WO2021096274A1 - 식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법 - Google Patents

식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 방법은 발아된 식물의 종자가 정식되는 단계, 및 식물에 광 처리가 수행되는 것을 포함하는 식물이 재배되는 단계를 포함한다. 식물이 재배되는 단계에서는 식물에 주 광이 제공되는 주 광 처리와 식물에 주 광 제공이 중단되는 암 처리가 반복 수행될 수 있다. 주 광은 가시광 파장대에서 적어도 2개의 피크 파장을 가질 수 있다. 또한, 주 광의 광량은 92PPFD(μ㏖/㎡/s) 초과 198PPFD 미만일 수 있다.

Description

식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법
본 발명은 식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법에 관한 것이다.
식물은 빛 에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 광합성 작용을 한다. 식물은 광합성 작용으로 얻어진 유기물의 화학 에너지를 생장 등을 위한 영양분으로 사용하고 있다.
엽채류 및 과채류의 식물을 재배할 때 가장 문제되는 생리 장해 증상 중 하나는 식물의 잎의 조직이 괴사하는 현상인 팁번(Tip burn)이다. 팁번이 발생하면, 식물의 잎 끝이 함몰되거나 갈변되고, 결국 잎이 고사하게 된다.
식물의 팁번 발생을 줄이기 위해서 주로 양액 농도, 온도 등 식물의 재배 환경을 제어하는 방법이 연구되고 있다.
그러나 온도 제어는 식물을 재배하는 공간 전체의 온도를 제어해야 하므로 많은 비용과 에너지가 필요하다. 또한, 양액 농도 제어는 양액 내의 각각의 이온을 분석하기 위한 장비가 필요하다.
이와 같이, 온도를 제어하는 방법 및 양액 농도를 제어하는 방법은 모두 큰 비용이 필요하다는 점에서, 팁번 발생을 줄이기 위한 실용적인 해결책은 아직 미비한 상태라 할 수 있다.
본 배경 기술에 개시된 상기 정보는 단지 본 발명의 개념의 배경을 이해하기 위한 것이므로, 선행 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 식물의 팁번(Tip burn) 발생을 최소화할 수 있는 식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 팁번 발생을 최소화하면서, 식물의 기능성 물질의 함량을 증가시키는 식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발아된 식물의 종자가 정식되는 단계, 및 상기 식물에 광 처리가 수행되는 것을 포함하는 상기 식물이 재배되는 단계를 포함하는 식물 재배 방법이 제공된다.
상기 식물이 재배되는 단계에서는 상기 식물에 주 광이 제공되는 주 광 처리와 상기 식물에 상기 주 광 제공이 중단되는 암 처리가 반복 수행될 수 있다.
상기 주 광은 가시광 파장대에서 적어도 2개의 피크 파장을 가질 수 있다. 또한, 상기 주 광의 광량은 92PPFD(μ㏖/㎡/s) 초과 198PPFD 미만일 수 있다.
예를 들어, 상기 식물은 상추일 수 있다.
상기 주 광은 제1 피크 파장 및 제2 피크 파장을 가질 수 있다. 상기 제1 피크 파장의 광도는 상기 제2 피크 파장의 광도와 동일할 수 있다.
상기 제1 피크 파장은 적색광 파장대에 포함되며, 상기 제2 피크 파장은 청색광 파장대에 포함될 수 있다.
상기 식물이 재배되는 단계에서, 상기 주 광 처리가 수행되는 시간는 하루 당 16시간이며, 상기 암 처리가 수행되는 시간은 하루 당 8시간일 수 있다.
상기 식물이 재배되는 단계는 상기 식물에 자외선 파장대의 보조 광이 제공되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 광이 제공되는 단계는 마지막으로 주 광 처리가 수행되는 동안에 수행될 수 있다.
상기 보조 광이 제공되는 단계는 상기 식물에 보조 광이 제공되는 보조 광 처리와 상기 식물에 보조 광이 제공되지 않는 보조 광 차단이 반복 수행되는 것일 수 있다.
상기 보조 광이 처리되는 단계에서, 상기 보조 광 처리와 상기 보조 광 차단은 각각 1시간씩 수행될 수 있다.
상기 보조 광은 UVB 파장대에 포함되는 제3 피크 파장을 가질 수 있다.
상기 제3 피크 파장의 광도는 상기 가시광 파장대의 피크 파장의 광도보다 작을 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 가시광 파장대에서 적어도 2개의 피크 파장을 가지며, 92PPFD(μ㏖/㎡/s) 초과 198PPFD 미만의 광량의 주 광을 식물을 향해 방출하는 주 광원을 포함하는 식물 재배용 광원이 제공된다.
상기 주 광원은 상기 주 광을 상기 식물에 제공하는 주 광 처리와 상기 식물에 주 광 제공을 중단하는 암 처리를 반복 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 식물은 상추일 수 있다.
