KR20220145494A - 식물공장 내 갯방풍의 재배방법 - Google Patents

식물공장 내 갯방풍의 재배방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물공장 내 갯방풍의 재배방법에 관한 것으로, 구체적으로는 갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법에 관한 것이다.

Description

식물공장 내 갯방풍의 재배방법{Cultivation method of Glehnia littoralis in plant factory}
본 발명은 식물공장 내 갯방풍의 재배방법에 관한 것으로 구체적으로는 LED광질 조절을 통한 식물공장 내 갯방풍의 재배방법에 관한 것이다.
식물공장은 외부 환경과 차단된 시설에서 온ㆍ습도, 광 및 이산화탄소 등의 환경요인을 인공적으로 제어하여 계절에 상관없이 작물을 안정적으로 생산할 수 있는 시스템이다. 일반적으로 식물공장은 자연광 및 인공광 식물공장으로 분류하는데, 온실과 같은 자연광 식물공장은 작물재배를 위한 주광원으로 태양광을 사용하며, 낮의 길이를 연장할 필요가 있을 경우에는 인공광을 보조광원으로 사용하기도 한다. 한편 환경조건이 제어된 인공광 식물공장(또는 폐쇄형 식물공장)에서는 태양광이 차단된 폐쇄 공간 내에서 인공광 만을 사용하여 작물을 재배한다. 인공광 식물공장은 자연광 식물공장과 달리, 태양광이 차단된 시설 내에서 작물재배를 위해 인공광을 사용하기 때문에 광원설비에 소요되는 투자비용이 가중되는 단점이 있다. 그러나 인공광 식물공장은 외부 환경의 영향을 거의 받지 않는 조건에서 병충해 방제를 위한 화학물질을 사용하지 않고 작물을 친환경적으로 주년 안정 생산할 수 있는 재배 시스템으로, 최근 들어 인공광 식물공장 실용화를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
인공광 식물공장에서 작물의 광합성과 생장을 촉진하기 위하여 사용하는 인공광원은 백색냉음극형광등(Cool-White Fluorescent Lamp), 메탈할라이드 램프(Metal Halide Lamp), 고압나트륨 램프(High Pressure Sodium Lamp), 하이브리드전극형광 램프(Hybrid Electrode Fluorescent Lamp) 및 발광다이오드(Light-Emitting Diode, LED) 등이 대표적이다.
백색냉음극형광등은 특성상 태양광과 유사한 스펙트럼 분포를 가지고 있는 광원으로, 가격이 비교적 저렴하여 태양광 대신에 인공광만을 사용하여 무균식물을 생산하는 조직배양시설이나 인공광 식물공장에서 가장 많이 사용하는 광원의 하나이다. 그러나 이러한 백색냉음극형광등은 램프의 수명이 짧고 램프 중간과 선단부분의 광강도가 불균일하고, 폐전구에 의한 환경오염이나 램프로부터의 발열양이 많아 시설내 공조 비용을 증가시키는 등의 단점이 있어 대체 램프 개발 및 이용에 관한 연구가 진행되고 있다.
한편 수명이 길고 전력소모량이 적으며, 광원으로부터의 열발생이 적어 메탈 할라이드 램프, 백열등이나 형광등과 같은 광원에 비해 시설내 공조비용 절감효과가 높다. 따라서 최근 인공광 식물공장 및 온실과 같은 자연광 식물공장에서 LED를 주광원이나 보조광원으로 이용하여 작물을 재배하는 사례가 늘고 있다. 특히 LED는 다른 광원과 달리, 청색, 적색 및 녹색 등 3파장의 광을 각각 또는 이들 단일광을 혼합하거나, 혼합비율을 임의로 제어하여 조사할 수 있다는 특징이 있다. 이와 같이 LED는 광질이나 광질별 혼합비율을 자유로이 제어할 수 있기 때문에 식물의 생장반응뿐만 아니라 식물체내 유용 물질이나 색소 합성 조절 등의 연구를 통하여 인공광원으로서의 이용성이 검토되고 있다.
