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다육식물은 줄기나 잎이 수분을 많이 함유하고 있는 유 조직, 즉 저수조직이 발달하여 두꺼운 육질을 이루고 있 어 장기간 수분을 공급하지 않아도 생존할 수 있다. 외 형은 일반화시키기 힘들 정도로 품종마다 다양하다. 광은 식물의 탄소동화작용과 생육에 영향을 미치는 중요한 환 경요소 중 하나이다(Ferentions and Albright 2005; Perez- Balibrea et al. 2008). 그리고 광질에 따라서 줄기의 신장, 분지, 개화, 엽색의 반응 등 식물의 형태형성에 관여하는 중요 요인이다(Park 2000). 식물의 잎은 광도의 영향을 크게 받아 형태적 변화와 엽육구조 등에 많은 영향을 받 는다(Salisbury and Ross 1992). 강광에서는 잎이 작고 두꺼워지며, 농녹색을 띠면서 마디사이가 짧고 굵어지며 초장이 작아지고 수량이 증가한다. 약광에서는 잎이 커 지고 얇아지며 줄기는 가늘고 길어진다(Salisbury and Ross 1992). 유색화훼류에서는 안토시아닌 색소의 발현 이 불량하여 품질이 떨어지고 극심한 약광에서는 잎과 초 장도 작아지나 민들레에서 LED 혼합광은 안토시아닌의 함량을 높인다고 하였다(Park 2000; Ryu et al. 2012).
잎의 형태형성과 생육 전 과정을 통하여 광질과 광도 는 중요한 역할을 한다(Kim 2012). 일장은 식물의 개화 반응, 기관의 분화나 발달에 크게 작용한다. 다육식물은 표피와 내부 세포가 높은 광도에도 적응이 되어있으며 온 도가 높고 햇볕이 잘 드는 곳을 선호한다. 진한 녹색을 띠는 몇몇 다육식물은 차광조건에서 더 잘 자라거나 강 한 햇볕보다는 적당한 그늘을 선호한다(Attila Kapitany and Rudolf Schulz 2010). 광의 부족은 다육식물을 가늘 고 길쭉하게 생장시키는데 이는 강한 광을 요구하는 다 육식물들에게서 심하게 나타난다. 대부분의 다육식물은 낮 은 광에서는 정상적인 생장을 할 수 없어 거의 정지되 거나 줄기의 세포가 늘어나 도장하며 매력적인 잎색을 상 실하게 된다. 혁대모양의 잎을 가진 십이지권(Haworthia attenuata), 산세베리아(Sanseveria)와 같은 식물들은 낮은 광 조건에서도 잘 자라지만 크라슐라과(Crassula) 다육식 물은 강한 광이 더 필요하다(Attila Kapitany and Rudolf Schulz 2010).
현재 인공광을 이용한 작물재배(Choi 2003)가 많이 시 도되고 있고 생장촉진재배로 장미, 양란류 등의 화훼, 멜 론, 파프리카, 고추 등의 과채류의 수량증대와 품질향상 을 위한 자연광의 보광역할이 있다. 최근 상추나 청겨자 등의 쌈채류를 인공광만으로 환경을 제어하여 친환경적 으로 생육조절을 하며 재배하는 식물공장 등이 실용화 되 고 있다. 약용작물 기능성 증진 및 수량증대와 과수에서 착색촉진 등에도 인공광이 응용되고 있다(Park et al. 1992).
백열등은 원적색광이 많아 장일식물에 효과가 크지만 작물의 신장생장을 과잉적으로 촉진하고 발열량이 크다 는 단점이 있다. 형광등은 발광효율이 낮고 적색광은 적 으며 청색광이 많은 단점이 있다. 수은등은 강한 청색광 을 가지고 있으나 적색광이 거의 발생하지 않아 적색파 장이 강한 등과 조합하여 광합성촉진 및 장일 식물용으 로 넓은 면적의 조명으로 사용된다. 고압나트륨(HPS, High pressure sodium)등은 시설온실용의 인공광원으로서 빛에너지 효율이 높은 광원 중에 하나로 가시광선에서 더 큰 효과를 스펙트럼 영역이 MH램프 보다 적지만 자연 광에 가까운 특성으로 적색광과 원적색광의 빛을 발산하 여 식물생장과 발육에는 더 효과적이다. 또, 청색 스펙 트럼이 거의 없으므로 영양생장기간 중에 초장을 길게 하 는 효과를 얻을 수 있다(Yang et al. 2005). 메탈할라이 드등(MH, Metal halide)은 방전관에 금속 할로겐화 화합 물을 봉입하여 자연광에 가까운 온화한 백색광을 발산하 므로 식물재배용 광원으로 사용하는데 적합하다. 이것은 수은등이나 나트륨등 보다는 대역폭이 넓지만 청색과 녹 색 및 주황색 대역의 빛이 강하며, 적색 대역은 거의 없 어 육묘용으로 사용이 가능해 국화의 삽목에서부터 개화 까지 계속해서 사용할 수 있는 광원으로 특히 잎의 생 육을 촉진하는 광원이다(Yang et al. 2005).
