KR102494306B1 - 식물 공장 시스템에서 생물활성제 처리에 의한 씨감자의 생산방법 - Google Patents

식물 공장 시스템에서 생물활성제 처리에 의한 씨감자의 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분무경(aeroponic) 시스템에서 감자 식물을 이산화규소 처리하면서 재배하는 단계를 포함하는 생산량이 증진된 씨감자의 재배방법 및 상기 방법으로 재배된 씨감자와 씨감자의 생산량을 증가시키는 방법에 관한 것이다.

Description

식물 공장 시스템에서 생물활성제 처리에 의한 씨감자의 생산방법{Production method of seed potato by bioactive agent treatment in plant factory system}
본 발명은 분무경(aeroponic) 시스템에서 감자 식물을 이산화규소 처리하면서 재배하는 단계를 포함하는 생산량이 증진된 씨감자의 재배방법 및 상기 방법으로 재배된 생산량이 증진된 씨감자에 관한 것이다.
생물촉진제(Biostimulants)는 작물 생산량, 품질 및 비생물적/생물적 스트레스 내성/저항성을 높이기 위한 촉매로 토양에 첨가되는 다양한 분자, 물질 및 미생물 조합이다. 신진대사를 촉진하고 영양소 흡수, 동화 및 전이를 촉진하고 토양 미생물을 촉진하여 토양 비옥도를 개선함으로써 식물 성장 및 발달을 개선한다. 농업용 생물촉진제는 미생물 접종제, 생화학적 화합물 및 식물 추출물을 포함하여 식물 생산에 사용되어 영양소 사용 효율성, 식물 내성 및 품질 특성을 개선하는 데 사용되는 다양한 품목을 포함한다. 생물촉진제는 현재의 농업 기술과 작물 투입량을 늘리고 보완하는 데 사용할 수 있다.
현재, 농업 분야는 생태계와 인간 건강에 대한 환경적 영향을 줄이면서, 증가하는 세계 인구를 먹여 살리기 위해 생산성을 높여야 하는 동시적인 어려움에 직면해 있다. 비료와 살충제는 이상적인 조건과 열악한 조건 모두에서 계절 내내 생산량을 늘리고 지속적인 생산성을 보장할 수 있는 강력한 도구를 생산자에게 제공하기 때문에 농업에서 중요한 역할을 한다. 지난 30년 동안 살충제 및 비료와 같은 합성 농약을 크게 줄임으로써 농업 생산 시스템의 지속 가능성을 개선하기 위한 몇 가지 기술 발전이 제안되었다.
다양한 비생물적 스트레스 요인에 대한 내성을 향상시키면서 개화, 식물 성장, 과일 발달, 작물 생산성 및 영양소 이용 효율성을 촉진하는 천연 식물 생물촉진제는 유망하고 환경적으로 유익한 발명이다. 지난 10년 동안 생물촉진제의 정의는 가장 최근에 새로운 규정(EU) 2019/1009에 따라 뜨겁게 논의되어 왔으며, 그 결과 다음과 같다: "식물 생물촉진제는 식물 또는 식물 근권의 다음 특성 중 하나 이상을 개선하는 것이 유일한 목적인 EU 비료 제품이어야 한다: i) 영양소 사용 효율성, ii) 비생물적 스트레스에 대한 내성, iii) 품질 특성 또는 iv) 토양 또는 근권에서 제한된 영양소의 가용성”(EU, 2019). 이 정의에 따르면, 생물촉진제는 농업 기능의 주장을 기반으로 정의되며 다양한 생리활성 천연물질을 포함한다: 휴믹산 및 풀빅산, 동물 및 식물성 단백질 가수분해물, 대형조류 해조류 추출물 및 규소뿐만 아니라 도움이 되는 미생물: 리조비움(Rhizobium), 아조토박터(Azotobacter) 및 아조스피릴룸(Azospirillum) I 속의 N-고정 박테리아와 수지상 균근 균류(AMF).