인공광 식물공장은 외부 환경과 차단된 완전 폐쇄형 작물재배 시스템이기 때문에 무농약, 친환경 작물 재배가 가능하여 고품질 작물재배 연구는 물론 금후 식물공장의 실용화를 위한 요소기술 개발 연구에 활용되고 있다. 또한 식물공장에서 이용되는 인공광원의 광질은 재배작물의 양적생장뿐만 아니라 식물체내 물질합성과 같은 질적생장과 관련된 생장 반응을 유도하기 때문에 약용작물의 식물공장내 재배 가능성이 연구되고 있다.
한편, 재배 환경 조건 중 광은 작물의 생장과 발육에 영향을 미치는 가장 중요한 요인으로, 광질은 작물의 생장과 발육에 영향을 미치며, 특정 파장에 의한 형태형성과 생리활성물질의 수준에도 영향을 준다. 식물공장 내 작물 생산을 위해 주로 사용되는 LED는 다른 광원에 비해 낮은 소비전력과 에너지 효율이 높고, 수명이 길다. 따라서, 식물공장 내 고부가가치 약용작물의 재배법 확립을 위해서는 LED를 이용한 적합한 광질을 조사하는 것이 중요하다.
이와 관련된 종래의 기술로, 비특허문헌 1에서는 식물공장 인공광원이 방풍나물(Peucedanum japonicum Thunb)의 생육 미 수량에 미치는 영향에 대한 연구를 진행한 바 있고, 비특허문헌 2에서는 인공광 식물공장 내 광질제어가 방풍나물(Ledebouriella seseloides) 생장에 미치는 영향에 대한 연구를 진행한 바 있으며, 특허문헌 1에서는 LED를 이용한 고들빼기속 작물의 생장 및 생리활성 물질 증진 방법을 개시한 바 있다.
한편, 약용작물 중 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 고급 산채이며, 해열, 거담, 항염, 항산화 등의 약효를 가진 약용작물이다.
갯방풍을 포함한 대부분의 약용작물은 재배방법이 알려지지 않았으며, 더욱이, 식물공장 내 약용작물의 대량생산을 위한 재배기술의 개발은 거의 이루어지지 않았으며, 실제 재배를 위한 재배법(재배환경) 확립을 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하다.
본 출원인은 식물공장 내 갯방풍의 재배방법으로서, 혼합물 설계법을 이용하여 최적의 LED 광질을 선정하고, 상기 선정된 LDE 광질을 이용하여 식물공장 내 갯방풍을 재배함으로써, 갯방풍의 생장을 보다 증진시킬 수 있는 방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다.
대한민국 등록특허 제10-1861217호
Protected Horticulture and Plant Factory, Vol. 25, No. 1:16-23, March (2016) Korean J Environ Agric (2013), Vol. 32, No. 3, pp. 193-200
일 측면에서의 목적은
식물공장 내 갯방풍의 재배방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
일 측면에서는,
식물공장 내 갯방풍을 재배하는 방법으로서,
갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(Red, R), 청색(Blue, B), 녹색(Green, G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법이 제공된다.
상기 LED는 적색(R) 및 청색(B)을 55:66 내지 65:45의 혼합비로 혼합된 광질을 가질 수 있다.
상기 LED는 250 내지 350 μmol·m-2·s-1의 광도로 조사될 수 있다.
상기 LED는 명기 및 암기의 주기가 12:12인 광주기로 조사될 수 있다.
상기 LED를 조사하는 단계는
15℃ 내지 30℃의 온도, 50% 내지 80%의 상대습도 및 400μmol·mol-1 내지 800μmol·mol-1의 이산화탄소 농도 조건 중 1개 이상의 조건에서 수행될 수 있다.
