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ISSN : 1225-5009(Print)
ISSN : 2287-772X(Online)
Flower Research Journal Vol.30 No.4 pp.184-193
DOI : https://doi.org/10.11623/frj.2022.30.4.03

Analysis of Growth and Leaf Color Changes of Sedum album cv. Athoum according to the Spectral Power Distribution of Several White LEDs
몇 가지 백색 LED의 분광분포에 따른 흰꽃세덤 ‘아툼’의 생장과 엽색 변화 분석

Jae Hwan Lee1,2, Sang Yong Nam1,2*
1Department of Environmental Horticulture, Sahmyook University, Seoul 01795, Korea
2Natural Science Research Institute, Sahmyook University, Seoul 01795, Korea

이 재환1,2, 남 상용1,2*
1삼육대학교 환경원예학과
2삼육대학교 자연과학연구소
* Correspondence to Sang Yong Nam Tel: +82-2-3399-1732 E-mail: namsy@syu.ac.kr
25/10/2022 09/12/2022

Abstract


Sedum album is a succulent species that has a creeping growth habit and blooms in groups in its native habitat. S. album is known to produce many flavonol glycoside compounds that are useful in the pharmaceutical industry. This succulent also has a high resistance to abiotic stressors and is thus widely used in green roof systems. Aside from its medical use, it has the potential as an ideal ornamental indoor plant due to its high vitality and unique appearance. However, in order to be utilized as an indoor plant, a suitable light quality for the succulent is deemed necessary. In this study, commercially available 3000, 4100, and 6500 K white T5 LEDs were used as artificial light sources to determine the growth and leaf color changes of S. album cv. Athoum. Results indicated that the plant sizes, i.e. shoot length, shoot width, ground cover, root length, and the number of branches, were significantly increased when grown under 4100 K white LED treatment. Likewise, the fresh weight and moisture content of plants increased in 4100 K white LED, however, the dry weight increased in 3000 K white LED. Among CIELAB color values, L* value (lightness), was highest in 4100 K white LED, which may be attributed to the expansion of cells due to the high moisture content of plants or the development of epicuticular waxes. The CIE76 color difference (ΔE*ab) was found highest between 4100 and 6500 K white LED treatments, with ΔE*ab = 5.51. Upon RHS values analysis, all treatment groups were determined to be in color groups N137A and 147A. Based on the results, it is recommended to use 4100 K white LED for the purpose of selling large-sized succulents or to improve its ornamental value. On the other hand, when extracting secondary metabolites for medicinal purposes, it is recommended to use 4100 K white LED for fresh plants, and 3000 K white LED for dried by-products.




흰꽃세덤(Sedum album)은 포복성으로 자라며 무리 지어 개화하는 특성을 가진 다육식물의 일종이다. 흰꽃세덤은 의약 품에 사용될 수 있는 플라보놀 배당체(flavonol glycoside)를 많이 생산하는 것으로 알려져 있다. 뿐만 비생물적 스트레 스 요인에 대해 강한 저항성을 가지고 있고 옥상녹화 시스템 (green roof systems)에 많이 사용되는 식물이다. 흰꽃세덤 은 강인한 생명력과 특이한 외형을 기반으로 실내에서 관상식 물로 사용될 수 있는 잠재력도 가지고 있다. 그러나 흰꽃세덤 이 실내식물로써 활용되기 위해서는 생장에 적합한 광질이 구 명되어야 한다. 이에 따라 본 실험에서는 인공광원으로 시중 에 상용으로 판매되고 있는 3000, 4100, 6500K 백색 T5 LED를 사용하였으며 식물은 흰꽃세덤의 우량종인 ‘아툼’(S. album cv. Athoum)을 선발하여 본 실험에 적용하였다. 결과 적으로 초장, 초폭, 피복면적, 근장, 분지의 개수와 같은 식물 의 크기를 나타내는 지표는 4100K 백색 LED 처리구에서 크 게 증가하는 것으로 나타났다. 식물의 생체중과 수분함량은 4100K 백색 LED에서 증가하였으나 건물중은 3000K 백색 LED에서 증가하는 것으로 나타났다. CIELAB 중 명도를 나타 내는 L*은 4100K 백색 LED에서 가장 높게 나타났는데 이는 식물의 높은 수분함량으로 인한 세포의 팽창 혹은 에피큐티큘 러 왁스층(epicuticular waxes)의 발달로 추측되었다. CIE76 color difference(ΔE *ab)는 4100K 백색 LED 처리 구와 6500K 백색 LED 처리구 간에 ΔE*ab=5.51로 가장 크게 나타났다. RHS 분석에서는 모든 처리구가 동일하게 N137A, 147A로 평가되었다. 결론적으로 식물을 판매하거나 관상가치 를 향상시킬 목적으로 식물의 크기를 유의미하게 증대시키고 자 하는 경우 4100K 백색 LED를 사용할 것을 권고한다. 한 편, 살아있는 식물체를 약용으로 사용하거나 2차 대사산물을 추출하고자 하는 경우 4100K 백색 LED의 사용을 권고하며 말린 식물체를 활용하고자 한다면 3000K 백색 LED를 사용 할 것을 권고한다.


