결과및고찰
Fig. 2에서 보는 바와 같이, 발근제 처리에 의해 뿌리 생장을 유도하는 관행 토경재배 방식에 비해 단일 또는 혼합 LEDs 광원을 채택한 인공광 식물공장 시스템에서 수경방식으로 재배하는 것이 삽수 유래 대마 V1과 V4 유묘의 지상부와 지하부생장 촉진에 유리할 것으로 판단되었다. 관행 재배방식과 달리 토양 유래 병해충 억제 및 재배관리 편의성 등을 고려하여 일반 토양을 사용하지 않고 우레탄 스펀지를 작물 지지체로 이용하여 수경재배한 결과 상토 표면의 녹조 발생이나 뿌리혹파리와 같은 병충해는 관찰되지 않았다. 재배기간동안 조사광질을 달리한 식물공장 조건에서 6주간 수경재배한 삽수 유래 대마 V1 유묘의 초장은 적색의 단일 LEDs를 조사한 R구에 비해 청색의 단일 LEDs을 조사한 B구, 적청 또는 적청백의 혼합 LEDs를 조사한 BR구 및 BRW구에서 통계적으로 유의하게 증가하였다(Fig. 3). B구, BR구나 BRW구에서 V1 대마 유묘의 초장은 개체당약 38~39cm까지 증가하였으며 R구에서 32cm, 대조구인 FL구에서 약 35cm로, B구, BR구 또는 BRW구에서 R구 대비 19% 이상 증가하였다. 또한 초장신장이 관찰된 B구, BR구 또는 BRW구 간에는 통계적인 유의성이 없는 것으로 나타났다. Wannida 등(2024)은 청색의 단일광질뿐만 아니라 원적색의 단일광질 조사에 의해 대마 삽수의 줄기 신장이 촉진된다고 보고하였다[8]. 선행 연구 결과에서 언급한 바와 같이, 청색이나 원적색의 단일광질 조사에 의한 줄기신장 효과는 광질처리전 삽수가 가지고 있던 마디수 증가에 의한 줄기신장 촉진이 아닌 마디의 길이신장을 의미하는 것으로, 본 연구조건에서는 마디수의 증가에 의한 줄기신장이 단일광질이 아닌 적색과 청색의 혼합광질에 기인한 것으로 판단되었다. V4의 초장은 혼합광 처리구인 BR구에서 약 45 cm로 최대였으며 V1과 달리 BRW구에서는 초장신장이 억제되었다. BR구에서 V4 품종의 초장은 대조구인 FL구 대비 5% 이상, BRW구 대비 80% 이상 유의하게 증가한 것을 알 수 있었다. V1과 V4 품종에 있어서 초장신장은 다른 처리구에 비해 BR구와 FL구에서 V1 품종 대비 V4에서 촉진되는 것으로 보아 광질처리 효과는 대마 삽수 품종에 따라 달라질 수 있음을 알 수 있었다.
V1과 V4 품종의 마디수는 초장신장과 마찬가지로 BR구에서 통계적으로 유의하게 증가하였는데, 다른 처리구와 달리 BR구에 있어서 마디수 증가는 마디의 종축생장에 의한 초장신장이 아닌 마디수 증가에 기인한 것으로 판단되었다(Fig. 3). BRW구에서 초장은 V1에 비해 V4에서 감소하였으며 V1과 V4의 마디수에는 유의한 차이가 없었다. V1 품종의 마디수는 R구 대비 BR구에서 100% 이상 증가하였으며 단일광 처리구인 B구나 R구에서는 BR구에서와 달리 V4보다 V1에서 마디수가 증가하였고 BRW구에서는 품종간 유의한 차이는 관찰되지 않았다.
한편 V1 분지수는 초장신장이나 마디수 증가에서와 같이 적청 혼합 LEDs 조사구인 BR구에서 최대였으며 단일광 조사구인 R구에서 최소로 나타났다(Fig. 4). 삽수 재배개시 6주차 BR구에서 V1의 분지수는 10.9개로 R구 대비 65%, 대조구인 FL구 대비 49%, BRW구 대비 13% 이상 유의하게 증가하였다. V1에서와 같이 V4의 마디수는 BR구에서 13.5개로 최대였으며 분지수 증가가 최소인 R구 대비 125%, BRW구 대비 60% 증가하였다. BR구에서 V1과 V4 품종간 분지수 증가 경향을 비교한 결과 V4에서 약 24% 증가하는 것을 알 수 있었다. 온실이나 노지에 비해 비교적 광강도가 낮은 조건에서 작물을 재배하는 식물공장에서는 광강도 이외에 작물의 종류나 생육단계에 따라 작물 생장에 미치는 광질의 영향이 다양하게 나타난다. 일부 연구 보고에 의하면 식물공장 조건에서 수경재배한 엽채류의 엽장이나 분지수 증가는 광질보다 광강도에 의해 좌우된다고 한다[9]. 본 연구에서와 같이 광강도가 동일한 조건에서 대마 V1과 V4의 분지수 증가는 광강도의 영향보다 적색과 청색의 혼합광질의 영향을 받은 것으로 판단되었다. 온실이나 노지에서 작물재배시 조사 광강도는 전력소모량 및 냉방 부하를 감소시키기 위하여 광강도를 일정 수준으로 제어하는 식물공장에 비해 높기 때문에 광질 및 광강도의 차이뿐만 아니라 온도나 강우, 습도 등 외부 환경요인도 엽수, 분지수 증가 등 작물의 지상부 생장에 영향을 미쳤을 것으로 생각되었다.