감자생산에 가장 큰 영향을 주는 것이 씨감자의 품질이기에, 국가는 우량 씨감자생산을 위해서 수년간 노력하였다. 최근에 기본종 씨감자의 생산성을 높이기 위한 다양한 방법들, 배지경 양액재배, 분무경 양액재배, 담수경 양액재배 등이 연구되었다. 온실 조건에서 감자의 기본종 생산은 계절적 의무를 무시하여 종자 괴경을 일년내내 생산할 수 있는 비교적 새로운 아이디어이다. 식물공장이 조성된 후 모의환경에서 식물생장을 제어할 수 있는 환경이 조성되어 형질 내구력과 수확량이 증진되지만, 기본 수경재배방법으로는 한계성이 있으므로, 좀 더 효율적인 생산방법이 필요한 상황이다.
한국등록특허 제0361652호에는 바이오텍 씨감자의 생산방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1544321호에는 씨감자의 대량 생산방법이 개시되어 있으나, 본 발명의 생물활성제 처리에 의한 씨감자의 생산방법과는 상이하다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 분무경(aeroponic) 시스템에서 씨감자의 생산량을 증진시키기 위해, 생물활성제 종류 및 농도 처리를 최적화하여 감자 식물을 재배함으로써, 생육 및 생산량이 증진된 씨감자의 재배방법을 확립하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 분무경(aeroponic) 시스템에서 감자 식물을 이산화규소 처리하면서 재배하는 단계를 포함하는 생산량이 증진된 씨감자의 재배방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 재배된 생산량이 증진된 씨감자를 제공한다.
또한, 본 발명은 분무경(aeroponic) 시스템에서 감자 식물을 이산화규소 처리하면서 재배하는 것을 특징으로 하는, 씨감자의 생산량을 증가시키는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 3000~4000 ppm 농도의 이산화규소를 유효성분으로 함유하는 분무경(aeroponic) 시스템에서 씨감자의 생산량을 증가시키기 위한 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 250~350 ppm 농도의 지베렐린산과 200~300 ppm 농도의 이산화규소를 유효성분으로 함유하는 분무경(aeroponic) 시스템에서 씨감자의 생산량을 증가시키기 위한 조성물을 제공한다.
분무경(aeroponic) 시스템에서 본 발명의 조건으로 이산화규소 처리하여 재배된 감자 식물은 괴경 수, 크기 및 생체중을 증진시켜 생산량이 높은 이점이 있다. 또한, 분무경(aeroponic) 시스템에서 이산화규소와 지베렐린산을 감자 식물에 복합 처리할 경우, 생산량이 증진되어 본 발명은 씨감자 대량생산 재배 시 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
도 1은 지베렐린산 농도별 처리(표 2 참고)에 따른 감자 식물을 재배하는 사진을 보여준다.
도 2는 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 식물 당 괴경 수, 괴경 생체중, 10 g 이상의 괴경 수, 5 g 이상의 괴경 수, 5 g 이하의 괴경 수를 비교한 그래프이다.
도 3은 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 식물 당 10 g 이상의 괴경 수, 5 g 이상의 괴경 수, 5 g 이하의 괴경 수를 비교한 그래프이다.
도 4는 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 광합성 속도(Pr), 기공 전도도(Gs), 증산 속도(Tr) 및 물 사용 효율(WUE)을 비교한 그래프이다.
도 5는 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 총 탄수화물 함량(TSC)과 총 당 함량(TSS)을 비교한 그래프이다.
도 6은 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 카로티노이드, 엽록소 a 및 엽록소 b 함량을 비교한 그래프이다.
도 2 내지 6의 Winter: 60일, Spring: 90일 성장 후 수확
도 7은 이산화규소 농도별 처리(표 3 참고)에 따른 감자 식물을 재배하는 사진을 보여준다.
도 8은 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물의 광합성 속도(Pr), 기공 전도도(Gs), 증산 속도(Tr) 및 물 사용 효율(WUE)을 비교한 그래프이다.
도 9는 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물의 엽록소 함량(SPAD값)을 비교한 그래프이다.
도 10은 지베렐린산과 이산화규소 농도별 처리(표 4 참고)에 따른 감자 식물을 재배하는 사진을 보여준다.
