KR20160088048A - Lep 또는 적색광 파장의 led 조사를 이용한 생육이 증진된 황기의 재배방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 황기에 LEP(Light emitting plasma) 또는 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 조사하여, 생육이 증진되는 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법, 상기 방법으로 재배된 생육이 증진된 황기 및 상기 황기를 함유하는 가공식품에 관한 것이다.

Description

LEP 또는 적색광 파장의 LED 조사를 이용한 생육이 증진된 황기의 재배방법{Method for cultivating Astragalus membranaceus with increased growth using light emitting plasma or light emitting diode irradiation of red light wavelength}
본 발명은 황기에 LEP(Light emitting plasma) 또는 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 조사하여, 생육이 증진되는 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법, 상기 방법으로 재배된 생육이 증진된 황기 및 상기 황기를 함유하는 가공식품에 관한 것이다.
황기(Astragalus membranaceus B.)는 콩과(Leguminosae)에 속하는 약용작물로 국내에서 재배되는 약용작물 중에서도 중요도가 높은 10대 약용작물 중 하나이며, 한국, 중국, 일본 등의 아시아 지역과 유럽의 일부 지역에 널리 분포하고 있다. 우리나라에서는 전국 어느 곳에서나 재배가 가능하며, 특히 중북부 고랭지에서 뿌리 생육이 양호하고 품질이 좋은 2 년생 이상의 다년근 재배가 가능하다. 국내의 주요재배 지역은 전국적으로 58개 지역정도이고 그 중에서 강원도 정선, 삼척, 충북 제천이 주산단지이다. 현재 황기는 지역별로 일년생을 재배하여 출하하는 지역과 약재로 활용하기 위하여 다년생을 재배하고 있는 지역도 있으나 경제성을 고려하여 일년생 재배를 선호하고 있다.
황기는 숙근성 다년생 식물로 줄기는 녹자색을 띠며 키는 70~120 cm에 달하고 가지도 많다. 7~8월에 줄기 윗부분의 잎겨드랑이에서 꽃대가 올라와 나비모양의 담황색 꽃이 총상화서로 피며, 꼬투리 속에 열매가 맺힌다. 꼬투리는 어릴 때는 짙은 녹색이고 성숙하면서 자색으로 변하며 완전히 익으면 회갈색으로 되고, 크기는 3~5 cm 정도 자라며, 8~10개의 종자가 들어있다. 뿌리는 원뿌리가 곧게 뻗으며 외피는 황갈색이나 잘라 보면 둘레는 유백색이고 속살은 황백색을 나타낸다.
황기의 일반성분은 100 g당 단백질이 13 g, 지질이 1 g, 조섬유 35 g의 수준으로 나타나며 칼슘이 360 ㎎, 인이 1,000 ㎎, 칼륨이 2,800 ㎎정도로 구성되어 있고, 이러한 일반성분의 구성은 재배 년 수에 따라 약간의 차이를 나타내고 있다. 또한 트리터페노이드(triterpenoids), 이소플라보노이드(isoflavonoids), 다당류(polysaccharides) 등이 주요성분으로 알려져 있으며, 그 밖에 다양한 성분들이 포함되어 있다. 황기에 포함된 트리터페노이드 성분은 아스트라갈로사이드 Ⅰ-Ⅳ와 같은 사포닌류의 배당체가 주로 포함되어 있고, 이소플라보노이드 성분은 포르모노네틴과 칼리코신이 대표적이며 두 성분의 배당체와 (6R, 11R) 3-하이드록시-9,10-디메톡시프테로카르판-3-O-D-글루코사이드와 7'',2''-디하이드록시-3'',4''-디메톡시이소플라반-7-O-D-글루코사이드의 6가지 성분이 주요성분으로 보고된 바 있다. 약리작용으로는 항산화, 항바이러스, 면역증강 작용 및 간기능 보호, 자궁 수축작용 등 다양한 효능이 있다.