CIELAB , color difference , Crassulaceae , growth evaluation , light quality , succulent

CIELAB , 색차분석 , Crassulaceae , 생장평가 , 광질 , 다육식물

초록

    서 언

    국내에서 돌나물속이라고 불리는 Sedum속은 돌나물과 (Crassulaceae)에 속해 있는 50여개의 속 중 하나로 전세계 의 걸쳐 420여종이 분포하는 것으로 알려져 있다(RBGK and MBG 2022). 돌나물속 식물의 대다수는 북반구에서 널리 자 생하며 일부 종들은 아프리카나 남아메리카 등의 남반구까지 퍼져 있다. 이 중 흰꽃세덤(Sedum album)은 포복성으로 자라 며 흰색 꽃이 무리 지어 개화하는 것이 특징이다.

    일반적인 식물들과 달리 대다수의 돌나물속을 포함한 다육 식물은 토양 수분조건이 양호할 때 C3나 C4 광합성을 하고 건 조하고 생육이 불리한 환경에서는 CAM(Crassulacean acid metabolism)이라 불리는 돌나물형 유기산 대사를 하는 것이 특징이며, 흰꽃세덤도 이와 같은 특징이 있는 것으로 나타났 다(Wai et al. 2019). 흰꽃세덤은 내한성이 우수하여 USDA hardiness zone의 3a(-40°C)에서 8b(-6.7°C)까지의 범위까 지 노지재배가 가능하며(WOS 2022), 과거 몇 가지 연구에서 옥상녹화 시스템(green roof systems)에 흰꽃세덤을 적용 하는 시도가 있었다(Kim et al. 2005;Kim et al. 2010;Starry et al. 2014;Zhao et al. 2012). 그뿐만 아니라 흰꽃 세덤은 지피식물로써 유용한 가치가 있는 것으로 나타났으며 (Kim and Huh 2015), 밀원식물과의 혼식 시 밀원식물의 활력과 토양 수분함량에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나 타났다(Matsuoka et al. 2019). 또 과거 연구에서 흰꽃세덤 은 의약품으로 사용 수 있는 여러 플라보놀 배당체(flavonol glycosides)를 생성하는 것으로 나타나 약용식물로써의 잠재 력 또한 지니고 있는 것으로 나타났다(Wolbis 1989). 흰꽃세 덤의 외형적인 측면에서는 일반적인 관상식물과 차별화된 도 란형의 구슬과 같은 두꺼운 잎을 가지고 있고 약간의 적색과 진한 녹색이 섞여 있는 엽색을 띠기 때문에 관상가치 또한 높 다. 다육식물의 특성상 관수주기가 상대적으로 길고 관리요구 도가 낮아 재배자의 관리피로도가 높지 않아 흰꽃세덤을 실내 관상식물로 적용하는 것은 어렵지 않을 것으로 생각된다.