도 11은 지베렐린산과 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물의 식물 당 괴경 수, 괴경 생체중, 10 g 이상의 괴경 수, 5 g 이상의 괴경 수, 5 g 이하의 괴경 수를 비교한 그래프이다.
도 12는 지베렐린산과 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물의 광합성 속도(Pr), 기공 전도도(Gs), 증산 속도(Tr) 및 물 사용 효율(WUE)을 비교한 그래프이다.
도 13은 지베렐린산과 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물의 엽록소 a(Chl a), 엽록소 b(Chl b) 및 카로티노이드 함량을 비교한 그래프이다.
도 14는 지베렐린산과 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물의 총 탄수화물 함량(TSC)과 총 당 함량(TSS)을 비교한 그래프이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 분무경(aeroponic) 시스템에서 감자 식물을 이산화규소 처리하면서 재배하는 단계를 포함하는 생산량이 증진된 씨감자의 재배방법을 제공한다.
본 발명의 씨감자의 재배방법에서, 상기 이산화규소 처리는 바람직하게는 이식한지 20~40일된 감자 식물을 3000~4000 ppm 농도의 이산화규소를 6~8일 간격으로 3~5회 처리할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 이식한지 30일된 감자 식물을 3500 ppm 농도의 이산화규소를 7일 간격으로 4회 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 씨감자의 재배방법에서, 상기 처리 시 지베렐린산을 추가로 처리할 수 있는데, 보다 구체적으로는 이식한지 20~40일된 감자 식물을 250~350 ppm 농도의 지베렐린산과 200~300 ppm 농도의 이산화규소를 6~8일 간격으로 3~5회 처리할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 이식한지 30일된 감자 식물을 300 ppm 농도의 지베렐린산과 250 ppm 농도의 이산화규소를 7일 간격으로 4회 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 씨감자의 재배방법에서, 상기 재배는 일반 비닐 온실 또는 유리 온실에 보조광의 밭 재배 또는 포트 재배, 밀폐형 실내 스마트팜 조건 또는 식물공장형 조건하에서 분무경 방식으로 수경재배 또는 포트재배할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 재배는 담수경, 배지경, 분무경 등 영양액을 공급하는 모든 영양재배를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 씨감자의 재배방법에서, 상기 감자는 골든킹(Golden king, 금왕) 품종일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명의 씨감자의 재배방법에서, 상기 생산량이 증진된 씨감자는 괴경 수, 크기 및 생체중이 증진된 씨감자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 재배된 괴경 수, 크기 및 생체중이 증진된 씨감자를 제공한다.
본 발명은 또한, 분무경(aeroponic) 시스템에서 감자 식물을 이산화규소 처리하면서 재배하는 것을 특징으로 하는, 씨감자의 생산량을 증가시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 씨감자의 생산량을 증가시키는 방법은, 보다 구체적으로는 이식한지 20~40일된 감자 식물을 3000~4000 ppm 농도의 이산화규소를 6~8일 간격으로 3~5회 처리할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 이식한지 30일된 감자 식물을 3500 ppm 농도의 이산화규소를 7일 간격으로 4회 처리할 수 있다.
또한, 상기 처리 시 지베렐린산을 추가로 처리할 수 있는데, 보다 구체적으로는 이식한지 20~40일된 감자 식물을 250~350 ppm 농도의 지베렐린산과 200~300 ppm 농도의 이산화규소를 6~8일 간격으로 3~5회 처리할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 이식한지 30일된 감자 식물을 300 ppm 농도의 지베렐린산과 250 ppm 농도의 이산화규소를 7일 간격으로 4회 처리할 수 있다.
본 발명은 또한, 3000~4000 ppm 농도의 이산화규소를 유효성분으로 함유하는 분무경(aeroponic) 시스템에서 씨감자의 생산량을 증가시키기 위한 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 250~350 ppm 농도의 지베렐린산과 200~300 ppm 농도의 이산화규소를 유효성분으로 함유하는 분무경(aeroponic) 시스템에서 씨감자의 생산량을 증가시키기 위한 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명의 제조예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다. 단, 하기 제조예 및 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 제조예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.
