KR102629081B1 - 황기 배양액을 이용한 생장이 증진된 황기의 재배방법 - Google Patents
황기 배양액을 이용한 생장이 증진된 황기의 재배방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 생장이 증진된 황기의 재배방법에 관한 것으로서, 황기 식물체를 포트당 1~2 개체수로 유지하고, 파종 후 7~8주간 재배한 경우, 황기의 생장이 증진되는 장점이 있다.
또한, 추가적으로 본 발명에서 개발한 황기 전용 양액을 이용하여 황기를 재배시 황기의 생장이 증진되고 생리활성물질도 증가되는 장점이 있다.
또한, 추가적으로 본 발명에서 개발한 황기 전용 양액을 이용하여 황기를 재배시 황기의 생장이 증진되고 생리활성물질도 증가되는 장점이 있다.
Description
본 발명은 인공광원과 황기 전용 배양액을 이용하여 황기의 생장을 극대화할 수 있는 황기 재배방법에 관한 것이다.
식물공장은 기후와 계절 뿐만 아니라 기상 이변의 영향을 받지 않고 환경조절을 통해 단위면적당 생산량이 매우 높은 강점을 갖고 있고 작물을 연중 계획적 생산이 가능한 장점이 있다. 또한, 밀폐된 실내 공간에서 수경재배로 작물을 재배하기 때문에 무농약 재배, 청정 재배가 가능하며, 온도, 습도, 광, 양분과 같은 작물의 적정 재배환경 요인들을 설정해 줌으로써 작물 생육의 고속증진이 가능하다. 또한, 작물 재배 시 수확직전에 광, 온도, 수분 등과 같은 물리적 환경 요인들을 유도인자(elicitor)로 사용하여 작물의 생리활성물질을 증대시킬 수 있어, 고품질의 작물 생산이 가능하게 한다. 더욱이, 최근 생활수준과 소득수준의 향상에 따른 삶의 질에 대한 관심이 증가하면서 식품의 선택 및 섭취에 있어 기능성 식품을 선호하는 추세이다.
또한, 식물공장에서 식물을 재배시, 식물에 적합한 전용 양액을 이용하여 재배하게 되면 생장과 생리활성물질 등을 증가시킬 수 있어, 식물공장 재배의 효능이 극대화되게 된다.
이에, 본 발명에서는, 식물 공장에서 황기 재배시 생장을 극대화시키고 황기 식물체와 동일한 양이온/음이온 조성을 가진 황기 전용 배양액을 개발하고자 하였다.
본 발명의 목적은 생장이 증진된 황기의 재배방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 재배방법에 따라 재배된 황기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 황기의 종자 4~8립을 파종하는 단계; 120~150μmol/m2/s의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 광주기 14~18시간 조건에서 발아시키는 단계; 파종한 후 7~10일 이후부터 황기 전용 양액을 1주일에 3~4회 저면관수로 공급하고 200~400μmol/m2/s의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 광주기 14~18시간 조건에서 생장시키는 단계; 및 파종 시점부터 6~10주 이후에 수확하는 단계를 포함하는, 생장이 증진된 황기의 재배방법을 제공한다.
본 발명의 생장이 증진된 황기의 재배방법은 황기의 종자 4~8립을 파종하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 용어 "황기"의 학명은 Astragalus membranaceus이며, 그 근연식물을 포함한다. 황기는 주로 밭이나 산지에서 자라며 높이가 1m에 달하고 전체에 잔털이 있다. 잎은 6~11쌍의 소엽으로 구성되며, 소엽은 난상의 긴 타원형이고 양끝이 둔하거나 둥글며 가장자리가 밋밋하다. 꽃은 7, 8월에 피고 길이 15~18㎜로서 연한 황색이며 총상화서(總狀花序：긴 꽃대에 여러 개의 꽃이 어긋나며 피는 꽃차례)를 이룬다. 뿌리는 한약재로 이용하는데 약효성분은 폴리산(folic acid), 콜린(choline) 등이 있다.
본 발명에서 용어 "발아는 보통 종자(씨앗) 속에 들어있는 식물이 성장을 시작하는 시점을 뜻하며, 속씨식물이나 겉씨식물의 종자로부터 유묘(seedling)가 자라나오는 것이다. 일반적으로 발아를 통해 식물의 유묘가 형성되며, 종자의 대사 기작을 재활성화하여 어린뿌리(radicle)와 어린싹(plumule)이 출현한다. 발아는 건조된 종자에 물을 포함한 다양한 발아 촉진 요인이 공급되어 시작되며, 그 후 배축이 발달하여 어린뿌리(유근)와 어린싹이 성장하게 된다.
