는 1.4배 높았다. 엽면적, 지상부 면적 그리고 잎 건물중의 경우 N1이 H1에 비해 각 1.3배, 1.2배 그리고 1.4배 높은 결과를 보였다.
다음으로, 양액의 pH는 무기이온의 형태나 용해도의 변화와 관련되어 양분의 유효성에 직접적인 영향을 미친다. pH가 높아지면 인산과 칼슘이 결합하여 불용화되며 철의 안정성이 낮아진다. 반대로 pH가 낮아지면 흡수량의 증대 등으로 특정이온의 과잉 증상이 나타난다. 따라서 적정 pH를 유지하는 것은 양분 공급을 위한 배양액의 유효기간을 늘릴 수 있으며 배양액 내 무기이온의 유효성과 비율 안정성과 관련된다. 도 5는 18주의 재배 기간 동안 H1, H2, N1 그리고 N2의 변화되는 pH를 절대값으로 표현한 결과이다. N1과 N2의 pH 변화 절대값은 0.5로, H1과 H2의 절대값인 0.7에 비해 낮았다. 이는 전용양액이 호글랜드 양액 대비 배양액 내 pH 변화가 적었다는 것을 의미한다. 갯방풍 전용양액은 갯방풍 식물체 내 무기 이온의 비율을 기반으로 개발되었기 때문에, 호글랜드 양액에 비해 양액 내 무기 이온의 비율이 더욱 안정적일 것이라 판단된다. 여러 번의 잎 수확이 가능한 갯방풍 재배를 위해서는 장기적으로 안정적인 무기이온의 비율을 가진 갯방풍 전용양액을 사용하는 것이 바람직하다.
결론적으로, 갯방풍을 재배한 18주 동안 3번의 수확을 통해서 갯방풍 전용양액이 호글랜드 양액 대비 우수한 생육을 초래한 것을 확인할 수 있었고, 개발된 갯방풍 전용양액이 무기 이온의 비율을 유지하는데 효율적이며, 특히 EC 1.0 dS·m-1(N1)이 갯방풍 생산을 위한 전용 양액의 적정 농도임을 제안한다.
종합하여, 본 발명의 일 측면에서 제공하는 갯방풍 전용 양액(NS)은,
부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08mg, KNO3 85.85mg, Fe-EDTA 1.15mg, NH4H2PO4 4.6mg, KH2PO4 5.44mg, MgSO4·7H2O 32.472mg, CuSO4·5H2O 0.01768mg, H3BO3 0.20009mg, MnSO4·5H2O 0.24492mg, ZnSO4·7H2O 0.15391mg 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261mg을 포함함과 동시에, 전기전도도 EC(dS/m)가 1.0 dS·m-1 조건(수준)이 가장 최적의 갯방풍 전용 배양액임을, 고도의 발명적 노력 끝에 도출해내었다.
Claims (9)
- 질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 65 내지 67 중량부 및 철(Fe-EDTA) 0.9 내지 1.3 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 4.0 내지 5.0 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 5.0 내지 6.0 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 32 내지 33 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.01 내지 0.02 중량부, 붕소(H3BO3) 0.15 내지 0.25 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.2 내지 0.3 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.1 내지 0.2 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01 내지 0.02 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 배양액 조성물은,
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 질산칼슘(Ca(NO3)2·4H2O) 66.08
중량부 및 철(Fe-EDTA) 1.15 중량부를 함유하는 배양액 A; 및
질산칼륨(KNO3) 42.925 중량부를 기준으로, 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 4.6 중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 5.44 중량부, 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 32.472 중량부, 황산구리(CuSO4·5H2O) 0.01768 중량부, 붕소(H3BO3) 0.20009 중량부, 황산망간(MnSO4·5H2O) 0.24492 중량부, 황산아연(ZnSO4·7H2O) 0.15391 중량부, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4·2H2O) 0.01261 중량부를 함유하는 배양액 B;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물. - 부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08g, KNO3 42.925g, Fe-EDTA 1.15g을 함유하는
배양액 A; 및
부피 1L당 KNO3 42.925g, NH4H2PO4 4.6g, KH2PO4 5.44g, MgSO4·7H2O 32.472g,
CuSO4·5H2O 0.01768g, H3BO3 0.20009g, MnSO4·5H2O 0.24492g, ZnSO4·7H2O 0.15391g 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261g을 함유하는 배양액 B;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물.
- 부피 1L당 Ca(NO3)2·4H2O 66.08mg, KNO3 85.85mg, Fe-EDTA 1.15mg, NH4H2PO4 4.6mg, KH2PO4 5.44mg, MgSO4·7H2O 32.472mg, CuSO4·5H2O 0.01768mg, H3BO3 0.20009mg, MnSO4·5H2O 0.24492mg, ZnSO4·7H2O 0.15391mg 및 Na2MoO4·2H2O 0.01261mg을 포함하는 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물.
- 제 4항에 있어서,
상기 배양액 조성물의 전기전도도(EC, Electrical Conductivity)는 0.8 내지 1.2 dS·m-1인 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 배양액 조성물의 전기전도도(EC, Electrical Conductivity)는 0.9 내지 1.1 dS·m-1인 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 성장촉진용 배양액 조성물.
- 제4항의 배양액 조성물을 사용하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 식물의 재배방법.
- 제7항에 있어서,
상기 갯방풍 식물의 재배방법은,
수경 재배용 시설에 갯방풍 식물의 묘종을 정식하는 정식단계;
상기 갯방풍 식물을 100 내지 500 μmol·m-2·s-1 범위의 광도 하에서 이산화탄소를 400 내지 1000 ppm의 범위로 공급하고, 15 내지 25℃의 온도를 유지하며, 제4항의 배양액 조성물을 적용하여 생장시키는 생장단계; 및
상기 생장단계를 거친 갯방풍 식물을 수확하는 단계;를 포함하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 식물의 재배방법.
- 제8항에 있어서,
상기 생장단계에서 광도는 250 내지 350 μmol·m-2·s-1 범위, 이산화탄소는 500 내지 600 ppm 범위, 온도는 19 내지 21℃ 범위인 것을 특징으로 하는, 갯방풍(학명: Glehnia littoralis) 식물의 재배방법.
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