재료 및 방법
1. 식물 재료 및 성장 조건
춘천에 있는 강원대학교 "감자유전자은행" 으로부터 건강한 조직배양 재료인 골든킹(Golden king, mid-early maturing)을 공급받았다. 본 연구는 대한민국 강원도 춘천시 두 곳의 반제어 온실 내 다이버 에어로포닉 시스템 하에서의 의존성(성장 및 수확량) 변수와 감자 성장 기간의 다른 영양 조건을 결정하기 위해 수행되었다. EC 수준 1.5 dS m-1, 낮 기온은 16~26℃ 사이, 밤 기온은 8~12℃ 사이였다. 식물은 12시간 광주기 하에서 성장하였고, 온실의 상대 습도 수준은 두 온실 모두에서 35~40% 범위였다.
2. 영양 용액
하기 표 1은 감자의 성장기간 동안 영양 용액 제형을 나타낸다. 이식 40일째까지는 영양생장기(vegetative growth period) 용액을 공급받았고, 41일째부터 수확할 때까지 감자 성장기(potato bulking periods) 용액을 공급하였다.
영양액 조성

화합물 이름		 Vegetative Growth Period
(Transplantation to 40 th Day)		 Tuber Bulking Period
(41th days to Harvesting day)
A 탱크(50 L) B 탱크(50 L) A 탱크(50 L) B 탱크(50 L)
Ca(NO3) 1.5 kg 7.66 kg
KNO3 3.79 kg 3.79 kg 3.54 kg 3.54 kg
(NH4)2HPO4 1.6 kg 1.52 kg
MgSO4 4.3 kg 3.68 kg
K2SO4 1.3 kg
Fe-EDTA 460 g 460 g 30.8 g
MnSO4 30.8 g
H3BO3 57.2 g 57.2 g
ZnSO4 3.6 g 3.6 g
CuSO4 1.3 g 1.3 g
(NH4)6MO7O24·4H2O 0.4 g 0.4 g
3. 분무경(aeroponic) 시스템
어두운 뿌리 성장 챔버를 형성하는 확장된 스트레이 폼 패널이 있는 알루미늄 프레임을 사용하여 첨단 분무경 시스템을 만들었다. 이 첨단 관개/배수 시스템으로 영양 용액 분무, 회수 및 수정의 정밀 제어가 가능하다. 영양액(표 1)은 사용 중인 처리제에 따라 다양한 저장소에서 지속적으로 펌핑되었다. 식물 뿌리에 2분 간격으로 한 번에 10초 동안 마이크로 제트 노즐로 분무되어 튜브 네트워크의 다양한 펌프에 의해 순환되는 영양 용액을 공급하였다. 잔류 영양 용액은 해당 저장소로 다시 침출되어 재순환되었다. 실험 내내 영양 용액의 품질을 매일 모니터링했다.
4. 지베렐린산과 이산화규소(SiO2)의 실험 설계
이식 후 30일 경과 시 3가지 지베렐린산(GA3) 농도(100, 200, 300 ppm)와 이산화규소(SiO2) 농도(1500, 2500, 3500 ppm)로 각각 엽면 시비하였고, 7일 간격 4회 실시하였다(표 2 및 3).
지베렐린산(GA3)의 실험 설계
Treatment 농도
GA100 100 ppm
GA200 200 ppm
GA300 300 ppm
Control No treatment
이산화규소(SiO2)의 실험 설계
Treatment 농도 Code name
SiO2 1500 ppm T1
SiO2 2500 ppm T2
SiO2 3500 ppm T3
Control No treatment T4
또한, 최적의 투여량이였던 지베렐린산(GA3) 농도 300 ppm으로 고정하고, 이산화규소(SiO2) 농도(250, 500, 1000, 1500 ppm)를 달리하여 처리하였다(표 4).