황기 종자는 상토를 포함하는 포트에 파종한다. 상기 용어 "상토"는 모판 또는 화분에 사용되는 유기질 및 무기질 배지 또는 흙으로, 부드럽고 물 빠짐과 물 지님이 좋으며 여러 가지 양분을 고루 갖춘 흙이다.
상기 용어 "포트"는 흙, 상토나 물을 담을 수 있는 원통형이나 육면체의 용기를 말한다. 상기 포트는 지피포트, 종이포트, 비닐포트, 또는 플라스틱포트 등이 있으며, 본 발명에서는 지피포트를 사용할 수 있다.
상기 지피포트는 피이트모스(이탄)을 주재료로 하여 원 또는 각으로 성형한 것으로 공기가 잘 통하여 뿌리의 발육이 좋다. 본 발명에서는 피트모스를 주원료로 보비력과 보수력, 배수력 그리고 통기성이 우수한 압축상토를 사용하였다.
상기 지피포트는 파종하기 전에 깨끗한 물로 포습을 실시한 후, 포트 당 황기 종자 4~8립을 파종한다. 일부 종자는 싹이 트지 않을 수도 있으므로, 포트에 종자를 여유 있게 파종하는 것이 바람직하다.
본 발명의 생장이 증진된 황기의 재배방법은 120~200μmol/m2/s 범위의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 광주기 14~18시간 조건에서 발아시키는 단계를 포함한다.
상기 발아 단계는 황기를 광도, 이산화탄소, 온도, 습도, 및 광주기 조건 등을 조절하면서 발아시키는 단계이다.
황기의 종자를 포트에 파종 한 후, 120~200μmol/m2/s 범위의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 광주기 14~18시간 조건에서 발아시킨다. 후술하는 생장 단계에 비해, 발아 시는 생장 단계보다 낮은 광도에서 종자를 발아시키는 게 좋다.
상기 광주기는 인공광원을 조사하여 조절할 수 있으며, 조사되는 인공광원은 레드광, 블루광, 그린광 또는 이들의 혼합광일 수 있다.
상기 조사는 식물공장에서 인공광원을 이용하여 조사할 수 있다.
본 발명의 용어 "조사"는 표면 상에 빛을 비추는 것으로, 인공광원의 빛을 식물체 표면에 노출시키는 것을 의미한다.
본 발명의 용어 "식물 공장"은 환경제어와 자동화 등 고도기술을 이용하여 공제품을 생산하는 것 같이 시설 내에서 농산물을 연 중에 걸쳐 생산하는 시스템을 의미하며, 외부와 완전히 차단하고 인공조명만으로 작물을 재배하는 완전제어형과 온실 등과 같은 실내에서 태양광과 인공조명을 병용하여 작물을 재배하는 태양광 병용형으로 나누어진다. 즉, 식물공장은 작물의 성장에 영향을 미치는 온도, 광, CO2, 배양액 등의 환경조건을 최적의 상태로 제어하고 작업 공정을 자동화하여 시설 내에서 작물을 기상조건에 관계없이 생산할 수 있는 기술을 의미한다.
본 발명에서 용어 "인공광원"은 황기가 광합성을 할 수 있도록 빛을 공급하는 인공적인 장치를 의미하며, 통상적으로, 저항전구, 방전등, LED(Light-Emitting Diode)등의 다양한 방식의 발광수단을 이용할 수 있고, 구체적으로 LED(Light-Emitting Diode)를 이용할 수 있고, 더욱 구체적으로 레드광, 블루광, 그린광 및 이들의 혼합광으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 용어 "LED(Light-Emitting Diode)"는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 적외선 또는 빛으로 변화하여 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자로써 다른 발광체에 비하여 수명이 길며, 낮은 전압을 사용하는 동시에 소비전력이 적은 장점이 있는 동시에 응답속도 및 충격성이 우수하다. 최근에 생산되고 있는 LED는 에너지 효율적이며, 400~700nm 범위에서 백열등보다 훨씬 총 광양자속 밀도(total photon flux density)가 높으며, 특정 파장에 대해서 백열등보다 더 높은 총 광양자속 밀도의 파장을 만들어 낼 수 있다.
상기 레드광은 620 내지 700㎚ 파장의 빛을 의미하고, 블루광은 430 내지 480㎚의 파장의 빛을 의미하며, 그린광은 520nm 내지 570nm 파장의 빛을 의미한다. 그러나, 레드, 블루, 그린 파장이 위 예시에 제한되는 것은 아니며, 본 기술분야에서 레드, 블루, 그린으로 인식될 수 있는 파장 범위를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 상기 레드광, 블루광, 그린광 및 이들의 혼합광은 황기를 14~18 시간의 광주기로 빛을 조사하는 것으로, 명기와 암기가 14~18:6~10의 광주기로 LED 등의 빛을 조사할 수 있다.
