WO2022065871A1 - 식물 재배용 광원 모듈 및 그 광원 모듈을 포함하는 식물 재배용 광원 장치 - Google Patents

식물 재배용 광원 모듈 및 그 광원 모듈을 포함하는 식물 재배용 광원 장치 Download PDF

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WO2022065871A1
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light
light source
plant cultivation
treatment
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PCT/KR2021/012945
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오명민
최윤선
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충북대학교 산학협력단
서울바이오시스주식회사
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/249—Lighting means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01H—NEW PLANTS OR NON-TRANSGENIC PROCESSES FOR OBTAINING THEM; PLANT REPRODUCTION BY TISSUE CULTURE TECHNIQUES
    • A01H1/00—Processes for modifying genotypes ; Plants characterised by associated natural traits
    • A01H1/10—Processes for modifying non-agronomic quality output traits, e.g. for industrial processing; Value added, non-agronomic traits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14—Measures for saving energy, e.g. in green houses

Definitions

  • the present invention relates to a light source module for plant cultivation and a light source device for plant cultivation including the light source module.
  • Plants can synthesize substances useful to humans in the process of resisting various stresses. Recently, there is a demand for a light source and a cultivation method capable of cultivating a plant containing a large amount of a substance useful to humans.
  • An object of the present invention is to provide a light source module for plant cultivation and a light source device for plant cultivation capable of increasing the content of a specific useful substance.
  • a light source module for plant cultivation capable of changing the content of useful substances in plants by treating plants with ultraviolet rays.
  • the light source module may include a first light source emitting a first light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances and a second light source that emits a second light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances there is.
  • At least one of the useful substances whose content is changed by the first light may be different from the useful substances whose content is changed by the second light.
  • the first light source and the second light source may operate independently.
  • the first light and the second light may be ultraviolet rays having different peak wavelengths.
  • a light source device for plant cultivation including a light source module, an input unit, a setting unit, and a control unit.
  • the light source module may perform ultraviolet treatment for irradiating light on plants.
  • the input unit may receive an external signal.
  • the setting unit may set the UV treatment method according to an external signal of the input unit.
  • the control unit may receive a signal from the input unit or the setting unit to control the operation of the light source module.
  • the light source module may include a first light source emitting a first light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances and a second light source that emits a second light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances there is.
  • At least one of the useful substances whose content is changed by the first light may be different from the useful substances whose content is changed by the second light.
  • the first light source and the second light source may operate independently.
  • the first light and the second light may be ultraviolet rays having different peak wavelengths.
  • the light source module for plant cultivation and the light source device for plant cultivation according to an embodiment of the present invention can selectively increase the content of a specific substance among useful substances of plants. That is, it is possible to selectively increase the content of useful substances having a specific efficacy.
  • 1 is a graph showing the results of the above-ground live weight of plants according to the UV treatment conditions.
  • 3 is a graph showing chlorophyll fluorescence values of plants according to UV treatment conditions.
  • 10 to 13 are results of analysis of metabolites of hydroxycinnamic acids based on the conditions of the 4th day of UV treatment.
  • 15 to 20 are results of analysis of metabolites of flavonoids according to the conditions of the 4th day of UV treatment.
  • 21 to 23 are results of analysis of metabolites of the Sesquiterpene lactone series and other metabolites on the 4th day of UV treatment.
  • 24 to 27 are results of analysis of metabolites of hydroxycinamic acid series according to the conditions of the 8th day of UV treatment.
  • 29 to 34 are results of analysis of metabolites of flavonoids according to the conditions of the 8th day of UV treatment.
  • 35 to 37 are results of analysis of metabolites of Sesquiterpene lactone series and other metabolites on the 8th day of UV treatment.
  • 38 is a block diagram illustrating a light source device for plant cultivation according to an embodiment of the present invention.
  • the light source module for plant cultivation may change the content of useful substances in plants by treating plants with ultraviolet rays.
  • the light source module may include a first light source emitting a first light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances and a second light source that emits a second light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances can
  • At least one of the useful substances whose content is changed by the first light may be different from the useful substances whose content is changed by the second light.
  • the first light source and the second light source may operate independently.
  • the first light and the second light may be ultraviolet rays having different peak wavelengths.
  • At least one of the first light and the second light may be UVB.
  • the first light may be UVB
  • the second light may be UVA
  • the light source module may increase the content of at least one of hadrosinamic acid, flavonoids and anthocyanins of the plant by the UV treatment.
  • the first light may be ultraviolet light having a peak wavelength of 295 nm.
  • the intensity of the first light may be 0.1W/m2 or 0.3W/m2.
  • the first light source may emit the first light for 6 hours during a photoperiod per day.
  • the first light source may continuously emit the first light.
  • the first light source may repeat emitting and stopping of the first light.
  • the first light may increase the content of at least one of hydroxycinamic acid, anthocyanin, flavonoid-based Quercetin-3-O-malonylglucoside, and Luteolin hydroxymalonyl hexoside.
  • the second light may be ultraviolet light having a peak wavelength of 385 nm.
  • the intensity of the second light may be 30W/m2.
  • the second light source may continuously emit the second light during a period during which the ultraviolet treatment is performed.
  • the second light increases the content of at least one of hydroxycinamic acid-based Caffeoyltartaric acid, flavonoid-based Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside, and Kaempferol malonylglucoside can do it
  • the UV treatment period may be 4 to 8 days.
  • a light source device for plant cultivation may include a light source module, an input unit, a setting unit, and a control unit.
  • the light source module may perform ultraviolet treatment by irradiating light to the plant.
  • the input unit may receive an external signal.
  • the setting unit may set a UV treatment method according to an external signal of the input unit.
  • the control unit may receive a signal from the input unit or the setting unit to control the operation of the light source module.
  • the light source module may include a first light source emitting a first light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances and a second light source that emits a second light that changes the content of at least one of the plurality of useful substances can
  • At least one of the useful substances whose content is changed by the first light may be different from the useful substances whose content is changed by the second light.
  • the first light source and the second light source may operate independently.
  • the first light and the second light may be ultraviolet rays having different peak wavelengths.
  • At least one of the first light and the second light may be UVB.
  • the first light may be UVB
  • the second light may be UVA
  • the light source device for plant cultivation may increase the content of at least one of hadrosinamic acid, flavonoids, and anthocyanins of the plant by the UV treatment.
  • the first light may be ultraviolet light having a peak wavelength of 295 nm.
  • the controller may control the first light source so that the intensity of the first light is 0.1W/m2 or 0.3W/m2.
  • the controller may control the first light source to emit the first light for 6 hours during a photoperiod per day.
  • the controller may control the first light source to continuously emit the first light.
  • the controller may control the first light source so that emission and interruption of the first light are repeated.
  • the first light may increase the content of at least one of hydroxycinamic acid, anthocyanin, flavonoid-based Quercetin-3-O-malonylglucoside, and Luteolin hydroxymalonyl hexoside.
  • the second light may be ultraviolet light having a peak wavelength of 385 nm.
  • the controller may control the second light source so that the intensity of the second light is 30 W/m 2 .
  • the controller may control the second light source to continuously emit the second light during a period during which the ultraviolet treatment is performed.
  • the second light increases the content of at least one of hydroxycinamic acid-based Caffeoyltartaric acid, flavonoid-based Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside, and Kaempferol malonylglucoside can do it
  • the UV treatment period may be 4 to 8 days.
  • the external signal may be one of a type of useful material, a type of light, an intensity of light, a light processing time, and a light irradiation method.
  • the setting unit may set a UV treatment method according to the type of the useful material selected in the input unit.
  • control unit may control the light source module according to a signal including information on the ultraviolet processing method received from the setting unit.
  • the UV treatment method may include at least one of a type of light, an intensity of light, a light treatment time, and a light irradiation method.
  • the present invention relates to a light source module for water cultivation capable of changing the content of useful substances in plants according to UV treatment, and a light source device for plant cultivation including the light source module.
  • the plant applied in the experiment was red lettuce.
