서론
수직녹화시스템은 개인 공간과 대형 건물의 실내에 쾌적하고 아 름다운 환경을 조성하기 위해 적용되는 벽면녹화방식으로 건축물 내부의 벽면이나 차폐를 필요로 하는 공간 또는 상업적 공간의 이 미지마케팅을 위해 도입되는 사례가 늘어나고 있다(Yang and Cho, 2013; Woo, 2008). 벽면녹화의 색채 계획은 이미지 마케팅 에 있어 중요한 요소이며 식물을 식재함에 있어서 녹색의 채도와 명도의 차이를 고려하여 녹색 계열의 식재를 하는 경우와 3색 이상 의 색채로 다른 형태와 색감을 적용하여 비녹색 계열의 식물식재로 다양한 색채와 양감을 표현하여 장식적 효과를 높이기도 한다 (Yang and Cho, 2013). 이러한 색채 계획의 경향을 따라서 다양한 색상과 무늬를 지닌 무늬 관엽식물의 요구도 증가되었고(Kim and Seo, 2013), 녹색의 단조로움을 보완하기위하여 적색 무늬를 지닌 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’을 실내 수직녹화시스템에 적 용하려는 시도들이 있었으나 무늬가 퇴색되는 경향이 있어 적극적 인 실내 도입이 꺼려지고 있는 실정이다. 수직녹화시스템의 설치현 장을 조사했을 때 희망온도를 설정할 수 있는 난방시스템이나 벽천 등이 함께 시공된 경우가 많아서 온도와 습도는 어느 정도 조절되 고 있었고, 관수의 경우도 자동조절장치로 식재 식물에 맞는 관리 가 되고 있었다. 그러나 실내 광환경의 경우 벽면이나 천장이 유리 로 시공되어 있어서 자연채광조건이 양호한 경우 외에는 대부분 광 도가 10μmol·m-2·s-1 PPFD(photosynthetic photon flux density) 이하로 식물이 웃자라거나 본연의 색상이 유지되지 않아 관상가치 가 잘 유지되지 않는 실정이었다. Seo et al. (2010)은 Epipremnum aureum ‘Marble Queen’과 같은 무늬 식물의 경우 식물 본연의 색 상을 살리기 위해 충분한 빛이 필요한 반면 Aglaonema ‘Siver Queen’은 고광도에서 잎이 타는 경우가 있어 광도의 조절이 필요 하다고 하였다(Choi et al., 2013).
사전 연구를 통해 실내 보편적으로 이용되는 형광등을 이용하여 50cm이내의 거리에서 근접보광했을 때 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’의 생육 적정광도는 60μmol·m-2·s-1이었으나 무늬의 적색발현은 양호하지 못했다(Eom et al., 2013). 빛은 식물의 생장 과 형태형성 및 색소형성 등에 대한 에너지원으로서 뿐만 아니라 조절인자로 작용하고 있다(Fankhauser and Chory, 1997; Choi, 2003). 최근, 특정 파장의 광질이 식물체에 미치는 영향에 관한 연 구와 채소의 기능성 성분 함량을 높이기 위한 부가적인 스트레스 부여에 관한 다양한 연구들이 진행되고 있다(Lee et al., 2010; Kim and You, 2013).
Light emitting diodes(LED)는 낮은 열 산출로 근접보광이 가 능하여 높은 광도를 제공해 줄 수 있고 특정 파장영역의 단색광만 을 선택할 수 있는 장점을 지닌 에너지 효율적인 광원(Yeh and Chung, 2009)으로 광질의 효과를 연구하기에 적합하다. 따라서 본 연구는 사전 실험에서 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’의 생 육 특성이 양호했던 60μmol·m-2·s-1 광도의 형광등과 동일한 광도 로 처리된 여섯 가지 LED에 의한 적색 무늬 발현에 미치는 광질의 효과를 조사하기위해 실시되었다.