본 발명에서 상기 레드광, 블루광, 그린광 및 이들의 혼합광은 PPFD 200~400μmol/m2/s의 광도로 적용될 수 있으며, 구체적으로 300~350μmol/m2/s의 광도로 적용될 수 있으며, 인공광원으로 LED를 조사할 수 있다.
상기 혼합광은 레드광:블루광을 0.5~5:1, 블루광:그린광을 0.5~5:1, 레드광:그린광을 0.5~5:1, 레드광:블루광:그린광을 0.5~5:0.5~5:1의 비율로 조사할 수 있다.
구체적으로, 상기 광원으로는 레드:블루:그린 비율이 2.6:4.6:2.8인 화이트(White) LED를 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 포트 당 황기 식물체 개체수 3개 이상인 경우, 황기 식물체는 매우 불균일한 생육 상태를 보이는 것을 것을 확인하였다. 따라서, 포트당 황기 개체수는 1~2개체인 경우, 보다 황기의 생장을 증진시킬 수 있으므로, 발아한 황기 식물체 개체수를 포트당 1~2개가 되도록 하여 황기 식물체를 생장시킬 수도 있다.
본 발명의 생장이 증진된 황기의 재배방법은 파종한 후 7~10일 이후부터 황기 전용 양액을 1주일에 3~4회 저면관수로 공급하고 200~400μmol/m2/s의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 광주기 14~18시간 조건에서 생장시키는 단계를 포함한다.
상기 황기 전용 양액은 황기 전용 배양액이라는 용어와 혼용해서 사용할 수 있다.
상기 용어 "양액"은 식물의 성장에 필요한 무기양분을 용해시킨 것으로 배양액이라고도 하며 식물의 영양재배시에 사용한다. 양액 제조에 필요한 성분은 산소, 수소, 탄소를 제외한 다량원소와 미량 원소로, 이들 성분을 식물에게 제공하기 위한 비료염으로서 질소원을 포함하고 있다. 배양액 조성은 식물의 종류에 따라 성분과 함량이 상이하다.
본 발명의 제1 황기 전용 양액은 질산칼슘 60~80 중량%(w/v), 질산칼륨 20~40 중량%(w/v) 및 철 0.1~5 중량%(w/v)를 포함할 수 있으며, 이 양액 구성은 실험예 3에 사용된 황기 전용 양액 A액에 대응된다.
또한, 상기 제2 황기 전용 양액은 질산칼륨 0.5~10 중량%(w/v), 제1인산암모늄 0.05~0.8 중량%(w/v), 제1인산칼륨 0.1~6 중량%(w/v), 황산마그네슘 0.5~10 중량%(w/v), 구리 0.5~5 중량%(w/v), 붕소 20~35 중량%(w/v), 망간 27~42 중량%(w/v), 아연 15~28 중량%(w/v), 및 몰리브덴산나트륨 0.5~5 중량%(w/v)를 포함할 수 있으며, 이 양액 구성은 실험예 3에서 사용된 황기 전용 양액 B액에 대응된다.
상기 제1 황기 전용 양액(양액 A액)와 제2 황기 전용 양액(양액 B액)을 처음부터 혼합하여 단일 양액으로 제조하게 되면, A액을 구성하는 칼슘 성분과 B액을 구성하는 인산 또는 황산 성분이 만나서 침전이 생기게 된다. 또한, A액을 구성하는 철 성분과 B액을 구성하는 인산 또는 황산 성분이 만나서 침전이 생기게 된다. 따라서, 제1 황기 전용 양액(양액 A액)와 제2 황기 전용 양액(양액 B액)은 각각 제조하는 것이 바람직하다. 황기 식물체에 양액 공급시 1:0.5~3의 비율(부피비)로 공급할 수 있으며, 보다 구체적으로 1:1의 비율(부피비)로 공급하는 것이 하는 것이 바람직하다.
상기 용어 "저면관수"는 분재배, 온실재배에 있어서 모세관수에 의하여 작물이 밑으로부터 물을 흡수하도록 하는 것을 의미한다.
상기 황기 전용 양액은 파종한 후 7~10일 이후부터 1주일에 3~4회 저면관수로 공급할 수 있다.
상기 황기 전용 양액은 상기와 같이 1:0.5~3의 비율로 공급되나, 상기 제1 황기 전용 양액과 제2 황기 전용 양액의 전체 혼합액은 파종 7~10일 후부터 생육 초기(7~25일)에는 0.5~1.5L, 구체적으로, 1L씩, 생육 중기~후기(25~56일)에는 1~2.5L, 구체적으로 1.5~2L씩 공급할 수 있다. 또한, 생육 초기에는 5분~10분, 생육 중기~후기에는 25~35분, 구체적으로 30분 정도 후에 남은 양액을 제거할 수 있다. 이는 황기 뿌리가 양액에 계속 담겨져 있으면 뿌리 장애가 발생할 수 있기 때문에, 양액을 공급한 후 지피포트가 양액을 흡수하게 되면, 남은 양액은 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 생장은 황기 종자의 발아 단계 보다 높은 광도 조건인 200~400μmol/m2/s의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 광주기 14~18시간 조건에서 진행한다.