삽수에서 발달한 잎의 색소형성 지표인 SPAD 측정치를 조사한 결과 V1과 V4 두 품종 모두 단일 LEDs 조사구인 B구나 R구에 비해 FL구, BR구 및 BRW구에서 증가하는 경향을 보였다(Fig. 4). 특히 SPAD 측정치는 R구에서 최소인 것으로 보아 적색의 단일광질은 대마 엽내 색소합성을 억제하는 요인으로 작용한 것을 알 수 있었다. 이에 반해 FL구와 BRW구에 있어서는 V1 품종의 색소형성이 촉진되었으며 두 처리구간 유의성은 인정되지 않았다. 대조구인 FL구에서의 색소합성능의 경우 다른 처리구와 달리 품종에 의한 유의한 차이는 없는 것으로 나타났다. 반면에 초장신장, 마디수 및 분지수 증가에 유의한 영향을 미친 혼합 LEDs 처리구인 BR구나 BRW구에서는 품종간 색소합성능에 차이가 관찰되어 V1 대비 V4에서 SPAD 측정치가 유의하게 증가하였다. V4의 경우 V1과 마찬가지로 FL구와 BRW구에서 색소합성능이 최대였으며 두 처리구 간에는 유의성이 인정되지 않았다. BR구에서 대마 신선엽내 색소합성능은 광질뿐만 아니라 품종에 따라 상이한 결과가 관찰되었는데 BR구의 경우 V1 대비 V4에서 SPAD 측정치가 13% 이상 증가한 것으로 나타났다. FL구 및 BRW구에서 수경재배한 V1의 SPAD 측정치는 R구 대비 24% 이상 유의하게 증가하였고 V4에서도 색소형성능이 억제된 R구 대비 FL구 및 BRW구에서 30% 이상 증가하였다. 광질이 상이한 재배조건에서 대마 지상부의 양적생장과 단백질이나 전분 합성과 같은 질적생장 향상은 정의 관계를 나타낸다고 한다[18]. 이와 같은 연구 결과는 온실조건에서 산업용 대마 토경재배시 상이한 광질 처리에 의해 작물의 양적생장 촉진과 함께 작물체 내 단백질 합성량이 증가한다는 연구에서도 언급되었다. 또한 본 연구에서와 같이 단일 광질 이외에 형광등이나 혼합광질 조건에서 대마 삽수를 수경재배하면 수경재배 실생묘에서와 같이 엽수, 분지수, 마디수 증가 등의 양적생장 증가와 더불어 대마의 색소합성능 또한 증가하는 것을 확인하였다[6].