상기 주 광은 제1 피크 파장 및 제2 피크 파장을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 피크 파장의 광도는 상기 제2 피크 파장의 광도와 동일할 수 있다.
상기 제1 피크 파장은 적색광 파장대에 포함되며, 상기 제2 피크 파장은 청색광 파장대에 포함될 수 있다.
상기 주 광원의 상기 주 광 처리를 수행하는 시간은 하루 당 16시간이며, 상기 암 처리를 수행하는 하루 당 시간은 8시간일 수 있다.
상기 식물 재배용 광원은 상기 식물에게 자외선 파장대의 보조 광을 방출하는 보조 광원을 더 포함할 수 있다.
상기 보조 광은 UVB 파장대에 포함되는 제3 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
상기 제3 피크 파장의 광도는 상기 가시광 파장대의 피크 파장의 광도보다 작을 수 있다.
상기 보조 광원은 상기 주 광원의 마지막 주 광 처리를 수행하는 동안에 상기 보조 광을 방출할 수 있다.
상기 보조 광원은 상기 식물에 보조 광을 제공하는 보조 광 처리와 상기 식물에 보조 광을 제공하지 않는 보조 광 차단을 반복 수행할 수 있다.
상기 보조 광원은 상기 보조 광 처리와 상기 보조 광 차단을 각각 1시간씩 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법은 식물을 재배할 때, 식물에 가시광 파장대의 광을 제공하여 팁번 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 식물 재배용 광원 및 식물 재배 방법은 가시광 파장대의 광이 식물에 제공되는 동안 임의의 기간에 자외선 파장대의 광을 추가 제공하여 팁번 발생을 최소화하는 동시에 식물의 기능성 물질의 함량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고 본 명세서에 통합되며 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시 예를 도시하고, 이하의 상세한 설명과 함께 본 발명의 개념을 설명하는 역할을 한다.
도 1 내지 도 4는 실험 1에서 사용된 주 광원의 광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 실험 1의 각 실험군의 생장을 비교하기 위한 각 실험군에 포함된 일부 상추의 사진이다.
도 6은 실험 1의 각 실험군에 포함된 상추들의 평균 잎 개수를 나타낸 그래프이다.
도 7은 실험 1의 각 실험군의 평균 생체중량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실험 1의 각 실험군의 엽록소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실험 1의 각 실험군의 안토시아닌(Anthocyanin) 함량을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실험 1의 각 실험군의 플라보놀(Flavonol) 함량을 나타낸 그래프이다.
도 11a 내지 도 11d는 실험 1의 각각의 실험군에서 팁번이 발생한 개체수를 나타낸 도면이다.
도 12는 실험 2에서 사용된 주 광과 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 13은 실험 2의 엽록소 함량을 나타낸 그래프이다.
도 14는 실험 2의 플라보놀 함량을 나타낸 그래프이다.
도 15는 실험 2의 안토시아닌 함량을 나타낸 그래프이다.
도 16은 198PPFD 이상의 가시광을 방출하는 주 광원의 스펙트럼이다.
도 17은 198PPFD 이상의 주 광과 280-290nm 파장에서 피크(P3)를 갖는 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸다.
도 18은 198PPFD 이상의 주 광과 305-315nm 파장에서 피크(P4)를 갖는 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸다.
도 19는 198PPFD 이상의 주 광과 280-290nm 파장에서 피크(P3)를 갖는 보조 광과 305-315nm 파장에서 피크(P4)를 갖는 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸다.
이하의 설명에서, 설명의 목적을 위하여, 본 발명의 다양한 실시 예 또는 구현 예의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 특정 세부 사항이 설명된다. 본 명세서에 사용되는 "실시 예" 및 "구현 예"는 본 명세서에 개시된 본 발명의 개념의 하나 이상을 이용하는 디바이스 또는 방법의 비제한적인 예를 나타내는 상호교체 가능한 단어이다. 그러나 다양한 실시 예가 이들 특정 세부 사항을 이용하지 않거나 하나 이상의 등가 배열체를 이용하여 실시될 수 있다는 것을 명백히 알 수 있다. 다른 예에서, 공지된 구조 및 디바이스가, 다양한 실시 예를 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 블록도 형태로 도시된다. 또한, 다양한 실시 예가 서로 다를 수 있지만, 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 실시 예의 특정 형상, 구성 및 특성은 본 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다른 실시 예에서 사용되거나 구현될 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 도시된 실시 예는, 본 발명의 개념이 실제로 구현될 수 있는 몇몇 방식의 변화하는 세부 사항의 예시적인 특징을 제공하는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로 달리 명시되지 않는 한, 다양한 실시 예의 특징부, 구성요소, 모듈, 층, 막, 패널, 영역 및/또는 양태 등(이하, 개별적으로 또는 집합적으로 "요소"로 지칭됨)은 본 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다르게 조합되고, 분리되고, 상호 교체되고 그리고/또는 재배열될 수 있다.
