KR20020059356A - 뿌리 성장을 변형하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뿌리의 성장 동안 물이 배출되는 소수성 다공막 또는 친수성 비다공막과 근접하여 뿌리를 성장시킴으로써 식물 뿌리의 성장을 변형하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 또한 수분은 막으로부터 성장 배지로 배출되나 식물 뿌리로부터 분비된 물질은 막에 의해 성장 배지내에 보유되는 막에 의해 둘러싸인 성장 배지에서 식물 뿌리를 성장시킴으로써 식물 뿌리로부터 분비된 물질을 수거하는데 사용할 수 있다.

Description

뿌리 성장을 변형하는 방법 {Method for Modifying Root Growth}

상업적으로 가치있는 산물 (열매, 종자, 꽃, 잎 등)을 더 쉽게 수확하기 위해, 또는 더 쉽게 접근하기 위해 많은 식물 종의 성장을 변형하는데 많은 시간과 노력이 투자되어 왔지만, 식물 뿌리 성장의 변형에 대해서는 노력도 적었고 성공한 사례도 적었다. 사실, 식물 뿌리의 구조는 중요한 상업적인 관심사항이 될 수 있는데, 예를 들어 뿌리 그 자체가 상업적인 제품 (또는 그의 재료)이거나, 뿌리의 구조가 식물 수확의 용이성과, 뿌리째 뽑아 이식하는 데의 용이성 또는 성공 확률에 크게 영향을 미치기 때문이다.

상업적으로 가치있는 뿌리의 예에는 당근 또는 비트 뿌리와 같은 대량 재배 농작물, 및 약학적 또는 동종요법적 특성 때문에 재배하는 뿌리 등이 있다. 상업적으로 가치있는 뿌리를 뽑아낸 후 필요한 가공은 사용 용도에 따라 매우 다양한데, 예를 들어 당근의 경우는 대부분 붙어 있는 성장 배지를 단순히 제거하거나, 또는 약학적 가치가 있는 뿌리의 경우는 집약적인 세척, 분쇄, 열 처리 및 화학물질 추출을 한다. 그러나, 어느 경우든 지면으로부터 가능한 한 많이 뿌리 전체를 쉽게 뽑은 후, 뿌리 전체를 성장 배지로부터 쉽게 분리하는 것이 뿌리 회수 부피 및 수확 후의 가공 비용의 면 모두에서 중요하다.

이식 전에 대량으로 식물을 재배하는 경우 (예를 들어 종묘장의 묘목), 성장 배지로부터 발육된 뿌리 전체를 손상없이 가능한 높은 비율로 뽑을 수 있는 것이 역시 중요하다. 다시 이식된 식물은 부러진 뿌리에서의 세균 공격으로 인한 질병의 위험없이 최상의 재성장 기회를 가질 것이다.

상업적으로 가치있는 뿌리의 또다른 카테고리는 상업적으로 가치있는 물질을 성장 배지중으로 분비하는 뿌리인데, 예를 들어 대부분의 식물 뿌리는 종종 매우 소량이지만 특정 물질 (예, 천연 제초제를 포함한 항균 물질, 성장 제어 물질 등)을 배출한다는 것이 알려져 있다. 이러한 뿌리의 성장을 개선하는 수단 및 이러한 분비된 물질의 수거를 개선하는 수단은 매우 유익할 것이다.

물의 통과는 허용하지만 현탁되거나 용해된 물질의 통과는 제한하는 많은 물질이 공지되어 있다. 최근 밝혀진 물질의 군은 친수성 중합체이다. 이러한 물질로 된 막은 액체상태 물에는 불투과성이지만 수증기의 통과는 허용하는 것으로 알려져 있다 (투과기화 (pervaporation)로 공지된 공정). 친수성 막을 가로질러 증기압 강하가 발생하면, 물은 증기의 형태로 높은 증기압 쪽에서 흡수되고 막을 가로질러 수송되어 낮은 증기압 쪽에서 수증기로서 배출될 것이다. 배출된 수증기는 직접 사용되거나 액체상태 물로 다시 응축하여 사용할 수 있다. 그러나, 양쪽 다 막의 다른 측면 또는 (일부의 경우) 막 그 자체에 오염물이 붙잡히게 되므로 (화학적으로 및 미생물학적으로) 순수할 수 있다.

소수성 다공막도 역시 용해되거나 현탁된 물질은 막지만 물의 통과는 선택적으로 허용할 것이다.

<발명의 요약>

본 발명은, 식물 뿌리가 물이 배출되는 특정 막 (즉, 친수성 비다공막 또는 소수성 다공막)에 근접하여 성장한다면, 뿌리의 구조가 변형되어 수확 및(또는) 수확후 성장 배지로부터의 분리가 더 쉬워진다는 것을 밝혀내었다. 또한, 물이 배출되는 이러한 막에 근접하여 성장한 식물 뿌리는 보통의 경우보다 더욱 제한된 부피에서 성장하는 데에 순응하여, 화분 전체에 뿌리가 자랄 가능성이 적다.

따라서, 본 발명은 뿌리의 성장 동안 물이 배출되는 막 (소수성 다공막 또는 친수성 비다공막)에 근접하게 위치하게끔 뿌리를 성장시킴으로써 식물 뿌리의 성장을 변형하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 수분은 막으로부터 성장 배지로 배출되나 식물 뿌리로부터 분비된 물질은 막에 의해 성장 배지내에 보유되게 하는 소수성 다공막 또는 친수성 비다공막인 막에 의해 둘러싸인 성장 배지중에서 식물 뿌리를 성장시킴으로써 식물 뿌리에서 분비된 물질을 수집하는 방법을 제공한다.