또한, 전술한 바와 같이, 생장 단계에서 발아 단계보다 높은 광도를 적용하는 것이 생장 증진에 유리하다. 따라서, 상기 발아 단계의 120~150μmol/m2/s 보다 높은 광도인 200~400μmol/m2/s 범위의 광도에서 황기 식물체를 생장시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 광도에 따른 전자전달율을 측정하여 황기의 광포화점을 확인한 결과, 광포화점은 약 300-350μmol/m2/s 범위이며, 실험예 1에서 설정한 120-150μmol/m2/s 광도는 황기를 생장시키기에 낮은 광도인 것을 확인하였다. 따라서, 황기 생장 증진을 위해 200~400μmol/m2/s 범위의 광도 조건에서 황기를 생장시키는 것이 바람직하다.
식물의 종류에 따라, 무기성분이 다르며, 무기성분은 식물이 다양한 생리작용을 하는데 있어 필요하며, 식물은 식물 생장과 발달에 필요한 무기성분을 선택적으로 흡수하는 능력을 가지고 있다. 양액 내 존재하는 무기성분의 비율이 식물이 흡수하는 비율과 다르면 식물은 에너지를 사용하여 원하는 무기성분을 흡수하게 된다. 따라서 양액의 조성은 식물 생장과 품질에 있어 매우 중요한 요소이다. 특정 무기성분의 결핍 또는 과다는 양이온과 음이온 비율을 깨뜨리고 식물의 불필요한 에너지 소모로 식물 생장이 저해될 수 있다.
이러한 이유로 양액은 식물 요구도에 맞는 무기성분의 비율과 적합한 전기도도로 식물에 공급이 되어야 한다.
본 발명에서 재배된 황기 건물을 이용하여 무기성분을 분석한 결과, 다량원소로는 인 5.4~6.1mg/g, 칼륨 26.22~28.2mg/g, 칼슘 9.7~11.6mg/g, 마그네슘 2.8~3.3mg/g, 황 3.5mg/g를 함유하였으며, 미량원소로는 철 0.097~0.123mg/g, 아연 0.039~0.04mg/g, 망간 0.049~0.056mg/g, 구리 0.002~0.003mg/g를 함유하고 있었다.
본 발명에서 개발된 황기 전용 배양액 음이온(N, P, S)와 양이온(K, Mg, Ca)의 비율은 사과묘 양액과 호글랜드 양액과 달리, 황기 식물체에 존재하는 음이온과 양이온의 비율과 동일한 특징을 가진다. 즉, 사과묘 양액과 호글랜드 양액에서 재배된 황기의 음이온 비율과 양이온 비율(도 8 위 그림)이 본 발명에서 개발한 황기 개발 양액에 존재하는 음이온과 양이온 비율(도 8 아래 그림에서 파란색 실선)과 정확히 일치한다. 따라서, 본 발명에서 개발한 황기 전용 양액은 사과묘 양액과 호글랜드 양액을 대체하여 황기 재배에 적합하다.
또한, 본 발명에서 개발한 황기 전용 배양액은 황기 배양에 있어, 기존의 사과묘 양액과 호글랜드 양액 보다 생장을 증대시켜 황기 재배에 적합하며, 상기 황기 전용 배양액 없이 재배한 경우에 비해, 생장 증진 효과가 우수하다.
또한, 본 발명에서 개발한 황기 전용 배양액의 전기전도도(EC,electric conductivity)는 0.1~3.0 dS/m이다.
본 발명의 일실시예에서, 광도에 따른 전자전달율을 측정하여 황기의 광포화점을 확인한 결과, 광포화점은 약 300-350μmol/m2/s 범위이며, 실험예 1에서 설정한 120-150μmol/m2/s 광도는 황기를 재배하기에 낮은 광도인 것을 확인하였다.
본 발명에서 용어 "생장"은 성장이라고도 한다. 생물체를 이루고 있는 세포의 수가 많아져서 생물체의 크기가 커지거나 무게가 증가하는 것을 말한다. 구체적으로, 황기의 생장은 황기의 지상부와 지하부의 생체중과 건물중이 증가하는 것을 의미한다. 상기 용어 "지상부"는 줄기와 잎을 포함하고, "지하부"는 뿌리를 포함한다.
상기 "생체중"은 수분을 제거하지 않은 상태의 무게를 의미하고, "건물중"은 수분을 제거한 상태의 무게를 의미한다.