식물의 생산성과 기능성 성분함량을 높일 수 있는 다양한 부가적 환경스트레스 중 광 환경의 조절은 생산성 및 기능성 물질 함량 증대를 위한 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 현재 상업적으로 이용되는 인공광원에는 발광에 따른 고열의 발생과 에너지 손실이 많은 고압나트륨등(High Pressure Sodium Lamp; HPS)이나 메탈할라이드등(Metal Halide Lamp; MH)보다는 형광등(Fluorescent Lamp; FL)을 주로 이용하고 있다. 형광등은 광 자체에 크게 열을 포함하지 않는 근접조명용 광원으로서의 특징을 가지고 있어 조명 효율을 큰 폭으로 올릴 수 있는 장점이 있지만, 발광효율이 낮아 광포화점이 높은 작물에 적용하기에는 광합성에 필요한 빛의 밝기인 광합성유효광양자속(photosynthetic photon flux; PPF)이 부족하다.
발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 특정 광질을 쉽게 조절할 수 있고, 무수은으로 안전하고, 환경 친화적이며 소형이다. 또한 수명이 길고 전력소모가 낮아 최근에는 식물공장 등에도 많이 이용되고 있는 실정이나, 이를 황기에 적용한 사례는 전무한 실정이다.
최근 기존의 인공광원들의 여러 문제를 보완할 수 있는 새로운 식물생산용 인공광원으로 발광플라즈마(light emitting plasma; LEP)가 주목받고 있다. LEP는 고체상태의 고밀도 광원으로 전력을 주파수출력으로 전환하고 소자의 내용물을 플라즈마 상태로 기화시켜서 강력한 백색광을 내는 발광원리를 가지고 있다. 또한, 기존 인공광원 대비 발열이 적고 에너지효율과 광강도가 높으며 소형으로 수명이 길고 특히, 현재까지의 인공광원 중에서 태양광의 파장과 가장 가까운 인공광원으로서 UV-A 및 UV-B 뿐만 아니라 극소량의 적외선까지 포함하는 넓은 파장영역을 가지고 있다. 그러나, 식물생산용 인공광원으로서의 국내·외 LEP에 관한 연구는 부족한 실정이다.
한국등록특허 제1168747호에는 LED 조명을 이용한 에르고스테롤 함량이 증강된 느타리버섯 재배방법이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2013-0067781호에는 LED 조사를 이용한 콩나물의 재배방법이 개시되어 있으나, 본 발명과 같이 LEP 또는 적색광 파장의 LED 조사를 이용한 생육이 증진된 황기의 재배방법은 전무한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명에서는 황기에 LEP 또는 특정 파장의 LED를 조사하여, LEP 또는 LED를 조사하지 않거나, 다른 파장의 인공광원을 이용하여 재배된 황기에 비해 생육이 증진되는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 황기에 LEP(Light emitting plasma) 또는 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 조사하여, 생육이 증진되는 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 재배된 생육이 증진된 황기를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 황기를 함유하는 가공식품을 제공한다.
본 발명의 LEP 또는 특정 파장의 LED를 조사하여 재배된 황기는 상기 LEP 또는 특정 파장의 LED를 조사하지 않거나, 다른 파장의 LED 및 다른 인공광원을 이용하여 재배된 황기에 비해 발아율, 발아세 및 발아속도가 높고, 생육속도가 향상되어 생장 효율을 높이고 수량성을 늘릴 수 있는 효과가 있다.
도 1은 파장별 광량을 측정한 그래프이다. (A) LEP 파장, (B) 광합성 반응
도 2는 인공광원별 재배된 황기 종자 발아기간에 따른 발아율을 비교한 그래프이다.
도 3은 인공광원별 재배된 황기 종자 발아 양상을 비교한 사진이다.
도 2 내지 3의 Con(Fluorescent light): 형광등, Red: LED 적색광, Blue: LED 청색광, Green: LED 녹색광, White: LED 백색광, Dark: 암처리하여 재배한 황기를 의미한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황기(Astragalus membranaceus)에 LEP(Light emitting plasma) 또는 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 조사하여, 생육이 증진되는 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법을 제공한다.