본 발명은 일반적으로는 식물 뿌리의 성장을 변형하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 친수성 비다공막 또는 소수성 다공막에 근접하여 성장하게끔 함으로써 식물 뿌리의 수확률 또는 접근성을 개선하는 방법에 관한 것이다.

도 1 및 4는 뿌리 변형이 야기되지 않는 식물 재배 방법의 도식도이다 (비교용).

도 2 및 3은 본 발명의 식물 뿌리 성장을 변형하는 방법의 도식도이다.

식물 성장의 변형이란 식물에 통상적으로 관개할 때 발생하는 것과 같이 뿌리가 자유롭게 퍼져 큰 부피로 성장 배지 내를 채우는 것이 아니라, 실질적으로 식물의 주된 또는 유일한 수원인 특정 막에 근접한 위치에서만 성장하게끔 뿌리의 크기, 형상, 형태 및 분포에 영향을 주는 것을 의미한다. 따라서 뿌리 변형은 뿌리의 주된 수원인 동시에 수원 중의 원하지 않은 불순물 (존재한다면)은 걸러내어 식물을 둘러싸고 있는 성장 배지로 불순물이 들어가는 것을 막는 막을 사용함으로써 달성될 수 있다.

청구된 방법에 의해 재배된 뿌리는 흔히 직물 같은 외형을 가질 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법으로 성장이 변형된 뿌리는 대부분 또는 모든 관개수를 식물에 제공하는 막의 형상에 순응하여 보다 쉽게 뽑아낼 수 있는 (따라서 더욱 쉽게 수거할 수 있는) 구조를 형성한다. 또한, 이러한 방법으로 재배함으로써 뿌리 전체가 차지하는 공간이 줄어들어 뿌리에 손상을 주지 않고 더욱 쉽게 파 올릴 수 있다. 예를 들어, 토양 표면 아래에서 관개에 사용된 막이 편평한 시트 또는 관 형태일 경우, 이러한 방법으로 재배된 뿌리의 형태는 각각 치밀하고 편평한 덩어리 또는 원주형 덩어리와 같은 모양이 될 것이다.

본 발명의 실시에 사용할 수 있는 식물은 뿌리 성장을 변형하면 유리한 임의의 품종을 포함한다. 이러한 장점의 예에는 다음의 것들이 있다:

(1) 뿌리를 수확하는 식물의 경우, 지면 위의 식물의 생물량에 비해 뿌리의 생물량을 증가시킬 수 있다,

(2) 뿌리 형상을 조절하여 더욱 균일한 상업 농작물을 얻을 수 있다,

(3) 식물을 토양에 고정시키는 방법을 조절할 수 있다,

(4) 뿌리 성장의 방향을 정할 수 있어 하기와 같은 이점을 제공한다,

(a) 성장 배지의 특정층에 존재하거나, 성장 배지의 특정 구역에 공급될 수 있는 영양제, 무기질, 농약 등을 가장 효율적으로 사용하는 능력,

(b) 성장 배지의 오염 지역 또는 바람직하지 못한 지역을 피하는 능력,

(c) 상기 (b)와는 반대로, 식물 뿌리를 성장 배지의 오염 지역 또는 바람직하지 못한 지역에 정착시킴으로써 식물이 상기 바람직하지 못한 물질을 빨아들이게 한 후 이러한 바람직하지 못한 물질을 식물과 함께 처리하여 성장 배지의 오염되거나 바람직하지 못한 지역을 재조정하는 능력,

(d) 잡초 성장을 막는 능력, 및

(e) 인접 식물의 뿌리를 피하는 능력;

(5) 뿌리가 관개 시스템에 들러붙거나 뚫고나가지 않으며, 뿌리가 특정 지역에서만 성장하도록 하여 인접 식물 뿌리와의 엉킴을 줄일 수 있기 때문에 뿌리째 뽑아 이식하는 것이 더 쉽다 (예, 묘목장에서 재배된 묘종),

(6) 뿌리에서 깨끗이 떨어져나가야 하는 성장 배지의 양을 감소시킴으로써 뿌리 수확 및 가공이 개선된다,

(7) 식물의 뿌리 지역이 너무 습하면 해로운 병원체가 발생할 수 있으므로 수확물에 해로운 병원체가 없도록 통제된 습도의 환경에서 식물을 재배할 수 있다.

본 발명의 수행시, 발육하는 식물은 식물 뿌리가 자라게 되는 성장 배지에서 지지되는 것이 바람직하며, 바람직한 성장 배지는 식물이 정상적으로 성장되는 임의의 통상 물질, 예를 들어 천연 토양, 인공 토양 또는 인공적으로 보안된 토양; 모래 (임의로 첨가된 식물 영양제를 함유); 예를 들어 "그로우백 (Growbag)"에서 사용된 것과 같은 시판되는 성장 배지, 또는 질석; 물이끼; 분쇄된 양치식물 껍질; 절단 또는 분쇄된 나무 껍질 또는 분쇄된 코코넛 껍질을 포함한다.

본 발명에 사용하기 적합한 막에는 소수성 다공막 및 친수성 비다공막이 포함된다.

본 명세서에서, "소수성 다공막"이란 액체는 통과할 수 없지만 수증기는 더 높은 증기압을 가진 쪽에서 낮은 증기압 쪽으로 확산될 수 있으며, 기공 크기가 1 미크론 미만인 것이 특징인 임의의 물질로부터 섬유, 필름 등의 형태로 제조된 막을 의미한다.