첨부한 도면에서의 단면-해칭 및/또는 음영의 사용은 일반적으로 인접한 요소 사이의 경계를 명확히하기 위해 제공된다. 이와 같이, 단면-해칭 또는 음영의 존재뿐만 아니라 부재도, 명시되지 않는 한, 요소의 특정 재료, 재료 상태량, 치수, 비율, 예시된 요소 사이의 공통성 및/또는 임의의 다른 특성, 속성, 상태량 등에 대한 어떠한 선호도 또는 요구도를 의미하거나 나타내지는 않는다. 또한, 첨부한 도면에서, 요소의 크기 및 상대적인 크기는 명확성 및/또는 설명적인 목적을 위해 과장될 수 있다. 실시 예가 다르게 구현될 수 있을 때, 특정 공정 순서는 설명된 순서와 다르게 수행될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 연속적으로 설명된 공정이 실질적으로 동시에 수행되거나 또는 설명된 순서와 반대인 순서로 수행될 수 있다. 또한, 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
층과 같은 요소가 다른 요소 또는 층 "상에 있거나", 그"에 연결되거나" 또는 그"에 결합되는" 것으로서 언급될 때, 상기 요소는 직접적으로 다른 요소 또는 층 상에 있거나, 그에 연결되거나 그에 결합될 수 있고, 또는 개재 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 그러나 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에 직접 있거나", 그"에 직접 연결되거나" 또는 그"에 직접 결합되는" 것으로서 언급될 때, 개재 요소 또는 층이 존재하지 않는다. 이를 위해, "연결된" 이라는 용어는, 개재 요소이 있는 상태에서 또는 없는 상태에서, 물리적인, 전기적인 및/또는 유체적인 연결을 지칭할 수 있다. 또한, D1-축, D2-축 및 D3-축은 x, y 및 z-축과 같은 직교 좌표계의 세 개의 축으로 제한되지 않으며, 더욱 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, D1-축, D2-축 및 D3-축은 서로 직각일 수 있고, 또는 서로 직각이 아닌 서로 다른 방향을 나타낼 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, "X, Y 및 Z 중 하나 이상" 및 "X, Y 및 Z로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상"은 오직 X, 오직 Y, 오직 Z 또는, 예컨대, XYZ, XYY, YZ 및 ZZ와 같은, X, Y 및 Z 중 두 개 이상의 임의의 조합으로서 해석될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "및/또는"은 연관된 리스트된 물품 중 하나 이상의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.
비록 용어 "제1", "제2" 등이 다양한 형태의 요소를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만, 이들 요소가 이들 용어에 의해 한정되어서는 아니 된다. 이들 용어는 하나의 요소를 다른 하나의 요소와 구별하기 위해 사용된다. 그러므로 이하에서 논의되는 제1 요소는 본 발명의 가르침을 이탈하지 않는 한도 내에서 제2 요소로 명명될 수 있다.
"밑에", "아래에", "바로 밑에", "하부의", "위에", "상부의", "상방에", "보다 높은", (예를 들어, "측벽"에서와 같이) "측부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 설명적인 목적을 위해 그리고, 그에 의해, 도면에 도시된 바와 같은 하나의 요소와 다른 요소(들)와의 관계를 설명하기 위해, 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방위에 부가하여 사용, 작동 및/또는 제조 중인 장치의 서로 다른 방위를 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면에서의 장치가 뒤집히면, 다른 요소 또는 특징부 "아래에" 또는 "밑에"로서 설명된 요소는 다른 요소 또는 특징부의 "위에" 배향될 것이다. 그러므로, "아래에"라는 예시적인 용어는 위 및 아래의 방위를 모두 포함할 수 있다. 또한, 장치는 다르게 배향될 수 있고(예를 들어, 90° 회전되거나 다른 방위에 배향될 수 있고), 이와 같이, 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 서술어는 대응적으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 전문 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위한 것이며 한정적인 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 단수 형태는, 문맥상 명확하게 다르게 지시하지 않는 한, 복수의 형태를 또한 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "구비한다", "구비하는", "포함한다" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어는 언급된 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 그 그룹의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작동, 요소, 구성요소 및/또는 그 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "실질적으로", "약" 및 기타 유사한 용어는 정도를 나타내는 용어가 아닌 근사도를 나타내는 용어로서 사용되며, 이와 같이, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식될 수 있는, 측정된, 계산된 그리고/또는 제공된 값의 고유한 편차를 설명하기 위해 사용된다.