본 발명의 황기의 재배방법에서, 상기 적색광 파장은 바람직하게는 600㎚~700㎚일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 650㎚일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 황기의 재배방법에서, 상기 조사는 바람직하게는 12~20시간 동안 조사할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 16시간 동안 조사할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 황기의 재배방법은 보다 구체적으로는
(a) 황기 종자를 23~27℃의 배양실에서 상토가 담긴 포트에 심는 단계; 및
(b) 상기 (a)단계의 심은 황기 종자에 LEP(Light emitting plasma) 또는 600㎚~700㎚의 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 12~20시간 동안 조사하고 재배하는 단계를 포함할 수 있으며,
더욱 구체적으로는
(a) 황기 종자를 25℃의 배양실에서 상토가 담긴 포트에 심는 단계; 및
(b) 상기 (a)단계의 심은 황기 종자에 LEP(Light emitting plasma) 또는 650㎚의 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 16시간 동안 조사하고 재배하는 단계를 포함할 수 있다. 상기와 같은 조건으로 황기를 재배하는 것이, 발아율이 높고 생장속도 및 근계 발달이 향상되어 생장효율을 증진시킬 수 있었다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 재배된 생육이 증진된 황기를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 황기를 함유하는 가공식품을 제공한다. 상기 가공식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 황기를 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스낵류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 떡류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 가공식품을 모두 포함한다.
본 발명은 또한, 상토가 담긴 포트에 심은 황기 종자에 600㎚~700㎚의 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 12~20시간 동안 조사하고 재배하는 단계를 포함하는 황기의 발아율을 증진시키고, 황기 지상부의 엽장과 엽폭을 증가시키는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상토가 담긴 포트에 심은 황기 종자에 LEP(Light emitting plasma)를 12~20시간 동안 조사하고 재배하는 단계를 포함하는 황기 지상부의 초장과 건중량 및 황기 지하부의 뿌리 길이와 건중량을 증가시키는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
재료 및 방법
1) 식물재료 및 광원 종류
본 발명에서 사용한 황기(A. membranaceus)의 종자는 정선 농업기술원에서 분양받아 전문가의 동정을 받은 후 실험에 사용하였으며, 황기 종자를 멸균한 상토가 담긴 포트에 심고 25℃에서 생육시켰으며, LED 적색광, 청색광, 녹색광 및 백색광과 LEP, 대조구로 형광등을 광원으로 사용하였다. lux 측정기계(Lutron LX-101 Lux meter)로 광량을 측정한 결과, 대조구(fluorescent lamp 1700lux), LED 적색광(650nm) 2050lux, LED 청색광(450nm) 520lux, LED 녹색광(510nm) 1780lux, LED 백색광(470nm) 3555lux, LEP(신광 I.T.S) 2410lux였다(도 1).
2) 인공광원별 종자 발아 양상 검정
발아테스트는 일반적으로 많이 사용하는 top of paper 방법을 실시하였다. 황기 종자는 크기와 무게를 고르게 정선하여 4℃에 8주간 저온처리한 후에 실험에 사용하였다. 90×15 ㎜의 일회용 페트리디쉬에 필터 페이퍼를 2장을 깔고 황기종자를 50립 3반복으로 치상하였다. 그 후에 25℃의 온도가 유지되는 배양실에서 각각 대조구(fluorescent lamp, 1700 lux), LED 적색광(650nm), LED 청색광(450nm), LED 녹색광(510nm), LED 백색광(470nm), LEP, 암처리의 7가지 광 조건을 16시간 유지하여 발아시험을 수행하였다. 발아시험을 진행하는 동안 수분이 마르지 않도록 1일 1회 증류수를 이용하여 수분을 공급하였다. 발아 여부는 1일 간격으로 확인하여 주었으며 파종 후 10일간 조사하였다. 유근이 2 mm 이상 나온 것을 발아된 것으로 간주하였고 후에 발아율(Percent Germination: PG)과 발아세(germinative energy: GE), 평균발아일수(mean germination time: MGT), 발아속도(Germination Speed), 평균발아속도(Mean Daily Germination: MDG)를 계산하여 비교하였다.