본 발명의 생장이 증진된 황기의 재배방법은 파종 시점부터 6~10주 이후에 수확하는 단계를 포함한다.
본 수확 단계는 파종한 시점부터 6~10주 동안 발아 및 생장을 진행하여 파종 시점부터 6~10주 이후에 수확하는 단계이다.
황기의 최적의 생장 효율을 얻기 위하여, 황기를 파종한 시점부터 황기 식물체를 6~10주, 보다 구체적으로 7~8주 동안 생장 또는 생육시킬 수 있다.
본 발명에서 용어 "생육"은 발달하여 크게 자라는 과정으로, 발아되어 성숙기(成熟期)에 달하는 과정을 의미한다.
황기의 전체 생육 기간이 파종한 시점부터 6주, 구체적으로 7주 미만인 경우, 생장 또는 생육이 불충분하고 10주, 구체적으로 8주를 초과하는 경우, 재배기간 대비 생장 또는 생육 효율이 낮아 불필요한 시간만 낭비하게 되므로, 식물공장 내에서 최적의 효율을 얻기 위하여, 황기 식물체는 파종한 시점부터 6~10주, 구체적으로 7~8 주 동안 생장 또는 생육 시킨 후 수확하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서 생육 단계에 따른 황기의 지상부와 지하부의 생체중과 건물중의 변화를 분석한 결과, 파종 후 2주차부터 6주까지 지상부의 생체중과 건물중은 급격하게 증가였고, 7주차부터 생장 속도가 느려졌으며, 8주 이후는 생장곡선이 완만해지는 것으로 보여, 수확 적기는 파종 후 7주~8주차가 적당하다는 것을 확인하였다.
다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 재배방법에 따라 재배된 황기를 제공한다.
본 발명에서는 상기와 같은 재배방법에 의해 생장이 증진된 황기의 재배가 가능하다. 또한, 본 발명의 재배방법에 의해 재배된 황기는 생리활성물질 함량도 풍부하다.
본 발명에서 용어 "재배방법", "황기"에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
본 발명은 생장이 증진된 황기의 재배방법에 관한 것으로서, 황기 식물체를 포트당 1~2 개체수로 유지하고, 파종 후 7~8주간 재배한 경우, 황기의 생장이 증진되는 장점이 있다.
또한, 추가적으로 본 발명에서 개발한 황기 전용 양액을 이용하여 황기를 재배 시 황기의 생장이 증진되고 생리활성물질도 증가되는 장점이 있다.
도 1은 생육 단계에 따른 황기의 생장 결과를 나타낸다.
도 2는 지피포트당 개체수에 따른 황기의 지상부와 지하부의 생장곡선을 나타낸다.
도 3은 생육 단계에 따른 지피포트당 개체수에 따른 황기의 생장 모습을 나타낸다.
도 4는 생육 단계에 따른 황기 지상부와 지하부의 생체중과 건물중 변화를 나타낸다.
도 5는 광도에 따른 황기의 광합성 곡선을 나타낸다.
도 6은 호글랜드 양액과 사과묘 양액에서 재배된 황기의 지상부와 지하부의 생체중과 건물중(n=30)을 나타낸다.
도 7은 개발된 황기 전용 배양액 조성표를 나타낸다.
도 8은 호글랜드 양액과 사과묘 양액에서 재배된 황기의 양이온과 음이온의 비율 그리고 본 발명에서 개발된 황기 양액, 호글랜드 양액, 사과묘 양액의 양이온과 음이온의 비율을 나타낸다.
도 9는 황기의 무기 성분을 분석한 결과이다.
도 2는 지피포트당 개체수에 따른 황기의 지상부와 지하부의 생장곡선을 나타낸다.
도 3은 생육 단계에 따른 지피포트당 개체수에 따른 황기의 생장 모습을 나타낸다.
도 4는 생육 단계에 따른 황기 지상부와 지하부의 생체중과 건물중 변화를 나타낸다.
도 5는 광도에 따른 황기의 광합성 곡선을 나타낸다.
도 6은 호글랜드 양액과 사과묘 양액에서 재배된 황기의 지상부와 지하부의 생체중과 건물중(n=30)을 나타낸다.
도 7은 개발된 황기 전용 배양액 조성표를 나타낸다.
도 8은 호글랜드 양액과 사과묘 양액에서 재배된 황기의 양이온과 음이온의 비율 그리고 본 발명에서 개발된 황기 양액, 호글랜드 양액, 사과묘 양액의 양이온과 음이온의 비율을 나타낸다.
도 9는 황기의 무기 성분을 분석한 결과이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실험예 1. 황기 재배 생육 조건 설정
① 재배 조건
온도 23±0.04℃, 이산화탄소 762±8ppm, 습도 63±0.07%, 광도 PPFD 120~150umol/m2/s, 광주기 16시간의 재배조건에서 황기 새싹을 재배하였다. 광원으로는 레드:블루:그린 비율이 2.6:4.6:2.8인 화이트(White) LED를 사용하였다.
