식물생장 led등에 대한 연구 (빛의 파장별 식물 생장 차이) - 1 서론 및 방법론

빛은 식물 광합성의 주요 에너지원입니다. 식물 성장을 촉진시키기 위해서 반드시 필요한 환경적 요소중에 하나인데요. 이러한 빛의 질과 양, 빛의 주기는 식물세포 조직의 형태 생성과 성장 그리고 기관배양에 있어 굉장히 중요한 역할을 합니다. 식물의 성장은 식물 표면에 도달하는 빛의 색상이나 파장이라 말할 수 있는 빛의 "품질"에 큰 영향을 받습니다. 적색과 청색 조명은 식물의 광합성 작용에서 CO2 동화를 위해 필요한 주요 에너지원으로 이용되므로 식물성장에 매우 중요하다고 볼 수 있습니다. 

 

빛의 스펙트럼 중에서 청색과 적색은 식물성장에 큰 영향을 주는 스펙트럼으로 잘 알려져 있는데요. 대부분의 식물의 색이 초록색인 이유가 여기에 있습니다. 녹색 스펙트럼을 가진 빛의 파장은 흡수를 못하고 오히려 반사하기에 광합성의 효율을 굉장히 떨어트리기 때문입니다. 최근 연구에 따르면 녹색광은 식물의 형태와 신진대사 및 광합성에 미약하게 악영향을 끼친다는 결과도 있었습니다. 따라서 식물 재배를 위한 식물생장등을 선택할시에는 이러한 빛의 스펙트럼 파장을 잘 알아보신 뒤에 구매를 하셔야 합니다.

 

 

형광등, 금속할로겐, 고압 나트륨등 그리고 백열램프는 일반적으로 식물재배에 사용됩니다. 이러한 광원들은 광합성 광자 플럭스 레벨을 높이기 위해서 사용이되나 광합성의 활성화를 위해 필요한 스펙트럼 이외에 불필요한 파장도 포함하고 있습니다. 이러한 기존의 광원들과 비교해 LED 조명 시스템은 스펙트럼의 구성과 크기, 내구성, 수명 등에서 뛰어난 장점을 보입니다. 따라서 제가 앞선 글에서 언급한 바와 같이 LED 조명은 식물 조명 설계에 있어서 이상적인 조명 시스템이라 할 수 있습니다.

 

우리가 흔히 접하는 쌀을 이용해 이러한 LED 조명 시스템의 활용가능성에대한 연구 논문을 소개해드리도록 하겠습니다. Chang-Chang Chen 외 5명이 함께 연구한 Effects of Light Quality on the Growth, Development and Metabolism of Rice Seedings (Oryza sativa L.)이라는 논문인데요.

연구는 쌀을 수경재배하여 다양한 led 스펙트럼을 이용해 쌀의 성장에 대한 차이를 살펴보고 결과를 알아보는데 목적이 있습니다.

 

실험의 방법론 부터 설명해보겠습니다.

실험의 재료는 인디카 쌀의 씨앗(품종 IR1552)을 사용하였는데 이는 대만에서 가장 많이 재배되는 벼 품종 중 하나라고 합니다. 실험에 앞서 이 씨앗을 2%의 sodium hypochlorite으로 20분간 멸균하여 사용하였고, 멸균 후에는 증류수로 세척을 하여 습식 필터가 있는 페트리접시에서 37도, 빛이 없는 상태로 발아를 진행하였습니다. 배양 후 48시간 뒤에 비교적 균일하게 발아한 개체를 선발해 영양액이 함유된 용액을 이용해 재배를 진행합니다.

 

가장 중요한 빛의 파장 조절은 대만 타이페이를 소재로한 GRE에서 설계한 led조명 시스템을 사용하였는데요. 상대적인 에너지의 스펙트럼 분포를 청색(460nm), 적색(630nm) 그리고 녹색(530nm) 영역으로 나누어 이용했습니다. led의 이러한 최대 방출은 클로로필a와 클로로필b의 흡수 최대점과 최대 광합성효율이 일치한다는 가정하에 실험을 진행했습니다. 이러한 파장 별 실험은 무작위로 세번 독립적으로 시행해 실험의 객관성을 더했습니다. 

 

식물 생장은 V3단계에 도달한 14일의 성장한 묘목을 샘플링하여 사용합니다. 각 비커당 3개의 묘목을 두어 광처리를 각각 한 이후에 성장을 분석하는데요. 식물 높이와 뿌리 길이를 측정하여 묘목의 밑에서부터 위에까지의 길이를 측정함은 물론 세번째 잎과 뿌리의 전체 길이를 각 측정하여 샘플을 통계를 내게 됩니다. 

이렇게 측정된 데이터를 활용하여 각 개체의 건강지수를 계산하게 되는데 여기서 건강지수는 줄기직경을 식물높이로 나눈 값으로 사용합니다. 

 

이외에도 엽록소 형광 측정과 카로티노이드, 안토시아닌의 구성, free amino acid와 soluble sugar, 전분들의 구성 비율도 측정해 실험의 객관성을 더하게 됩니다.

  

이번 글에서는 식물생장led의 파장별 식물의 성장에대한 연구를 알아봤는데요. 서론과 방법론을 보면서 연구의 대략적인 개요를 알아보았습니다. 다음 포스팅에서는 위 연구의 결론을 살펴보면서 식물생장의 최적의 파장은 무엇인지 함께 살펴보도록 하겠습니다.