- 발아율(Percent Germination; PG): 총 치상종자에 대한 발아종자의 백분율
PG = (N/S) × 100
N: 총발아수, S: 총치상종자수
- 발아세(Germination Energy; GE): 표준발아검사에서 중간조사일(first count day)까지의 발아율
- 발아속도(Germination Speed; GS) = ∑(n i /t i )
n i : 치상 후 조사일수, t i : 조사 당일의 발아수
- 평균발아일수(Mean Germination Time; MGT) = ∑(t i n i )/N
t i : 치상 후 조사일수, n i :조사 당일의 발아수, N=∑n i :총발아수
- 발아속도계수(Coefficient of Velocity of Germination; CVG): 평균발아일수의 역수(=100/MGT)
CVG=N/∑(t i n i )×100
3) 인공광원별 생육 특성조사
황기 종자를 멸균한 상토가 담겨있는 포트에 옮겨준 후 25℃의 배양실에 대조구(fluorescent lamp), LED 청색광, LED 적색광, LED 녹색광, LED 백색광, LEP의 6가지 광조건 하에 10개체씩 옮겨 주었고, 광은 16시간 동안 유지하여 주었으며 8주간 생육시켰다. 그 후 수확하여 지상부는 초장과 엽장, 엽폭 및 건중량을 측정하였고 지하부는 뿌리 길이 및 건중량을 측정하였다.
실시예 1: 인공광원별 황기 종자 발아 양상 검정
대부분 종자의 발아에는 수분·산소·온도·광 등이 필수조건으로, 특히 종자의 발아에 미치는 광의 영향은 화아의 유도, 줄기의 신장, 과실이나 잎의 색소형성 및 유근의 성장, 종자발아 조절 등이 있으며, 광의 조도나 광질이 모두 발아에 영향을 끼친다.
발아율, 발아세, 평균발아일수, 발아속도, 발아속도계수를 인공광원별 종자 발아 양상을 비교하여 표 1에 나타내었다. 발아율은 LED 적색광 처리구에서 91.33±2.08%로 가장 높았으며, 그 다음으로 LEP 처리구가 86.67±3.21%로 높게 나타났고, LED 백색광 처리구에서 58.00±6.00%로 발아율이 가장 저조하였다(도 2).
표준발아검사에서 중간조사일(first count day)까지의 발아율을 나타내는 발아세는 LED 적색광 처리구에서 85.33%로 가장 높았으며, 그 다음으로 LEP 처리구가 73.33%로 높았고, LED 백색광 처리구에서 48%로 가장 낮은 발아세를 나타내었다. 파종 후 발아까지 걸리는 평균일수를 나타내는 평균일수는 LED 적색광 처리구가 3.6일로 가장 빨랐고, 대조구(fluorescent lamp)와 LED 백색광 처리구가 4.2일과 4.4일로 가장 늦었다. 발아속도에서도 LED 적색광 처리구가 14.48±2.09로 가장 빠른 속도를 나타내었으며, 그 다음으로 LEP 처리구가 11.47±1.90로 빨랐고, LED 백색광 처리구가 7.17±1.07로 가장 느렸으며, 발아속도계수에서도 LED 적색광 처리구가 27.79±2.38로 가장 높았으며, LED 백색광 처리구가 22.72±1.76로 가장 낮은 결과를 보였다.
황기의 발아 후 암조건에서는 광합성을 하지 못하여 모두 황백화 후 고사하였으며, LED 적색광 처리구에서는 초기 생육이 빨랐고, LEP 처리구에서는 근계 발달이 유도된 것을 관찰할 수 있었다(도 3). 이러한 결과를 통해 황기에서는 LED 적색광과 LEP 처리가 발아 및 근계발달에 적합한 것으로 판단된다.
인공광원별 황기 종자 발아 양상 검정
발아특성 광 조건
형광등 적색광 청색광 녹색광 백색광 LEP 암처리
평균발아수 31.67
±3.21		 45.67
±2.08		 36.00
±4.58		 36.67
±0.58		 29.00
±6.00		 43.33
±3.21		 37.67
±3.06
발아율(%) 63.33
±3.21		 91.33
±2.08		 72.00
±4.58		 73.33
±0.58		 58.00
±6.00		 86.67
±3.21		 75.33
±3.06
발아세(%) 55.33
±5.86		 85.33
±2.52		 70.67
±4.93		 70.00
±2.00		 48.00
±6.56		 73.33
±4.16		 67.33
±3.79
평균발아일수 4.20
±0.42		 3.60
±0.42 		3.69
±0.54		 3.93
±0.55		 4.40
±0.57		 4.17
±0.46		 3.95
±0.40
발아속도 8.77
±1.09		 14.48
±2.09 		10.65
±1.61		 10.93
±1.51		 7.17
±1.07		 11.47
±1.90		 11.08
±1.54
발아속도계수 23.81
±2.40		 27.79
±2.38		 27.14
±1.85		 25.46
±1.83		 22.72
±1.76		 23.99
±2.19		 25.34
±2.47
실시예 2: 인공광원별 황기 생육 특성 조사
황기 종자를 형광등(control), LED(적색광, 청색광, 녹색광, 백색광), LEP의 6가지 인공광원에서 8주간 생육시켜 생육특성을 비교하였다. 실험결과 LEP와 LED 적색광 처리구에서 지상부의 생육이 매우 뛰어난 것을 확인할 수 있었으며, 수확하여 지하부를 관찰한 결과 LEP 조건에서 다른 처리구에 비해 길이가 길고 잔뿌리가 많은 것을 확인할 수 있었다(도 3). 이는 적색광 단일 또는 LEP와 같이 모든 파장이 혼합된 처리구에서 높은 생육을 유도하는 것으로 생각된다.