    지속가능성(sustainability)은 소규모화 된 실내 재배 시스 템에서 가장 중요한 요인으로 물, 비료, 에너지 등 모든 재배요 소의 최적화를 통해 개선할 수 있다(Loconsole et al. 2019). 이런 면에서 LED(light-emitting diode)의 사용은 태양광을 대체할 수 있다는 점 때문에 실내재배에 유리하다. LED를 사용 하면 기존에 사용되던 형광등이나 나트륨등에 비해 훨씬 효율 적이며, 에너지 소비를 크게 줄이면서 광도와 스펙트럼을 세밀 하게 조절할 수 있기 때문에 편리하다(Loconsole et al. 2019). 가시광선 영역에서 청색 및 적색 파장은 chlorophyll a와 b로부터 가장 효과적으로 이용되며 광합성에 많은 기여를 한다(Terashima et al. 2009). 청색 파장은 식물의 스트레스 방어 기작, 기공개폐 등에 관여하고 적색광은 색소의 발현, 눈 꽃 분화, 종자 발아에 관여한다(Mitchell and Sheibani 2020;Shimizu 2016). 과거 녹색 파장은 엽록소에서 흡수율 이 낮다고 알려져 실내 재배에서 그 사용 빈도가 낮았으나 (Park and Oh 2021), 녹색 파장의 높은 투과율이 엽육조직의 내부까지 침투가 가능하여 잎에서의 광화학적 효율을 증대시킬 수 있다고 보고하였다(Terashima et al. 2009). 백색 LED는 단색 LED에 비해 상대적으로 저렴하여 식물공장이나 실내재배 에서 많이 사용되고 있다(Park and Oh 2021). 백색광이 식물 의 생장을 촉진하는 것에 있어 적색, 청색광과 비교했을 때 효 율이 비슷하거나 그보다 더 효과적인 것으로 나타났다(Massa et al. 2008). 과거 연구에서 적색, 청색뿐만 아니라 녹색의 LED까지 이르러 단색광만을 단용으로 사용하거나 혼합하여 사 용한 것에 비해 백색 LED에서 식물을 재배했을 때 생장이 더 우수하다고 보고되기도 하였다(Lee et al. 2022b;Park and Runkle 2018;Phansurin et al. 2017). 따라서 식물의 종 마 다 생장에 적합한 광질을 구명하는 것은 중요한 과제다.

    과거 각기 다른 색온도(color temperature)를 가진 백색 LED가 바위솔(Orostachys japonica)과 자질연화바위솔(O. boehmeri)의 생장과 엽색에 어떤 영향을 미치는지에 관하여 분석한 연구가 있었으며(Lee et al. 2022b), 과채류의 균일한 접수와 대목을 생산하기 위한 백색 LED의 적용에 관한 연구 (Hwang and Chun 2022), 다양한 백색 LED를 활용한 이고 들빼기(Crepidiastrum denticulatum)의 생산성 향상에 관한 연구 등이 있었다(Park and Oh 2021). 이처럼 다양한 식물 들의 재배에 백색 LED를 활용한 연구가 수행되었음에도 불구 하고 흰꽃세덤을 포함한 다육식물과 관련된 실내 재배실험은 전무한 실정이다. 앞서 설명한 것과 같이 흰꽃세덤의 여러 유 용성과 가능성을 염두에 두고 실내 재배에 적용하기 위해 백 색 LED를 활용한 생장과 엽색 변화에 대해 분석하고자 한다.

    이에 본 연구에서는 흰꽃세덤의 우량 품종인 ‘아툼’(S. album cv. Athoum)을 실험식물로 공시하였으며 ‘아툼’이 LED를 활용 한 실내재배가 가능한지, 생장과 엽색의 품질 향상에는 어떤 백 색 LED에서 가장 우수한 결과를 나타내는지에 대해 분석하였다.

    재료 및 방법

    식물재료

    본 실험에서 식물재료는 국립농업과학원 농업유전자원센터 의 식물유전자원 중 흰꽃세덤 ‘아툼’(Sedum album cv. Athoum, 유전자원번호 IT317366) 품종을 사용하였다. 그중 실험온실 의 25% 차광수준 하에서 경삽을 통해 번식시킨 것들을 사용 하였으며, 액아가 1cm 이상 발달한 것들 중 균일한 것들을 선별하여 사용하였다.

