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• 재료 및 방법
• 결과 및 고찰

서 언

 국화(Dendranthema grandiflorum Kitamura)는 대표적인 단일성 식물로 밤의 길이에 반응하여 화아분화하게 된다. 국화는 일장이 짧은 시기에 영양생장을 지속시키고 화아분화를 억제하기 위해 광중단을 한다. 하추국은 일반적으로 여름철에 심야 광중단을 하여 개화를 억제시키는 반면, 추국은 암막을 이용한 단일처리로 화아분화 및 개화를 조절한다. 국화의 화아분화 억제를 위한 광원 및 조도는 품종에 따라 차이가 있지만, 보통 30~40 lux 정도에서 억제효과가 나타나며, 가장 실용적인 조도는 70~80 lux로 알려져 있다.

 국화의 개화조절을 위한 광원으로는 대부분의 농가에서 백열등과 삼파장형광등을 주로 사용하고 있으나, 발열량이 많고 수명이 짧으며 에너지 소비가 많아 농가경영에 부담이 되고 있다. 따라서, 근래에는 위와 같은 단점들을 보완할 수 있는 Light-emitting diode(LED) 광제어 기술이 주목을 받고 있다. 특히 LED는 식물체의 생장 및 형태형성에 필요한 특정 파장역의 광만을 선택적으로 조사할 수 있는 장점이 있어 식물재배용인공광원으로의 이용성이 크게 기대되고 있다. 이에 이와 관련된 실용 연구가 수행되고 있지만 현재까지 농업적으로 이용될 수 있을 만큼 많이 진행되고 있지 않으며, 또한 농가에 관련 기술이 보급화 되지 않고 있다.

 특히 최근 화훼농가는 경영비 증가 및 기상이변에 의한 일조부족 등으로 개화조절에 어려움이 있기 때문에 이를 위한 대안으로 LED의 보광 및 일장효과에 대한 연구가 필요한 실정이다(Heo et al., 2006). 그러나 원예작물에 대한 LED 활용 연구는 유채, 알팔파, 적콜라비 등의 종자발아와 생리활성 연구(Cho et al., 2009; Seo et al., 2009; Yang et al., 2009) 및 고추, 토마토, 상추 등의 우량묘 생산 및 잎들깨 등의 생육 (Eun et al., 2010; Lee et al., 2009; Oh et al., 2011a, b) 등 많은 연구가 진행되고 있는 반면 화훼분야는 장미 삽목과 생육증진(Ku et al., 2011), 금낭화의 생육 및 개화품질(Lee et al., 2003), 시클라멘 개화촉진(Shin et al., 2010), LED 전조시간에 따른 개화반응 등 LED 관련연구가 매우 적고 단편적인 경향이 있다. 따라서 본 연구는 삼파장 형광등, 청색 및 적색 LED, 적/청색 혼합 LED의 전조처리에 따라 국화 품종별 개화조절 및 생육에 가장 효과적인 광원을 알아
보고자 수행하였다.

재료 및 방법

 본 연구는 광원에 따른 국화의 화아분화 억제효과를 보기 위하여 국립원예특작과학원 비닐하우스에서 2010년 겨울에 수행하였다. 시험재료로는 스탠다드 국화 ‘백마’와 ‘신마’ 그리고 스프레이 국화 ‘핑크프라이드’와 ‘일월’을 사용하였다. 광원은 삼파장형광등(556X-D, ALIM Industrial Co., Korea)과 원추형의 적색, 청색단일광원의 LED와 적/청색 혼합 LED(Red LED:Blue LED = 19:5, BLTECH Co., LTD., Korea)를 사용하였다. 광원은 지표면에서 1.2 m 높이에 10 m²  당 1개씩 설치하였다.