초장, 마디수 및 분지수 증가와 마찬가지로 재배개시 6주차 대마 삽수 V1과 V4의 줄기 비대는 적색과 청색 혼합 LEDs 광질의 영향을 받은 것을 알 수 있었다. V1의 줄기직경을 측정한 결과 FL구, R구 및 BRW구에서 최소값을 보였으며 이들 처리구간 유의성은 인정되지 않았는데 BR구에서 V1의 줄기직경은 다른 처리구에 비해 100% 이상 유의하게 비대하였다. V4의 줄기직경은 BR구 > B구 ≒ BRW구 > FL구 > R구 순으로 증가하였는데, V1과 마찬가지로 BR구에서 8.9 mm로 줄기직경이 최대였다. 적색과 청색의 혼합 LEDs 조사구에서 V4의 줄기직경은 대조구인 FL구에 비해 117%, R구에 비해 134% 증가하였다. 동일한 광질 조건에서도 V1과 V4의 줄기직경은 R구를 제외한 모든 처리구에서 품종간 차이를 보여 V1 대비 V4 품종에서 줄기비대가 유의하게 촉진되었는데 BR구의 경우 V4의 줄기직경은 V1 대비 20% 이상 증가한 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터 식물공장 조건에서 관행 엽채류 재배용 배양액을 공급하면서 대마 삽수 V1과 V4를 수경재배하는 것이 삽수에 발근제를 도포하는 관행 방식의 토경재배에 비해 삽수 유래 유묘 생산에 유리할 것으로 생각되었다. 또한 식물공장 조건에서 조사 광질에 따라 품종간 생장차이가 발생하여 V1에 비해 V4 유묘의 수경 생장이 촉진되는 경향을 확인하였다. 본 연구에서는 대마 삽수를 채취한 후 온실과 같은 시설이나 노지에서 토경재배로 생산하는 관행의 재배방식을 채택하여 유묘 생장을 비교하는 실험은 수행하지 않았다. 그러나 식물공장 조건에서 삽수 유래 대마 유묘의 생장은 동일한 광질처리에도 불구하고 토경재배 방식에 비해 수경재배 조건에서 촉진된 것으로 보아 온실이나 노지에서 유묘를 생산하는 관행방법보다는 토경재배방식을 채택하더라도 인공광 식물공장 조건에서 수경재배하는 것이 유묘 생산에 유리할 것으로 생각되었다. 또한 본 연구에서는 대마 수량 및 취급 제한 등에 의해 단일광질, 혼합광질, 혼합광 조사구의 혼합비율이나 재배방식별 생장 차이 이외에 작물체 내 CBD나 THC와 같은 기능성 성분 합성에 대한 검토가 이루어지지 않았다. 적색과 청색의 LEDs 혼합비율을 달리하여 대마 실생묘를 재배할 경우 적색의 비율을 낮게 제어한 조사구에서 생장 및 CBD 합성이 촉진된다는 연구사례에서 알 수 있듯이[13] 본 연구에서 공시한 적색과 청색의 혼합광 조사에 의한 양적생장의 차이로부터 상기 물질 이외 기타 기능성 성분 합성량에도 유의한 차이가 있을 것으로 생각되었다[21,22,25]. 수경재배방식을 채택하는 식물공장 시스템에서 다양한 원예작물을 재배한 연구 결과에 의하면 삼채와 같은 약용작물의 경우 노지나 시설 내 토경재배방식에 비해 작물의 연중 생산뿐만 아니라 항당뇨, 면역 등에 영향을 미치는 기능성 물질 등 이차대사산물 합성량은 특정 광질이나 광강도 등 제어된 환경요인에 의해 좌우된다고 한다[5,9,10,11,12,19].
본 연구를 통하여 얻어진 광질별 삽수 유래 대마 유묘의 생장 특성을 기반으로 식물공장 조건에서는 발근제나 생장조절제, 살충제와 같은 물질을 처리하지 않고도 삽수 유래 대마 유묘를 수경방식으로 연 52주 기준 8회 이상 생산할 수 있을 것으로 기대된다. 식물공장 조건에서 적청 혼합광질은 대마 삽수, 실생묘나 엽채류 이외에 과채류인 딸기 러너의 근권 형성에 유의한 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다[14]. 대마 삽수의 경우 결과로 제시하지는 않았으나 재배기간 중 근권 형성을 육안으로 관찰한 결과 관행 토경재배에 비해 삽수 정식 4주차 대마 유묘의 근권 형성이 양호하다고 판단되었다. 이로써 V1과 V4 대마 유묘 생산기간을 2주 단축하여 연 13회 삽수 유래 대마 유묘를 안정적으로 생산할 수 있을 것으로 기대된다. 대마 작물체 내CBD와 같은 의료소재 물질은 주로 어린 잎이나 미수정 암꽃에 다량 함유되어 있기 때문에 금후 광질의 혼합비율, 담액이나 분무경 등 수경방식 등에 따른 유묘 잎의 물질 합성능의 차이에 대하여 조사하고 관행 방법에 의해 생산된 유묘와의 비교·검토를 통하여 삽수 유래 대마 건전유묘 수경재배기술을 확립하고자 한다.
Data Availability: All data are available in the main text or in the Supplementary Information.
Author Contributions: Conceptualization, TH Kim; and methodology, JM Lee and JH Baek, TH Kim and JW Heo; writing-review and editing. All authors have red and agreed to the published version of the manuscript.
Notes: The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgments: This study was funded by a research program (PJ01728501) of Rural Development Administration (RDA), Republic of Korea.
Additional Information:
Supplementary information The online version contains supplementary material available at https://doi.org/10.5338/KJEA.2024.43.26
Correspondence and requests for materials should be addressed to Tae-Hyun Kim.
Peer review information Korean Journal of Environmental Agriculture thanks the anonymous reviewers for their contribution to the peer review of this work.
Reprints and permissions information is available at http://www.korseaj.org
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