다양한 실시 예가, 이상화된 실시 예 및/또는 중간 구조물의 개략적인 예시도인, 단면 및/또는 분해 예시도를 참조하여 이하에 설명된다. 이와 같이, 예를 들어, 제조 기법 및/또는 공차의 결과로서 예시도의 형상으로부터의 변형이 예상될 수 있다. 그러므로 본 명세서에 개시된 실시 예는 반드시 특정의 도시된 영역의 형상에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들어, 제조에 기인하여 발생되는 형상에 있어서의 편차를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 방식으로, 도면에 도시된 영역은 본질적으로 개략적일 수 있고, 이 영역의 형상은 디바이스의 영역의 실제 형상을 반영하지 않을 수 있으며, 이와 같이, 반드시 한정적인 의미를 갖는 것으로 의도되지는 않는다.
당 분야에서 통상적인 바와 같이, 일부 실시 예가 기능 블록, 유닛 및/또는 모듈의 관점에서 첨부 도면에 도시되고 설명될 수 있다. 당업자는 이러한 블록들, 유닛들, 및/또는 모듈들이 반도체 기반의 제조 기술 또는 다른 제조 기술을 이용하여 형성된 논리 회로, 개별 부품들, 마이크로프로세서들, 배선 회로들, 메모리 소자들, 배선 접속들과 같은 전자(또는 광학) 회로들에 의해 물리적으로 구현된다는 것을 이해할 것이다. 마이크로프로세서 또는 다른 유사한 하드웨어에 의해 블록, 유닛 및/또는 모듈이 구현되는 경우, 이들은 본 명세서에서 논의된 다양한 기능을 수행하기 위해 소프트웨어(예를 들어, 마이크로 코드)를 사용하여 프로그래밍 되고, 제어될 수 있으며, 선택적으로 펌웨어 및/또는 소프트웨어에 의해서 구동될 수 있다. 또한, 각각의 블록, 유닛 및/또는 모듈은 전용 하드웨어에 의해, 또는 일부 기능을 수행하는 전용 하드웨어 및 다른 기능을 수행하는 위한 프로세서(예를 들어, 하나 이상의 프로그램된 프로세서 및 관련 회로)의 조합으로서 구현될 수 있다. 또한, 일부 실시 예들 각각의 블록, 유닛 및/또는 모듈은 본 발명의 개념을 벗어나지 않으면서 물리적으로 두 개 이상의 상호 작용 및 개별 블록, 유닛 및/또는 모듈로 분리될 수 있다. 또한, 일부 실시 예의 블록, 유닛 및/또는 모듈은 본 발명의 개념을 벗어나지 않으면서 더 복잡한 블록, 유닛 및/또는 모듈로 물리적으로 결합될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는(기술적이거나 과학적인 용어를 포함하는) 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 통상적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 정의되지 않는 한, 이상적이거나 지나치게 형식적인 관점에서 해석되어서는 아니 된다.
도면 및 실험을 통해서, 식물의 팁번을 최소화할 수 있는 식물 재배 광원 및 식물 재배 방법에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 실험에 사용된 식물은 청치마 상추이다.
청치마 상추의 소독된 종자를 재배용 스펀지에 파종하고, 정제수만을 이용하여 생육하였다. 파종 후, 종자를 3일 동안은 암 조건에서 생육하고, 그 이후 7일 동안(파종 후 4일째부터 10일까지)은 69.8PPFD(μmol/m2/s) 광량의 약한 광 조건에서 생육하여 발아하도록 하였다. 발아한 종자는 양액이 순환 공급되는 담경수경(Deep flow technique; DFT) 재배 시스템에 정식하여 20일간 재배하였다. 양액은 호글랜드(Hoagland) 양액을 희석한 것으로, 산도(pH)는 5.5~6.5이며, 총염류농도(EC)는 1.2~1.3mS/㎝이다.
20일의 재배 기간동안 상추는 온도 22±1℃, 습도 70±5%의 환경 하에서 재배되었다. 또한, 재배 기간동안 상추에 하루 당 8시간의 암 처리 기간 및 16시간의 광 처리 기간을 제공하였다. 광 처리는 식물에 광을 제공하는 것이며, 암 처리는 식물에 제공되던 광을 차단하는 것이다. 본 실험에서 광 처리 기간에 식물에 광을 제공하는 주 광원은 LED로 이루어진 광원일 수 있다. 또한, 주 광원에서 방출하여 상추에 제공되는 주 광은 적색광:백색광:청색광이 11:4:3으로 혼합된 가시광이다.
실험 1
실험 1은 상추 재배 시 이용되는 가시광의 광량에 따른 상추의 생장, 기능성 물질 함량 및 팁번 발생을 확인하기 위한 실험이다.
실험 1은 담경수경 재배 시스템에서의 재배 기간 동안 복수의 상추 그룹에 서로 다른 광량의 광 노출 환경을 제공하였다. 즉, 하루 당 16시간의 광 처리 기간에 사용되는 가시광의 광량을 복수의 상추 그룹마다 다르게 설정하였다. 복수의 상추 그룹은 각각 30개체의 상추를 포함한다.
서로 다른 광량으로 재배된 복수의 상추 그룹을 수확한 후, 각 그룹 별로, 잎 개수, 팁번 개수, 생체중량, 엽록소(chlorophyll) 함량 및 기능성 물질의 함량을 측정하였다.