연구방법
1. 식물 재료 및 광질 처리
식물 재료는 경기도 고양시 베고니아 농가에서 삽목해서 재배한 근경성 무늬 베고니아(Begonia rex) ‘Harmony’s Red Robin’의 균일한 개체를 선별하기위해 엽장과 엽폭이 모두 6cm 정도 확실하 게 전개된 기준 잎 2개를 포함한 엽수가 5-6장인 식물체 70개를 구 입하였다. 인공토양(Baroker, Seoul Bio Co., Ltd, Korea)을 이용 하여 10cm pot에 처리별로 8 pot씩 식재한 후 큰 잎과 작은 잎을 제 거하여 식물체를 균일화하였다. 광질 처리 전 식물체의 초기 생장 특성은 식물체당 엽수 4±0, 엽병장 2.8±0.2cm, 총엽면적 97.2± 5.4cm2, 잎의 생체중이 3.9±0.2g이었고, 무늬 발현 특성으로 무늬 색상의 명도 L값은 31.1±0.3, 적색도 a값은 18.0±1.5, 황색도 b값 은 3.1±0.5이었다. 무늬 비율은 61.2±1%이었고, 적색 무늬 부위의 색소 함량(mg·g-1)은 전체 엽록소 함량 0.76±0.03mg·g-1, 카로티노 이드 함량 0.05±0.00mg·g-1, 그리고 안토시아닌 함량은 0.017± 0.001mg·g-1이었다.
2013년 4월 26일부터 6월 21일까지 기온 25±4°C, 상대습도 60±5%인 서울시립대학교 실내실험실에서 실시하였다. 실내 자연 광의 유입은 없었으며 형광등을 광원으로 한 실내 광도는 3±2μmol·m-2·s-1이었다. 광처리는 3단 철제 트레이의 바닥에서 60cm 높이에 광원을 설치하여 식물체의 상위 잎 수준에서 측정한 평균 광도가 60μmol·m-2·s-1이 되도록 조절하여 12일장으로 광처리하 였다. 형광등(Osram Delux L 55W, Osram Korea, Korea)과 광 질의 효과를 비교하기 위해 처리된 50cm bar LEDs(SMD 5050-DC12V, 7.5W, SSlighting Co. Ltd, Korea)의 색상과 파장 은 다음과 같다: 백색광(W, 380-760nm), 적색광(R, 625nm), 청
색광(B, 470nm), 녹색광(G, 525nm), 황색광(Y, 590-605nm), 적·청혼합광(RB, R:B=4:1). 광도의 측정은 광도계(Almemo 2890-9, Ahlborn, Germany)를 이용하였고, 처리 광원의 스펙트 럼 분포는 spectroradiometer(PS-300, Apogee, USA)를 이용하 여 측정하였다(Fig. 1).
2. 생육 특성 측정
형광등(F) 및 여러 색상의 LEDs(W, R, B, G, Y, RB) 광질 처리 에 따른 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’의 생육은 8주 후 식물 체 당 엽수, 총엽면적, 엽병장, 잎의 생체중과 건체중을 조사하였다. 엽수는 엽장과 엽폭이 모두 1cm 이상의 잎만을 계수하였다. 실내 수직녹화시스템 등 실내에 도입되는 식물의 생육은 농가에서 생산 성을 확보하기 위해 생장량을 증가시키거나 식물의 생장이 큰 것 보다는 식물체의 상태가 실내 환경조건으로 인해 도장하거나 더 이 상 불량하지 않고 신선도 및 관상가치 유지와 함께 관리가 용이한 관점에서 분석하고 적용되어야 할 것으로 본다(Shon, 2013).
3. 무늬 발현 특성
무늬 비율은 잎의 전체면적에 대한 무늬 면적의 백분율로 각 처 리 당 10개의 잎을 채취하여 컬러레이저복합기(CLX-3175WK, Samsung, Korea)로 스캐닝하여 실체 크기로 인쇄한 후 엽면적과 무늬면적을 구분하였고 엽면적기(LI-3000A, Li-Cor Inc., USA) 를 이용하여 측정하였다.
무늬 색상은 광질처리 8주 후 상위 3-4번째 완전히 전개된 잎의 적색 무늬 부위를 색차색도계(CR-10, Minolta Co., Japan)를 이 용하여 측정한 후 L, a, b 평균값을 Photoshop CS5 (Adobe, USA) 를 이용하여 색상으로 변환한 색상차트와 적색발현을 대표하는‘a’ 값(Lee et al., 2010)을 비교하였다.
4. 색소 분석
각 처리에서 광질의 영향을 가장 많이 받은 최상위로부터 3-4번 째까지의 신엽 중 완전히 전개된 잎의 적색 무늬 부위를 재료로 엽 내 색소 함량을 4반복으로 조사하였다. 전체 엽록소 및 카로티노이 드 함량은 Wellburn(1994)의 방법으로, 전체 안토시아닌 함량은 Murray and Hackett(1991)의 방법으로 분광광도계(UV-2450, Shimadzu Co., Japan)를 이용하여 666, 653, 530, 470nm 파장에 서 흡광도를 측정하였고, mg·g-1 FW로 표시하였다(Im, 2010).