적합한 소수성 다공막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌 등으로부터 제조된 직포 또는 부직포 또는 필름을 포함한다.

본 발명에 사용하기 적합한 친수성 비다공막은 투과기화를 통해서만 물을 흡수하여 통과시키는 비다공성 친수성 막이다. 친수성막에 증기압 구배가 형성된 경우, 이렇게 흡수된 물은 막 두께 전체를 통해 확산해 가서, 그의 반대쪽 면에서 방출된다. 친수성 비다공막 또는 코팅은 하기 정의된 바와 같이 충분히 높은 수증기 투과율을 가지므로, 이들 막을 통과한 물은 식물에 관개하는데 직접 사용할 수 있다. 이러한 막들은 이에 제한되지는 않지만 동일한 또는 상이한 친수성 중합체를비롯하여 하나 이상의 재료층을 포함할 수 있다 (이에 제한되지 않음). 전체적으로 막의 수증기 투과율이 충분히 높은 한, 이러한 물은 기재된 바와 같이 실제 사용시에는 그의 용도에 맞는 속도로 제공될 수 있다. 막의 비다공성 특징은, 박테리아 및 바이러스와 같은 세균을 비롯한 임의의 미립자 불순물이 막을 통과하는 것은 배제하고 또한 성장하는 뿌리가 관통하지 못하게 하는 작용을 한다.

물이 친수성 중합체로 제조된 친수성 비다공막을 통해 투과기화되는 속도는 여러 인자 중에서도 물이 없는 쪽 수분 함량에 좌우된다. 따라서 본 발명의 관개 시스템은 건조 조건에서는 식물에게 물을 더 많이, 습한 조건하에서는 식물에게 물을 더 적게 제공하는 자가-조절적이며 "수동적"인 성질이다.

막이 물을 전달하는 속도 측정을 위한 표준 시험은 이전에는 ASTM E-96-66-Procedure BW로 알려져 있던 ASTM E-96-95-Procedure BW이고, 이를 막의 수증기 투과 속도 (WVTR)를 결정하는데 사용한다.

본 발명의 뿌리 변형 방법의 목적을 위해 바람직한 막은 하나 이상의 친수성 비다공막 층을 포함한다.

"친수성 중합체"는 국제 표준화 기구 설명서 ISO 62 (미국 재료 시험 협회 설명서 ASTM D 570에 해당)에 따라서 실온에서 액체상태 물과 접촉시 물을 흡수하는 중합체를 의미한다.

본 발명에 사용하기 위한 친수성 비다공막을 제조하는데 적합한 친수성 중합체는 중합체 또는 몇몇 중합체의 블렌드일 수 있으며, 예를 들어 친수성 중합체는 하기 기재된 바와 같은 코폴리에테르에스테르 엘라스토머 또는 2종 이상의 코폴리에테르에스테르 엘라스토머, 예를 들어 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 (E. I. du Pont De Nemours and Company) 제품인 상품명 히트렐 (Hytrel^(R))중합체; 또는 폴리에테르-블록-폴리아미드 또는 2종 이상의 폴리에테르-블록-폴리아미드의 혼합물, 예를 들어 프랑스 파리 소재의 엘프-아토켐 캄파니 (Elf-Atochem Company) 제품인 상품명 PEBAX; 또는 폴리에테르 우레탄 또는 폴리에테르 우레탄의 혼합물; 또는 폴리비닐 알코올의 단독중합체 또는 공중합체 또는 폴리비닐 알코올의 단독중합체 또는 공중합체의 혼합물일 수 있다.

본 발명에서의 수증기 투과에 특히 바람직한 중합체는 에스테르 결합을 통하여 헤드-투-테일 (head-to-tail) 방식으로 연결된 하기 화학식 I의 장쇄 에스테르 단위와 하기 화학식 II의 단쇄 에스테르 단위가 다수 반복되는 코폴리에테르에스테르 엘라스토머 또는 2종 이상의 코폴리에테르에스테르 엘라스토머의 혼합물이다.

상기 식에서,

a) G는 수평균 분자량 약 400 내지 4000의 폴리(알킬렌 옥시드)글리콜로부터 말단 히드록실기의 제거 후 남는 2가 라디칼이고;

b) R은 분자량 300 미만의 디카르복실산으로부터 카르복실산의 제거 후 남는 2가 라디칼이고;

c) D는 분자량 약 250 미만의 디올로부터 히드록실기의 제거 후 남는 2가 라디칼이고;

d) 상기 코폴리에테르에스테르는 그의 장쇄 에스테르 단위에 혼입된 에틸렌 옥시드기를 코폴리에테르에스테르의 총 중량을 기준으로 0 내지 68 중량%로 함유하고;

e) 상기 코폴리에테르에스테르는 약 25 내지 80 중량%의 단쇄 에스테르 단위를 포함한다.

이러한 바람직한 중합체는 얇지만 강인한 막, 필름 및 코팅을 제작하는데 적합하다. 바람직한 중합체 코폴리에테르에스테르 엘라스토머 및 그의 제조 방법은 당업계에 공지되어 있고, 예를 들어 US 특허 제4,725,381호에는 WVTR 3500 g/m²/24시간 이상의 코폴리에테르에스테르 엘라스토머에 대해서, 또는 US 특허 제4,769,273호에는 WVTR 400 내지 2500 g/m²/24시간의 코폴리에테르에스테르 엘라스토머가 개시되어 있다. 이 두 출원은 이 거명을 통해 본 명세서에 포함된다.