HPS램프와 MH램프는 등효율은 높으나 각각 청색광과 적색광이 부족하여 식물공장의 근접조명용 단독 광원으 로서는 부적합하다(Kim 1998). 토마토 생육의 보조광원 으로 MH램프, HPS램프, 형광등이 수량 및 생산성을 증 가시키고(Park et al. 2010), 겨울철 저온, 약광기에 HPS 램프로 보광을 하면 토마토의 줄기가 굵고 토마토의 무 게가 증가하는 경향을 보여 수량증가가 가능하다는 연구 결과가 있다(Seo et al. 2009). 장미의 경우 완전제어형 식물공장에서 광원에 따른 생육은 줄기길이, 꽃의 크기 에 영향을 미치는 것으로 나타났다(Lee et al. 2003). LED는 갈륨비소 등의 화합물에 전류를 흘려 빛을 발산 하는 반도체소자로 단일한 광파장을 방출하고 전기 소모 가 적어 농작물의 개화 및 생육조절에 유용하다. 접목선 인장에서 적색LED광은 생육과 고유색 발현에 효과가 인 정되었고(Nam et al. 2010) 적색과 청색 조명으로 미니 염좌는 10%이던 고사율이 거의 나타나지 않는 효과가 있 다고 하였고 유채의 생리활성에도 영향을 미친다고 하였 다(Cho et al. 2008; Song and Song 2012). 현재 LED 적용은 HPS에 비하여 광량이 부족하고 파장을 조 합한 적용이 필요하다. 화훼류에서 디펜바키아와 인도고 무나무의 생육을 촉진시키고(Heo et al. 2010), 금낭화의 화색 및 생육에 영향을 미친다(Lee et al. 2003)는 연구 결과가 있다.
일반적으로 다육식물은 키가 작고 두터울수록 건조에 견디는 힘이 강하고 외형의 변화가 거의 없지만, 엽색은 사계절 내내 변화가 잘 일어난다. 엽색의 변화는 온도와 광의 영향이 가장 크다. 광이 식물에 미치는 영향에 대 한 연구는 많이 진행되어 왔지만 인공광을 이용한 다육 식물의 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 다육식물 시설 재배 시에 품종의 외형적 특징을 변화시키는 광환경에 관 한 연구로써 품종별 인공광 활용에 관한 기초연구가 필요 하다. 본 연구는 광환경에 따라 외형과 엽색의 특징이 잘 변화하는 다육식물 Crassula ovata ‘Hummel’s Sunset’(황 금화월)과 Crassula ovata ‘Gollum’(우주목)을 이용하여 일 장이 짧은 동계기간동안 인공광원을 이용한 보광으로 겨 울철 다육식물의 관상가치를 높이고, 고품질 연중재배를 할 수 있도록 보광광원에 따른 다육식물의 생육과 품질 을 조사하여 인공광원별 효과를 구명하고자 실시하였다.