실험군 1은 92PPFD의 광량에서 재배된 상추 그룹이고, 실험군 2는 152PPFD의 광량에서 재배된 상추 그룹이며, 실험군 3은 198PPFD의 광량에서 재배된 상추 그룹이고, 실험군 4는 268PPFD의 광량에서 재배된 상추 그룹이다.
도 1 내지 도 4는 실험 1에서 사용된 주 광원의 광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 1은 주 광원에서 방출되는 광량이 92PPFD인 주 광의 광 스펙트럼이다. 도 2는 주 광원에서 방출되는 광량이 152PPFD인 주 광의 광 스펙트럼이다. 도 3은 주 광원에서 방출되는 광량이 198PPFD인 주 광의 광 스펙트럼이다. 또한, 도 4는 주 광원에서 방출되는 광량이 268PPFD인 주 광의 광 스펙트럼이다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 주 광원에서 방출되는 주 광은 약 450nm의 파장에서 제1 피크 파장(P1)을 가지며, 약 650nm의 파장에서 제2 피크 파장(P2)을 갖는다. 또한, 제1 피크 파장(P1)과 제2 피크 파장(P2)은 동일한 광도를 갖는다. 즉, 주 광원에서 방출되는 주 광은 적색광과 청색과의 광도가 동일하다.
도 5 내지 도 11은 실험 1의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 각 실험군의 생장을 비교하기 위한 각 실험군에 포함된 일부 상추의 사진이다. 도 6은 각 실험군에 포함된 상추들의 평균 잎 개수를 나타낸다. 또한, 도 7은 각 실험군의 평균 생체중량을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5d를 참고하면, 실험군 1에서 실험군 4로 갈수록 잎의 크기가 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 실험군 1에서 실험군 4로 갈수록 팁번(T) 개수가 많아지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상추는 광량이 커질수록 더 크게 성장하지만, 팁번 발생이 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
도 6을 참고하면, 평균 잎 개수는 실험군 1은 16.60장이며, 실험군 2는 19.10이고, 실험군 3은 21.53이며, 실험군 4는 22.27이다. 즉, 잎의 개수는 광량이 커질수록 증가하는 경향을 보인다. 그러나 실험군 1, 실험군2 및 실험군 3은 서로 유의미한 차이를 보이지만, 실험군 3과 실험군 4는 서로 유의미한 차이가 없다.
도 7을 참고하면, 평균 생체중량은 실험군 1은 22.83g이고, 실험군 2는 30.68이며, 실험군 3은 32.95이고, 실험군 4는 39.30이다. 즉, 평균 생체중량은 광량이 커질수록 증가하는 경향을 보인다. 그러나 실험군 1과 실험군 2는 서로 유의미한 차이를 보이지만, 실험군 2, 실험군 3 및 실험군 4는 서로 유의미한 차이가 없다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 공통적으로 실험군 1과 실험군 2 사이에서 서로 잎의 개수나 생체중의 유의미한 증가를 보인다. 즉, 상추의 유의미한 생장 향상을 위해서는 광량이 92PPFD를 초과해야 한다.
도 8은 각 실험군의 엽록소 함량을 나타낸다. 도 9 및 도 10은 각 실험군의 기능성 물질의 함량을 나타낸다. 자세히는 도 9는 각 실험군의 안토시아닌(Anthocyanin) 함량을 나타낸다. 또한, 도 10은 각 실험군의 플라보놀(Flavonol) 함량을 나타낸다.
도 8을 참고하면, 엽록소 함량은 실험군 1은 14.69mg/m2이고, 실험군 2는 16.17mg/m2이며, 실험군 3은 16.73mg/m2이고, 실험군 4는 17.51mg/m2이다. 엽록소 함량의 경우, 실험군 1과 실험군 2는 서로 유의미한 차이를 보이지만, 실험군 2, 실험군 3 및 실험군 4는 서로 유의미한 차이가 없다. 즉, 상추의 광합성 효율의 유의미한 증가를 위해서는 광량이 92PPFD를 초과해야 한다.
도 9를 참고하면, 안토시아닌의 함량(unit)은 실험군 1은 0.28이고, 실험군 2는 0.27이며, 실험군 3은 0.26이고, 실험군 4는 0.28이다. 즉, 광량이 변하여도 안토시아닌의 함량은 유의미한 변화를 보이지 않았다.
도 10을 참고하면, 플라보놀 함량(unit)은 실험군 1은 0.27이고, 실험군 2는 0.28이며, 실험군 3은 0.28이고, 실험군 4는 0.38이다. 플라보놀 함량은 실험군 1, 시험군 2 및 실험군 3에서는 큰 변화가 없지만, 실험군 4에서는 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 광량이 92PPFD이상 198PPFD 이하에서는 큰 변화가 없고, 268PPFD에서 198PPFD를 기준으로 유의미하게 증가하는 것을 알 수 있다.