    실험설계

    실험은 삼육대학교 환경원예학과 실험온실 별관에 위치한 식물생장실험실에서 2022년 2월 15일부터 5월 31일까지 총 15주간 진행하였다. 냉난방장치의 온도를 20±1°C로 설 정하여 일정하게 유지될 수 있도록 조절하였으며, 실험 기간 동안 상대습도는 47.4±13.3%였다. 식물을 재식한 화분은 내경을 기준으로 L48.5×W33×H8cm인 직사각형의 화분 을 사용하였으며 용토로는 마사토, 강모래, 원예용 유비상토 (Hanareumsangto, Shinsung Mineral, South Korea) 그 리고 버미큘라이트(Verminuri, GFC, South Korea)를 4:3:1:2(v/v/v/v)로 혼합시킨 다육식물용 배지를 사용하였다. 액아가 발달된 삽수들은 서로 8×8cm가 되도록 일정한 간격 으로 배치하였으며 관수는 매주 1회씩 1L씩 두상관수 하였다. LED(light-emitting diode)는 크기 1.2m, 20W의 소비전력 을 가진 3000, 4100, 6500K의 각기 다른 분광분포와 색온도 를 가진 상용 백색 T5 LED(Zhong Shan Jinsung Electronic, China)를 사용하였다. 본 실험에서 사용된 각각의 LED가 가지는 분광분포는 Fig. 1과 Table 1에 나타냈다. 명기와 암 기는 각각 12시간이 되도록 설정하였으며 각처리별 광이 교 섭 되지 않도록 구간마다 암막을 설치하였다. 휴대용 분광복 사계(SpectraPen mini, Photon Systems Instruments, Czech Republic)를 사용하여 식물의 정단부를 기준으로 설 정하여 PPFD(photosynthetic photon flux density)를 58μmol m-2･s-1 수준이 되도록 식물체와 LED 간의 거리를 조절하였다. 실험은 완전임의배치법(completely randomized design)으로 5개채 3반복으로 각 처리별 배치하였다.

    조사항목

    각기 다른 색온도를 가진 백색 LED가 ‘아툼’의 생장과 엽 색에 미치는 영향을 조사하기 위하여 초장, 초폭, 피복면적, 근장, 초장과 근장의 비율, 분지의 개수, 생체중, 건물중, 생체 중과 건물중의 비율, 수분함량, CIELAB L*, a*, b*를 조사하였 다. 이때, 초장을 측정할 때는 원줄기의 구부러짐이 없도록 바 르게 편 후 측정하였으며 초폭은 식물체를 수직으로 세워놓고 정면으로 바라볼 때 세로의 길이가 가장 긴 부분을 기준으로 측정했다. 피복면적은 각 식물의 초폭을 제곱하여 2차 분석하 였으며 근장은 식물의 뿌리 중 가장 긴 뿌리의 길이를 기준으 로 하여 측정했다. 생체중은 식물체가 손상되지 않도록 조심 스럽게 세척한 후 밀폐된 공간에서 24시간 동안 자연건조 시 킨 다음 측정하였다. 건물중은 건조기(HK-DO135F, HANKUK S&I, South Korea)를 활용하여 85°C로 설정한 뒤 24시간 동안 가동시켜 식물체를 건조시킨 후 측정하였다. 이때, 식물 체가 가진 수분함량을 알아보기 위해 생체중과 건물중을 대조 하여 2차 분석하였으며 이는 식(1)과 같다.

    χ = [ ( A − B ) / A ]   ⋅   100
    (1)

    (χ 는 수분함량, A는 생체중, B는 건물중을 나타낸다)

    엽색의 평가를 위한 CIELAB 색공간(color space) 좌표 의 측정은 Lee et al.(2022a)의 측정 방식을 참고하여 분광 광도계(CM-2600d, Konica Minolta, Japan)를 CIELAB D65/10°로 설정한 뒤 측정하였으며 엽색은 식물별로 각각 무작위로 고른 잎들을 3회씩 측정하여 정반사광(SCI)이 포함 된 CIELAB L*, a*, b* 값을 얻었다. 다양한 백색 LED가 ‘아 툼’의 엽색에 미치는 영향들을 비교하기 위해 3000K 백색 LED를 참조1(reference 1)로, 4100K 백색 LED를 참조 2(reference 2)로, 6500K 백색 LED를 참조3(reference 3) 으로 설정하였으며 이를 토대로 각각의 처리 간 색차에 대한 결과 값을 나열하였다. 이때, CIE76 color difference(Δ E*ab)에 관한 식(2)은 다음과 같다(CIE, 2004).