일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법은 혼합물 설계법(Mixture Design)을 이용하여 상기 광질을 선정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 광질을 선정하는 단계는,
적색(R), 청색(B), 녹색(G) 및 이들을 혼합한 광질을 포함하는 광질 후보를 선정하는 단계;
상기 선정된 광질 후보를 갯방풍에 조사하여 생육 반응값을 측정하는 단계; 및
반응표면분석으로 최적의 광질을 선정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 광질 후보를 선정하는 단계는 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 구성성분으로, 심플렉스 격자 설계법(simplex lattice design)에 중심점 및 축점을 추가한 설계인 혼합물선별계획법(simplex screening design)에 따라 광질 후보를 선정할 수 있고, 바람직하게는 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 서로 다른 혼합비로 혼합한 5 내지 20개의광질을 포함하는 광질 후보를 선정할 수 있고, 보다 바람직하게는 적색(R), 청색(B), 녹색(G) 및 이들을 1:0:1, 1:1:0, 0:1:1, 67:17:17, 17:67:17, 17:17:67 및 1:1:1의 혼합비로 혼합한 광질을 광질 후보로 선정할 수 있다.
상기 생육 반응값은
지상부 생체중, 지상부 면적, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
다른 일 측면에서는,
식물공장 내 갯방풍의 생장을 증진시키는 방법으로서,
갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 생장 증진 방법이 제공된다.
상기 LED는 적색(R) 및 청색(B)을 55:66 내지 65:45의 혼합비로 혼합된 광질을 가질 수 있다.
이때 상기 생장 증진 방법은 상기 갯방풍의 지상부 생체중, 지상부 면적, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 증진시키는 방법일 수 있다.
또 다른 일 측면에서는,
상기 재배방법으로 재배된 갯방풍(Glehnia littoralis)이 제공된다.
본 발명은 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 방법으로 최적의 LED광질을 조사함으로써, 식물공장 내 갯방풍의 생장을 증진시킬 수 있어 갯방풍의 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 혼합물 설계법을 이용하여 최적의 LED 광질 선정함으로써 실험적 방법을 최소화하고 반응표면분석을 통해 최적의 LED 광질을 선정할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 식물공장 내 갯방풍 재배방법에서, 최적의 LED 광질을 선정하기 위해 사용되는 심플렉스 격자 설계법(simplex lattice design)에 중심점 및 축점을 추가한 설계인 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 도시한다.
도 2는 다양한 LED 광질을 갯방풍에 조사했을 때 측정되는 생육 반응값을 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 식물공장 내 갯방풍 재배방법에서, 최적의 LED 광질을 선정하기 위해 수행한 반응표면분석 결과로서, 생체중, 엽수, 엽면적 및 지상부 면적 각각에 대한 분석결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 식물공장 내 갯방풍 재배방법에서, 최적의 LED 광질을 선정하기 위해 수행한 반응표면분석 결과로서, 생체중, 엽수, 엽면적 및 지상부 면적을 종합하여 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법에서 사용된 LED 광질의 효과를 검증하기 위해 선정된 광질을 도시하는 도면이다.
도 6은 다양한 LED 광질을 갯방풍에 조사했을 때 측정되는 생육 반응값을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 실시 예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 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.
일 측면에서는,
식물공장 내 갯방풍을 재배하는 방법으로서,
갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(Red, R), 청색(Blue, B), 녹색(Green, G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법이 제공된다.
이하, 일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법을 상세히 설명한다.
상기 갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계는, 갯방풍에 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사할 수 있고, 또는 적색(R) 및 청색(B)을 5:5 내지 7:3의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사할 수 있고, 이때 녹색(G)의 광질은 조사되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 적색(R) 및 청색(B)을 55:66 내지 65:45의 혼합비, 또는 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 55:66:0 내지 65:45:0의 혼합비로 혼합한 광질을 갖는 LED를 조사할 수 있다.