② 파종 방법
깨끗한 물로 포습한 지피포트에 황기 종자 5립을 파종하였다.
상기 지피포트는 피트모스를 주원료로 보비력과 보수력, 배수력 그리고 통기성이 우수한 압축상토를 사용하였다.
③ 관리 방법
파종일로부터 7일 후부터 배양액(엽채류 범용 배양액인 호글랜드 배양액, 사과묘 전용 배양액)을 1L~2L씩 1주일에 3~4회 공급하였다. 상기 양액을 트레이 받침대에 저면 관수해 주었고 최소 5분에서 최대 30분 후 트레이 받침대에 남아있는 양액을 제거하였다. 총 56일(8주) 재배하였으며, 황기의 초장이 35cm 이상 자랐다.
실험예 2. 고품질 황기의 대량생산을 위한 생장곡선 모델림
2.1. 지피포트 당 개체수에 따른 생장 속도 분석
도 1은 생육단계에 따른 황기의 생장 결과를 나타낸다.
2020년 9월 17일 황기 종자를 지피포트에 파종하였고 황기의 초장이 35cm 이상 자라 재배 광원에 닿아 실험을 종료하였다. 황기를 11월 12일 수확하여 총 56일(8주) 재배하였다. 호글랜드 배양액 또는 사과묘 전용 배양액 배양액을 파종 7일 후부터 생육 초기에는 1L씩, 생육 중기~후기에는 1.5~2L씩 공급하였다. 생육 초기에는 5분~10분, 생육 중기~후기에는 30분 정도 후에 남은 양액을 제거해 주었다. 황기 뿌리가 양액에 계속 담겨져 있으면 뿌리 장애가 발생할 수 있어, 양액을 공급한 후 배지가 양액을 흡수한 뒤 남은 양액은 제거하였다.
상기와 같이 황기 재배 중에 황기의 생장곡선을 얻기 위하여 파종 후 2, 4, 6, 7, 8주차 황기를 수확하여 지상부와 지하부의 생체중과 건물중을 측정하였다.
도 2는 지피포트당 개체수에 따른 황기의 지상부와 지하부의 생장곡선을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 지피포트 당 식물체 개체수에 따라 지상부의 생장곡선은 차이가 있었다. 또한, 파종 후 4주와 6주차에 생장곡선의 기울기가 가장 컸다. 이를 통해 파종 후 4주와 6주 사이에 생장이 왕성하게 증대된다는 것을 알 수 있었다.
그러나, 지하부의 생장곡선은 생육 초기에는 포트당 개체 수에 따라 생장속도가 상이하였으나, 생육 후기로 갈수록 포트당 개체수에 따른 생장 차이가 없었다.
도 3은 생육 단계에 따른 지피포트당 개체수에 따른 황기의 생장 모습을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 지피포트당 식물 개체 수에 따라 지상부의 생체중은 차이가 있었으며, 포트당 3개체 이상의 황기 식물체는 매우 불균일한 생육 상태를 보였다.
2.2. 생육단계에 따른 지상부와 지하부의 생체중과 건물중 측정
다음으로, 생육 단계에 따른 황기 지상부와 지하부의 생체중과 건물중의 변화를 분석하였다. 도 4는 생육 단계에 따른 황기 지상부와 지하부의 생체중과 건물중 변화를 나타낸다. 파종 후 2주차부터 6주까지 지상부의 생체중과 건물중은 급격하게 증가였고, 7주차부터 생장 속도가 느려졌으며, 8주 이후는 생장곡선이 완만해질 것으로 보였다.
따라서, 도 2 내 4를 결과를 통해, 지피포트당 황기 개체수는 1개~2개체가 적당하며 수확 적기는 파종 후 7주~8주차 적당하다는 것을 알 수 있었다.
2.3. 광도에 따른 황기의 광합성 곡선
다음으로, 황기의 광포화점을 확인하기 위해 광도에 따른 전자전달율을 측정하여 광합성 곡선을 작성하였다. 도 5는 광도에 따른 황기의 광합성 곡선을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 황기의 광포화점은 약 300-350μmol/m2/s 범위이며, 실험예 1에서 설정한 120~150μmol/m2/s 광도는 황기를 생육하기에 낮은 광도인 것을 알 수 있었다. 따라서 앞서 실험에서 저광 조건 때문에 황기에 도장이 발생한 것으로 보인다.