중합체를 항산화성 안정화제, 자외선 안정화제, 가수분해 안정화제, 염료 또는 안료, 충전재, 항균제 등과 혼합할 수 있다.

본 발명에서는, 23 ℃ 및 상대 습도 50 %의 공기를 사용하여 3 m/s의 속도에서 두께 25 미크론의 필름에 대해 측정한 WVTR이 400 g/m²/24시간 초과인 코폴리에테르에스테르 엘라스토머를 사용하는 것이 더욱 바람직하긴 하지만 시판되는 친수성 중합체를 막으로서 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 두께가 25 미크론의 필름에서 23 ℃ 및 상대 습도 50 %의 공기를 사용하여 3 m/s의 속도로 측정시 WVTR이 3500 g/m²/24시간 초과인 시판되는 코폴리에테르에스테르 엘라스토머로 제조된 막을 사용한다.

친수성 중합체를 여러 방법에 의해 임의의 바람직한 두께의 막으로 제조할 수 있다. 필름의 형태로 막을 제조하는 유용하며 잘 확립된 방법은 시판 압출 라인에서의 중합체 용융 압출에 의한 것이다. 즉, 이는 중합체를 융점 초과의 온도로 가열하고, 이를 편평한 다이 또는 환상 다이를 통해 압출한 후 롤러 시스템을 사용하여 필름을 캐스팅하거나 용융물로부터 필름을 취입하는 것을 포함한다.

본 발명에 사용하기 위한 막은 하나 이상의 지지체 재료 층을 포함할 수 있다. 유용한 지지체 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유리섬유 등과 같은 습기에 안정한 유기 및 무기 중합체의 섬유로부터 제조된 것을 포함하여 직포, 부직포 또는 접합지, 수증기 투과성 직물 및 스크린을 포함한다. 지지체 재료는 강도를 증가시키고 막을 보호한다. 지지체 재료는 막의 한쪽 면 또는 양쪽 면 모두에 배치될 수 있거나, 2개 이상의 층 사이에 샌드위치될 수 있다. 한쪽 면에만 배치될 경우, 지지체 재료는 수원과 접촉할 수도 접촉되지 않을 수도 있다. 통상적으로, 지지체 재료는 막을 물리적 손상 및(또는) 빛에 의한 분해로부터 최대한 보호하기 위하여 환경에 노출된 막의 임의의 표면에 배치된다.

식물 뿌리의 성장을 변형하는 본 발명의 수행에서, 뿌리와 근접한 막의 제1 면으로부터 배출된 물이 뿌리에 흡수될 수 있어야 한다. 물의 이러한 배출은 재배중인 식물의 물 요건 및 성장 배지 (존재할 경우)의 특성에 따라 연속적 배출 또는 일시적 배출일 수 있다. 따라서, 물이 배출되게 하기 위해서 막의 제2 면이 수원과 연결되어야 한다. 이러한 수원은 액체상태 물의 대량 공급원일 수 있거나, 축축한 토양 등과 같이 물이 담지된 물질일 수 있다. 본 발명에서, 특히 선택된 막이 친수성 비다공막일 경우, 막의 제2 면과 접촉하는 물의 수질은 중요하지 않은데, 그 이유는 막을 통해 통과했다는 것은 적합한 수질의 물 만이 뿌리에 제공된다는 것을 의미하기 때문이다.

식물 뿌리의 성장을 변형하는 본 발명의 방법을 수행할 때 막이 뿌리 성장 동안 주된 수원이 되는 것이 바람직하다. 뿌리의 성장 동안 막이 거의 유일한 수원이 되는 것이 바람직하다. 또한, 성장 배지를 사용하는 경우에는, 발육하는 뿌리가 실질적으로 모든 그들의 습기를 성장 배지에 보유된 습기로부터가 아닌 막으로부터 직접 얻도록 성장 배지 그 자체는 (예를 들어, 그의 물리적 성질 때문에 또는 잘 배수되거나 또는 충분히 잘 환기되어 건조를 야기하므로) 실질적으로 습기를 보유하고 있지 않는 것이 바람직하다 .

식물 뿌리의 성장을 변형하는 본 발명의 방법은, 예를 들어 적어도 일부가 적합한 막으로 제작된 물이 담긴 용기를 만든 후, 침수되지 않고 임의의 다른 수원 (예, 비, 관개 시스템, 주변의 습윤 토양)으로부터 물이 자주 공급되지 않는 지면의 영역에 배치한 후, 그 지면에 1종 이상의 종자를 파종하거나 1종 이상의 어린식물을 심어 이들의 성장에 따라 뿌리가 물이 배출되는 적합한 막으로 구성된 용기의 적어도 일부분과 근접하게 되도록 수행될 수 있다. 사용하는 지면은 (예를 들어, 지역이 덮혀 있거나, 지면이 매우 건조하거나 다공성이거나 비가 거의 오지 않기 때문에) 임의의 다른 수원으로부터 물을 자주 공급받을 수 없는 지역의 천연 지면 (들판, 정원 등); 또는 임의의 다른 수원으로부터 수분을 공급받지 않는 "그로우백 (Growbag)"과 같은 인공적 재배지 또는 액체가 아닌 성장 배지가 담긴 도랑일 수 있다.