  • red lettuce was sown in a seed growth pack and cultivated for 2 weeks, then formalized in a DFT (deep-flow technique) system and cultivated for 3 weeks.
  • the cultivation environment of the DFT system is a temperature of 20°C and a humidity of 60%, and the photoperiod is 12 hours.
  • UV treatment was performed on the red lettuce using an LED on the 3rd week. UVA LED and UVB LED were used for UV treatment.
  • Treatment group 1, treatment group 2, treatment group 3, treatment group 4 and treatment group 6 are red lettuce irradiated with UVB, and treatment group 5 is red lettuce irradiated with UVA.
  • UVA was irradiated to red lettuce for 8 consecutive days
  • UVB was irradiated to red lettuce for 6 hours at a photoperiod for 8 days.
  • treatment group 1 is red lettuce irradiated with ultraviolet rays having a peak of 295 nm and an intensity of 0.1 W/m 2 for 6 consecutive hours every photoperiod for 8 days.
  • the total energy of ultraviolet rays irradiated to treatment group 1 for 8 days during which ultraviolet treatment was performed was about 17.28KJ/m2.
  • Treatment group 2 is red lettuce irradiated with ultraviolet rays having a peak of 295 nm and an intensity of 0.3 W/m 2 for 6 consecutive hours every photoperiod for 8 days.
  • the total energy of ultraviolet rays irradiated to treatment zone 2 for 8 days during which ultraviolet treatment was performed was about 51.84KJ/m2.
  • Treatment group 3 is red lettuce irradiated with ultraviolet rays having a peak of 315 nm and an intensity of 0.3 W/m 2 for 6 hours every photoperiod for 8 days.
  • the total energy of ultraviolet rays irradiated to treatment group 3 for 8 days during which ultraviolet treatment was performed was about 51.84KJ/m2.
  • Treatment group 4 was red lettuce irradiated with ultraviolet rays having a peak of 315 nm and an intensity of 0.6 W/m 2 for 6 consecutive hours every photoperiod for 8 days.
  • the total energy of ultraviolet rays irradiated to treatment zone 4 for 8 days during which ultraviolet treatment was performed was about 103.68KJ/m2.
  • Treatment group 5 is red lettuce irradiated with ultraviolet rays having a peak of 385 nm and an intensity of 30 W/m 2 for 8 consecutive days.
  • the total energy of ultraviolet rays irradiated to treatment zone 5 for 8 days during which ultraviolet treatment was performed was about 20736KJ/m 2 .
  • Treatment group 6 was red lettuce irradiated with ultraviolet rays having a peak of 295 nm and an intensity of 0.1 W/m 2 in a pulse manner every photoperiod for 8 days.
  • the pulse method repeats UV treatment for 1 hour and 30 minutes and interruption (rest) of UV treatment for 1 hour.
  • the total energy of ultraviolet rays irradiated to treatment group 6 for 8 days during which ultraviolet treatment was performed was about 17.28KJ/m2.
  • 1 is a graph showing the results of the above-ground live weight of plants according to the UV treatment conditions.
  • treatment group 1 treatment group 3 to treatment group 6 has a color similar to that of the control group. However, it can be seen that treatment group 2 has a smaller red area and more green areas compared to the control group.
  • 3 is a graph showing chlorophyll fluorescence values of plants according to UV treatment conditions.
  • treatment group 1, treatment group 3, and treatment group 4 exhibit chlorophyll fluorescence values (Fv/Fm) similar to those of the control group.
  • chlorophyll fluorescence value of the control group, treatment group 1, treatment group 3 and treatment group 4 was maintained at about 0.8 level.
  • Treatment group 2 maintained a chlorophyll fluorescence value of less than 0.8 from the 5th day of UV treatment. That is, through FIGS. 2 and 3, it can be seen that treatment group 2 had suppressed pigment expression compared to the control group, and was subjected to excessive stress.
  • Treatment group 5 irradiated with UVA had a chlorophyll fluorescence value of less than 0.8 from the second day of UV treatment. This shows that UVA has a direct effect on chlorophyll in plants. That is, it can be seen that the intensity of UVA applied to treatment group 5 adversely affects the photosynthetic electron transport system of plants.
  • the chlorophyll fluorescence value was maintained at about 0.8 from the 1st to the 7th day of UV irradiation, and then decreased sharply on the 8th day.
  • treatment group 6 also showed a similar level of growth as the control group.
  • treatment group 1, treatment group 3, treatment group 4 and treatment group 6 show growth similar to the control group.
  • the UV treatment conditions of treatment group 1, treatment group 3, treatment group 4 and treatment group 6 are conditions that do not inhibit plant growth.
  • 4 to 7 are graphs showing changes in the content of useful substances in plants according to UV treatment conditions.
  • Figure 4 shows the total phenol (Tp) content per weight (g) of the plant according to the UV treatment conditions
  • Figure 5 shows the total phenol content per plant body of the plant according to the UV treatment conditions.
  • treatment group 1 continued to have a higher total phenol content per weight from the second day of UV treatment than the control group.
  • all of treatment groups 1 to 6 showed a higher total phenol content per weight than the control group.
  • treatment group 1 showed the highest total phenol content per weight
  • treatment group 6 showed the highest total phenol content per weight.
  • the total phenol content per plant does not have a significant difference between the treatment groups 1 to 6 and the control group until the 6th day. However, on the 8th day, treatment groups 1 to 6 showed a higher total phenol content than the control group.
  • FIG. 6 shows the antioxidant degree (AOS) per weight (g) of a plant according to the UV treatment conditions
  • FIG. 7 shows the antioxidant degree per plant body of the plant according to the UV treatment conditions.
  • treatment groups 1 to 6 showed similar or higher antioxidant levels per weight than the control group except for the first and fourth days of UV treatment.
  • treatment group 1 showed the highest degree of antioxidant per weight on the 4th and 6th days of UV treatment.
  • the antioxidant level per weight was shown to be the lowest after 4 days of UV treatment.
  • treatment group 1 treatment group 3 to treatment group 6 has a useful substance content similar to the control or higher than that of the control group.
  • treatment group 1 and treatment group 6 had both the total phenol content and antioxidant level higher than the control group.
  • FIG. 8 is a result of analyzing the difference in secondary metabolites of plants corresponding to the 4th day of UV treatment
  • FIG. 9 is the result of analyzing the difference in secondary metabolites of plants corresponding to the 8th day of UV treatment.
  • the results of the 4th and 8th days of UV treatment are divided into 4 groups.
  • the four groups are a group consisting of a control group, a group consisting of treatment 1, a group consisting of treatment 2, and a group consisting of treatment 3, treatment 5 and treatment 6. That is, as a result of metabolite analysis, treatment group 3 and treatment group 6 to which UVB was applied became the same group as treatment group 5 to which UVA was applied.
  • 10 to 23 are analysis of changes in secondary metabolites of plants on the 4th day of UV treatment.
  • 10 to 13 are results of analysis of metabolites of hydroxycinnamic acids based on the conditions of the 4th day of UV treatment.
  • treatment group 1 showed a significantly higher content of caffeoyltartaric acid, caffeoylquinic acid and dicaffeoyltartaric acid than the control group.
  • treatment group 2 was higher than the control group in the content of caffeoylquinic acid, dicaffeoylquinic acid and dicaffeoyltartaric acid by a large difference.
  • Caffeoylquinic acid and Dicaffeoyltartaric acid were significantly increased in both treatment group 1 and treatment group 2.
  • treatment group 5 also showed a higher content of caffeoyltartaric acid than the control group.
  • treatment group 3 treatment group 5 and treatment group 6, the content of caffeoyltartaric acid was higher than that of the control group, but the content of other metabolites was found to be similar to that of the control group.
  • the content of Cyanidin-3(3"-O-malonyl)-glucoside is higher in treatment group 1, treatment group 2 and treatment group 6 than the control group, and other treatments are similar to the control group or have a slightly higher content. see.
  • 15 to 20 are results of analysis of metabolites of flavonoids according to the conditions of the 4th day of UV treatment.