실험예 3. 고품질 황기 생산을 위한 배양액 개발
3.1. 호글랜드 배양액과 사과묘 전용 배양액을 이용한 생체중과 건물중 분석
황기 전용 배양액을 개발하기 위하여 엽채류 범용 배양액인 호글랜드 배양액(EC 1.0 dS/m, pH 6.0)을 이용하여 황기를 재배하였다. 또한, 호글랜드 배양액과 비교하기 위해 황기의 무기성분을 분석한 이전 연구(Ahn 등, 2014; Jeong과 Lee, 2008)를 참고하여 양이온의 비율이 비슷한 사과묘 전용 배양액(EC 1.0 dS/m, pH 6.0)을 선정하여 실험에 사용하였다.
파종 1주일 후부터 배양액을 공급하였고 파종 후 7주차 황기를 수확하여 지상부와 지하부의 생체중과 건물중을 조사하였다. 도 6은 호글랜드 양액과 사과묘 양액에서 재배된 황기의 지상부와 지하부의 생체중과 건물중(n=30)을 나타낸다. 그 결과, 호글랜드 양액과 사과묘 양액에서 재배된 황기의 지상부의 생체중과 건물중에서 유의적인 차이는 없었다. 지하부의 생장 결과도 지상부와 비슷하게 유의적인 차이는 없었지만 호글랜드 배양액에서 자란 지하부의 생체중과 건물중이 사과묘 양액보다 높았다.
3.2. 황기 전용 배양액 개발
파종 후 7주차 황기를 수확하여 무기성분을 분석하였다. 도 9는 황기의 무기 성분을 분석한 결과이다. 황기 건물을 이용하여 무기성분을 분석한 결과, 다량원소로는 인 5.4~6.1mg/g, 칼륨 26.22~28.2mg/g, 칼슘 9.7~11.6mg/g, 마그네슘 2.8~3.3mg/g, 황 3.5mg/g를 함유하였으며, 미량원소로는 철 0.097~0.123mg/g, 아연 0.039~0.04mg/g, 망간 0.049~0.056mg/g, 구리 0.002~0.003mg/g를 함유하고 있었다.
다음으로, 상기 무기성분 결과를 이용하여 황기 전용 배양액을 개발하였다. 제주대학교에서 개발한 배양액 개발 프로그램을 이용하여 황기 무기성분의 양이온(K, Mg, Ca)와 음이온(N, P, S)을 기반으로 표 1의 황기 전용 배양액을 개발하였다.
개발된 황기 전용 배양액 조성표는 표 1 및 도 7과 같다.
| A액 | 필수원소 | 함량(kg/1000L) | 중량%(w/v) |
| 질산칼슘 | 75.52 | 69.20 | |
| 질산칼륨 | 32.47 | 29.75 | |
| 철 | 1.15 | 1.05 | |
| 총합 | 109.14 | 100 | |
| B액 | 필수원소 | 함량(kg/1000L) | 중량%(w/v) |
| 질산칼륨 | 32.47 | 4.54 | |
| 제1인산암모늄 | 2.65 | 0.37 | |
| 제1인산칼륨 | 21.35 | 2.99 | |
| 황산마그네슘 | 29.525 | 4.13 | |
| 구리 | 17.68 | 2.47 | |
| 붕소 | 200.09 | 27.98 | |
| 망간 | 244.92 | 34.24 | |
| 아연 | 153.91 | 21.52 | |
| 몰리브덴산나트륨 | 12.61 | 1.76 | |
| 총합 | 715.205 | 100 |
상기 양액 A와 B액을 처음부터 혼합하여 단일 배양액으로 제조하게 되면, A액을 구성하는 칼슘 성분과 B액을 구성하는 인산 또는 황산 성분이 만나서 침전이 생기는 것을 확인하였다. 또한, A액을 구성하는 철 성분과 B액을 구성하는 인산 또는 황산 성분이 만나서 침전이 생기는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명에서는 황기 전용 양액 A와 B를 각각 제조한 후, 1:1의 비율(부피비)로 공급하였다.
3.3. 황기 전용 배양액의 적합성 규명
식물의 종류에 따라, 무기성분이 다르며, 무기성분은 식물이 다양한 생리작용을 하는데 있어 필요하다. 식물은 식물 생장과 발달에 필요한 무기성분을 선택적으로 흡수하는 능력을 가지고 있는데, 양액 내 존재하는 무기성분의 비율이 식물이 흡수하는 비율과 다르면 식물은 에너지를 사용하여 원하는 무기성분을 흡수하게 된다. 따라서 양액의 조성은 식물 생장과 품질에 있어 매우 중요한 요소이다. 특정 무기성분의 결핍 또는 과다는 양이온과 음이온 비율을 깨뜨리고 식물의 불필요한 에너지 소모로 식물 생장이 저해될 수 있다. 이에 본 발명에서 개발된 황기 양액의 음이온과 양이온 비율이 황기 식물체의 음이온 및 양이온과 일치하는 지를 분석하고자 하였다.