 삽수채취용 모주는 화아분화를 방지하기 위해 삼파장형광등을 설치하여 7월 10일부터 삽목일까지 1일 4시간(22:00~02:00)씩 전등조명을 하였다. 삽수는 9월 9일 채취하여 삽수 절단면에 루톤을 분의처리한 후 삽목용토(Sunshine Mix #4, SunGro Horticulture Ltd. Canada)로 충진한 128공 트레이에 삽목하였다. 9월 28일 11 × 11 cm 간격으로 정식하였으며, 11월 2일까지 4시간(22:00~02:00)동안 광중단 처리를 한 후, 11월 3일 소등하였으며, 야간 최저온도는 16 ˚C로 유지되도록 가온하였다.

 시험구 배치는 분할구배치 3반복으로 하였으며, 광원에 따른 생육을 알아보기 위해 단일처리 개시일의 초장과 개화소요일수를 조사하였다. 개화기의 생육특성은 외측 꽃잎이 전개하여 수평으로 되었을 때 지제부에서 절화한 후 절화장, 생체중, 경경, 엽수와 꽃잎수 등을 조사하였으며 이때 경경은 줄기의 중앙부분에서 측정하였다.

 통계분석 및 유의성은 SAS 프로그램(SAS 9.1, SAS institute Inc., USA) Duncan의 다중검정 P = 0.05 수준에서 분석하였다.

결과 및 고찰

 정식 후 36일 동안 일중 4시간 동안 광원별 광중단 처리를 하였으며, 소등을 하기 전 품종별 초기 생육을 조사하기 위해 초장을 조사하였다(Table 1). 스탠다드 국화 ‘백마’의 초장은 형광등 처리가 LED처리보다 짧았다. LED 처리간에 큰 차이는 없었지만, 혼합 LED보다는 적색과 청색 단일 LED에서 초장이 긴 것으로 조사되었다. ‘신마’는 청색 LED에서 초장이 가장 짧았으며, 다른 처리간에는 차이가 없었다. ‘핑크프라이드’는 광원에 따른 차이가 없었으며, 일월은 적색 LED처리가 다른 처리보다 초장이 긴 것으로 조사되었지만 형광등과는 차이가 크지 않았다. 따라서 국화의 생육 초기 초장신장은 품종과 광원에 따라 차이가있지만 공통적으로 적색 LED처리가 다른 광원에 비하여 초장신장에 가장 효과적인 것을 알 수 있었다. 그러나, 화아분화를 억제하기 위해 광중단 처리를 하였음에도 청색 LED처리구의 ‘백마’의 경우에는, 초장이 약 20 cm정도 생육되었을 때 조기발뢰되어 화아분화억제에 효과가 없는 것으로 조사되었다(Table 2 and Fig. 1). 하지만 다른 광원에서는 소등시점까지 조기발뢰가 되지 않았고 ‘신마’와 ‘핑크프라이드’, ‘일월’도소등시까지 조기발뢰가 되지 않았다. 따라서 ‘백마’의 화아분화 억제를 위한 광원으로 청색LED는 적절하지않는 것으로 생각되며, 청색 LED를 제외한 광원은 화아분화 억제에 효과가 있는 것으로 판단된다.

Table 1. Plant height after night break treatment by lighting source in chrysanthemum cultivars.

Fig. 1. Early flower bud differentiation of chrysanthemum ‘Baekma’ according to night break by blue LED (A and B).

 국화의 광원에 따른 소등 후 개화소요일수는 Table3과 같다. 일반적으로 형광등처리가 개화소요일수가 가장 길었으며, 다음으로는 혼합 LED처리에 ‘백마’의 개화소요일수는 혼합 LED처리가 60.1일로 형광등처리 61.0일에 비하여 0.9일 빨리 개화하였지만, 두 처리간에 통계적 유의차가 없었고, 적색 LED처리는 51.7일로 형광등에 비해 9.3일 조기 개화되었지만 화아분화 억제는 가능한 것으로 조사되었다. 청색 LED처리는 Table 2의 결과와 같이 소등전 이미 발뢰하였고, 소등 20.1일 후에 개화하여 화아분화 및 개화 억제효과가 없었다. ‘신마’의 개화소요일수는 혼합 LED처리에서 58.6일로 형광등처리 59.7일보다 1.1일 적었고, 적색 LED처리에서는 54.1일로 5.6일 빨리 개화하였다. 청색 LED처리에서는 소등 33.4일 후에 개화하여 ‘백마’와 같이 청색 LED에 의한 심야 전등조명으로는 화아분화 억제 효과를 볼 수 없었다. 이는 신마도 생리적으로는 소등전에 화아분화되었지만 꽃눈이 육안으로 확인되지 않았기 때문에 나타난 결과로 생각된다.