다르게는, 식물 뿌리의 성장을 변형하는 본 발명의 방법은, 발육하는 뿌리 전체, 그리고 경우에 따라서는 뿌리를 받치는 성장 배지를 적어도 일부분은 물이 막을 통과하여야만 뿌리에 실질적으로 도달할 수 있는 적합한 막으로 제작된 수불침투성 재료로 둘러쌈으로써 수행될 수 있다. 이 실시태양에서, 식물 뿌리를 둘러싸는 물질은 전체가 적합한 막으로 제작될 수도, 또는 상당한 부분이 적합한 막으로 제작될 수 있다. 상기 논의한 바와 같이, 막의 적어도 일부는 뿌리를 향하지 않고 물의 공급원과 연결되어 있어야 한다. 본 발명의 이러한 실시태양을 수행하는 한 가지 방법은 지면의 한 부분에 구멍을 파고 적합한 막으로 그 구멍을 덮는 것이다. 이어서 구멍을 (앞서 굴착한 물질을 사용하거나 적합한 성장 배지로 대체하여) 채우고 1종 이상의 종자를 파종하거나 어린 묘목을 채워진 구멍에 심는다. 이어서, 천연 누출액에 의해 (지면 지역이 보통 축축할 경우), 또는 막에 의해 경계가 나뉜 지역의 외부의 지면에 물을 인공적으로 공급함으로써 막에 물을 공급한다. 이어서 막을 통해 물을 성장 배지 및 뿌리로 통과시킨다. 다르게는, 단단한구조물 (예, 다공성 화분 또는 구멍이 있는 비다공성 화분)을 막으로 덮은 후 성장 배지로 채우고 1종 이상의 종자를 파종하거나 어린 묘목을 심는다. 그 후, 이러한 구조물을 물에 직접 넣거나, 물을 제공하는 습윤 배지에 넣어 물이 단단한 구조물 및 막을 통과해 성장 배지로 통과하여 식물이 성장함에 따라 식물의 뿌리에 의해 물이 흡수되도록 한다. 다르게는, 단단한 구조물 그 자체의 적어도 일부분을 막으로 제작함으로써 별도의 막을 사용하지 않을 수도 있다.

식물 뿌리의 성장을 변형하는 본 발명 방법의 상기 실시태양에서, 구멍 및(또는) 단단한 용기의 크기 및 형상은 식물 뿌리가 발육 동안 적합한 막에 근접하여 위치할 수 있는 비율이어야 한다는 것을 제외하고는 상관이 없다. 마찬가지로, 막의 크기도 발육 중인 뿌리 전체에 충분한 물을 제공하는 충분한 표면적을 가지기만 하면 된다. 바람직한 막 두께는 제작 원료와 필요한 물 수송 속도에 따라 정해질 것이다. 그러나, 바람직한 두께는 일반적으로 10 미크론 내지 500 미크론, 예를 들어 25 미크론이다.

본 발명의 방법에 따라 발육하는 뿌리를 적합한 막에 가까이 두고 둘러쌈으로써, 뿌리의 형상을 잘 통제할 수 있어 뿌리 자체가 상업용 상품일 경우 (예, 무 또는 당근) 유리하다 (크기, 형상 등의 최적화 또는 표준화).

식물 뿌리의 성장을 변형하는 본 발명의 방법을 수행하는 또다른 방법은 1종 이상의 종자를 적합한 막의 제1 면에 직접 파종하는 것이다. 이어서 막의 반대쪽 면을 수원과 접촉하도록 배치하고 (예를 들어 막을 수면 위에 부유시킴) 종자를 발아시켜 뿌리가 막과 매우 근접하게 성장하도록 한다. 임의로는, 식물이 성장하면지지할 수 있도록 성장 배지를 (처음에 또는 발아 후에) 넣을 수도 있다.

적합한 막에 근접하여 뿌리가 성장한다는 것은, 성장한 후에는 뿌리의 대부분이 막과 직접 접촉하거나, 또는 막에 매우 근접하게 된다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 재배된 뿌리의 25 중량% 이상이 막과 접촉하거나 막으로부터 10 ㎜ 내에 있고; 더욱 바람직하게는 재배된 뿌리의 50 중량% 이상의 막과 접촉하거나 막으로부터 10 ㎜ 내에 있고; 가장 바람직하게는 재배된 뿌리의 75 중량% 이상이 막과 접촉하거나 막으로부터 10 ㎜ 내에 있다.

본 발명의 특징은 뿌리가 적합한 막의 매우 가까이에서 또는 접촉하여 성장하되, 막을 관통하지는 않으므로, 뿌리를 별다른 손상 없이 막에서 꺼낼 수 있다는 것이다.

본 발명의 뿌리 변형 방법으로부터 이익을 얻을 수 있는 식물의 유형에는 다음의 것들이 있다:

(a) 땅콩, 당근, 감자, 비트 뿌리, 파스닙, 무 등을 포함하는 대량 상업용 식용 농작물;

(b) 생강, 심황, 양고추냉이, 감초 등을 포함하는 풍미 및 향신료용으로 재배하는 뿌리가 있는 농작물;

(c) 심황, 인디고 등을 포함하는 염료의 추출용으로 경작되는 뿌리가 있는 농작물;

(d) 우엉, 컴프리, 용담, 인삼, 토근, 쥐오줌풀 등 (하기 표 1 참조)을 포함하는 제약 또는 동종요법용 물질의 추출용으로 경작되는 뿌리가 있는 농작물; 및

(e) 토양에 분비되어 다른 식물의 성장을 통제하거나 잡초 등의 발생을 방지하는데 사용할 수 있는 유용한 물질을 생산하는 뿌리가 있는 농작물. 호밀, 벼, 사탕수수, 겨자 식물, 철쭉과 관목, 검은 호두 나무 또는 등대풀 등을 포함하는 식물들은 엘레로페틱 (alleopathic) 화학물질 또는 엘레오케미칼 (alleochemical)로 공지된 물질을 생산한다.