    Δ E a b * = ( L 2 * − L 1 * ) 2 + ( a 2 * − a 1 * ) 2 + ( b 2 * − b 1 * ) 2
    (2)

    (이때, 본 실험에서 ΔE*ab≤1.5 수준은 색차 없음 혹은 미 세한 색차, 1.6~3.0 수준은 매우 적은 색차 있음, 3.1~6.0 수 준은 적은 색차 있음, 6.1~9.0 수준은 색차 있음, 9.1~12.0 수준은 큰 색차 있음, ≥12.1 수준은 매우 큰 색차 있음 혹은 완전히 다른 색상으로 간주한다)

    RHS 고유번호는 각각의 CIELAB L*, a*, b* 값을 Royal Horticultural Society Colour Chart 시스템(RHSCCS 2022)과 대조하여 각 2개씩 선정하여 엽색의 표준 색상에 대 하여 평가하였다. 마지막으로 각기 다른 색온도를 가진 백색 LED가 ‘아툼’에게 미치는 엽색 변화에 대하여 육안평가하기 위해 Zettl(2022)이 설계한 Converting Colors를 활용하여 CIELAB L*, a*, b* 값을 평가색상(converted color)으로 변 환하였다.

    통계처리

    실험 결과의 분석은 SAS 9.4(SAS Institute, USA)를 사용 하여 분산분석(ANOVA)을 수행하였다. 평균간 비교는 p<0.05 수준의 던컨의 다중검정(Duncan’s multiple range test)으 로 통계분석 하였다.

    결과 및 고찰

    식물의 크기에 미치는 영향

    LED(light-emitting diode)는 형광등과 같이 기존에 사용 되었던 다른 조명들에 비해 에너지 효율이 높고 제어가 쉽다 (Pattison et al. 2018). 과거 몇 가지 연구에서 백색 LED는 적색과 청색의 단색광 LED를 단용으로 사용하거나 혼합하여 사용하는 것에 비해 식물의 생장에 상대적으로 긍정적인 영향 을 미치는 것으로 나타났다(Lee et al. 2022b;Park and Runkle 2018;Phansurin et al. 2017). 백색 LED는 적색, 청색, 녹색과 같은 단색 LED와 보라색 LED에 비해 저렴한 가격에 유통되어 경제적이며 원예에서뿐만 아니라 산업 전반 에서 수요가 존재하기 때문에 언제 어디서든 빠르고 쉽게 구 할 수 있는 것이 장점이다.

    몇 가지 백색 LED가 흰꽃세덤 ‘아툼’(Sedum album cv. Athoum)에게 미친 영향에 대해 육안평가하기 위한 자료는 Fig. 2에 나타내었으며, 각각의 백색 LED는 ‘아툼’의 크기 변 화에 각기 다른 영향을 주었다(Fig. 3). 초장은 4100K 백색 LED 처리구에서 11.32cm로 가장 높게 나타났으며 3000K 백색 LED 처리구에서는 10.08cm로 나타났다(Fig. 3A). 섬기 린초(Sedum takesimense)는 적색 LED나 청색 LED를 혼합 하여 사용했을 때에 비해 백색 LED에서 더 큰 초장을 나타내 었다(Oh et al. 2019). 과거 연구에서 해바라기(Helianthus annuus)는 적색의 단색광 LED 하에서 초장이 가장 낮게 나타 났다(Schwend et al. 2015). 한편, 400~500nm 사이의 청색 파 장은 일반적으로 식물의 생장을 억제시키는데(Cosgrove 1981), 크립토크롬(cryptochrome)이 청색 파장을 수용할 때 식물로 부터 옥신(auxin)이나 브라시노스테로이드(brassinosteroids) 등의 호르몬 생성을 억제시키기 때문이다(Keuskamp et al. 2011;Song et al. 2019). 식물 마다 적색과 청색 파장에 따 른 생장 반응이 다르게 나타나는데 ‘아툼’은 백색광 내에서 적색과 청색 파장의 비율이 약 1.8:1 수준일 때 초장이 증가 되는 것으로 보인다. ‘아툼’의 초폭은 4100K 백색 LED 처리 구에서 2.24cm로 나타났으며 그 뒤로 3000K 백색 LED 처 리구에서 2.05cm로 나타났다(Fig. 3B). 바위솔(Orostachys japonica)은 4100K 백색 LED 처리구에서 가장 높은 초폭 수준을 나타내어 본 실험의 결과와 유사하였다(Lee et al. 2022b).