지베렐린산(GA3)과 이산화규소(SiO2) 조합 실험 설계
Treatment Code name
GA3 300 ppm + SiO2 250 ppm T1
GA3 300 ppm + SiO2 500 ppm T2
GA3 300 ppm + SiO2 1000 ppm T3
GA3 300 ppm + SiO2 1500 ppm T4
Control(No treatment) T5
5. 식물 생장 특성 및 종자 괴경 수확량 측정
온실에서 각각 60일 및 90일 성장 후 형태 생리학적 및 괴경 데이터 수집을 위해 식물을 무작위로 선택하였다. 그리고 괴경 3가지를 기준으로 괴경 등급 매개변수를 기록하였다. 괴경 등급은 지베렐린산과 지베렐린산 및 이산화규소 복합 처리의 경우 < 5g, > 5g, > 10g, 이산화규소 단독 처리의 경우 < 1g, > 1g, > 3g로 분류하였다.
6. 감자 식물의 광합성 색소 분석
엽록소 a(Chl a), 엽록소 b(Chl b), 총 엽록소(Tchl) 및 카로티노이드(car)를 포함한 감자 식물의 광합성 색소 분석을 위해 각 처리에서 6개의 식물 시료를 수확하였다. 수확한 잎은 즉시 액체 질소에 투하된 다음 -80℃에 저장하여 추가 분석을 수행하였다. 광합성 색소 검출을 위해 신선한 잎(500 mg)을 막자사발과 막자를 사용하여 80% 아세톤 10 mL에 불린 후 상온에 15분간 두었다. 채취한 추출물은 튜브로 옮겨 5,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하였다. 흡광도는 각각 647, 663 및 470 nm에서 분광광도계(UV-1800 240V, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 사용하여 측정하였다. 광합성 색소는 하기 식에 따라 결정되었고 mg/g 생체중(FW)으로 표시하였다.
엽록소 a = 12.25 × A663 - 2.79 × A647
엽록소 b = 21.50 × A647 - 5.10 × A663
총 엽록소 = 7.15 × A663 + 18.71 × A647
카로티노이드 = 1000 × A470 - 1.82 × Chl a - 85.02 × Chl b
7. SPAD-502 값 측정
측정 전 SPAD-502 미터는 제조사에서 제공하는 판독 검사기를 사용하여 보정하였다. 얻은 각 잎 SPAD 값은 10개 판독값의 평균이었다(잎 중추의 각 면에 5개).
8. 잎 가스 교환 측정
각 처리한 식물의 상단에서 세 번째 줄기 마디에서 완전히 확장된 잎을 무작위로 선택된 6개의 종자 중에서 선택되었다. 가스 교환 특성에 대해 ADC BioScientific LCpro 가스 분석기를 사용하여 순 광합성 속도(Pr, μm-2s-1), 증산 속도(Tr, mmol m-2s-1), 기공 전도도(Gs, mmol m-2s-1)를 측정하였다. Pr, Gs, Tr 및 WUE의 수준은 주변 환경 조건에서 측정되었다. 가스 교환 측정은 오전 10시부터 오후 3시 사이의 한낮에 실시하였다. 측정은 무작위로 선택된 6개의 묘목 각각의 두 번째 잎을 사용하였다. 광합성 수분 이용 효율(WUE)은 비율 Pr/Tr로 계산하였다.
9. 총 가용성 탄수화물(TSC) 및 총 가용성 당(TSS) 함량 측정
수확한 신선한 잎 샘플(250 mg)을 5 mL의 에탄올(95%)에서 균질화한 다음, 5000 rpm에서 10분 동안 원심분리하였다. 그런 다음 상층액을 추출한 후 70% 에탄올로 이 과정을 반복하고, 두 상층액을 합하여 냉장고에 보관하였다. 0.1 mL의 분취액을 안트론(200 mg의 anthrone과 72% 황산 100 mL 혼합) 1 mL와 혼합하였다. 그 혼합물은 100℃에서 10분 동안 가열한 후 냉각하였다. 총 가용성 탄수화물은 표준 포도당 곡선을 사용하여 측정하였고, 검출 파장은 625 nm였으며, 결과는 mg/g 생체중으로 표현되었다. 수크로스 함량의 경우 0.2 mL의 상등액을 0.1 mL(30%)의 KOH와 혼합하고 100℃에서 10분간 가열하였다. 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후, 3 mL의 안트론(100 mL 70% 황산 중 150 mg 안트론)을 첨가하였다. 10분 후, 샘플은 냉각되었고 흡광도는 620 nm에서 측정하였다. TSS 농도는 표준 포도당 곡선을 사용하여 계산하였으며, 결과는 ㎍/g 생체중으로 표현하였다.