Table 2. Comparison of plant height affected by blue LED lamp in chrysanthemum cultivars.

Table 3. Days to flowering from short day treatment in chrysanthemum cultivars.

 스프레이 국화 ‘핑크프라이드’와 ‘일월’의 광원에 따른 개화소요일수는 스탠다드 국화 ‘신마’와 같은 경향을 보였으며, ‘일월’이 ‘핑크프라이드’보다 약 5.6-14일 더 소요되었다. 추국인 ‘핑크프라이드’의 개화소요일수는 형광등처리(55.5일)에 비하여 혼합 LED처리시(54.8일) 0.7일, 적색 LED처리시(51.0일) 4.5일 일찍 개화하였으며, 청색 LED처리에서는 소등 22.3일후에 개화하여 약 28.7-33.2일 먼저 개화하였다. 또한 만생추국인 ‘일월’도 형광등처리 65.0일에 비하여 혼합 LED처리에서는 60.4일로 4.6일, 적색 LED처리는 57.5일로 7.5일 조기 개화하였으며, 청색 LED처리에서는 소등 36.3일후에 개화하였다. 이는 Kim et al.(2009)의 결과와 같았으며, 특히 청색 LED 전조시간에 따른 화아분화율은 6시간(24.2%), 4시간, 2시간, 무전조 순으로 낮아진다고 보고하였다. 즉 스탠다드와 스프레이 국화의 화아분화억제는 형광등처리와 혼합 LED처리가 가장 효과적이었으며, 적색 LED처리도 어느 정도 화아분화가 억제가 가능하였지만, 청색 LED처리는 실험에 사용된 품종 모두에서 화아분화억제가 불가능한 것을 알 수 있었다. 위 결과는 및 잎 들깨의 개화조절을 위한 LED처리시 적색 LED처리에서는 개화가 되지 않았던 반면, 청색 LED처리는 개화율이 54%로 보고 된 Cho et al.(2009)의 연구와 유사한 결과를 보였다. 따라서, 청색 LED는 개화촉진 효과가, 혼합 및 적색 LED는 개화억제 효과가 있을 것으로 판단된다(Kim et al., 2009).

 광원에 따른 스탠다드 국화의 개화기 생육특성은 Table 4와 같다. 절화장은 ‘백마’의 경우 형광등과 혼합 LED처리에서 우수하였으며, 각각 86.7 cm와 87 cm로 처리간 차이가 없었다. 청색 LED처리는 광중단처리중에 화아분화에 의해 39.5 cm이었으며 가장 짧았다. 추국인 ‘신마’는 형광등, 혼합 LED, 적색 LED, 청색 LED 순으로 점차 짧아졌다. Kim et al.(2009)의 연구에서도 LED전조시 국화의 초장이 청색 LED처리시 76 cm로 가장 작았으며, 적/청색 혼합 LED 처리에서 87 cm로 가장 긴 것으로 조사된 바있다. 절화중은 ‘백마’의 경우 혼합 LED에서 77.9 g으로 가장 무거웠고, 적색 LED처리와 형광등처리는 68.3 g와 65.7 g으로 통계적 차이가 없었으며, 청색 LED처리는 31.6 g으로 가장 적었다. 그러나 ‘신마’의 절화중은 형광등(115.3 g), 혼합 LED(108.4 g), 적색 LED(106.9 g), 청색 LED(56.9 g) 순으로 ‘백마’와 달리 형광등처리에서 가장 무거웠으며, 처리간에도 유의한 차이가 있었다. 위 결과는 금낭화에 청색 LED 처리시 광합성률, 증산률과 생육 등이 가장 낮았던 결과와 유사하였다(Lee et al., 2003). 경경은 두 품종 모두 절화중과 같은 경향을 보였다. ‘백마’의 꽃목길이는 형광등(4.7 cm), 혼합LED(4.5 cm), 청색LED(4.0 cm), 적색LED(2.5 cm) 순으로 짧아졌으나, 형광등처리와 혼합LED 처리간에 통계적 유의차가 없었다. 그러나 ‘신마’의 꽃목길이는 형광등(2.5 cm), 혼합LED(2.3 cm)와 청색LED(2.3 cm)로 광원에 따른 차이가 없었고, 적색 LED(1.6 cm)가 가장 짧았다. 그러나 ‘신마’에 8월초-9월초 동안 전조한 Cho et al.(2010)의 연구에서는 청색 LED, 백열등, 적색 LED 순으로 조사된 것으로 보아 생육상태는 처리시기에 따라 달라지는 것으로 생각된다. 따라서 LED처리시기에 따른 개화 및 생육특성 조사가 필요할 것으로 생각된다.