도 11a 내지 도 11d는 각각의 실험군에서 팁번이 발생한 개체수를 나타낸다.
도 11a 내지 도 11d를 참고하면, 각각의 실험군에 포함된 상추 30개체 중에서 팁번이 발생한 개체(I)의 수는 실험군 1은 2개체이며, 실험군 2는 4개체이고, 실험군 3은 9개체이며, 실험군 4는 23개체이다. 여기서, 실험군 1 및 실험군 2에서는 팁번이 발생한 각 개체는 각각 1개의 팁번이 발생하였다. 그러나 실험군 3에서는 한 개체 당 1개 내지 6개의 팁번이 발견되었으며, 실험군 4에서는 한 개체 당 1개 내지 7개의 팁번이 발견되었다.
도 5 내지 도 11을 참고하면, 상추의 생장 향상을 위해서는 92PPFD를 초과하는 광량이 필요하다. 또한, 기능성 물질의 함량을 유지하기 위해서는 92PPFD 이상의 광량이 필요하며, 특히, 플라보놀 함량의 증가를 위해서는 198PPFD를 초과하는 광량이 필요하다. 또한, 팁번의 발생을 최소화하기 위해서는 198PPFD 미만의 광량이 필요하다.
따라서, 상추를 재배를 위한 광의 광량이 92PPFD를 초과 198PPFD 미만 인 경우 상추의 생장 및 기능성 물질 함량 유지 및 팁번 발생 최소화를 모두 만족할 수 있다.
실험 2
실험 2는 상추 재배 시 보조 광원에 의한 상추의 생장 및 기능성 물질 함량의 변화를 확인하기 위한 실험이다.
실험 2에서는 주 광원은 담경수경 재배 시스템에서 하루 당 16시간동안 상추에 조사되는 주 광인 가시광을 방출하는 광원이다. 주 광원은 실험 1을 통해서 상추의 생장, 기능성 물질 함량 및 팁번 발생의 최소화를 고려한 광량의 가시광을 방출한다. 즉, 실험 2에서 주 광원의 광량은 92PPFD의 광량보다 크고 198PPFD의 광량보다 작은 125PPFD이다.
주 광원에서 방출하는 주 광은 적색광 파장대와 청색광 파장대에서 각각 피크 파장을 갖는다. 주 광원에서 방출하는 주 광에 대한 자세한 스펙트럼은 도 2를 참고하도록 한다.
실험 2의 보조 광원은 UVB 파장대의 자외선을 방출하는 광원이다. 보조 광원은 상추를 수확하기 직전 마지막 광 처리 기간에 상추에 보조 광인 자외선을 제공한다. 이때, 상추가 자외선인 보조 광에 연속적으로 노출되어 손상되는 것을 방지하기 위해서, 보조 광 처리와 보조 광 차단을 반복 수행하였다. 여기서, 보조 광 처리는 상추에 보조 광을 제공하는 것이며, 보조 광 차단은 상추에 보조 광을 제공하지 않는 것이다.
실험 2에서는 1시간씩 보조 광원의 점멸 동작을 반복하였다. 즉, 상추에 1시간 동안 자외선을 조사하고, 1시간 동안 자외선 조사를 중단하는 과정을 반복하였다. 이때, 상추에 조사되는 자외선 누적 총 조사량은 4.03kJ/m2이다.
도 12는 실험 2에서 사용된 주 광과 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 12를 살펴보면, 주 광과 보조광의 혼합 광은 약 450nm 파장에서의 제1 피크 파장(P1) 약 650nm의 파장에서의 제2 피크 파장(P2) 및 UVB 파장대인 290nm 내지 320nm 사이의 파장에의 제3 피크 파장(P3)을 갖는다. 이때, 제3 피크 파장(P3)은 제1 피크 파장(P1) 및 제2 피크 파장(P2)보다 작은 광도를 갖는다.
실험 2는 담경수경 재배 시스템에서의 재배 기간 동안 상추에 보조 광 제공 유무에 따른 상추의 생체중, 클로로필 함량, 플라보놀 함량 및 안토시니안 함량을 비교하였다.
대조군은 재배 기간동안 주 광원에 의한 광 처리가 수행된 상추 그룹이다.
실험군은 재배 기간동안 주 광원에 의한 광처리 및 보조 광원에 의한 광처리가 수행된 상추 그룹니다.
실험 결과, 대조군과 실험군 간의 생체중은 유의미한 차이를 보이지 않았다. 즉, 실험 2의 자외선 파장대 및 자외선 조사량은 상추의 생장을 저해하지 않는 것을 알 수 있다.
도 13 내지 도 15는 실험 2의 기능성 물질 함량에 대한 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 엽록소 함량을 나타낸 그래프이다. 도 14는 플라보놀 함량을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 15는 안토시아닌 함량을 나타낸 그래프이다.