이러한 생육특성을 수치화하여 비교하기 위해 지상부와 지하부로 나누어 바이오매스를 측정하였다(표 2). 지상부의 초장, 엽장, 엽폭, 건중량을 조사한 결과 초장과 건물중은 LEP 처리구에서 초장 61.4 cm, 건물중 3.4 g으로 높았으며, 엽장과 엽폭은 LED 적색광 처리구에서 엽장 3.6 cm, 엽폭 1.8 cm로 높았다. LED 백색광 처리구에서는 초장 19.8 cm, 엽장 2.2 cm, 엽폭 1.0 cm, 건물중 1.8 g으로 모든 처리구 중에서 가장 낮은 결과를 나타내었다. 지하부에서는 LEP 처리구에서 뿌리길이가 4.6 cm로 가장 길었고 그 다음으로 적색광이 길었으며, 형광등 처리구에서 2.4 cm로 가장 짧았다.
인공광원별 황기 생육 특성 조사
광원 지상부 지하부
초장(cm) 엽장(cm) 엽폭(cm) 건중량(g) 뿌리길이(cm) 건중량(g)
형광등 31.4±3.8 2.3±0.5 1.2±0.3 2.6±0.8 2.4±0.2 0.3±0.1
적색광 52.6±6.5 3.6±1.2 1.8±0.2 3.0±0.6 3.4±1.2 0.5±0.2
청색광 32.6±2.6 3.2±1.3 1.5±0.6 2.8±0.5 3.0±0.8 0.3±0.2
녹색광 21.7±3.8 2.2±1.4 1.0±0.2 2.0±0.6 2.6±1.2 0.2±0.1
백색광 19.8±5.2 2.2±0.6 1.0±0.4 1.8±0.5 2.8±1.5 0.2±0.1
LEP 61.4±5.8 3.5±1.5 1.6±0.6 3.4±1.2 4.6±1.6 0.6±0.3

Claims (8)

  1. 황기(Astragalus membranaceus)에 LEP(Light emitting plasma) 또는 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 조사하여, 생육이 증진되는 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적색광 파장은 600㎚~700㎚인 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조사는 12~20시간 동안 조사하는 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (a) 황기 종자를 23~27℃의 배양실에서 상토가 담긴 포트에 심는 단계; 및
    (b) 상기 (a)단계의 심은 황기 종자에 LEP(Light emitting plasma) 또는 600㎚~700㎚의 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 12~20시간 동안 조사하고 재배하는 단계를 포함하는 생육이 증진되는 것을 특징으로 하는 황기의 재배방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 재배된 생육이 증진된 황기.
  6. 제4항의 황기를 함유하는 가공식품.
  7. 상토가 담긴 포트에 심은 황기 종자에 600㎚~700㎚의 적색광 파장의 LED(Light emitting diode)를 12~20시간 동안 조사하고 재배하는 단계를 포함하는 황기의 발아율을 증진시키고, 황기 지상부의 엽장과 엽폭을 증가시키는 방법.
  8. 상토가 담긴 포트에 심은 황기 종자에 LEP(Light emitting plasma)를 12~20시간 동안 조사하고 재배하는 단계를 포함하는 황기 지상부의 초장과 건중량 및 황기 지하부의 뿌리 길이와 건중량을 증가시키는 방법.
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