Flower Bud Initiation and Growth Characteristics according to Wavelength Treatments of LED in Spray Chrysanthemums

영순 권; 학기 신; 봉식 유; 재아 정; 상근 박; 미정 길

doi:10.11628/ksppe.2014.17.6.491

ABSTRACT

This study conducted to examine flower bud initiation and growth characteristics according to wavelength treatments of LED in spray chrysanthemums. It was processed 4 hours (22-02 o'clock) night break using LED 590, 610, 630, 660, 680 nm and fluorescent (mixed light of 480+540+610 nm) in chrysanthemum cv. ‘Pink Pride’ and ‘Yes Song' for 40 days from transplanting. The days to flower budding and flowering from short-day treatment in ‘Pink Pride’ were longer at fluorescent (14.9 days, 67.7 days) and LED 660 nm (14.7days, 66.7 days) treatments than other treatments. Similarly, the days to flower budding from short-day treatment in ‘Yes Song’ was the longest at fluorescent (15.0 days) and LED 660 nm (15.1 days) treatments. But, as to the days to flowering from short-day treatment in ‘Yes Song’, the fluorescent (53.0 days) treatment was the longest, and LED 660 nm (51.5 days) treatment was secondly to longer than other treatments. The plant height increment to flower budding stage from short-day treatment in ‘Pink Pride’ and ‘Yes Song’ were the longest at fluorescent treatment, and the second longest at LED 660 nm treatment. The result on length of cut flower in spray chrysanthemum two cultivars was similarly shown to above results. In the other characteristic except length of cut flower, the clear difference between treatments could not be found. Consequently, fluorescent and LED 660 nm treatment were considered to be the most effective on inhibition of flower bud initiation and flowering, and plant height growth in 'Pink Pride' and 'Yes Song'.

Keywords: Light cultivation, Light quality, ‘Pink Pride’, ‘Yes Song’

서론

국화는 장미, 나리와 함께 우리나라의 3대 절화 중 하나로 전체 화훼재배면적의 9.3%, 생산액의 10.3%를 점유하고 있는 화훼류 중 비중이 큰 작목이다(MAFRA. 2014). 밤의 길이가 일정시간 이 상 길어지면 개화하는 단일식물로 암기의 중간에 조명을 하여 긴 암기를 절단하면 화아분화를 억제할 수 있다. 특히, 절화 국화는 초 장과 중량이 상품성에 중요한 요인이 되므로 심야 광중단 처리를 통해 화아분화를 억제하여 영양생장기간을 지속시켜 초장을 충분 히 확보한 후 단일처리를 하여 개화를 유도하게 된다. 국화의 화아 분화 억제에 효과적인 파장은 580~660nm 부근의 적색광으로 알 려져 있으며, 조도는 품종에 따라서 다르나 일반적인 품종은 30~40lux이며, 실용적인 조도는 70~80lux로 알려져 있다(Choi and Shin, 2002).

관상용 식물의 생장과 발달은 빛의 세기와 광질에 의해 영향을 받는데(Jeong et al., 2014), 적색광은 식물의 광합성 기구의 발달 과 잎의 광합성 산물의 이동을 억제하여 녹말 축적을 증가시킬 수 있는 반면(Ko et al., 2012; Saebo et al., 1995), 청색광은 엽록소 및 엽록체 발달, 효소 합성, 광합성의 일주기성 리듬의 활성화 그리 고 광형태 형성에 중요하다(Ko et al., 2012; Senger, 1982). 식물 재배용 인공광원은 형광등, 메탈등, 수은등 및 백열등이 이용되고 있지만, 광의 이용효율과 생산효율이 낮으며, 광선 중 열선을 포함 하고 있다는 단점이 있다(Im et al., 2013). 따라서, 차세대 인공광 원으로서 친환경적이며 수명이 길고 전력소모량이 적은 LED를 농 업적으로 이용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다(Hyun et al., 2010; Kim et al., 2013; Kim et al., 2005). 또한 LED는 광을 선택 적으로 조사할 수 있다는 장점이 있어 특정 파장이 작물 생육에 미 치는 영향에 대한 연구가 가능하다. 스탠다드 국화 ‘백마’품종에 있 어서 청색 LED(430nm)는 개화촉진효과, 적색 LED(630nm)는 개화억제효과가 있으며, 혼합 LED(660+430nm)는 생육촉진과 개화억제에 효과가 있다고 보고되었다(Kim et al, 2009). 백열등 을 대체할 수 있는 광중단 광원으로서 ‘백선’품종은 적색 LED (660nm)와 백색 LED(450nm)가 적용이 가능하다고 보고된 바 있 지만(Cho et al, 2010), 특정 파장이 국화의 생육과 개화에 미치는 영향에 대한 연구가 많지 않고, 결과가 단편적이며 품종에 따라 상 이하여 농가에 보급하여 실용화하기에는 부족한 실정이다. 따라 서, 본 연구는 특정 파장을 조사하는 LED를 이용하여 심야 광중단 처리 후 스프레이 국화 ‘핑크프라이드’와 ‘예스송’ 품종의 화아분 화 및 생육에 미치는 영향을 구명하고자 수행 하였다.