    ‘아툼’의 피복면적은 4100K 백색 LED 처리구에서 5.06cm2 로 가장 높게 나타나 백색광 내에서 적색 파장과 청색 파장의 비율이 약 1.8:1일 때 극대화되는 것으로 보인다(Fig. 3C). 근 장은 4100K 백색 LED 처리구와 3000K 백색 LED 처리구에 서 각각 5.32, 5.28cm로 나타났다(Fig. 3D). 백색 LED는 고 압 나트륨등이나 적색, 청색 단용 LED 그리고 복합광에 비해 칼리브라코아(Calibrachoa)의 근장에 상대적으로 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다(Olschowski et al. 2016). 식 물의 종류에 따라 적색과 청색 파장의 비율뿐만 아니라 녹색 파장의 존재 유무도 근장에 영향을 미칠 수 있는 것으로 생각 되었다. 한편, 초장과 근장의 비율을 나타내는 S/R ratio에서 는 유의미한 차이가 없는 것으로 나타나 초장과 근장 모두 생 장 조건에 상관없이 그 비율이 거의 비례하는 것으로 보인다 (Fig. 3E). 분지의 개수는 4100K 백색 LED 처리구에서 4.71 개로 가장 높게 나타났으며 그다음으로 3000K 백색 LED 처 리구에서는 4.28개로 나타나 초장, 초폭 그리고 근장과 마찬 가지로 백색광 내에서 적색 파장과 청색 파장의 비율이 약 1.8:1일 때 분지의 형성에 가장 우수한 것으로 판단되었다 (Fig. 3F).

    결과적으로 초장, 초폭, 근장 등 식물의 크기에 관한 품질 지표를 종합적으로 보면 백색광 내에서 적생과 청색의 비율이 약 1.8:1 수준인 4100K 백색 LED 처리구에서 가장 준수했 던 것으로 나타났다. 따라서 식물을 판매하거나 관상가치를 향상시킬 목적으로 식물의 크기를 유의미하게 증대시키고자 한다면 4100K 백색 LED를 사용하여 재배할 것을 권고한다.

    생체중과 건물중에 미치는 영향

    생체중과 건물중 분석은 초장, 초폭, 근장과 같이 식물의 크기를 기반으로 하는 생장 매개변수들에 비해 식물이 생장기 간 동안 얼마나 활발한 동화작용을 했는지 판단하기 위한 객 관적 지표로 사용될 수 있다.

    각기 다른 백색 LED는 ‘아툼’의 생체중과 건물중에 다양한 영향을 미쳤다(Fig. 3). ‘아툼’의 생체중은 4100K 백색 LED 처리구와 3000K 백색 LED 처리구에서 각각 3.45, 3.41g으 로 나타났는데, 6500K 백색 LED 처리구에서 저조하게 나타 난 생체중을 볼 때 생체중은 백색광 내에서 청색 파장에 비해 적색파장에 더 많은 영향을 받는 것으로 보인다(Fig. 4A). 그 러나 한편, 적정 수준 이상의 적색광 파장의 비율은 오히려 식 물의 생체중을 감소시키는 것으로 보인다. 과거 백색 LED를 활용한 과채류 접목 실험에서 백색광 내 적색과 청색 파장의 비율에서 적색 파장이 상대적으로 가장 높은 처리구에서 오이 (Cucumis sativus)의 접수, 수박(Citrullus vulgaris)의 접수와 대목의 생체중이 가장 높게 나타났다(Hwang et al. 2022). 스파티필름(Spathiphyllum)의 미세증식(micropropagation) (Tanaka et al. 2001)과 바나나(Musa × sapientum)의 기내 배양(Nhut et al. 2000)에서 적색과 청색 파장의 비율이 8:2 수준일 때 가장 높은 생체중을 나타내어 높은 비율의 적색 파 장 분포는 일부 식물의 생체중 증가에 영향을 미치는 것으로 보인다. ‘아툼’의 건물중은 3000K 백색 LED 처리구에서 0.18g으로 가장 높게 나타나 백색광 내에서 적색 파장의 비율 이 높을수록 건물중이 높아지는 것으로 생각되었다(Fig. 4B). 무(Raphanus sativus)와 시금치(Spinacea oleracea)는 단용 적색 LED 혹은 적색과 청색광을 혼합하여 사용하는 것 보다 백색 LED 아래에서 더 높은 건물중을 나타내었다(Yorio et al. 2001).