  • the content of Luteolin hydroxymalonyl hexoside in all treatment groups is higher than that of the control group.
  • the content of Quercetin-3-O-malonylglucoside was particularly higher in treatment group 1 than the control group, and the other treatments were lower or similar to the control group.
  • 21 to 23 are results of analysis of metabolites of Sesquiterpene lactone series and other metabolites on the 4th day of UV treatment.
  • the content of Lactucopicrin was slightly lower than the control group 2, treatment group 3, and treatment group 6 irradiated with light in the UVB wavelength band, and treatment group 5 irradiated with light in the UVA wavelength band was lower by a large difference than the control. .
  • treatment group 1 was similar to that of the control group.
  • UVA and UVB increase the content of hydroxycinamic acid-based metabolites and anthocyanin-based metabolites.
  • light having a peak wavelength of 295 nm greatly increased the content of hydroxycinamic acid-based metabolites.
  • light having a peak wavelength of 295 nm of 0.1 W increased the contents of flavonoid-type Quercetin-3-O-malonylglucoside and Luteolin hydroxymalonyl hexoside.
  • UVA the content of hydroxycinamic acid-type Caffeoyltartaric acid and flavonoid-type Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside was increased more than UVB.
  • the light having a peak wavelength of 295 nm of 0.3 W significantly reduced the content of metabolites other than Luteolin hydroxymalonyl hexoside among flavonoid metabolites.
  • UVA significantly reduced the content of Lactucopicrin of the sesquiterpene lactone series.
  • 24 to 37 are analysis of changes in secondary metabolites of plants on the 8th day of UV treatment.
  • 24 to 27 are results of analysis of metabolites of hydroxycinamic acid series according to the conditions of the 8th day of UV treatment.
  • the content of caffeoylquinic acid is at a level similar to that of the control group in treatment group 3, treatment group 5 and treatment group 6, but treatment group 1 and treatment group 2 are higher than the control group.
  • treatment group 2 showed a much higher content of dicaffeoylquinic acid than the control group.
  • treatment groups 2 and 5 have a particularly high content of p-Counmaroyl-caffeoylquinic acid.
  • 29 to 34 are results of analysis of metabolites of flavonoids according to the conditions of the 8th day of UV treatment.
  • the content of Quercetin-3-O-(6"-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside is similar to or similar to that of treatment group 1, treatment group 5 and treatment group 6 as the control, treatment group 2 and Treatment group 3 appeared lower than the control group.
  • the content of Luteolin hydroxymalonyl hexoside was higher in all treatment groups than in the control group.
  • the content of Quercetin-3-O-malonylglucoside is higher in the first treatment group than the control group, and the remaining treatment group is lower than the control group.
  • 35 to 37 are results of analysis of metabolites of Sesquiterpene lactone series and other metabolites on the 8th day of UV treatment.
  • Lactucopicrin-15-oxalate and Lactucopicrin were similar to the UVB-treated group 1, 2, 3, and 6 as the control, but the UVA-treated group 5 was significantly lower than the control.
  • UVA and UVB increase the content of hydroxycinamic acid-based metabolites, anthocyanin-based metabolites and flavonoid-based Luteolin hydroxymalonyl hexoside.
  • the light having a peak wavelength of 295 nm of 0.3 W significantly reduced the content of metabolites other than Luteolin hydroxymalonyl hexoside among flavonoid metabolites.
  • UVA significantly reduced the content of Lactucopicrin of the sesquiterpene lactone series.
  • the types of useful substances that affect UVA and UVB may be different. That is, the types of metabolites of plants that increase or decrease according to the wavelength band and intensity of light vary. Therefore, it is possible to adjust the content differently for each type of useful substances of plants according to the type of light.
  • 38 is a block diagram illustrating a light source device for plant cultivation according to an embodiment of the present invention.
  • the light source module 110 is a light source module for plant cultivation that emits light to the plant.
  • the light source module 110 includes a first light source 111 and a second light source 112 .
  • the first light source 111 and the second light source 112 may emit light having different peak wavelengths.
  • the first light source 111 may emit UVB, and the second light source 112 may emit UVA. Also, the first light source 111 may emit light having a peak wavelength of 295 nm, and the second light source 112 may emit light having a peak wavelength of 385 nm.
  • first light source 111 and the second light source 112 may be formed of a light emitting diode.
  • the light emitting diode has a smaller half width than the lamp, so it is easy to selectively irradiate the plant with light in a desired wavelength band.
  • the first light source 111 and the second light source 112 may have a half maximum width of 30 nm or less.
  • the first light source 111 and the second light source 112 may be driven separately. Accordingly, one of the first light source 111 and the second light source 112 may operate or both may operate simultaneously.
  • the plant can receive light in various wavelength bands in various ways.
  • the input unit 120 receives an external signal for controlling the operation of the light source device 100 for plant cultivation.
  • the type of useful material whose content is desired to be increased may be selected.
  • the type of light to be used for UV treatment, light intensity, light treatment time, light irradiation method, etc. may be selected through the input unit 120 .
  • the setting unit 130 may pre-store information on various UV treatments for increasing the content according to the type of useful substance.
  • the setting unit 130 may set the UV treatment method corresponding to the external signal received by the pre-stored input unit 120 through the pre-stored information.
  • the setting unit 130 may set the type of light corresponding to the type of the selected useful material, the intensity of light, the light processing time, the light irradiation method, and the like through pre-stored information.
  • the controller 140 may control the operation of the light source module 110 according to the UV treatment method selected through the input unit 120 .
  • the controller 140 may supply power to at least one of the first light source 111 and the second light source 112 to emit light according to the type of light selected through the input unit 120 .
  • the control unit 140 may supply power to the light source module 110 during the light processing time selected through the input unit 120 .
  • the power may be external power of the light source device 100 for plant cultivation or power stored therein.
  • controller 140 may control the intensity of emitted light by adjusting the size of the power supplied to the first light source 111 and the second light source 112 according to the intensity of light selected through the input unit 120 . .
  • control unit 140 may cause the first light source 111 and the second light source 112 to continuously emit light or to repeatedly emit and stop light according to the light irradiation method selected through the input unit 120 .
  • the light source module 110 may be controlled according to the received signal. That is, the controller 140 may supply or stop power to the first light source 111 and the second light source 112 according to the method of irradiating the light set through the input unit 120 .
  • the power may be external power of the light source device 100 for plant cultivation or power stored therein.
  • control unit 140 may control the power supplied to the first light source 111 and the second light source 112 according to the method of irradiating the light set through the input unit 120 to control the intensity of emitted light. there is.
  • control unit 140 may control the light source module 110 according to the UV treatment method set in the setting unit 130 .
  • the control unit 140 supplies power to the light source module 110 according to a signal including information on the UV treatment method received from the setting unit 130, so that UV treatment is performed on the plant in the set UV treatment method. Yes.
  • the light source device 100 for plant cultivation according to this embodiment supplies various wavelength bands to plants in various ways to selectively improve the content of specific substances among the effective substances of plants.
  • the light source device 100 for plant cultivation has been described as including the first light source 111 and the second light source 112 , the present invention is not limited thereto.
  • the light source device 100 for plant cultivation may further include a light source emitting visible light as well as ultraviolet light.
  • the light source device 100 for plant cultivation may further include a light source emitting ultraviolet light having a peak wavelength different from that of the first light source 111 and the second light source 112 .

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Abstract

본 발명은 식물 재배용 광원 모듈 및 그 광원 모듈을 포함하는 식물 재배용 광원 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 식물에 자외선 처리를 하여 식물의 유용물질의 함량을 변화시킬 수 있는 식물 재배용 광원 모듈이 제공된다. 광원 모듈은 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제1 광을 방출하는 제1 광원 및 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제2 광을 방출하는 제2 광원을 포함할 수 있다. 제1 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질들 중 적어도 하나는 제2 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질과 종류가 다를 수 있다. 제1 광원과 제2 광원은 개별적으로 동작할 수 있다. 또한, 제1 광과 제2 광은 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.