이를 위해, 사과묘 양액, 호글랜드 양액, 본 발명에서 개발된 황기 양액을 이용하여 재배된 황기를 수확하여 무기성분을 분석하였다. 도 8은 호글랜드 양액과 사과묘 양액에서 재배된 황기의 양이온과 음이온의 비율 그리고 본 발명에서 개발된 황기 양액, 호글랜드 양액, 사과묘 양액의 양이온과 음이온의 비율을 나타낸다.
도 8을 참고하면, 무기성분 분석 결과 사과묘 양액과 호글랜드 양액에서 재배된 황기의 음이온(N, P, S)와 양이온(K, Mg, Ca)의 비율이 같았다.
그러나, 개발된 황기 전용 배양액의 음이온(N, P, S) 비율은 호글랜드와 사과묘 전용 배양액의 음이온 비율과 상이하였다. 또한, 개발된 황기 전용 배양액의 양이온(K, Mg, Ca)의 비율은 사과묘 배양액의 양이온의 비율과 비슷하였고 호글랜드 배양액과는 차이가 있었다.
그러나, 개발된 황기 전용 배양액 음이온(N, P, S)와 양이온(K, Mg, Ca)의 비율은 사과묘 양액과 호글랜드 양액과 달리, 황기 식물체에 존재하는 음이온과 양이온의 비율과 동일한 것을 확인하였다. 즉, 사과묘 양액과 호글랜드 양액에서 재배된 황기의 음이온 비율과 양이온 비율(도 8 위 그림)이 본 발명에서 개발한 황기 개발 양액에 존재하는 음이온과 양이온 비율(도 8 아래 그림에서 파란색 실선)과 정확히 일치하는 것을 확인하여, 본 발명에서 개발한 황기 전용 양액은 사과묘 양액과 호글랜드 양액을 대체하여 황기 재배에 적합하다는 것 알 수 있었다.
3.4. 황기 전용 배양액의 전기전도도 규명
본 발명에서 개발한 황기 전용 배양액의 적절한 농도(전기전도도)를 규명하였다. 그 결과, 본 발명에서 개발한 황기 전용 배양액은 황기 배양에 있어, 사과묘 양액과 호글랜드 양액 보다 생장을 증대시켜 황기 재배에 적합한 것을 확인하였다.
또한, 본 발명에서 개발한 황기 전용 배양액의 전기전도도(EC,electric conductivity)는 0.1~3.0 dS/m 인 것을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명은 2020년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업의 결과입니다.
Claims (6)
- 황기의 종자 4~8립을 파종하는 단계;
120~150μmol/m2/s의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 인공광원을 조사하여 광주기 14~18시간 조건에서 발아시키는 단계;
상기 발아한 황기 식물체 개체수를 포트당 1~2개로 유지하며, 파종한 후 7~10일 이후부터 황기 전용 양액을 1주일에 3~4회 저면관수로 공급하고 300~350μmol/m2/s의 광도, 500~900ppm의 이산화탄소, 13~23℃의 온도, 45~80%의 습도 및 인공광원을 조사하여 광주기 14~18시간 조건에서 생장시키는 단계; 및
파종 시점부터 6~10주 이후에 수확하는 단계를 포함하며,
상기 황기 전용 양액의 음이온과 양이온 비율은 황기 식물체에 존재하는 음이온과 양이온 비율과 유사하며,
상기 인공광원은 레드광, 블루광 및 그린광의 혼합광이며,
상기 황기 전용 양액은 제1 황기 전용 양액과 제2 황기 전용 양액으로 이루어지며,
상기 제1 황기 전용 양액과 제2 황기 전용 양액을 혼합하여 단일 양액으로 제조하지 않고, 양액 공급 시 제1 황기 전용 양액과 제2 황기 전용 양액을 1: 0.5~3의 부피비로 공급하며,
상기 제1 황기 전용 양액은 질산칼슘 65~75 중량%(w/v), 질산칼륨 20~40 중량%(w/v) 및 철 0.1~5 중량%(w/v)로 이루어지며,
상기 제2 황기 전용 양액은 질산칼륨 0.5~10 중량%(w/v), 제1인산암모늄 0.05~0.8 중량%(w/v), 제1인산칼륨 0.1~6 중량%(w/v), 황산마그네슘 0.5~10 중량%(w/v), 구리 0.5~5 중량%(w/v), 붕소 20~35 중량%(w/v), 망간 27~42 중량%(w/v), 아연 15~28 중량%(w/v), 및 몰리브덴산나트륨 0.5~5 중량%(w/v)로 이루어지는 것인, 생장이 증진된 황기의 재배방법. - 삭제
- 삭제
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- 제1항의 재배방법에 따라 재배된 황기.
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