결과 및 고찰
1. 생육 특성
엽수의 경우 사전실험 결과 생육 특성이 양호했던 형광등에 비 해 LED 적·청혼합광, 청색광, 백색광에서 양호하였으나 적색광. 녹색광, 황색광의 경우 기존엽은 노화되어 고사하였으나 신엽이 잘 생성되지 않아 엽수가 감소되었다. 엽병장의 경우 광질 간에 차이 가 없었다. 식물체당 총엽면적, 잎의 생체중과 건체중 모두 LED 적·청혼합광, 백색광, 청색광과 형광등에서 양호했다(Table 1). 분 지가 잘되어 엽수가 많은 것은 긍정적이라 볼 수 있지만 엽병장이 지나치게 길거나 웃자라는 것은 관상가치 면에서 오히려 단점이 될 수 있다. 측지발생이 적고 잎의 크기가 작으며 초장이나 엽장이 지 나치게 길어 잎이 늘어지는 것도 관상가치가 저하되는 것으로 평가 된다(Ro et al., 2003). 이러한 관점에서 볼 때, 양적 생장은 엽수가 많고 엽면적이 넓으며 엽병장이 짧아서 조밀한 형태의 식물체가 관 상가치가 높은 것으로 판단된다. 빛은 식물의 생장과 분화 발달을 조절하는 중요한 환경요인으로 하나의 신호로 작용하며 광질에 따 라 다른 생장 반응을 보인다. 적색광과 원적색광을 흡수하는 phytochrome과 청색광을 흡수하는 cryptochrome 및 phototropin 등 광수용체들은 빛에 의해 발생되는 다양한 광형태형성을 조절한 다(Lee et al., 2011). 광질에 의해 조절되는 광화학반응에 따라서 세포 내 광 신호를 확인하고 전달하는 광 방사의 다른 시너지적 상 호작용에 의해 조절되므로 식물에 따라 다양한 생장반응을 나타내 는 것으로 보인다(Hopkins and Hüner, 2004). 적색광은 식물체의 광합성에 관여하고 청색광은 형태적으로 식물의 건전한 생장에 필 연적으로 요구된다(Heo et al., 2002). 청색광과 적색광은 식물의 생체중, 건물중, 초장, 엽면적 등의 생장지표에 영향을 미치므로 적· 청혼합광 하에서 재배된 고추의 건물중이 증가했다는 결과(Brown et al.,1995)와 국화 배양 소식물체의 경우 적·청혼합광에서 건물중 이 증가했으며(Kim et al., 2004), 완두 묘의 생체중은 광질의 영향 을 직접적으로 받았으며 특히 청색광 처리에서 묘의 생체중이 가장 컸다고 보고되었다(Wu et al., 2007). 반면, 단일 파장의 적색 LED 에서 양적 생장이 양호하지 못한 것은 적색을 띠는 베고니아 'Harmony's Red Robin'이 적색 파장을 반사함에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 단일파장의 녹색과 황색 LED는 양적 생장에 효과 가 없는 것으로 나타났는데 이는 녹색과 황색광의 경우 광합성에 효율적이지 못한 파장으로 잘 알려져 있고(Lee et al., 2011), 525nm의 녹색 LED가 세포생장에 효과가 없었으며 이 파장범위 에서는 엽록소의 흡수효율이 낮다고 보고한 결과(Katsuda et al., 2004)와 일치한다. 이상과 같이 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’ 의 생육특성은 LED 적·청혼합광, 백색광, 그리고 청색광에서 가장 양호한 것으로 나타났다.
Table 1.
Growth characteristics of Begonia rex ‘Harmony’s Red Robin’ grown indoors under different light sources after 8 weeks.
| Light sourcez | No. of leaves | Petiole length(cm) | Total leaf area(cm2) | Leaf fresh wt.(g) | Leaf dry wt.(g) |
|---|---|---|---|---|---|
|
|
|||||
| Fluorescent lamp | 4.4 aby | 3.71a | 112.23ab | 4.57ab | 0.31 bc |
| LED White | 5.0ab | 3.44a | 145.62a | 5.51a | 0.39ab |
| Red | 3.5 bc | 3.53a | 61.94 c | 3.39 bc | 0.31 bc |
| Blue | 5.8a | 3.35a | 137.99a | 5.36a | 0.36ab |
| Green | 3.4 bc | 3.28a | 73.64 bc | 2.59 bc | 0.16 c |
| Yellow | 1.8 c | 3.33a | 62.60 c | 1.60 c | 0.24 bc |
| Red+Blue | 6.0a | 3.68a | 147.22a | 5.77a | 0.44a |
z Light qualities of the light sources were shown Fig. 1. Light intensity of all treatments was adjusted at 60μmol·m-2·s-1 with 12-hour daylength.