Description

식물 재배용 광원 모듈 및 그 광원 모듈을 포함하는 식물 재배용 광원 장치
본 발명은 식물 재배용 광원 모듈 및 그 광원 모듈을 포함하는 식물 재배용 광원 장치에 관한 것이다.
식물 재배를 위해 태양광을 대신하는 다양한 광원들이 개발되어 사용되고 있다. 기존에는 식물 재배용 광원으로 백열등, 형광등 등이 주로 사용되었다. 그러나, 기존의 식물 재배용 광원은 단순히 식물의 광합성만을 위한 것으로, 그 외의 추가적인 기능이 없는 것이 대부분이다.
식물은 다양한 스트레스에 저항하는 과정에서 사람에게 유용한 물질들을 합성할 수 있다. 최근에는 사람에게 유용한 물질이 다량 함유된 식물을 재배할 수 있는 광원 및 재배 방법 등이 요구되고 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 특정 유용물질의 함량을 증가시킬 수 있는 식물 재배용 광원 모듈 및 식물 재배용 광원 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 식물에 자외선 처리를 하여 식물의 유용물질의 함량을 변화시킬 수 있는 식물 재배용 광원 모듈이 제공된다.
광원 모듈은 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제1 광을 방출하는 제1 광원 및 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제2 광을 방출하는 제2 광원을 포함할 수 있다.
제1 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질들 중 적어도 하나는 제2 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질과 종류가 다를 수 있다.
제1 광원과 제2 광원은 개별적으로 동작할 수 있다.
또한, 제1 광과 제2 광은 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 광원 모듈, 입력부, 설정부 및 제어부를 포함하는 식물 재배용 광원 장치를 제공한다.
광원 모듈은 식물에 광을 조사하는 자외선 처리를 수행할 수 있다. 입력부는 외부 신호를 수신할 수 있다. 설정부는 입력부의 외부 신호에 따라 자외선 처리 방식을 설정할 수 있다. 제어부는 입력부 또는 설정부로부터 신호를 수신하여 광원 모듈의 동작을 제어할 수 있다.
광원 모듈은 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제1 광을 방출하는 제1 광원 및 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제2 광을 방출하는 제2 광원을 포함할 수 있다.
제1 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질들 중 적어도 하나는 제2 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질과 종류가 다를 수 있다.
제1 광원과 제2 광원은 개별적으로 동작할 수 있다.
또한, 제1 광과 제2 광은 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 식물 재배용 광원 모듈 및 식물 재배용 광원 장치는 식물의 유용물질들 중 특정 물질의 함량을 선택적으로 증가시킬 수 있다. 즉, 특정 효능을 갖는 유용물질 함량을 선택적으로 증가시킬 수 있다.
도 1은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 지상부 생체중 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 자외선 처리 조건에 따른 식물의 사진이다.
도 3은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 엽록소 형광 값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 자외선 처리 조건에 따른 식물의 중량(g)당 총 페놀 함량을 나타낸다.
도 5는 자외선 처리 조건에 따른 식물의 식물체당 총 페놀 함량을 나타낸다.
도 6은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 중량당 항산화도를 나타낸다.
도 7은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 식물체당 항산화도를 나타낸다.
도 8은 자외선 처리 4일차에 해당하는 식물의 이차대사산물 차이를 분석한 결과이다.
도 9는 자외선 처리 8일차에 해당하는 식물의 이차대사산물 차이를 분석한 결과이다.
도 10 내지 도 13은 자외선 처리 4일차의 조건에 따른 하이드록시시나믹산(Hydroxycinnamic acids) 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
도 14는 자외선 처리 4일차의 조건에 따른 안토시아닌(Anthocyanin) 계열의 대사체를 분석한 결과이다.
도 15 내지 도 20은 자외선 처리 4일차의 조건에 따른 플라보노이드(Flavonoids) 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
도 21 내지 도 23은 자외선 처리 4일차의 세스키테르펜 락톤(Sesquiterpene lactone) 계열의 대사체 및 기타 대사체들을 분석한 결과이다.
도 24 내지 도 27은 자외선 처리 8일차의 조건에 따른 하이드록시시나믹산 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
도 28은 자외선 처리 8일차의 조건에 따른 안토시아닌 계열의 대사체를 분석한 결과이다.
도 29 내지 도 34는 자외선 처리 8일차의 조건에 따른 플라보노이드(Flavonoids) 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
도 35 내지 도 37은 자외선 처리 8일차의 세스키테르펜 락톤(Sesquiterpene lactone) 계열의 대사체 및 기타 대사체들을 분석한 결과이다.
도 38은 본 발명의 실시 예에 따른 식물 재배용 광원 장치를 나타낸 블럭도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예시로써 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타내고 유사한 참조번호는 대응하는 유사한 구성요소를 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 식물 재배용 광원 모듈은 식물에 자외선 처리를 하여 식물의 유용물질의 함량을 변화시킬 수 있다.
상기 광원 모듈은 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제1 광을 방출하는 제1 광원 및 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제2 광을 방출하는 제2 광원을 포함할 수 있다.
상기 제1 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질들 중 적어도 하나는 상기 제2 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질과 종류가 다를 수 있다.
상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 개별적으로 동작할 수 있다.
또한, 상기 제1 광과 상기 제2 광은 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
상기 제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나는 UVB일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 광은 UVB이며, 상기 제2 광은 UVA일 수 있다.
상기 광원 모듈은 상기 자외선 처리로 상기 식물의 하드로시시나믹산, 플라보노이드 및 안토시아닌 중 적어도 하나의 함량을 증가시킬 수 있다.
상기 제1 광은 295nm의 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
또한, 상기 제1 광의 세기는 0.1W/㎡ 또는 0.3W/㎡일 수 있다.
상기 제1 광원은 하루에 광주기 동안 6시간씩 상기 제1 광을 방출할 수 있다.
이때, 상기 제1 광원은 상기 제1 광을 연속적으로 방출할 수 있다.
또는 상기 제1 광원은 상기 제1 광의 방출과 중단을 반복할 수 있다.
상기 제1 광은 하이드로록시시나믹산, 안토시아닌, 플라보노이드 계열의 Quercetin-3-O-malonylglucoside 및 Luteolin hydroxymalonyl hexoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시킬 수 있다.
상기 제2 광은 385nm의 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
상기 제2 광의 세기는 30W/㎡일 수 있다.
상기 제2 광원은 상기 자외선 처리가 수행되는 기간동안 연속적으로 상기 제2 광을 방출할 수 있다.
상기 제2 광은 하이드록시시나믹산 계열의 Caffeoyltartaric acid, 플라보노이드 계열의 Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside 및 Kaempferol malonylglucoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시킬 수 있다.
상기 자외선 처리 기간은 4일 내지 8일일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 식물 재배용 광원 장치는 광원 모듈, 입력부, 설정부 및 제어부를 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈은 식물에 광을 조사하여 자외선 처리를 수행할 수 있다. 상기 입력부는 외부 신호를 수신할 수 있다. 상기 설정부는 상기 입력부의 외부 신호에 따라 자외선 처리 방식을 설정할 수 있다. 상기 제어부는 상기 입력부 또는 상기 설정부로부터 신호를 수신하여 상기 광원 모듈의 동작을 제어할 수 있다.
상기 광원 모듈은 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제1 광을 방출하는 제1 광원 및 복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제2 광을 방출하는 제2 광원을 포함할 수 있다.
상기 제1 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질들 중 적어도 하나는 상기 제2 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질과 종류가 다를 수 있다.
상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 개별적으로 동작할 수 있다.
또한, 상기 제1 광과 상기 제2 광은 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
상기 제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나는 UVB일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 광은 UVB이며, 상기 제2 광은 UVA일 수 있다.
상기 식물 재배용 광원 장치는 상기 자외선 처리로 상기 식물의 하드로시시나믹산, 플라보노이드 및 안토시아닌 중 적어도 하나의 함량을 증가시킬 수 있다.