일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 방법은 상기 광질의 LED를 갯방풍에 조사함으로써, 식물공장 내 갯방풍의 생장을 현저히 증진시킬 수 있어 갯방풍의 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.
이때 상기 LED는 250 내지 350 μmol·m-2·s-1의 광도로 조사될 수 있고, 보다 바람직하게는 280 내지 330 μmol·m-2·s-1의 광도로 조사될 수 있다.
또한 상기 LED는 명기 및 암기의 주기가 12:12인 광주기로 조사될 수 있다.
일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 방법은 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 환경 또는 조건에서 갯방풍에 상기 광질, 광도 및 광주기의 LED를 조사할 수 있다.
이때 상기 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 환경은 온도, 상대습도 및 이산화탄소 농도 중 1종 이상의 조건을 포함할 수 있다.
이에, 상기 LED를 조사하는 단계는 구체적으로, 15℃ 내지 30℃의 온도, 50% 내지 80%의 상대습도 및 400μmol·mol-1 내지 800μmol·mol-1의 이산화탄소 농도 조건 중 1개 이상의 조건에서 수행될 수 있고, 보다 바람직하게는 이들 모두의 조건에서 수행될 수 있다.
한편, 상기 LED 광질은 혼합물 설계법(Mixture Design)을 이용하여 선정될 수 있다.
일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법은 혼합물 설계법(Mixture Design)을 이용하여 상기 광질을 선정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법은 혼합물 설계법(Mixture Design)을 이용하여 식물공장 내 갯방풍을 재배하기 위한 최적의 LED 광질을 선정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 광질을 선정하는 단계는,
적색(R), 청색(B), 녹색(G) 및 이들을 혼합한 광질을 포함하는 광질 후보를 선정하는 단계;
상기 선정된 광질 후보를 갯방풍에 조사하여 생육 반응값을 측정하는 단계; 및
혼합물 설계를 통한 반응표면분석으로 최적의 광질을 선정하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법은 식물공장 내 갯방풍을 재배하기 위한 LED의 광질을 선정하는 단계로서, 상기 적색(R), 청색(B), 녹색(G) 및 이들을 혼합한 광질을 포함하는 광질 후보를 선정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 단계는 혼합물 설계법(Mixture Design)의 실험 계획 단계로서, 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 실험을 수행하기 위한 LED 광질 후보로서, 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G) 광질을 구성성분으로 포함하고 이들을 혼합한 광질을 포함하는 광질 후보를 선정하는 단계이다.
상기 단계는 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 구성성분으로, 심플렉스 격자 설계법(simplex lattice design)에 중심점 및 축점을 추가한 설계인 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 사용하여 광질 후보를 선정할 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 사용하여 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 서로 다른 혼합비로 혼합한 5 내지 20개의 광질을 포함하는 광질 후보를 선정할 수 있다.
도 1은 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 구성성분으로, 심플렉스 격자 설계법(simplex lattice design)에 중심점 및 축점을 추가한 설계인 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 광질 후보를 선정하는 단계는 상기 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 따라, 적색(red 100), 청색(Blue 100), 녹색(Green 100) 및 이들을 1:0:1(R1B1), 1:1:0(R1G1), 0:1:1(G1B1), 67:17:17(R67G17B17), 17:67:17(R17G67B17), 17:17:67(R17G17B67) 및 1:1:1의(R1G1B) 혼합비로 혼합한 광질을 광질 후보로 선정할 수 있다.
다음, 일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법은 식물공장 내 갯방풍을 재배하기 위한 LED의 광질을 선정하는 단계로서, 상기 선정된 광질 후보를 갯방풍에 조사하여 생육 반응값을 측정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 단계는 상기 실험 계획에 의해 선정된 광질 후보에 따른 실험을 수행하여 실험값을 얻는 단계로서, 광질 후보에서의 갯방풍 재배실험을 통해 생육 반응값을 측정할 수 있다.