약용 뿌리의 종류 및 그의 용도
식물	학명	뿌리 추출물의 기능	뿌리 추출물의 중요한 성분
우엉	Arctium lappa	이뇨제, 고미제	플라보노이드 글리코시드, 비터 글리코시드, 알칼로이드
컴프리	Symphytum officinale	점활제	알로토닌, 탄닌, 다양한 알칼로이드
민들레	Taraxacum officinale	간장약	글리코시드, 트리테르페노이드, 콜린
용담	Gentiana lutea	고미제	젠티오피크린, 아카로겐타인, 펙틴, 탄닌
생강	Zingiber officinale	구풍제	진기베렌, 진기베롤, 펠란드렌, 보르네올, 시네올, 시트랄
인삼	Panax ginseng	Adaptogen	스테로이드성 글리코시드(파낙소사이드),스테롤,D-군 비타민
히드라스티스(Golden Seal)	Hydrastic canadensis	이담제	알칼로이드 히드라스틴, 베르베린 및 카나다인
양고추냉이	Armoracia rusticana	발적제	겨자씨 기름, 글리코시드, 시니그린
토근	Cephelis ipecacuanha	구토유발제	알칼로이드 에메틴 및 세파레인, 이세코시드, 글리코시달 탄닌, 이세카쿠안힌산 및 이세카쿠안힌
미나리아재비(lesser Celandine, pilewort)	Ranunculus ficaria	수렴제	아네모닌, 프로토아네모닌, 탄닌
쥐오줌풀	Valeriana officinalis	진정제	발레리안산 (Valerianic acid), 이소발리안산, 보르네올, 피넨, 캄펜, 휘발성 알칼로이드
야생 인디고	Baptisia tinctoria	항균제	알칼로이드,글리코시드, 함유 수지
야생 얌	Dioscera villosa	항염증성	디오신과 같은 스테로이드성 사포닌, 피토스테로이스, 알칼이드, 탄닌
황색 소루쟁이	Rumex crispus	완화작용이 있음	안트라퀴논 슬리코시드, 탄닌

알레오페틱 화학물질을 생성하는 식물의 종류
식물	뿌리로부터의 알레오파틱 화합물의 명칭	알레오파틱 화합물의 종류
벼	다수	방향족 히드록시산
호밀	BOA 및 DIBOA	방햐족 헤테로시클릭 케톤
사탕수수	도우린	시아노제닉 글루코시드
겨자	알리리소티오시아네이트	티오시아네이트
샐비어 관목	장뇌	모노테르펜
구아율	계피산	방향족 산
철쭉과 관목	아르부틴	페놀계 화합물
소라레아 (Psoralea)	소라렌 (psoralen)	푸라노코우마린
검은 호두	유글론	퀴논
사과	플로리진	플라보노이드
등대풀	갈산	탄닌

본 발명의 식물 뿌리로부터 분비된 물질을 수집하는 방법을 수행하기 위해, 뿌리를 배리어 물질로 둘러싸서 분비된 물질이 전혀 손실되지 않는 구역을 뿌리 주변에 만들어야 하며, 둘러싸는 물질의 적어도 일부분은 수원과 연결되어 뿌리에 물은 제공하지만 분비된 물질의 탈출은 허용하지 않는 적합한 막이어야 한다. 이러한 방법에서, 뿌리는 바람직하게 천연 또는 인공 성장 배지, 가장 바람직하게는 액체 (예, 수경 성장 배지 또는 물)에 의해 둘러싸여 있다. 성장 배지를 꺼내어 분비된 물질의 특징에 따른 적절한 화학적 회수 기술 (예, 단백질 회수법, 크로마토그래피 등)을 수행함으로써 뿌리를 둘러싸고 있는 구역으로부터 분비된 물질들을 수거할 수 있다. 이러한 방법에 사용하기에 적합한 식물들은 그들의 성장 동안 뿌리로부터 유용한 물질 (예, 알레오페틱 화합물)을 방출하는 모든 식물들, 예를 들어 상기 표 2에 나열된 식물들을 포함한다.

<실시예 1>

도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 플래스틱으로 제조된 높이 8 cm 및 직경 8 cm의 바닥에 8 개의 구멍 (2)가 있는 5 개의 비다공성 화분 (1)을 화분토 (3)으로 채우고, 2 개의 무 종자를 심었다. 모든 화분에 수돗물을 정기적으로 급수하였다.