    생체중과 건물중의 비율을 나타내는 F/D ratio는 4100K 백색 LED 처리구에서 21.32로 가장 높게 나타났다(Fig. 4C). 앞서 생체중과 건물중의 비율과 마찬가지로 ‘아툼’의 수분함 량은 4100K 백색 LED 처리구에서 95.3%로 가장 높게 나타 나 백색광 내에서 적색과 청색의 파장이 한 쪽으로 편중된 것 에 비해 상대적으로 균일한 분포를 이룰 경우 많은 수분을 비 축하는 것으로 생각되었다(Fig. 4D). 바위솔과 자질연화바위 솔(O. boehmeri)은 3000, 4100K 백색 LED 처리구에 비해 6500K 백색 LED 처리구에서 가장 높은 수분함량을 나타냈 다(Lee et al. 2022b). 이를 토대로 같은 돌나물과 내에서도 식물마다 수분함량과 관련하여 광질의 영향이 다르게 나타남 을 알 수 있었다.

    몇 가지 백색 LED가 생체중과 건물중에 미치는 영향에 대 하여 분석한 결과 추후 ‘아툼’이 약용식물로써의 사용 등을 이 유로 살아 있는 식물이 필요한 경우 4100K 백색 LED에서 재 배할 것을 권고하며 말린 식물을 이용하는 경우에는 3000K 백색 LED를 사용할 것을 권고한다.

    엽색에 미치는 영향

    과거 1958년에 개발된 Hunter Lab의 몇 가지 한계점으 로 인해 1976년에 등장한 CIELAB는 L*, a*, b*로 표기되어 L, a, b로 표기되는 Hunter Lab와 구분되며 혼용에 주의해 야 한다. 원예학과 관련된 분야에서 CIELAB는 광범위하게 사용되는데 비생물적 스트레스 요인에 따른 엽색의 변화 분석 (Cabahug et al. 2017a;Lee et al. 2021b;Lee et al. 2022c), 식물의 색상 품질 분석(Cabahug et al. 2020;Choi et al. 2014;Gonnet 1993;Park et al. 2021), 유전발현 비교 (Cho et al. 2021), 화훼류의 품질 평가(Kim et al. 2022;Shim et al. 2021;Shin et al. 2022) 등에 사용된다.

    몇 가지 백색 LED에 영향을 받은 ‘아툼’은 다양한 엽색 반 응을 나타내었다(Fig. 5). CIELAB 중 명도(lightness)를 나타 내는 L*은 4100K 백색 LED 처리구에서 35.51로 가장 높게 나타났으며 그다음으로 3000K 백색 LED 처리구에서 34.82 로 나타났다(Fig. 5A). 과거 몇 가지 연구에서 과도한 차광수 준(Cabahug et al. 2017b;Lee et al. 2021b;Lee et al. 2022c)이나 저온(Cabahug et al. 2019)과 같은 비생물적 스 트레스 요인에 의해 L* 값이 증가하는 것으로 나타났다. ‘아 툼’의 엽색에서 L* 값의 증가는 식물체 수분함량의 증가로 인 한 세포 팽창, 다양한 돌나물과(Crassulaceae) 식물들로부터 발견되는 에피큐티큘러 왁스층(epicuticular waxes)의 발달 로 인한 빛 반사가 명도 증가의 변수가 된 것으로 추측된다 (Koch and Ensikat 2008). 적색과 녹색 지표인 a* 는 6500K 백색 LED 처리구에서 –3.21로 가장 높게 나타나 다 른 처리구들에 비해 상대적으로 적색에 조금 더 가까운 것으 로 나타났다(Fig. 5B). 한편, 황색과 청색 지표인 b*는 3000K 백색 LED 처리구에서 14.98로 가장 높게 나타나 엽색이 다 른 처리구들에 비해 상대적으로 황색에 가까운 것으로 나타났 다(Fig. 5C). b*는 L*과 마찬가지로 과거 몇 가지 연구에서 비 생물적 스트레스 요인의 영향을 받은 식물에게서 높게 나타났 다(Lee et al. 2021a;Lee et al. 2021b;Lee et al. 2022a;Lee et al. 2022c). 그러나 본 실험에서는 이와 반대로 생장 이 건실한 식물의 잎에서 높은 황색도를 나타내었다.