도 13을 참고하면, 엽록소 함량은 대조군은 17.11mg/m2이고, 실험군은 19.81mg/m2이다. 즉, 실험군의 엽록소 함량이 대조군보다 15.8% 증가하였다.
도 14를 참고하면, 플라보놀 함량(unit)은 대조군은 0.30이고, 실험군은 0.47이다. 즉, 실험군의 플라보놀 함량이 대조군보다 56.7% 증가하였다.
또한, 도 15를 참고하면, 안토시아닌 함량(unit)은 대조군은 0.25이고, 실험군은 0.30이다. 즉, 실험군의 안토시아닌 함량은 대조군보다 20.0% 증가하였다.
실험 2를 통해서, UVB 파장대의 자외선에 의해서 상추의 생장 저하 없이 기능성 물질의 함량을 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험 1 및 실험 2를 통해서, 상추 재배 시, 92PPFD 초과 198PPFD 미만의 광량의 가시광과 UVB 파장대의 자외선을 방출하는 광원을 이용하면, 생장 저하 없이 기능성 물질의 함량이 증가하면서 팁번 발생을 최소화할 수 있다는 것을 확인하였다.
실험 3
수경 재배는 식물의 뿌리가 물을 통해 빠르게 영양소 공급을 받을 수 있다. 이때, 식물에 198PPFD 이상의 광량의 주 광이 제공되면, 식물은 빠른 영양소 공급 및 높은 광량의 주 광을 공급받아 생장 속도가 급격히 증가하면서, 미량 원소나 생장에 필요한 다른 원소의 공급이 원활히 이루어지지 않아 팁번이 발생할 수 있다.
태양광의 경우 광량이 198PPFD 이상이기 때문에, 태양광을 이용하여 수경 재배를 하는 경우, 식물에 팁번이 발생하게 된다.
자외선의 경우, 식물에 스트레스 요인으로 작용하여, 식물의 생장을 억제할 수 있다.
식물에 198PPFD 이상의 가시광이 조사될 경우, UVB를 추가 조사함으로써, 식물이 과생장되는 것을 억제하거나 급격한 생장 속도 증가로 인해 발생하는 팁번 현상을 억제할 수 있다.
따라서, 실험 3에서는 198PPFD 이상의 광량을 갖는 주 광을 식물에 제공하면서, UVB를 보조 광으로 추가 제공하였다.
식물이 198PPFD 이상의 가시광에 의해서 생장 속도가 급격히 빨라질 때, 자외선을 식물에 손상을 주지 않을 수준으로 제공하여, 식물의 생장 속도를 조절함으로써, 팁번 발생을 방지할 수 있다.
실험 3의 식물 재배용 광원은 198PPFD 이상의 가시광인 주 광을 방출하는 주 광원 및 UVB인 보조 광을 방출하는 보조 광원을 포함할 수 있다.
도 16은 198PPFD 이상의 가시광을 방출하는 주 광원의 스펙트럼이다.
도 16을 참고하면, 주 광원에서 방출되는 주 광은 주 광은 약 450nm의 파장에서 제1 피크 파장(P1)을 가지며, 약 650nm의 파장에서 제2 피크 파장(P2)을 갖는다.
보조 광원은 280-290nm의 범위에서 피크가 존재하거나 305-315nm의 범위에서 피크가 존재하는 UVB인 보조 광을 식물에 제공할 수 있다.
예를 들어, 식물 재배용 광원은 주 광이 식물에 조사되고 있는 상태에서 한 파장대의 보조 광을 식물에 조사할 수 있다.
이때, 식물에 조사되는 광 스펙트럼은 도 17 및 도 18과 같을 수 있다.
도 17은 198PPFD 이상의 주 광과 280-290nm 파장에서 피크(P3)를 갖는 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸다.
도 18은 198PPFD 이상의 주 광과 305-315nm 파장에서 피크(P4)를 갖는 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸다.
또한, 식물 재배용 광원은 주 광이 식물에 조사되고 있는 상태에서 서로 다른 파장대의 광을 혼합하여 식물에 조사할 수 있다.
도 19는 198PPFD 이상의 주 광과 280-290nm 파장에서 피크(P3)를 갖는 보조 광과 305-315nm 파장에서 피크(P4)를 갖는 보조 광이 혼합된 광의 스펙트럼을 나타낸다.
보조 광원은 서로 다른 파장대의 보조 광을 동시에 식물에 조사할 수도 있다.
또는 보조 광원은 높은 파장대의 광부터 낮은 파장대의 광 순서로 식물에 보조 광을 조사할 수 있다.
광의 파장대가 낮을수록 퍼텐셜 에너지(potential energy)가 높아진다. 식물에 조사되는 광의 퍼텐셜 에너지가 높을수록 식물이 손상될 위험도 높아진다.