상기 제1 광은 295nm의 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 광의 세기가 0.1W/㎡ 또는 0.3W/㎡가 되도록 상기 제1 광원을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 하루에 광주기 동안 6시간씩 상기 제1 광을 방출하도록 상기 제1 광원을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 광을 연속적으로 방출하도록 상기 제1 광원을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 광의 방출과 중단이 반복되도록 상기 제1 광원을 제어할 수 있다.
상기 제1 광은 하이드로록시시나믹산, 안토시아닌, 플라보노이드 계열의 Quercetin-3-O-malonylglucoside 및 Luteolin hydroxymalonyl hexoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시킬 수 있다.
상기 제2 광은 385nm의 피크 파장을 갖는 자외선일 수 있다.
상기 제어부는 상기 제2 광의 세기가 30W/㎡가 되도록 상기 제2 광원을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 자외선 처리가 수행되는 기간동안 연속적으로 제2 광을 방출하도록 상기 제2 광원을 제어할 수 있다.
상기 제2 광은 하이드록시시나믹산 계열의 Caffeoyltartaric acid, 플라보노이드 계열의 Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside 및 Kaempferol malonylglucoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시킬 수 있다.
상기 자외선 처리 기간은 4일 내지 8일일 수 있다.
상기 외부 신호는 유용물질의 종류, 광의 종류, 광의 세기, 광 처리 시간 및 광 조사 방식 중 하나일 수 있다.
상기 설정부는 상기 입력부에서 선택된 상기 유용물질의 종류에 따라 자외선 처리 방식을 설정할 수 있다.
또한, 제어부는 상기 설정부로부터 수신한 상기 자외선 처리 방식의 정보를 포함하는 신호에 따라 상기 광원 모듈을 제어할 수 있다.
상기 자외선 처리 방식은 광의 종류, 광의 세기, 광 처리 시간 및 광 조사 방식 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 대해 자세히 설명하도록 한다.
본 발명은 자외선 처리에 따라 식물의 유용물질의 함량을 변화시킬 수 있는 물 재배용 광원 모듈 및 그 광원 모듈을 포함하는 식물 재배용 광원 장치에 관한 것이다.
우선, 자외선 처리 조건에 따른 식물의 반응을 확인하는 실험이 수행되었다.
실험에 적용된 식물은 적상추이다.
실험을 위해 적상추를 종자 성장팩에 파종하여 2주간 재배한 후, DFT(deep-flow technique) 시스템에 정식하여 3주간 재배하였다. 이때, DFT 시스템의 재배 환경은 온도 20℃ 습도 60%이고, 광주기는 12시간이다. 사용된 광원은 가시광선 LED(적색광:백색광=9:1)이며, 광도는 170 μ㏖/㎠/s이다.
적상추를 DFT 시스템에 정식 후, 3주차에 LED를 이용하여 적상추에 자외선 처리를 수행하였다. 자외선 처리는 UVA LED와 UVB LED를 이용하였다.
처리구 1, 처리구 2, 처리구 3, 처리구 4 및 처리구 6은 UVB가 조사된 적상추이며, 처리구 5는 UVA가 조사된 적상추이다. UVA는 8일 연속 적상추에 조사되었고, UVB는 8일 동안 광주기에 6시간씩 적상추에 조사되었다.
더 자세히는, 처리구 1은 295㎚의 피크(peak)와 0.1W/㎡의 세기를 갖는 자외선이 8일동안 광주기마다 연속 6시간씩 조사된 적상추이다. 자외선 처리가 수행되는 8일 동안 처리구 1에 조사된 자외선의 총 에너지는 약 17.28KJ/㎡이다.
처리구 2는 295㎚의 피크와 0.3W/㎡의 세기를 갖는 자외선이 8일동안 광주기마다 연속 6시간씩 조사된 적상추이다. 자외선 처리가 수행되는 8일 동안 처리구 2에 조사된 자외선의 총 에너지는 약 51.84KJ/㎡이다.
처리구 3은 315㎚의 피크와 0.3W/㎡의 세기를 갖는 자외선이 8일동안 광주기마다 6시간씩 조사된 적상추이다. 자외선 처리가 수행되는 8일 동안 처리구 3에 조사된 자외선의 총 에너지는 약 51.84KJ/㎡이다.
처리구 4는 315㎚의 피크와 0.6W/㎡의 세기를 갖는 자외선이 8일동안 광주기마다 연속 6시간씩 조사된 적상추이다. 자외선 처리가 수행되는 8일 동안 처리구 4에 조사된 자외선의 총 에너지는 약 103.68KJ/㎡이다.
처리구 5는 385㎚의 피크와 30W/㎡의 세기를 갖는 자외선이 8일동안 연속 조사된 적상추이다. 자외선 처리가 수행되는 8일 동안 처리구 5에 조사된 자외선의 총 에너지는 약 20736KJ/㎡이다.
처리구 6은 295㎚의 피크와 0.1W/㎡의 세기를 갖는 자외선이 8일동안 광주기마다 펄스 방식으로 조사된 적상추이다. 여기서, 펄스 방식은 1시간 30분의 자외선 처리와 1시간의 자외선 처리 중단(휴식)을 반복하는 것이다. 자외선 처리가 수행되는 8일 동안 처리구 6에 조사된 자외선의 총 에너지는 약 17.28KJ/㎡이다.
실험 1: 자외선 처리 조건에 따른 생장 변화
도 1은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 지상부 생체중 결과를 나타낸 그래프이다.
그래프를 통해서 자외선 처리가 수행된 8일 동안의 적상추의 지상부 생체중 결과를 확인할 수 있다.
도 1을 참고하면, 처리구 1 내지 처리구 6은 모두 대조구와 유의미한 차이가 없었다. 즉, 처리구 1 내지 처리구 6의 자외선 처리 조건은 적상추의 생장에 해를 가하는 조건이 아니다.
도 2는 자외선 처리 조건에 따른 식물의 사진이다.
도 2를 참고하면, 처리구 1, 처리구 3 내지 처리구 6은 대조구와 유사한 색을 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러나 처리구 2는 대조구와 비교하였을 때, 적색 영역이 작고 녹색 영역이 더 많은 것을 확인할 수 있다.
도 3은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 엽록소 형광 값을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참고하면, 처리구 1, 처리구 3 및 처리구 4는 대조구와 유사한 엽록소 형광 값(Fv/Fm)을 나타낸다. 또한, 대조구, 처리구 1, 처리구 3 및 처리구 4는 엽록소 형광 값이 대략 0.8 수준을 유지하고 있다.
처리구 2는 자외선 처리 5일차부터 엽록소 형광 값이 0.8 미만을 유지하고 있다. 즉, 도 2 및 도 3을 통해서 처리구 2는 대조구와 비교하여 색소 발현이 억제되었으며, 과도한 스트레스를 받았다는 것을 알 수 있다.
UVA가 조사된 처리구 5는 자외선 처리 2일차부터 엽록소 형광 값이 0.8 미만이다. 이를 통해서 UVA는 식물의 엽록소에 직접적인 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 즉, 처리구 5에 가해진 UVA의 강도는 식물의 광합성 전자전달계에 악 영향을 준다는 것을 알 수 있다.
처리구 6의 경우 엽록소 형광 값을 자외선 조사 1일차부터 7일차까지는 약 0.8 수준을 유지하고 있다가 8일차에 급격히 감소하였다.
그러나 도 2를 통해서 처리구 6이 8일차에 대조구와 비슷한 수준으로 성장하였다는 것으로 보아 처리구 6의 8일차 엽록소 형광 값은 측정 오차로 판단된다.
즉, 처리구 6 역시 대조구와 유사한 수준의 성장을 보여준다고 할 수 있다.
도 1 내지 도 3의 실험 결과를 통해서, 처리구 1, 처리구 3, 처리구 4 및 처리구 6은 대조구와 유사한 성장을 보여준다는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서, 처리구 1, 처리구 3, 처리구 4 및 처리구 6의 자외선 처리 조건은 식물의 생장을 저해하지 않는 조건인 것을 알 수 있다.