재료 및 방법
공시식물은 Crassula ovata ‘Hummel’s Sunset’(黃金花 月)과 Crassula ovata ‘Gollum’(宇宙木) 2품종을 경기도 고양시 소재 선인장연구회에서 구입하였고, 각 품종별로 생육상태와 엽색이 균일한 개체로 황금화월은 초장이 5cm, 분지수 3개, 우주목은 초장이 5cm, 분지수 1.5개 인 것을 선발하여 화분직경 10cm인 플라스틱 화분(배 지량 : 300mL/ea)에 수입혼합상토(Sunshine Mix #4, SunGro Inc., USA)로 정식하였다. 실험은 경기도 고양시 소재 경기도농업기술원 선인장연구소 플라스틱하우스에서 2009년 12월부터 2010년 4월까지 5개월간 이루어졌다. 하 우스 내 최저온도를 20 ± 2로 온수난방기를 설정하여 유 지관리 해주었고, 처리구별로 서로의 영향을 최소화하며 하우스 내 인공광의 반사율을 극대화하기 위해 은박차광 막을 쳤다. 인공광원은 MH(Metal halide) lamp 400W, HPS(High pressure sodium) lamp 400W, MH + HPS lamp 300W (150W+ 150W), LED(Light emmitting diode) lamp 80W(Red 24 + Blue12)를 다육식물 식물체로 부터 150cm 위에서 조사하였다. 인공광원을 2009년 12월 20일부터 2010년 4월 10일까지 일장이 12시간을 유지하 도록 보광처리를 하였으며, 시험구배치는 완전임의배치법 3반복으로 하였고 반복내에 5개씩 반복을 두어 총 15개 개체를 조사하였다. 생육조사는 보광처리 4개월 후에 초 장, 엽수, 엽장, 엽폭, 마디수, 경경(줄기의 직경), 분지 수를 농촌진흥청 농사시험연구조사기준에 준하여 조사 하였고 잎의 경도, 최대응력, 색도를 측정하였다. 경도와 최대응력(Maximum principle stress)은 디지털경도계(Rheo meter compac-100, Sun Scientific, Japan)를 사용하여 5mm의 원기둥 압축강도측정법으로 측정하였다. 색도는 디지털색도계(Spectrophotometer CM-2600, Konica Minolta, Japan)를 사용하여 Hunter L*, a* ,b* 값을 측 정하였다. 각 처리구별 광도는 spectroradiometer(CS-100, Konica Minolta, Japan)를 이용하여 광원으로부터 식물 체 위에서 수행되었다. 통계분석은 SAS 프로그램 (Statistical Analysis System, V9.1.3, Cary, NC, USA)을 이용하여 분산분석과 처리평균간 비교를 Duncan의 다중검정으로 하였다.
결과 및 고찰
인공보광이 생육에 미치는 영향
겨울철 인공광원별 보광처리가 황금화월(Crassula ovata ‘Hummel’s Sunset’)의 생육특성에미치는 영향은 Table 1 과 같다. 초장의 경우 LED램프 보광이 11.71cm로 가장 컸고 MH램프 보광이 11.36cm으로 두 번째로 컸으며 대 조구는 10.55cm로 가장 작았다. LED램프와 MH램프 보 광은 대조구와 차이가 유의하게 나타났다. 엽수는 대조 구와 보광처리간의 유의한 차이는 없었으나 LED램프 보 광에서 엽수가 63.20개로 가장 많았고, HPS램프 보광에 서 엽수가 56.1개로 가장 적었다. 분지수도 대조구와 유 의성이 인정되지 않았으나 LED램프 보광에서 7.0개로 가장 많았고, MH + HPS 혼합보광에서 6.0개로 가장 적 었다. 엽장, 엽폭, 경경과 마디수는 대조구와 보광처리간 의 유의성이 없었다. Heo et al.(2010)은 청색 +적색 혼 합 LED램프 보광에서 Dieffenbachia amoena ‘Melany’ 의 초장과 전개엽수, 분지수가 증대된다고 하였다, 황금 화월의 생육특성 조사결과도 LED램프 보광이 대조구보 다 초장, 엽수, 분지수 등에서 생육이 가장 증가한 것으 로 나타났다. 반대로 적색광이 강한 HPS램프 보광은 초 장, 엽수, 분지수에서 생육이 억제되는 경향을 보였는데 Lee et al.(2003)은 고무나무의 적색광 처리시 초장이 억 제되었다고 하였다. 황금화월의 생육특성을 고려해보면, 초 장이 짧고 엽수와 분지수가 많은 MH + HPS혼합광이 생 육에는 가장 효과적인 것으로 나타났다. 겨울철 인공광 원별 보광처리가 우주목의 생육특성에 미치는 영향은 Table 1과 같다. 초장은 9.94cm로 LED램프 보광이 가 장 컸고, HPS램프 보광이 8.70cm로 가장 작았다. 대조 구는 9.57cm로 HPS램프 보광과 가장 차이가 많이 났다. 엽수는 HPS램프 보광이 52.47개로 가장 많았고, LED램 프 보광이 40.67로 가장 적었다. 대조구는 49.47개로 HPS램프 보광 다음으로 많았다. 이는 엽수의 증가는 광 질에 영향을 받는다는 Kim(2012)의 보고와 같이 잎은 광 질의 영향이 큰 것으로 나타났다. 엽장은 LED램프 보 광이 5.15cm로 가장 길었고, 대조구가 4.77cm로 가장 짧 았다. 경경은 LED램프 보광이 9.84mm로 가장 두꺼웠고, 대조구가 8.21mm로 가장 얇았다. 엽폭과 분지수는 유의 성이 없었다.