이때 상기 생육 반응값은 갯방풍의 지상부 생체중, 지상부 면적, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 생육 반응값을 측정하는 단계는 상기 선정된 광질 후보를 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 광도 및 광주기로 조사할 수 있으나 바람직하게는 250 내지 350 μmol·m-2·s-1의 광도 및 12L/12D의 광주기로 갯방풍에 조사할 수 있다.
또한, 상기 갯방풍의 생육 반응값을 측정하는 단계는 식물 공장 내갯방풍을 재배하는 조건, 예를 들어 식물 공장 내 갯방풍을 재배하는 온도, 상대습도 및 이산화탄소의 농도에서 상기 갯방풍의 생육 반응값을 측정할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 식물 공장 내 갯방풍을 재배하는 조건은 15℃ 내지 30℃의 온도, 50% 내지 80%의 상대습도 및 400μmol·mol-1 내지 800μmol·mol-1의 이산화탄소 농도 조건 중 1종 이상의 조건을 포함할 수 있고 보다 바람직하게는 이들 모두를 포함할 수 있다.
다음, 일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법은 식물공장 내 갯방풍을 재배하기 위한 LED의 광질을 선정하는 단계로서, 반응표면분석으로 최적의 광질을 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계는 상기 측정된 생육 반응값을 이용하여, 반응표면분석을 통해 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 구성성분하는 LED 광질에 대해, 생육 반응값에 대한 3차원 반응표면 및 2차원 등고선 그래프를 얻을 수 있으며 이를 통해 식물공장 내 갯방풍 재배를 위한 최적의 LED 광질을 도출할 수 있다.
일 측면에 따른 식물공장 내 갯방풍의 재배방법은 혼합물 설계법을 이용하여 LED 광질에 대한 최소한의 실험을 통해 최적의 LED 광질을 선정함으로써, 갯방풍을 식물공장 내 대량생산하기 위한 재배 조건 중 생장과 발육에 현저하 영향을 미치는 LED 광질을 보다 용이하고 빠르게 최적화시킬 수 있다.
다른 일 측면에서는,
식물공장 내 갯방풍의 생장을 증진시키는 방법으로서,
갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 생장 증진 방법이 제공된다.
이때 상기 생장 증진은 상기 갯방풍의 지상부 생체중, 지상부 면적, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 증진을 의미한다.
또 다른 일 측면에서는,
상기 재배방법으로 재배된 갯방풍(Glehnia littoralis)이 제공된다.
이하, 실시 예 및 실험 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시 예 및 실험 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시 예 1> 식물공장 내 갯방풍의 재배
갯방풍(Glehnia littoralis) 묘를 온도 20℃, 상대습도 60%, 이산화탄소 농도 550 μmol·mol-1, 광도 300±20 μmol·m-2·s-1, 광주기 12/12(명/암) 조건에서 적색(R), 청색(B) 및 녹색(Green)을 6:4:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하여, 식물공장 내 갯방풍의 재배하였다.
<실시 예 2> 식물공장 내 갯방풍을 재배하기 위한 LED 광질 선정
단계 1: 혼합물 설계를 이용한 최적 광질 선정 실험의 광질후보의 선정은 도 1에 도시한 심플렉스 격자(simplex lattice) 설계법에 중심점과 축점을 추가한 설계인 혼합물선별계획법(simplex screening design)으로 설계되었으며, 각 성분을 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 설정하고 이를 조합한 광질을 포함하여 단색광(R, G, B), 혼합광(R:B=1:1, R:G=1:1, B:G=1:1, R:G:B=67:17:17, R:G:B=17:67:17, R:G:B=17:17:67, R:G:B=1:1:1)의 총 10개의 광질을 광질 후보로서 선정하였다.