실험 2: 자외선 처리 조건에 따른 유용물질 함량의 변화
도 4 내지 도 7은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 유용물질 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 자외선 처리 조건에 따른 식물의 중량(g)당 총 페놀(Tp) 함량을 나타내며, 도 5는 자외선 처리 조건에 따른 식물의 식물체당 총 페놀 함량을 나타낸다.
도 4를 참고하면, 처리구 1은 자외선 처리 2일차부터 계속 중량당 총 페놀 함량이 대조구보다 높다. 또한, 자외선 처리 6일차부터는 처리구 1 내지 처리구 6 모두 대조구보다 높은 중량당 총 페놀 함량을 나타낸다. 특히, 자외선 처리 4일차에서 처리구 1이 중량당 총 페놀 함량이 가장 높게 나타나고, 자외선 처리 6일차에서는 처리구 6에서 중량당 총 페놀 함량이 가장 높게 나타난다.
도 5를 참고하면, 식물체당 총 페놀 함량은 6일차까지는 처리구 1 내지 처리구 6과 대조구 간의 유의미한 차이가 없다. 그러나 8일차에는 처리구 1 내지 처리구 6이 대조구보다 총 페놀 함량이 높게 나타난다.
도 6은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 중량(g)당 항산화도(AOS)를 나타내며, 도 7은 자외선 처리 조건에 따른 식물의 식물체당 항산화도를 나타낸다.
도 6을 참고하면, 처리구 1 내지 처리구 6은 자외선 처리 1일차와 4일차를 제외하고는 중량당 항산화도가 대조구와 비슷하거나 높게 나타난다. 특히, 처리구 1은 자외선 처리 4일차와 6일차에 가장 높은 중량당 항산화도가 나타났다. 또한, 처리구 2의 경우 자외선 처리 4일이 지난 이후부터 중량당 항산화도가 가장 낮게 나타나고 있다.
도 7을 참고하면, 식물체당 항산화도는 4일차까지는 처리구 1 내지 처리구 6과 대조구 간의 유의미한 차이가 없다. 그러나 6일차부터는 처리구1, 처리구 3 내지 처리구 6은 대조구보다 식물체당 항산화도가 높게 나타나고 있다. 다만, 처리구 2의 경우 자외선 처리 4일차부터 식물체당 총 페놀 함량이 대조구 보다 낮게 나타나고 있다.
도 4 내지 도 7의 실험 결과를 통해서, 처리구 1, 처리구 3 내지 처리구 6은 대조구와 유사하거나 대조구보다 높은 유용물질 함량을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 특히, 처리구 1과 처리구 6은 총 페놀 함량과 항산화도가 모두 대조구보다 높은 수치를 갖는다.
실험 3: 자외선 처리 조건에 따른 이차대사산물 분석
도 8 및 도 9는 자외선 처리 조건에 따른 식물의 이차대사산물을 분석한 결과이다.
이를 위해서 PLS-DA(partial least squares discriminant analysis) 방법을 통해서, 대조구 및 각 처리구의 차이나는 대사체를 확인하였다. (VIP>0.7, p-value<0.05)
도 8은 자외선 처리 4일차에 해당하는 식물의 이차대사산물 차이를 분석한 결과이고, 도 9는 자외선 처리 8일차에 해당하는 식물의 이차대사산물 차이를 분석한 결과이다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 자외선 처리 4일차 및 8일차 PCA 결과 4개의 그룹으로 구분된다.
4개의 그룹은 대조구로 이루어진 그룹, 처리구 1로 이루어진 그룹, 처리구 2로 이루어진 그룹 및 처리구 3, 처리구 5 및 처리구 6로 이루어진 그룹이다. 즉, 대사체 분석 결과 UVB가 적용된 처리구 3 및 처리구 6은 UVA가 적용된 처리구 5와 동일한 그룹이 되었다.
또한, LC-MS 분석을 수행하여 자외선 처리 조건에 따른 이차대사산물의 변화를 분석하였다.
도 10 내지 도 23은 자외선 처리 4일차의 식물의 이차대사산물의 변화를 분석한 것이다.
도 10 내지 도 13은 자외선 처리 4일차의 조건에 따른 하이드록시시나믹산(Hydroxycinnamic acids) 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
도 10 내지 도 13을 참고하면, 처리구 1은 대조구보다 Caffeoyltartaric acid, Caffeoylquinic acid 및 Dicaffeoyltartaric acid의 함량이 큰 차이로 높게 나왔다. 또한, 처리구 2는 대조구보다 Caffeoylquinic acid, Dicaffeoylquinic acid 및 Dicaffeoyltartaric acid의 함량이 큰 차이로 높게 나왔다.
즉, Caffeoylquinic acid 및 Dicaffeoyltartaric acid는 처리구 1 및 처리구 2에서 모두 함량이 크게 증가하였다.
또한, 처리구 5 역시 Caffeoyltartaric acid의 함량이 대조구보다 높게 나왔다.
다만, 처리구 3, 처리구 5 및 처리구 6은 caffeoyltartaric acid가 대조구보다 함량이 높았지만, 다른 대사체들에서는 대조구와 유사 수준의 함량으로 나타났다.
도 14는 자외선 처리 4일차의 조건에 따른 안토시아닌(Anthocyanin) 계열의 대사체를 분석한 결과이다.
도 14를 참고하면, Cyanidin-3(3"-O-malonyl)-glucoside의 함량은 처리구 1, 처리구 2 및 처리구 6이 대조구보다 높으며, 다른 처리구들은 대조구와 유사하거나 약간 높은 정도의 함량을 갖는 것으로 보인다.
도 15 내지 도 20은 자외선 처리 4일차의 조건에 따른 플라보노이드(Flavonoids) 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
우선, 도 20을 참고하면, 모든 처리구에서 Luteolin hydroxymalonyl hexoside의 함량이 대조구보다 높다.
도 16을 참고하면, Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside의 함량은 처리구 5가 대조구보다 높게 나왔으며, 다른 처리구들은 대조구보다 낮거나 비슷한 수준이다.
또한, 도 19를 참고하면, Quercetin-3-O-malonylglucoside의 함량은 처리구 1이 대조구보다 특히 높게 나왔으며, 다른 처리구들은 대조구보다 낮거나 비슷한 수준이다.
다만, 도 15, 도 17 및 도 18을 참고하면, Kaempferol malonylglucoside, Querectin-3-O-galactoside 및 Querectin-3-O-galactoside의 함량은 모든 처리구가 대조구보다 낮거나 비슷한 수준이다.
도 21 내지 도 23은 자외선 처리 4일차의 세스키테르펜 락톤(Sesquiterpene lactone) 계열의 대사체 및 기타 대사체들을 분석한 결과이다.
도 21을 참고하면, Lactucopicrin의 함량은 UVB 파장대의 광이 조사된 처리구 2, 처리구 3 및 처리구 6가 대조구보다 약간 낮게 나왔으며, UVA 파장대의 광이 조사된 처리구 5는 대조구보다 큰 차이로 낮게 나왔다.
그러나 처리구 1의 Lactucopicrin의 함량은 대조구와 유사하다.
또한, 도 22 및 도 23을 참고하면, Tri-4-hydroxyphenylacetyl gulcoside 및 Dirhamnosyl-linolenic acid의 함량은 처리구 1, 처리구 3, 처리구 5 및 처리구 6에서 대조구와 유사하지만, 처리구 2에서는 크게 감소한 것을 알 수 있다.
자외선 처리 4일차의 이사대사산물의 변화를 통해서, UVA 및 UVB는 모두 하이드록시시나믹산 계열의 대사체들 및 안토시아닌 계열의 대사체의 함량을 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 특히 295㎚ 피크 파장을 갖는 광이 하이드록시시나믹산 계열의 대사체의 함량을 크게 증가시켰다.
또한, 0.1W의 295㎚ 피크 파장을 갖는 광은 플라보노이드 계열의 Quercetin-3-O-malonylglucoside 및 Luteolin hydroxymalonyl hexoside의 함량을 증가시켰다.
UVA의 경우 하이드록시시나믹산 계열의 Caffeoyltartaric acid, 플라보노이드 계열의 Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside의 함량을 UVB보다 더 많이 증가시켰다.