Table 4. Growth characteristics of cut-flower affected by the light sources used for night break treatment in standard type chrysanthemum cultivars in winter cultivation.

 스프레이 국화의 광원별 개화기 생육특성 Table 5와같다. 광원별 절화장은 ‘핑크프라이드’의 경우 형광등과 혼합 LED처리시 127.3 cm와 125.9 cm로 통계적인 차이가 없었다. 적색 LED처리는 112.9 cm로 형광등, 혼합 LED처리와 큰 차이를 보이지 않았지만, 청색 LED처리는 64.9 cm로 매우 짧았다. 그러나 ‘일월’의 절화장은 ‘핑크프라이드’와 달리 광원에 따른 차이를 볼 수 있었으며, 혼합 LED에서 110.8 cm로 가장 길었고 형광등처리에서는 105.6 cm, 적색 LED는 93.8 cm로 짧았으며, 청색 LED 처리는 59.5 cm로 가장 짧았다. 절화중은 ‘핑크프라이드’의 경우 혼합 LED에서 139.0 g으로 가장 무거웠고, 형광등과 적색 LED 처리시 각각 129.0 g, 122.0 g으로 두 처리간 통계적 유의차는 없었고, 청색 LED는 조기개화로 인하여 가장적었다. 그러나 ‘일월’에서는 형광등과 혼합 LED처리간에 125.4 g과 125.4 g으로 처리간 차이가 없었고, 적색 LED(110.3 g), 청색 LED처리(63.3 g) 순으로 나타났다.

Table 5. Growth characteristics of cut-flower affected by the light sources used for night break treatment in standard type chrysanthemun cultivars in winter cultivation.

 ‘핑크프라이드’와 일월’ 품종의 경경은 절화장과 같은 경향을 보였으며, 스프레이 국화의 광원처리에 따른 꽃목길이는 청색 LED, 형광등, 혼합 LED, 적색LED 순으로 길었다. ‘핑크프라이드’는 청색 LED처리에서 10.0 cm로 혼합 LED 5.7 cm, 형광등 4.8 cm, 적색 LED 처리구의 3.7 cm에 비하여 매우 길었다. ‘일월’의 꽃목길이는 청색 LED처리에서 4.6 cm로 가장 길었고, 적색 LED처리에서 2.4 cm로 가장 짧았다.

 국화재배시 화아분화억제를 위해 36일간 4시간씩 심야에 조명한 전력소모량은 형광등처리는 792.0 kw를 소비한 반면에 적색과 혼합 LED에서는 234.7 kw로 형광등보다 약 70.4%가 절약되었고, 청색 LED는 293.8 kw로 형광등 대비 37.1%의 전력을 소비하였다 (Table 6). 이는 시클라멘의 겨울철 재배시 LED를 이용하여 광중단 처리를 하면 개화가 촉진되어 에너지를 절감할 수 있다는 보고(Shin et al., 2010)와 같이 국화의 화아분화 억제시에도 혼합 LED를 에너지 소비가 많은 형광등을 대체하여 활용하면 전력 및 생산비 절감이 가능할 것으로 판단된다.

Table 6. Total electric power consumption according to lighting sources..