단계 2: 갯방풍(Glehnia littoralis) 묘는 온도 20℃, 상대습도 60%, 이산화탄소 농도 550 μmol·mol-1, 광도 300±20 μmol·m-2·s-1, 광주기 12/12(명/암) 조건에서 상기 단계 1의 단색 및 혼합광의 LED에서 23주간 재배하였고, 5주 간격으로 4회 수확하여 지상부 생체중, 엽수, 엽면적 및 지상부 면적을 생육 반응값으로 측정하였다.
단계 3: Design - Expert 12 소프트웨어의 혼합물 설계를 통한 반응표면 분석으로 각 생육 요인들을 등고선(contour)과 삼차원 그래프로 도시하였다. 이때 반응값이 높은 값일수록 등고선과 삼차원 그래프가 밝은 색상으로 표현되었다.
<실험 예 1> 생육 반응값 측정
상기 실시 예 2의 단계 2를 통해 지상부 생체중, 엽수, 엽면적 및 지상부 면적을 생육 반응값으로 측정하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타난 바와 같이, 1차부터 4차 수확까지 축적된 지상부 생체중(accumulated shoot fresh weight), 엽면적(accumulated leaf area), 지상부 면적(accumulated shoot area)의 결과 단색광 Red의 비율이 높은 처리구에서 반응값이 증가하는 경향을 보였으며, 특히 적색(R)과 청색(B)을 1:1로 처리한 경우, 1~4차 수확 동안 축적된 지상부 생체중 37.5g, 엽수 37.3, 엽면적 480.9cm2, 지상부 면적 530.5cm2로 가장 높은 생육 반응값을 나타내었다. 또한, 적색(R) 및 녹색(G)을 1:1로 처리한 경우, 1~4차 수확 동안 축적된 지상부 생체중 33.4g, 엽수 23.8, 엽면적 480.9cm2, 지상부 면적 466.7cm2로 2번째로 높은 반응 값을 나타내었으며, 지상부 생체중의 경우 R:B=1:1 및 R:G=1:1에서 통계적으로 유의하게 높은 값을 나타내었다.
<실험 예 2> 반응표면분석
상기 실시 예 2의 단계 3을 통해 반응표면 분석을 수행하였으며 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3은 생장 요인인 생체중, 엽수, 엽면적 및 지상부 면적 각각에 대한 분석 결과이고, 도 4는 생장 용인을 종합하여 분석한 결과이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 엽수의 경우 R:B=1:1 부근, 지상부 생체중, 엽면적, 지상부 면적은 R:B=1:1, R:G=1:1 부근에서의 보다 높은 수치의 데이터 값들이 분포하여 R:G:B=1:1:1인 영역에서 짙은 파란색보다 밝은 형광 초록색으로 표현?瑛만? 3차원의 결과도 유사하게 나타났다.
또한 도 4에 나타난 바와 같이, 생장 요인을 종합하여 분석한 결과, 최대의 생장을 나타내는 최적의 광질은 R:B=58:42인 것으로 나타났다.
<실험 예 3> 검증실험
상기 실험 예 2에서 얻은 최적 광질인 R:B=58:42의 검증을 위해, 이하의 추가 실험을 수행하였다.
최적 광질을 R:B=6:4로 설정하고 추가 비교를 위해 갯방풍 묘를 상대습도 60%, 이산화탄소 농도 550 μmol·mol-1, 광도 300±20 μmol·m-2·s-1, 광주기 12/12(명/암) 조건 및 도 5에 도시한 9가지의 광질(R, G, R:B=8:2, R:G=7:3, R:G:B=1:1:1, R:G:B=67:17:17, R:G:B=17:67:17, R:G:B=17:17:67, R:G:B=45:4:51)을 조사하여 총 13주간 재배하였고, 정식 후 8주차에 1차 수확, 5주 후 2차 수확을 진행하였으며 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6은 1차와 2차 수확을 합쳐 축적된 지상부 생체중, 엽수, 엽면적, 지상부 면적에 대한 결과이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 지상부 생체중의 경우 갯방풍의 적색(Red) 광질에 대한 선호로 R, R:B=6:4, R:G=7:3이 통계적으로 유의적인 차이는 나지 않았으나, 수치적으로 최적 광질로 선정되었던 R:B=6:4에서 지상부 생체중이 14.7g으로 가장 높은 값을 나타내었다.