또한, 0.3W의 295㎚ 피크 파장을 갖는 광은 플라보노이드 계열의 대사체들 중에서 Luteolin hydroxymalonyl hexoside를 제외한 대사체들의 함량을 크게 감소시켰다.
또한, UVA는 세스키테르펜 락톤 계열의 Lactucopicrin의 함량을 크게 감소시켰다.
도 24 내지 37은 자외선 처리 8일차의 식물의 이차대사산물의 변화를 분석한 것이다.
도 24 내지 도 27은 자외선 처리 8일차의 조건에 따른 하이드록시시나믹산 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
도 24 내지 도 27을 참고하면, 하이드록시시나믹산 계열의 대사체들은 모든 처리구들이 대조구와 유시하거나 높은 함량을 나타낸다.
특히, 도 24를 참고하면, Caffeoylquinic acid의 함량은 처리구 3, 처리구 5 및 처리구 6이 대조구와 유사한 수준이지만, 처리구 1 및 처리구 2는 대조구보다 높다.
도 26을 참고하면, 처리구 2는 Dicaffeoylquinic acid의 함량이 대조구에 비해 많이 높게 나타난다.
도 27을 참고하면, 처리구 2 및 처리구 5는 p-Counmaroyl-caffeoylquinic acid가 특히 높음 함량을 갖는다.
도 28은 자외선 처리 8일차의 조건에 따른 안토시아닌 계열의 대사체를 분석한 결과이다.
도 28을 참고하면, 모든 처리구는 대조군보다 Cyanidin-3-(3"-O-malonyl)-glucoside의 함량이 높다.
도 29 내지 도 34는 자외선 처리 8일차의 조건에 따른 플라보노이드(Flavonoids) 계열의 대사체들을 분석한 결과이다.
도 31, 도 32 및 도 34는 Querecetin-3-O-glucuronide, Quercetin-3-O-galactoside 및 Kaempferol malonylglucoside의 함량은 모든 처리구들이 대조구와 유사하거나 낮게 나타난다.
도 29를 참고하면, Quercetin-3-O-(6"-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside의 함량은 처리구 1, 처리구 5 및 처리구 6이 대조구와 유사하거나 비슷하며, 처리구 2 및 처리구 3은 대조구보다 낮게 나타난다.
도 30을 참고하면, Luteolin hydroxymalonyl hexoside의 함량은 모든 처리구가 대조구보다 높게 나왔다.
도 33을 참고하면, Quercetin-3-O-malonylglucoside의 함량은 제1 처리구가 대조구보다 높고, 나머지 처리구는 대조구보다 낮다.
도 35 내지 도 37은 자외선 처리 8일차의 세스키테르펜 락톤(Sesquiterpene lactone) 계열의 대사체 및 기타 대사체들을 분석한 결과이다.
도 35 내지 도 37을 참고하면, Lactucopicrin-15-oxalate, Lactucopicrin 및 Tri-4-hydroxyphenylacetyl glucoside의 함량은 모든 처리구에서 대조구와 유사하거나 낮은 경향을 보인다.
다만, Lactucopicrin-15-oxalate 및 Lactucopicrin의 함량은 UVB 처리구인 처리구 1, 처리구 2, 처리구 3 및 처리구 6가 대조구와 유사하나 UVA 처리구인 처리구 5는 대조구보다 크게 낮게 나타난다.
또한, 처리구 2는 Tri-4-hydroxyphenylacetylglucoside의 함량이 대조구보다 크게 낮게 나타난다.
자외선 8일차 이차대사산물의 변화를 통해서, UVA 및 UVB는 모두 하이드록시시나믹산 계열의 대사체들, 안토시아닌 계열의 대사체 및 플로보노이드 계열의 Luteolin hydroxymalonyl hexoside의 함량을 증가시킨다는 것을 알 수 있다.
0.1W의 295nm 피크 파장을 갖는 광은 플라보노이드 계열의 대사체들 중에서 Luteolin hydroxymalonyl hexoside 및 Quercetin-3-O-malonylglucoside의 함량을 크게 증가시켰다.
0.3W의 295nm 피크 파장을 갖는 광은 하이드록시시나믹산 계열의 대사체들을 전반적으로 크게 증가시켰다.
UVA의 경우, 플라보노이드 계열의 대사체들 중에서 Quercetin-3-O-(6"-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside 및 Kaempferol malonylglucoside의 함량이 UVB보다 많이 증가시켰다.
또한, 0.3W의 295㎚ 피크 파장을 갖는 광은 플라보노이드 계열의 대사체들 중에서 Luteolin hydroxymalonyl hexoside를 제외한 대사체들의 함량을 크게 감소시켰다.
또한, UVA는 세스키테르펜 락톤 계열의 Lactucopicrin의 함량을 크게 감소시켰다.
이와 같이, UVA와 UVB는 영향을 주는 유용물질의 종류가 다를 수 있다. 즉, 광의 파장대 및 세기에 따라 증가 또는 감소하는 식물의 대사체의 종류가 달라진다. 따라서, 광의 종류에 따라 식물의 유용물질의 종류 별로 함량을 다르게 조절할 수 있다.
도 38은 본 발명의 실시 예에 따른 식물 재배용 광원 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 38을 참고하면, 식물 재배용 광원 장치(100), 광원 모듈(110), 입력부(120), 설정부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 여기서, 광원 모듈(110)은 식물로 광을 방출하는 식물 재배용 광원 모듈이다.
광원 모듈(110)은 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)을 포함한다.
제1 광원(111)과 제2 광원(112)은 서로 다른 피크 파장을 갖는 광을 방출할 수 있다.
예를 들어, 제1 광원(111)은 UVB를 방출하며, 제2 광원(112)은 UVA를 방출할 수 있다. 또한, 제1 광원(111)은 피크 파장이 295㎚인 광을 방출하고, 제2 광원(112)은 피크 파장이 385㎚인 광을 방출할 수 있다.
또한, 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)은 발광 다이오드로 이루어질 수 있다. 발광 다이오드는 램프보다 반치 폭이 작아, 원하는 파장대의 광을 선택적으로 식물에 조사하는 것이 용이하다. 예를 들어, 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)은 반치폭이 30㎚이하 일 수 있다.
제1 광원(111)과 제2 광원(112)은 개별적으로 구동될 수 있다. 따라서, 제1 광원(111)과 제2 광원(112)은 둘 중에 하나만 동작하거나 모두 동시에 동작할 수도 있다.
제1 광원(111)과 제2 광원(112)이 개별적으로 구동되므로, 식물은 다양한 파장대의 광을 다양한 방식으로 공급받을 수 있다.
입력부(120)는 식물 재배용 광원 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 외부 신호를 수신한다.
예를 들어, 입력부(120)를 통해서 함량 증가를 원하는 유용물질의 종류를 선택할 수 있다.
또는 입력부(120)를 통해서, 자외선 처리에 사용될 광의 종류, 광의 세기, 광 처리 시간, 광 조사 방식 등을 선택할 수 있다.
설정부(130)에는 유용물질 종류에 따라 함량 증가를 위한 다양한 자외선 처리에 관한 정보가 미리 저장되어 있을 수 있다.
설정부(130)는 미리 저장된 정보를 통해 미리 저장된 입력부(120)가 수신한 외부 신호에 대응하는 자외선 처리 방식을 설정할 수 있다.
예를 들어, 설정부(130)는 선택된 유용물질의 종류에 대응하는 광의 종류, 광의 세기, 광 처리 시간, 광 조사 방식 등을 미리 저장된 정보를 통해 설정할 수 있다.
제어부(140)는 입력부(120)를 통해 선택된 자외선 처리 방식에 따라 광원 모듈(110)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)는 입력부(120)을 통해 선택된 광의 종류에 따라 제1 광원(111)과 제2 광원(112) 중 적어도 하나에 전원을 공급하여 광을 방출하도록 할 수 있다. 이때 제어부(140)는 입력부(120)를 통해 선택된 광 처리 시간동안 광원 모듈(110)에 전원을 공급할 수 있다. 또한, 전원은 식물 재배용 광원 장치(100)의 외부 전원이거나 내부에 저장된 전원일 수 있다.