따라서, 식물에 포텐셜 에너지가 낮은 광을 먼저 조사하여 식물이 해당 광에 대한 내성을 기르도록 한 후에 포텐셜 에너지가 높은 광을 조사함으로써, 식물의 손상을 최소화할 수 있다.
따라서, 보조 광원은 식물에 높은 파장대의 UVB를 조사한 후에 낮은 파장대의 UVB를 조사할 수 있다.
이와 같이, 실험 3을 통해서 태양광을 이용하는 수경 재배 시스템에서 UVB를 보조 광으로 이용하여 팁번 발생 및 생장 저하를 최소화하면서 기능성 물질을 향상시킬 수 있다.
특정 실시 예 및 구현 예가 본원에서 설명되었으나, 다른 실시 예 및 변형 예가 이러한 설명으로부터 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 개념은 이러한 실시 예로 한정되는 것이 아니라, 청구범위의 더욱 넓은 범위 및 당업자에게 명백하게 되는 다양한 변형 예 및 균등한 배열체로 한정된다.

Claims (20)

  1. 발아된 식물의 종자가 정식되는 단계; 및
    상기 식물에 주 광이 제공되는 주 광 처리와 상기 식물에 상기 주 광 제공이 중단되는 암 처리가 반복 수행되어 상기 식물이 재배되는 단계;를 포함하고,
    상기 주 광은 가시광 파장대에서 적어도 2개의 피크 파장을 가지며,
    상기 주 광의 광량은 92PPFD(μ㏖/㎡/s) 초과 198PPFD 미만이고,
    상기 식물은 상추인 식물 재배 방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 주 광은 제1 피크 파장 및 제2 피크 파장을 가지며,
    상기 제1 피크 파장의 광도는 상기 제2 피크 파장의 광도와 동일한 식물 재배 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 피크 파장은 적색광 파장대에 포함되며, 상기 제2 피크 파장은 청색광 파장대에 포함되는 식물 재배 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 식물이 재배되는 단계에서,
    상기 주 광 처리가 수행되는 시간는 하루 당 16시간이며, 상기 암 처리가 수행되는 시간은 하루 당 8시간인 식물 재배 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 식물이 재배되는 단계는,
    상기 식물에 자외선 파장대의 보조 광이 제공되는 단계를 더 포함하는 식물 재배 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보조 광이 제공되는 단계는,
    마지막으로 상기 주 광 처리가 수행되는 동안에 수행되는 식물 재배 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 보조 광이 제공되는 단계는,
    상기 식물에 보조 광이 제공되는 보조 광 처리와 상기 식물에 보조 광이 제공되지 않는 보조 광 차단이 반복 수행되는 것인 식물 재배 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 보조 광이 제공되는 단계에서,
    상기 보조 광 처리와 상기 보조 광 차단은 각각 1시간씩 수행되는 식물 재배 방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 보조 광은 UVB 파장대에 포함되는 제3 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제3 피크 파장의 광도는 상기 가시광 파장대의 피크 파장의 광도보다 작은 식물 재배 방법.
  11. 가시광 파장대에서 적어도 2개의 피크 파장을 가지며, 92PPFD(μ㏖/㎡/s) 초과 198PPFD 미만의 광량의 주 광을 식물을 향해 방출하는 주 광원;을 포함하며,
    상기 주 광원은 상기 주 광을 상기 식물에 제공하는 주 광 처리와 상기 식물에 주 광 제공을 중단하는 암 처리를 반복 수행하고,
    상기 식물은 상추인 식물 재배용 광원.
  12. 청구항 11에서,
    상기 주 광은 제1 피크 파장 및 제2 피크 파장을 가지며,
    상기 제1 피크 파장의 광도는 상기 제2 피크 파장의 광도와 동일한 식물 재배용 광원.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 피크 파장은 적색광 파장대에 포함되며, 상기 제2 피크 파장은 청색광 파장대에 포함되는 식물 재배용 광원.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 주 광원의 상기 주 광 처리를 수행하는 시간은 하루 당 16시간이며, 상기 암 처리를 수행하는 시간은 하루 당 8시간인 식물 재배용 광원.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 식물에게 자외선 파장대의 보조 광을 방출하는 보조 광원을 더 포함하는 식물 재배용 광원.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 보조 광은 UVB 파장대에 포함되는 제3 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배용 광원.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제3 피크 파장의 광도는 상기 가시광 파장대의 피크 파장의 광도보다 작은 식물 재배용 광원.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 보조 광원은 상기 주 광원이 마지막 주 광 처리를 수행하는 동안에 상기 보조 광을 방출하는 식물 재배용 광원.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 보조 광원은 상기 식물에 보조 광을 제공하는 보조 광 처리와 상기 식물에 보조 광을 제공하지 않는 보조 광 차단을 반복 수행하는 식물 재배용 광원.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 보조 광원은 상기 보조 광 처리와 상기 보조 광 차단을 각각 1시간씩 수행하는 식물 재배용 광원.
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