우주목은 외형특성상 초장이 짧고, 엽수가 많은 것이 관상가치가 높다. 따라서, 초장이 짧고, 엽수가 많은 것 으로 조사된 HPS램프 보광이 외형적 특징을 잘 유지해 주는 광원일 것으로 사료된다.
인공보광이 잎의 특성에 미치는 영향
겨울철 인공광원별 보광처리가 황금화월의 잎의 특성 에 미치는 영향은 Table 2, Fig. 1과 같다. 경도에서 유 의성은 없었으나, MH + HPS 혼합보광이 32.33kg • cm2로 가장 컸고, 대조구가 30.19kg • cm2로 가장 작았다. 최대 응력은 MH + HPS 혼합보광이 3.69kg으로 가장 컸고, 대조 구가 3.19kg으로 가장 작았다. 다른 보광처리는 대조구와 유 의차가 없었다. 하지만, 경도와 최대응력에서 MH + HPS 혼 합보광이 크게 나타난 것은 다른 보광처리보다 엽육이 더 단단하고 큐티클층의 파괴장력이 크다는 것으로 판 단된다. 엽색의 조사결과 명도를 나타내는 L값은 유의성 이 없었고, 적색도를 나타내는 a값에서는 뚜렷한 차이가 나타났다. MH램프 보광이 7.51, HPS램프 보광이 2.29, LED램프 보광이 −1.60, MH+HPS 혼합보광이 −4.11, 대 조구가 −6.80으로 MH램프와 HPS램프에서 붉은색이 강 하게 나타났고, LED램프와 MH + HPS 혼합보광, 대조구 에서 녹색이 강하게 나타났다. 황색도를 나타내는 b값은 MH+HPS 혼합보광이 28.04, HPS램프 보광이 27.27, 대 조구가 26.70, LED램프 보광이 22.79, MH램프 보광이 21.59로 MH + HPS 혼합보광에서 가장 황색이 강하게 나 타났고, MH램프 보광에서 가장 황색이 약하게 나타났다. Heo et al.(1997)은 무궁화의 화색에서 높은 R/T ratio를 갖고 있는 적색광은 L값을 감소시키고 a값을 증가시키 며, 화색발현에 촉진적인 작용을 한다고 하였다. 또한, Kim(2006)은 Hedera helis와 Pilea cadierei의 엽색은 높 은 광도에서 L*과 a*값이 높게 나타났다고 하였다. Table 2와 Fig. 1을 보면, MH램프 > HPS램프 > MH + HPS램 프 > LED램프 > 대조구의 순서대로 엽색이 잘 나타났다. 따라서 적색광의 비율이 높고 상대적으로 강광인 MH램 프와 HPS램프를 이용한 보광이 관상가치가 높은 엽색발 현에 효과적인 광원이라고 사료된다.
겨울철 인공광원별 보광처리가 우주목 잎의 특성에 미 치는 영향은 Table 2, Fig. 2와 같다. 경도는 대조구가 245.05kg • cm2로 가장 강했고, LED램프 보광이 209.21kg • cm2로 가장 약했다. 최대응력은 MH+HPS 혼합보광이 1.08kg으로 가장 컸고, MH램프 보광이 0.88kg으로 가장 작 았다.
엽색의 조사결과 명도를 나타내는 L값은 대조구가 37.82로 가장 밝았고, MH램프 보광이 31.45로 가장 어 둡게 나타났다. 적색도를 나타내는 a값을 보면, MH램프 보광에서 7.15로 가장 짙은 적색을 나타냈고, 대조구는 2.64로 MH램프 보광을 제외한 다른 보광처리들과 유의 차가 없었다. 황색도를 나타내는 b값은 MH램프 보광에 서 3.43으로 황색도가 약하게 나타났고, 대조구는 8.26으 로 MH램프 보광을 제외한 다른 보광처리들과 유의차가 없었다. Table 2와 Fig. 2를 비교해보면 MH보광이 대조 구와 다른 보광처리보다 더 어둡고 잎 선단의 색이 강 한 적색을 나타내고 있다. 따라서 다른 처리보다 MH램 프 보광이 우주목의 엽색발현에 많은 영향을 미치는 것 으로 나타났다.