2 주 후, 모든 식물들은 발아되었고, 각 화분에는 2개의 무 묘목 (4)가 담기게 되었다. 화분 하나를 무작위로 선택하여 뿌리 줄기와 토양을 조심스럽게 꺼내었다. 폴리에테르에스테르 엘라스토머의 압출 필름으로 제조된 두께 50 미크론의 비다공성 친수성 막 (5)을 사용하여 뿌리 줄기와 토양을 감싼 후 전체를 화분 (1)에 다시 넣어 토양 (3)이 화분 덮개막 (5)에 의해 완전히 둘러싸이도록 하였다. 이어서 화분 (1)을 화분을 둘러싸는 대형 플라스틱 용기 (6)에 넣었다. 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 둘러싸고 있는 용기 (6)과 화분 (1)과의 틈에 수돗물 (7)을 부었고, 친수성 막 (5)으로 인해 액체상태 물이 토양 (3)에 도달하는 것이 방지되었다. 둘러싸고 있는 용기에서 물 높이를 화분에서 토양 높이 바로 아래에 도달하도록 유지하였지만, 추가의 물을 토양에 직접 첨가하지는 않았다. 다른 무 묘목 (4)이 있는 4 개의 화분 (1)에는 통상적으로 급수하였다 (즉, 무 묘목의 정상적으로 성장하기에 적합하도록 이따금 물을 토양 (3)에 부음). 모든 5 개의 화분을 주위 온도 및 습도로 유지하고 매일 모니터링하였다.

4 주가 더 지난 후, 모든 5 개의 무 화분을 잘 성장하였고 덮은 화분과 덮지 않은 식물 간의 차이점은 식별되지 않았다.

이어서 식물을 함유하는 성장 배지를 각 화분으로부터 조심스럽게 꺼내어 뿌리의 상태를 잘 검사할 수 있도록 하고, 덮은 화분과 덮지 않은 화분 간에 뿌리에서 주요한 차이점이 있다는 것을 알게 되었다.

덮지 않은 화분에서, 성장 배지는 매우 축축하였고 식물의 뿌리는 통상적인 방식으로 발육되어 매우 가는 뿌리의 얽혀있는 덩어리가 성장 배지 전체에 뻗어 있었다. 성장 배지에서 뿌리를 뽑기가 매우 어려웠고 대부분의 미세한 뿌리들이 손상되거나 식물로부터 완전히 떨어졌다.

덮은 화분에서 성장 배지는 훨씬 더 건조하였고 뿌리가 현저하게 상이한 방식으로 발육되어 친수성 막에 근접하고 친수성 막에 직접 접촉하여 성장한 편평한 구조로 쉽게 뽑을 수 있었다. 성장 배지의 본체를 관통한 뿌리는 거의 없었고, 이로 인해 뿌리를 성장 배지로부터 거의 손상시키지 않고 매우 쉽게 분리하였다. 덮지 않은 화분의 경우에 필요한 집중적인 체질 (sieving) 및 분리 없이도, 성장 배지로부터 훨씬 높은 비율의 뿌리를 수거할 수 있었다.

<실시예 2>

도 3 및 도 4 (각각 단일 화분 (31)을 묘사함)를 참조하여, 테라코타 또는 플라스틱으로 제조된 길이 60 ㎝, 폭 15 ㎝ 및 높이 15 ㎝인 화분 총 12 개에 긴 한쪽 면을 따라 아크릴 창문 (32)을 달아 거기서 재배되는 식물들이 발육됨에 따라 뿌리 (30)을 볼 수 있도록 하였다. 테라코타 화분은 화분 벽을 통해 습기가 가장 신속하게 확산되므로 재배 식물 둘레에 더 많은 부피의 토양이 있는 경우의 효과를 모의할 수 있지만, 플래스틱 화분은 더 많은 토양 습기를 보유하므로 더욱 바람직한 성장 환경을 제공하였다. 이러한 화분에 사용한 토양 (33)에는 펠렛 형태의 1 % N-P-K 비료를 첨가하고 습기 함량이 10 % 내지 15 %인 사사프라스 (Sassafras) 사질 찰흙이었다. 하기 기재된 바와 같이 화분을 준비하고 옥수수를 심었다. 매우 상이한 물 흡수 효율-즉, 사탕수수가 가장 효율적이고 (즉, 생물량의 단위를 성장시키는데 최소량의 물을 사용함) 알팔파가 가장 비효율적이고, 옥수수의 물 사용 효율은 이들 중 사이임-을 특징으로 하기 때문에 이들 3 개의 식물을 사용하였다. 모든 화분을 여름 동안 온실에 두었다. 온실내 측정한 최대 공기 온도는 통상적으로 30 ℃ 초과이었다.

도 3을 참조하여 각 시험 1, 2, 5, 6, 9 및 10에서 약 1 ㎝ 깊이의 토양을 화분의 아래에 놓었다. 이어서, 길이가 약 30 ㎝이고 표면적이 약 265 ㎝²이고, 두께가 약 50 미크론의 폴리에테르에스테르 엘라스토머의 시트로 제조된 밀봉된 원주형 막 주머니 (34)를 토양 층에 수평하게 놓이도록 넣었다. 각 원주형 막 주머니에 소정 길이의 플래스틱 호스 (35)를 장치하고 화분 측면에 작은 구멍 (36)을 천공하여 이를 통해 호스를 밖으로 꺼내고, 방수 밀봉하여 (도시되지 않음) 물병 (37)에 연결하였다. 이어서 화분을 토양으로 채워 토양 높이 아래 약 10 ㎝의 깊이로 막 주머니가 매장되도록 하였다. 화분중 토양에서 유일한 수원인 주머니에 탈이온수 (38)를 막 주머니의 벽을 통해 매일 재공급하였다. 3 개의 식물 묘목 (39)를 재배하였고 도 3에 도시된 바와 같이 각 화분의 양쪽 끝 및 중앙에 배치하였다.

시험 3, 4, 7, 8, 11 및 12에서 각 화분을 토양으로 채우고, 3개의 식물 묘목 (41)을 재배하고, 도 4에 도시된 바와 같이 화분의 양 끝 및 중앙에 배치하였다. 뿌리 (40)을 아크릴 창을 통해 볼 수 있었다. 통상적으로, 식물을 상기로부터의 탈이온수로 관개하였다.