10. 통계 분석
일원 분산 분석은 Statistics 10(Tallahassee, FL 32312, USA)을 이용하여 수행하였으며, 모든 결과는 평균±SD(표준편차)로 표현하였다. 최소유의차(LSD)는 5% 수준의 확률로 서로 다른 처리의 평균을 비교하기 위해 계산하였다.
실시예 1. 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물 성장 특성
(1) 감자 식물 성장 특성
식물 높이, 가지 수, 잎 수, 뿌리 길이, 줄기 길이, 식물 생체중 및 건조 중량이 GA300 처리에서 다른 처리구나 무처리구(Control)에 비해 유의하게 증가하였음을 관찰하였다(표 5).
상이한 용량의 지베렐린산 시비에 따른 감자 식물 성장 특성(식물 성장 60일, 90일째에 취한 데이터)
GA100 GA200 GA300 Control
W* S W S W S W S
식물 높이(cm) 65±2.16 92±6.16 69.66±1.24 98.66±2.86 74.66±2.05 101.3±3.29 43±1.63 57.6±3.68
가지 수 7±0.81 22.31±2.05 7.3±0.47 27±2.16 8.3±0.47 31±0.81 5.2±0.47 6.19±0.18
줄기 직경(cm) 4.93±0.23 5.72±0.52 5.09±0.52 5.9±0.23 6.8±0.23 6.09±0.13 6.45±0.19 12±0.81
잎 수 19.63±1.69 34.6±2.49 34.6±2.49 35±2.44 23.5±2.49 40±3.26 13±0.81 35.2±7.25
뿌리 길이(cm) 38±4.89 37.65±2.49 37.65±2.49 33.36±1.69 46.3±4.92 44.63±3.29 30±1.63 35±7.11
줄기 길이(cm) 58.61±2.05 55.3±2.86 55.3±2.86 59±2.94 65±1.63 65±1.63 22±2.44 38.62±2.49
식물 생체중(g) 43.4±1.83 130±4.08 45±1.08 143±3.55 42.36±1.23 164±6.68 34.73±1.26 136.33±3.68
식물 건조중(g) 3.06±0.49 11.5±1.03 3.05±0.41 12.63±0.28 4.08±0.36 13.25±0.25 2.5±0.45 10.6±0.26
*W: 식물 성장 60일, S: 식물 성장 90일째에 취한 데이터
(2) 종자 괴경 수율
도 2에 나타난 바와 같이, 총 괴경 수는 GA300 처리구에서 가장 높게 나타났다.
(3) 성장 관련 매개변수 분석
한편, 광합성 속도(Pr), 증산 속도(Tr), 기공 전도도(Gs), 물 이용 효율(WUE)은 무처리구에서 높은 경향을 나타내었다(도 4).
(4) 총 탄수화물 및 총 가용성 당 함량
감자 잎의 총 탄수화물(TSC) 및 총 가용성 당(TSS) 함량은 GA200 및 무처리구에서 높게 나타났다(도 5).
(5) 광합성 색소 분석
감자 잎의 카로티노이드 함량은 감자 성장 60일(Winter)엔 GA200 처리구가, 감자 성장 90일(Spring)엔 무처리구에서 높게 나타났다. 엽록소 함량의 경우 감자 성장 60일에서는 유의적 차이를 나타내지 않았으나, 감자 성장 90일에서는 무처리구에서 높게 나타났다(도 6).
실시예 2. 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물 성장 특성
(1) 감자 식물 성장 특성
이산화규소의 용량이 감자 식물의 성장과 괴경 조성에 상당한 영향을 미친다는 것이 분명하게 관찰되었다. 표 6에서, T3 처리구의 경우 가지 수, 줄기 직경, 뿌리 길이가 가장 높게 나타났고, T4 처리구에서 식물 높이, 잎 길이, 식물 생체중 등이 높게 나타났다.