또한, 제어부(140)는 입력부(120)를 통해 선택된 광의 세기에 따라 제1 광원(111)과 제2 광원(112)에 공급되는 전원의 크기를 조절하여, 방출되는 광의 세기를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 입력부(120)를 통해 선택된 광 조사 방식에 따라 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)이 광을 연속적으로 방출하거나 광의 방출과 중단을 반복하도록 할 수 있다.
수신한 신호에 따라 광원 모듈(110)을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 입력부(120)를 통해 설정된 광을 조사하는 방식에 따라 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)에 전원을 공급하거나 중단할 수 있다. 여기서, 전원은 식물 재배용 광원 장치(100)의 외부 전원이거나 내부에 저장된 전원일 수 있다.
또한, 제어부(140)는 입력부(120)를 통해 설정된 광을 조사하는 방식에 따라 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)에 공급되는 전원을 제어하여, 방출되는 광의 세기를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 설정부(130)에서 설정된 자외선 처리 방식에 따라 광원 모듈(110)을 제어할 수 있다. 제어부(140)는 설정부(130)로부터 수신한 자외선 처리 방식에 대한 정보를 포함하는 신호에 따라 광원 모듈(110)로 전원을 공급하여, 설정된 자외선 처리 방식으로 식물에 자외선 처리가 수행되도록 할 수 있다.본 실시 예에 따른 식물 재배용 광원 장치(100)는 다양한 파장대를 다양한 방식으로 식물에 공급하여 식물의 유효 물질 중 특정 물질의 함량을 선택적으로 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 식물 재배용 광원 장치(100)는 제1 광원(111)과 제2 광원(112)을 포함하는 것으로 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 식물 재배용 광원 장치(100)는 자외선뿐만 아니라 가시광을 방출하는 광원을 더 포함할 수도 있다. 또한, 식물 재배용 광원 장치(100)는 제1 광원(111) 및 제2 광원(112)과 다른 피크 파장을 갖는 자외선을 방출하는 광원을 더 포함하는 것도 가능하다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 자세한 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시 예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리 범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (32)

  1. 식물에 자외선 처리를 하여 식물의 유용물질의 함량을 변화시키는 식물 재배용 광원 모듈에 있어서,
    복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제1 광을 방출하는 제1 광원; 및
    복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제2 광을 방출하는 제2 광원;을 포함하며,
    상기 제1 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질들 중 적어도 하나는 상기 제2 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질과 종류가 다르며,
    상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 개별적으로 동작하고,
    상기 제1 광과 상기 제2 광은 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배용 광원 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나는 UVB인 식물 재배용 광원 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 광은 UVB이며, 상기 제2 광은 UVA인 식물 재배용 광원 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 자외선 처리로 상기 식물의 하드로시시나믹산, 플라보노이드 및 안토시아닌 중 적어도 하나의 함량을 증가시키는 식물 재배용 광원 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 광은 295nm의 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배용 광원 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 광의 세기는 0.1W/㎡ 또는 0.3W/㎡인 식물 재배용 광원 모듈.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 광원은 하루에 광주기 동안 6시간씩 상기 제1 광을 방출하는 식물 재배용 광원 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 광원은 상기 제1 광을 연속적으로 방출하는 식물 재배용 광원 모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 광원은 상기 제1 광의 방출과 중단을 반복하는 식물 재배용 광원 모듈.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 광은 하이드로록시시나믹산, 안토시아닌, 플라보노이드 계열의 Quercetin-3-O-malonylglucoside 및 Luteolin hydroxymalonyl hexoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시키는 식물 재배용 광원 모듈.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 광은 385nm의 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배용 광원 모듈.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 광의 세기는 30W/㎡인 식물 재배용 광원 모듈.
  13. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 광원은 상기 자외선 처리가 수행되는 기간동안 연속적으로 상기 제2 광을 방출하는 식물 재배용 광원 모듈.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 광은 하이드록시시나믹산 계열의 Caffeoyltartaric acid, 플라보노이드 계열의 Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside 및 Kaempferol malonylglucoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시키는 식물 재배용 광원 모듈.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 자외선 처리 기간은 4일 내지 8일인 식물 재배용 광원 모듈.
  16. 식물에 광을 조사하여 자외선 처리를 수행하는 광원 모듈;
    외부 신호를 수신하는 입력부;
    상기 입력부의 외부 신호에 따라 자외선 처리 방식을 설정하는 설정부; 및
    상기 입력부 또는 상기 설정부로부터 신호를 수신하여 상기 광원 모듈의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 광원 모듈은,
    복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제1 광을 방출하는 제1 광원; 및
    복수의 유용물질 중 적어도 하나의 함량을 변화시키는 제2 광을 방출하는 제2 광원;을 포함하며,
    상기 제1 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질들 중 적어도 하나는 상기 제2 광에 의해서 함량이 변화된 유용물질과 종류가 다르며,
    상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 개별적으로 동작하고,
    상기 제1 광과 상기 제2 광은 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배용 광원 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 광 및 제2 광 중 적어도 하나는 UVB인 식물 재배용 광원 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 광은 UVB이며, 상기 제2 광은 UVA인 식물 재배용 광원 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 자외선 처리로 상기 식물의 하드로시시나믹산, 플라보노이드 및 안토시아닌 중 적어도 하나의 함량을 증가시키는 식물 재배용 광원 장치.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 광은 295nm의 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배용 광원 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 광의 세기가 0.1W/㎡ 또는 0.3W/㎡가 되도록 상기 제1 광원을 제어하는 식물 재배용 광원 장치.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 제어부는 하루에 광주기 동안 6시간씩 상기 제1 광을 방출하도록 상기 제1 광원을 제어하는 식물 재배용 광원 장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 광을 연속적으로 방출하도록 상기 제1 광원을 제어하는 식물 재배용 광원 장치.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 광의 방출과 중단이 반복되도록 상기 제1 광원을 제어하는 식물 재배용 광원 장치.
  25. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 광은 하이드로록시시나믹산, 안토시아닌, 플라보노이드 계열의 Quercetin-3-O-malonylglucoside 및 Luteolin hydroxymalonyl hexoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시키는 식물 재배용 광원 장치.
  26. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 광은 385nm의 피크 파장을 갖는 자외선인 식물 재배용 광원 장치.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 광의 세기가 30W/㎡가 되도록 상기 제2 광원을 제어하는 식물 재배용 광원 장치.
  28. 청구항 18에 있어서,
    상기 제어부는 상기 자외선 처리가 수행되는 기간동안 연속적으로 제2 광을 방출하도록 상기 제2 광원을 제어하는 식물 재배용 광원 장치.
  29. 청구항 26에 있어서,
    상기 제2 광은 하이드록시시나믹산 계열의 Caffeoyltartaric acid, 플라보노이드 계열의 Querectin-3-O-(6''-O-malonyl)-glucoside-7-O-glucoside 및 Kaempferol malonylglucoside 중 적어도 하나의 함량을 증가시키는 식물 재배용 장치.
  30. 청구항 16에 있어서,
    상기 자외선 처리 기간은 4일 내지 8일인 식물 재배용 광원 장치.
  31. 청구항 16에 있어서,
    상기 외부 신호는 유용물질의 종류, 광의 종류, 광의 세기, 광 처리 시간 및 광 조사 방식 중 하나인 식물 재배용 광원 장치.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 설정부는 상기 입력부에서 선택된 상기 유용물질의 종류에 따라 자외선 처리 방식을 설정하고,
    상기 제어부는 상기 설정부로부터 수신한 상기 자외선 처리 방식의 정보를 포함하는 신호에 따라 상기 광원 모듈을 제어하며,
    상기 자외선 처리 방식은 광의 종류, 광의 세기, 광 처리 시간 및 광 조사 방식 중 적어도 하나를 포함하는 식물 재배용 광원 장치.
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