12개 시험의 뿌리 성장 패턴을 시간을 두고 관찰하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이러한 결과들은 사용한 식물 및 화분의 특성에 관계없이 친수성 막 주머니를 통해 관개된 화분에서의 뿌리가 주머니의 표면 주변에 주로 자란 것을 명확히 나타내었다. 시험 1, 2, 5, 6, 9 및 10에서 뿌리의 형상은 주머니 재료를 관통하지는 않았지만 주머니의 표면을 따라 얼마간은 크고 얼마간은 미세한 뿌리의 엉클어진 구조이었다.

대조적으로, 통상적으로 관개된 식물의 뿌리는 물 및 영양소의 흡수를 위해 토양의 모든 지역에 퍼져있는 방식으로 성장되었다.

뿌리 형태 평가를 위한 시험 (실시예 2)
시험 번호	식물	화분 유형	관개 방법	관찰된 뿌리 성장 패턴
1	알팔파	테라코타	막 주머니를 통해	주로 막 주머니 표면 주위의 뭉친 판 형태
2	알팔파	플래스틱	막 주머니를 통해	주로 막 주머니 표면 주위의 뭉친 판 형태
3	알팔파	테라코타	직접	조사한 토양 전체 부피를 차지
4	알팔파	플래스틱	직접	조사한 토양 전체 부피를 차지
5	옥수수	테라코타	막 주머니를 통해	주로 막 주머니 표면 주위의 뭉친 판 형태
6	옥수수	플래스틱	막 주머니를 통해	주로 막 주머니 표면 주위의 뭉친 판 형태
7	옥수수	테라코타	직접	조사한 토양 전체 부피를 차지
8	옥수수	플래스틱	직접	조사한 토양 전체 부피를 차지
9	사탕수수	테라코타	막 주머니를 통해	주로 막 주머니 표면 주위의 뭉친 판 형태
10	사탕수수	플래스틱	막 주머니를 통해	주로 막 주머니 표면 주위의 뭉친 판 형태
11	사탕수수	테라코타	직접	조사한 토양 전체 부피를 차지
12	사탕수수	플래스틱	직접	조사한 토양 전체 부피를 차지

Claims (12)

1. 뿌리의 성장 동안 물이 배출되는 소수성 다공막 또는 친수성 비다공막에 근접하여 뿌리를 성장시킴으로써 식물 뿌리의 성장을 변형하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 막이 뿌리의 성장 동안 주된 수원인 방법.
3. 제2항에 있어서, 막이 뿌리의 성장 동안 실질적으로 유일한 수원인 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 발육되는 식물이 성장 배지에 의해 지지되는 방법.
5. 제4항에 있어서, 발육되는 뿌리 전체와 이를 지지하는 성장 배지가 수불침투성 물질안에 둘러싸이며, 이 수불침투성 물질의 적어도 일부는 이를 통해서만 물이 뿌리에 도달할 수 있는 막을 포함하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 성장된 뿌리의 25 중량% 이상이 막과 접촉하거나 막으로부터 10 ㎜ 내에 있도록 식물 및 막이 위치하게 되는 방법.
7. 제6항에 있어서, 성장된 뿌리의 50 중량% 이상이 막과 접촉하거나 막으로부터 10 ㎜ 내에 있는 방법.
8. 제7항에 있어서, 성장된 뿌리의 75 중량% 이상이 막과 접촉하거나 막으로부터 10 ㎜ 내에 있는 방법.
9. 수분은 막으로부터 성장 배지로 배출되나 식물 뿌리로부터 분비된 물질은 막에 의해 성장 배지내에 보유되는, 소수성 다공막 또는 친수성 비다공막인 막에 의해 둘러싸인 성장 배지에서 식물 뿌리를 성장시킴으로써 식물 뿌리로부터 분비된 물질을 수거하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 막이 친수성 막인 방법.
11. 제10항에 있어서, 친수성 막이 코폴리에테르에스테르 엘라스토머, 폴리에테르-블록-폴리아미드, 폴리에테르 우레탄, 폴리비닐 알코올의 단독중합체 또는 공중합체 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 중합체를 포함하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 친수성 막이 에스테르 결합을 통하여 헤드-투-테일 (head-to-tail) 방식으로 연결된 하기 화학식 I의 장쇄 에스테르 단위와 하기 화학식 II의 단쇄 에스테르 단위가 다수 반복되는 코폴리에테르에스테르 엘라스토머 1종 이상을 포함하는 방법.

    <화학식 I>

    <화학식 II>

    상기 식에서,

    G는 수평균 분자량 약 400 내지 4000의 폴리(알킬렌 옥시드)글리콜로부터 말단 히드록실기의 제거 후 남는 2가 라디칼이고;

    R은 분자량 300 미만의 디카르복실산으로부터 카르복실산의 제거 후 남는 2가 라디칼이고;

    D는 분자량 약 250 미만의 디올로부터 히드록실기의 제거 후 남는 2가 라디칼이며;

    상기 코폴리에테르에스테르는 그의 장쇄 에스테르 단위에 혼입된 에틸렌 옥시드기를 코폴리에테르에스테르의 총 중량을 기준으로 0 내지 68 중량%로 함유하고;

    상기 코폴리에테르에스테르는 약 25 내지 80 중량%의 단쇄 에스테르 단위를 포함한다.