2. 무늬 발현 특성
광질 처리에 따른 8주 후 60μmol·m-2·s-1의 동일한 광도로 설정 된 광질 간에 무늬 비율은 LED 백색광에서 낮았고 LED 적·청혼 합광과 청색광에서 높았으나 광질 간에 뚜렷한 차이는 없었다 (Table 2).
Table 2.
Variegated expression characteristics of Begonia rex ‘Harmony’s Red Robin’ grown indoors under different light sources after 8 weeks. L: lightness, a: redness,b: yellowness.
| Light sourcez | Variegation ratio (%)y | Color of variegated sector | Variegated leaf color | ||
|---|---|---|---|---|---|
|
|
|||||
| L | a | b | |||
|
|
|||||
| Fluorescent lamp | 59.3 abx | 33.7 a | 14.3 b | 3.7 bc |
|
| LED White | 57.0 b | 33.5 a | 14.7 b | 2.2 c | |
| Red | 61.1 ab | 35.2 a | 19.9 ab | 5.1 ab | |
| Blue | 63.0 a | 32.4 a | 22.4 a | 3.8 bc | |
| Green | 59.1 ab | 35.2 a | 15.7 b | 5.6 ab | |
| Yellow | 59.2 ab | 35.8 a | 14.2 b | 6.5 a | |
| Red+Blue | 64.3 a | 32.6 a | 17.7 ab | 4.1 abc | |
무늬 색상의 경우 명도를 나타내는 ‘L’값은 처리 간 차이가 없었 고 적색발현을 대표하는 적색도‘a’값은 LED 청색광 처리에서 선 명도가 높고 품종 특유의 적색이 가장 잘 발현되었다(Fig. 2, Table 2). 무늬 비율과 색상을 함께 고려한 무늬발현특성은 LED 청색광 에서 적색발현이 가장 양호한 것으로 나타났다(Table 2). 이는 어 린잎상추 ‘Red Cross’의 적색발현과 관련된 안토시아닌 축적에서 LED 청색광을 추가함으로 31% 증가시켰고(Li and Kubota, 2009), 청색광이 토마토 과실의 안토시아닌 수준을 증가시켰다는 보고(Giliberto et al., 2005)와 일치하는 결과이다. 형광등이나 적 색 단일광처리에 비해 청색광 비율이 높은 처리구에서 어린잎상추 의 적색도가 증가했다는 결과와 유사했다(Lee et al., 2010). 따라 서, 무늬 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’의 적색발현에 청색광 이 효과적인 광질인 것으로 판단된다.
3. 색소 함량
광질 처리에 따른 8주 후 색소의 함량은 엽록소와 카로티노이드 의 경우 광질 간에 차이가 없었다(Table 3). 안토시아닌 함량은 청 색광에서 가장 높았고 녹색광과 다른 광질처리에서는 처리 간에 차 이가 없었다. 입사광의 에너지가 초과될 경우 들뜬상태의 에너지를 소산시키는 카로티노이드의 역할(Lee et al., 2011)과 스트레스에 서 엽록소를 보호하기 위한 식물의 생리적 반응으로 알려져 있는 엽록소 대비 카로티노이드 비율의 증가(Armstrong and Hearst, 1996; Im, 2010) 경향은 나타나지 않았다. 이는 60μmol·m-2·s-1의 광도로 적용 시 8주 후 모든 처리에서 광처리 전 카로티노이드 함량 (0.05mg·g-1)과 크게 차이가 없었고 엽록소 대비 카로티노이드 비 율(Car / Chl)도 광질 간 차이가 없었던 것으로 볼 때 고광도로 인한 광스트레스는 작용하지 않았을 것으로 생각된다(Table 3). 엽록소 대비 안토시아닌 비율(Ant / Chl)은 청색광에서 가장 높았고 백색 광, 녹색광과 형광등에서는 낮았다. 적·청혼합광, 적색광은 다른 광 질과 차이가 없었다. 카로티노이드와 안토시아닌 색소의 상대적 함 량을 나타내는 카로티노이드 대비 안토시아닌 비율(Ant / Car)도 처리간 차이가 없었다(Fig. 2). 많은 연구들이 청색광과 UV 파장영 역이 색상 발현과 색소 및 기능성 물질의 증대효과를 밝혀낸 바 있 다(Brown et al., 1995; Li and Kubota, 2009). 어린잎 적상추의 경우 적색소의 주요한 부분의 안토시아닌 함량이 청색광 비율이 높 은 혼합광원에서 단일 적색광의 4.1배, 형광등의 6.9배로 높은 함 량을 나타냈다고 보고하였다(Lee et al., 2010). 본 실험에서도 적 색 무늬를 지닌 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’의 경우도 안토 시아닌 색소함량과 Ant / Chl 비율이 청색 광질에서 높아 적색 무늬 발현에 효과적인 광질로 분석되었다.