    CIE76 color difference(ΔE *ab)를 활용한 색차 분석에서 각 처리 간 다양한 색차를 나타내었다(Table 2). 색차분석에 서 4100K 백색 LED 처리구와 6500K 백색 LED 처리구 사 이는 ΔE *ab=5.51로 가장 큰 색차를 나타내어 ‘적은 색차 있 음’으로 평가되었고 그다음으로 3000K 백색 LED 처리구와 6500K 백색 LED 처리구 사이는 ΔE *ab=5.43으로 그 뒤를 이어 동일하게 ‘적은 색차 있음’으로 평가되었다. RHS 값을 활용한 분석에서는 세 가지 백색 LED 처리구 모두 N137A, 147A인 것으로 평가되어 동일한 것으로 나타났다. 이에 따라 ‘아툼’의 실내재배 시 비록 사용되는 백색 LED의 종류가 다르 다 하더라도 관찰자로 하여금 엽색에 대해 큰 차이가 느껴지 게 하지는 못할 것으로 생각되었다.

    본 연구의 결과를 종합적으로 평가했을 때 백색 LED를 활 용한 ‘아툼’의 실내배재에서는 식물의 크기를 유의미하게 증 대시키기 위해서는 백색광 내에서 적색과 청색 파장의 비율이 약 1.8:1 수준인 4100K 백색 LED를 사용할 것을 권고한다. 살아있는 식물체를 약용으로 사용하거나 식물의 즙 또는 유용 2차 대사산물의 추출을 목적으로 두는 경우 4100K 백색 LED를 사용할 것을 권고하며 말린 식물을 활용하는 것에 주 안점을 두는 경우에는 백색광 내에서 적색과 청색 파장의 비율 이 약 3.3 수준인 3000K 백색 LED를 사용할 것을 권고한다.

    사 사

    본 연구는 삼육대학교 교내학술연구비 지원과 국립농업과 학원 농업유전자원센터 시설관리비 지원에 의해 수행되었음. 연구에 사용된 식물유전자원 흰꽃세덤 ‘아툼’(Sedum album cv. Athoum, 유전자원번호 IT317366) 품종은 국립농업과학 원 농업유전자원센터로부터 분양받아 활용하였음.

    Figure

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    Relative spectral power distribution of white LEDs with different color temperatures: A) 3000 K white LED; B) 4100 K white LED; and C) 6500 K white LED.

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    Sedum album cv. Athoum grown under several white LEDs for 15 weeks: A) 3000 K white LED; B) 4100 K white LED; and C) 6500 K white LED.

    FRJ-30-4-184_F3.gif

    Plant sizes, ground cover, shoot length/root length ratio, and number of branches of S. album cv. Athoum grown under different white LEDs for 15 weeks. Vertical bars indicate the standard error, asterisks (* and **) indicate significance levels at p < 0.05 or 0.01, respectively. Different lowercase letters indicate significant differences at p < 0.05, NS and same letters suggest no significant differences based on Duncan's multiple range test (DMRT).

    FRJ-30-4-184_F4.gif

    Fresh weight, dry weight, fresh weight/dry weight ratio, and moisture content of S. album cv. Athoum grown under different white LEDs for 15 weeks. Vertical bars indicate the standard error, asterisks (* and **) indicate significance levels at p < 0.05 or 0.01, respectively. Different lowercase letters indicate significant differences at p < 0.05 based on DMRT.

    FRJ-30-4-184_F5.gif

    CIELAB values (L*, a*, and b* ) of S. album cv. Athoum grown under different white LEDs for 15 weeks. Vertical bars indicate the standard error, asterisks (* and **) indicate significance levels at p < 0.05 or 0.01, respectively. Different lowercase letters indicate significant differences at p < 0.05 based on DMRT.

    Table

    Photosynthetic photon flux density (PPFD) values to various white LEDs with different color temperatures.

    Calculated CIE76 color difference (ΔE *ab), RHS values, and converted color of Sedum album cv. Athoum leaves as affected by different white LEDs for 15 weeks.

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