상이한 용량의 이산화규소 시비에 따른 감자 식물 성장 특성(식물 성장 50일째에 취한 데이터)
처리 T1* T2 T3 T4
식물 높이(cm) 87±4.08 74.66±2.86 69.66±2.62 94.33±4.49
가지 수 13±0.81 15±0.81 19±0.81 16.66±0.47
줄기 직경(cm) 6.72±0.21 7±0.09 7.10±0.10 6.48±0.20
잎 길이(cm) 25.66±1.24 35±1.63 35.33±4.18 44.33±3.29
뿌리 길이(cm) 42.66±1.24 47.66±2.62 48.66±2.05 42.33±1.24
줄기 길이(cm) 52.66±1.69 63±2.16 56.33±1.88 55.66±2.49
식물 생체중(g) 97.66±4.64 84.66±2.86 86.66±4.64 118.66±5.73
식물 건조중(g) 7.02±43.43 6.05±37.08 6.07±38.65 8.33±53.83
*표 3 참고
(2) 종자 괴경 수율
한편, 괴경 크기를 포함한 괴경 수율은 이산화규소 농도에 영향을 받았다. 괴경 수와 괴경 생체중은 T3 처리에서 유의하게 증가하는 것으로 관찰되었다(표 7).
60일(1차 수확) 및 90일(2차 수확)에 수확된 괴경 수확량
처리구 수확 단계 괴경 수 괴경 생체중(g)
T1* 1차 수확(60일) 28.31±4.18 38.5±1.94
2차 수확(90일) 16±0.8 71±1.63
T2 1차 수확(60일) 33.3±1.2 54±1.41
2차 수확(90일) 17.36±1.6 88±4.08
T3 1차 수확(60일) 37.35±2.49 60.37±3.09
2차 수확(90일) 23±0.81 119.6±3.29
T4 1차 수확(60일) 21±1.63 68.5±2.49
2차 수확(90일) 12.34±0.47 69.4±5.55
*표 3 참고
같은 방법으로 괴경의 크기에 따라 <1g, >1g, >3g으로 분류하였다. 이 등급화된 괴경은 두 수확 상태 모두에서 이산화규소 처리의 영향을 받았다(표 8).
무게에 따른 종자 괴경 크기에 대한 다른 처리의 효과
처리구 수확 단계 > 1g > 3g
T1 1차 수확(60일) 7.67±0.4 7.32±1.88
2차 수확(90일) 5.58±0.45 4.39±0.47
T2 1차 수확(60일) 7.57±0.47 13.29±1.24
2차 수확(90일) 3.6±0.36 11±0.81
T3 1차 수확(60일) 11.33±1.22 12.59±1.69
2차 수확(90일) 6.6±0.94 12.7±0.44
T4 1차 수확(60일) 6.68±0.44 6.3±0.47
2차 수확(90일) 3.38±0.47 5±0.82
*표 3 참고
(3) 성장 관련 매개변수 분석
광합성 속도(Pr), 기공 전도도(Gs), 증산 속도(Tr) 및 물 사용 효율은 도 8과 같다. 광합성 속도는 T3 처리에서 유의하게 향상되었고, 증산 속도는 T1 처리에서 높게 나타났다. 또한, 이산화규소 농도별 처리에 따른 감자 식물의 엽록소 함량(SPAD값)에서 T4 처리에서 가장 높게 나타났다(도 9).
실시예 3. 이산화규소 및 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 성장 특성
(1) 감자 식물 성장 특성
감자 식물의 종자 괴경을 생산하기 위해, 이산화규소(SiO2) 및 지베렐린산(GA3)의 농도별 처리에 따른 감자 식물의 성장 특성을 분석하였다(표 9). GA3와 SiO2의 조합이 감자 식물 성장에 영향을 미쳤고, 투여량 중 T3 조합이 전체 성장에 효과적인 영향을 보였다.