결론적으로, 식물의 실내도입은 생육반응, 인간에게 안전한 활 용성과 인간의 시야 등을 모두 고려한 관상가치유지의 관점에서 적 용이어야 할 것으로 본다. 따라서 LED 광 제조기술의 발달로 특정 파장을 추가하여 제조한 백색광의 개발이 이루어지고 있는 현 시점 에서 무늬 베고니아(Begonia rex) ‘Harmony’s Red Robin’의 건 전한 생장과 무늬의 색상 발현을 고려할 때 청색광의 단일파장을 전적으로 적용하기보다는 생육특성이 좋은 LED 백색광과의 적정 조합비율에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
Table 3.
The pigments content in new leaves of Begonia rex ‘Harmony’s Red Robin’ grown indoors under different light sources after 8 weeks.
| Light sourcez | Chlorophyll(mg·g-1) | Carotenoid(mg·g-1) | Anthocyanin(mg·g-1) | Car / Chly(%) | Ant / Chlx(%) | Ant / Carw(%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
||||||
| Fluorescent lamp | 0.79 av | 0.06 a | 0.020 b | 8.01 a | 2.56 b | 42.93 a |
| LED White | 0.67 a | 0.03 a | 0.023 b | 7.59 a | 3.20 b | 37.90 a |
| Red | 0.60 a | 0.05 a | 0.023 b | 8.48 a | 3.46 ab | 42.43 a |
| Blue | 1.07 a | 0.05 a | 0.043 a | 6.75 a | 4.43 a | 21.43 a |
| Green | 0.83 a | 0.04 a | 0.028 ab | 5.15 a | 3.00 b | 61.28 a |
| Yellow | -u | - | - | - | - | - |
| Red+Blue | 0.77 a | 0.05 a | 0.025 b | 7.53 a | 3.62 ab | 50.65 a |
적요
무늬 베고니아(Begonia rex) ‘Harmony’s Red Robin’은 독특 한 적색 무늬로 잘 알려지고 인기 있는 실내식물이다. 하지만, 실내 에서는 광환경이 불량하여 무늬의 색상이 퇴색하는 경향이 있어 관 상가치가 감소된다. 본 실험은 무늬 베고니아 ‘Harmony’s Red Robin’ 잎의 적색 무늬 발현에 미치는 광질의 효과를 조사하기 위 해 실시하였다. 실내에서 광원으로 형광등(F)과 LED-백색광(W), 적색광(R), 청색광(B), 녹색광(G), 황색광(Y)과 적·청혼합광(RB, 적색:청색=4:1) 등 7가지로 광 처리하였다. 실내 조건은 기온 25±4°C, 상대습도 60±5%였다. 모든 처리 광원의 광도는 60μmol·m-2·s-1로 조정하였고 12시간 일장조건으로 8주간 처리하였 다. 그 결과, 생육 특성은 RB, W, B LED에서 양호했다. 전체엽수 는 RB와 B에서 증가했고 총엽면적과 잎의 생체중은 RB, W, B에 서 처리 간에 가장 많이 증가했다. 무늬 발현 특성 중 무늬 비율은 LED RB와 B에서 양호했고 무늬의 적색 발현은 B에서 가장 양호 하였다. 결론적으로, 실내에서 무늬 베고니아 ‘Harmony’s Red
Robin’의 적색 발현을 향상시키기 위해 LED 청색광을 적용하는 것이 효과적이나 식물 생장과 인간의 시야 및 미적 환경 등을 고려 할 때 LED 백색광과의 적절한 조합비율의 적용을 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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