또한, 최적 광질로 선정되었던 R:B=6:4에서 엽수 19.3, 엽면적 184.2cm2 203.4cm2로 가장 높은 값을 나타내었다.
상기 검증 결과로부터 R:B=6:4의 광질 처리가 적색(R) 및 녹색(G)부근의 다른 광질들에 비해 실제로 높은 생육 값을 나타내는 것으로 확인되었으며, LED 인공광 하에 갯방풍 재배를 위한 적정광으로 판단되며, 혼합물 설계를 통한 갯방풍의 최적 광질을 선정할 수 있음을 입증된다.

Claims (15)

  1. 식물공장 내 갯방풍을 재배하는 방법으로서,
    갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(Red, R), 청색(Blue, B), 녹색(Green, G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 적색(R) 및 청색(B)을 55:66 내지 65:45의 혼합비로 혼합된 광질을 갖는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 250 내지 350 μmol·m-2·s-1의 광도로 조사되는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 명기 및 암기의 주기가 12:12인 광주기로 조사되는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LED를 조사하는 단계는
    15℃ 내지 30℃의 온도, 50% 내지 80%의 상대습도 및 400μmol·mol-1 내지 800μmol·mol-1의 이산화탄소 농도 조건 중 1개 이상의 조건에서 수행되는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  6. 제1항에 있어서,
    혼합물 설계법(Mixture Design)을 이용하여 상기 광질을 선정하는 단계;를 더 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상기 광질을 선정하는 단계는,
    적색(R), 청색(B), 녹색(G) 및 이들을 혼합한 광질을 포함하는 광질 후보를 선정하는 단계;
    상기 선정된 광질 후보를 갯방풍에 조사하여 생육 반응값을 측정하는 단계; 및
    반응표면분석으로 최적의 광질을 선정하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광질 후보를 선정하는 단계는 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 구성성분으로, 심플렉스 격자 설계법(simplex lattice design)에 중심점 및 축점을 추가한 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 사용하여 광질 후보를 선정하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광질 후보를 선정하는 단계는 상기 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 사용하여 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 서로 다른 혼합비로 혼합한 광질을 포함하는 5 내지 20개의 광질 후보를 선정하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광질 후보를 선정하는 단계는 상기 혼합물선별계획법(simplex screening design)을 따라, 적색(R), 청색(B), 녹색(G) 및 이들을 1:0:1, 1:1:0, 0:1:1, 67:17:17, 17:67:17, 17:17:67 및 1:1:1의 혼합비로 혼합한 광질을 광질 후보로 선정하는, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 생육 반응값은
    지상부 생체중, 지상부 면적, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 식물공장 내 갯방풍의 재배방법.
  12. 식물공장 내 갯방풍의 생장을 증진시키는 방법으로서,
    갯방풍(Glehnia littoralis)에 적색(R), 청색(B) 및 녹색(G)을 5:5:0 내지 7:3:0의 혼합비로 혼합한 광질의 LED를 조사하는 단계;를 포함하는, 식물공장 내 갯방풍의 생장 증진 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 LED는 적색(R) 및 청색(B)을 55:66 내지 65:45의 혼합비로 혼합된 광질을 갖는, 식물공장 내 갯방풍의 생장 증진 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 생장 증진 방법은 상기 갯방풍의 지상부 생체중, 지상부 면적, 엽수, 엽면적, 엽장 및 엽폭으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 증진시키는 방법인, 식물공장 내 갯방풍의 생장 증진 방법.
  15. 제1항의 재배방법으로 재배된 갯방풍(Glehnia littoralis).
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