이산화규소 및 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 성장 특성(식물 성장 50일째에 취한 데이터)
처리 T1* T2 T3 T4 T5
식물 높이(cm) 67±2.16 71.66±2.86 81±2.94 58±2.16 58.33±2.86
마디 수 22.3±2.86 20.33±2.49 23±0.81 11.33±2.05 12±0.81
줄기 직경(cm) 5.95±0.35 6.43±0.39 6.37±0.13 5.49±0.23 6.19±0.18
잎 수 59.66±2.62 62±1.63 70.33±3.29 41.66±2.49 46.66±1.24
뿌리 길이(cm) 40±3.55 41.66±1.69 42±2.16 28.33±1.69 25±2.94
줄기 길이(cm) 55.33±2.86 63±2.16 56.33±1.88 65±1.63 41.33±2.05
식물 생체중(g) 97.66±4.64 118.66±5.73 124.33±5.55 86.66±4.64 69.66±3.85
식물 건조중(g) 7.02±0.28 8.47±0.40 8.87±0.38 6.03±0.12 5.38±0.33
* 표 4 참고
(2) 종자 괴경 수율
이산화규소 및 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 괴경 수(TN)는 T1 내지 T3 처리구에서 높게 나타났고, 이에 비해 T4 및 T5 처리구에서는 감소하였다. 괴경 생체중(TFW)은 이산화규소 농도가 높아질수록 감소하는 경향을 나타내었다. 같은 방법으로 덩이줄기는 크기에 따라 < 5g, > 5g, > 10g으로 분류하였고, 처리 농도에 따라서 영향을 받았다(도 11).
(3) 성장 관련 매개변수 분석
광합성 속도(Pr), 기공 전도도(Gs), 증산 속도(Tr) 및 물 사용 효율(WUE)은 도 12와 같다. 증산 속도(Tr) 및 기공 전도도(Gs)는 처리구별로 큰 차이를 나타내지 않았고, 광합성 속도(Pr) 및 물 사용 효율(WUE)은 이산화규소 처리 농도가 높아질수록 소폭 증가하는 경향을 보였다(도 12).
(4) 광합성 색소 분석
엽록소 a(Chl a), 엽록소 b(Chl b) 및 카로티노이드(car)를 포함한 감자 식물의 광합성 색소를 분석한 결과는 도 13과 같다. 카로티노이드와 엽록소 a 및 b는 T2 처리구에서 가장 낮게 나타났고, 처리 농도에 따라 영향을 받는 것을 확인할 수 있었다(도 13).
(5) 총 탄수화물 및 총 가용성 당 함량
이산화규소 및 지베렐린산 농도별 처리에 따른 감자 식물의 총 탄수화물 함량(TSC)과 총 당 함량(TSS)은 도 14에 나타내었다. 탄수화물은 광합성의 최종 산물이고 식물에 에너지를 공급하는 중요한 매개 변수이다. 무처리구(T5)에서 가장 낮은 총 탄수화물 및 총 당 함량을 나타내었고, T3 및 T4 처리구에서 총 탄수화물 함량이 높게 나타났고, 총 당은 T2 처리구에서 높게 나타났다.

Claims (11)

  1. 분무경(aeroponic) 시스템에서 이식한지 20~40일된 감자 식물을 250~350 ppm 농도의 지베렐린산과 200~300 ppm 농도의 이산화규소를 6~8일 간격으로 3~5회 처리하면서 재배하는 단계를 포함하는 생산량이 증진된 씨감자의 재배방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 생산량이 증진된 씨감자는 괴경 수, 크기 및 생체중이 증진된 씨감자인 것을 특징으로 하는 생산량이 증진된 씨감자의 재배방법.
  6. 삭제
  7. 분무경(aeroponic) 시스템에서 이식한지 20~40일된 감자 식물을 250~350 ppm 농도의 지베렐린산과 200~300 ppm 농도의 이산화규소를 6~8일 간격으로 3~5회 처리하면서 재배하는 것을 특징으로 하는, 씨감자의 생산량을 증가시키는 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 250~350 ppm 농도의 지베렐린산과 200~300 ppm 농도의 이산화규소를 유효성분으로 함유하는 분무경(aeroponic) 시스템에서 씨감자의 생산량을 증가시키기 위한 조성물.
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