연구방법

1. 실험재료 및 LED의 심야 광중단 처리

본 연구는 국립원예특작과학원 유리온실에서 스프레이 국화 ‘핑크프라이드’와 ‘예스송’ 품종을 실험재료로 사용하여 2013년 4 월부터 7월까지 수행되었다. 2013년 4월 30일에 10cm의 균일한 삽목발근묘를 구입하여, 원예용 상토(Heungnong Bio, Dongbo Farm Hannong, Seoul)로 충진 한 사각화분(W 40cm × D 60cm × H 20cm)에 품종별로 정식하였다. 광중단 처리는 원추형 LED (BLTECH Co., LTD., Korea)를 사용하여 590, 610, 630, 660nm 및 680nm의 파장 5처리를 하였고, 480+540+610nm의 혼합광을 조사하는 전구식 형광등(556X-D, A-LIM Industrial Co., Korea) 을 대조구로 처리 하였다. 15주씩 정식 된 한 화분을 5반복으로 하 여, 총 75주에 각각 다른 LED 파장 및 형광등을 처리하였다. 처리 하는 밤시간 동안 처리간 빛의 간섭이 없도록 암막으로 완전히 차 단하였다. 분광복사계(International Light, US/RPS-900-R, USA) 로 각 처리의 광질을 조사하였으며, 광질 조사 후 높이를 조절하여 모든 처리가 1.0-1.5μmol/m^-2/s^-1 이상이 되도록 하였다. 일장은 암 막을 개폐하여 13시간(07-18시)으로 하였고, 단일처리는 정식 40 일 후 실시하였다. 정식 후 단일처리를 실시하기 전까지 1일 4시간 (22-02시)동안 심야 광중단 처리를 하였다.

2. 조사내용 및 통계분석

화아분화 및 생육에 미치는 영향을 알아보기 위해 단일처리 개시 일의 초장, 발뢰일의 초장, 발뢰소요일수와 개화소요일수, 절화특 성 등을 조사하였다. 또한, 단일처리일부터 발뢰일까지 초장 생장량 을 조사하여 처리에 따른 생장량 차이를 확인하고, 발뢰소요일수와 회귀분석하여 초장 생장량의 차이가 처리에 따른 화아분화 억제효 과에 의한 영양생장기간의 차이 때문인지를 알아보고자 하였다. 발 뢰일은 육안으로 화아형성의 기부가 확인되는(visible bud stage) 첫 번째 날짜를 기록하였고, 개화일은 외측 꽃잎이 수평이 된 시기 를 기준으로 하였다. 발뢰소요일수는 단일처리일로부터 발뢰까지 소요된 일수이며, 개화소요일수는 단일처리일로부터 개화까지 소 요된 일수로 하였다. 절화 특성은 외측 꽃잎이 수평으로 전개되었을 때, 지제부에서 절화한 후 절화장, 절화중, 경경, 꽃목길이, 화경, 엽 수 등을 조사하였으며, 이때 경경은 절화한 줄기의 중앙부분을 측정 하였다. 회귀분석과 통계분석은 SPSS 21.0 프로그램을 사용하여 각각 Durbin Watson검정과 Duncan의 다중검정(DMRT)을 실시 하였으며, 5% 수준에서 각 처리간의 유의성을 검증하였다.

결과 및 고찰

1. 화아분화 및 개화 억제 효과

처리에 이용 된 LED와 형광등의 광질을 측정한 결과, LED는 590, 610, 630, 660nm 및 680nm의 처리하고자 하는 특정 파장역 이 가장 많이 조사되고 있음이 확인되었고, 형광등은 480, 540, 610nm 부근의 파장이 특히 많이 조사되고 있었으며, 넓은 파장역 을 포함하고 있었다(Fig. 1).

Fig. 1

The wavelength of fluorescent and 5 light quality treatments of LED.

화아분화에 미치는 LED 파장의 영향을 알아보기 위해 발뢰소요 일수를 조사하였다. ‘핑크프라이드’는 대조구인 형광등과 LED 660nm 처리에서 발뢰소요일수가 각각 14.9일, 14.7일로 가장 길었 고, 이는 통계적으로도 유의하였다. LED 680nm 처리는 발뢰소요 일수가 13.1일로 다른 처리에 비해 가장 짧은 것으로 조사되었다. ‘예스송’의 발뢰소요일수는 LED 630nm 처리에서 14.1일로 가장 짧았다. LED 630nm 처리를 제외한 나머지 처리 간에는 통계적으로 유의한 차이는 없었지만 LED 660nm와 형광등 처리가 각각 15.1일, 15.0일로 가장 길었다(Fig. 2). 위의 결과는 국화 ‘백마’, ‘신마’, ‘핑 크프라이드’, ‘일월’ 품종의 화아분화 억제에는 형광등과 혼합(적색 +청색) LED의 광중단 처리가 가장 효과적이었으며, 적색 LED 처 리도 어느 정도 화아분화 억제효과가 있다고 보고된 연구 결과와 유 사하였다(Choi et al., 2012). 따라서, 두 품종 모두 형광등과 LED 660nm 처리가 화아분화 억제에 가장 효과적인 것으로 생각된다.

Fig. 2

The days to flower budding from short-day treatment in Chrysanthemum cv. ‘Pink Pride’ and ‘Yes Song’. Legend alphabets indicate mean separation of individual cultivars at P = 0.05 by DMRT.

LED 파장 처리가 개화소요일수에 미치는 영향을 조사하였다. ‘핑크프라이드’는 발뢰소요일수의 결과와 유사하게 형광등과 LED 660nm 처리에서 각각 67.7일과 66.7일로 개화소요일수가 가장 길었다. 이는 개화소요일수가 가장 짧았던 LED 680nm 처리 에 비해 각각 4.7일, 3.7일 더 개화가 억제되었다. ‘예스송’의 개화 소요일수는 형광등 처리에서 53.0일로 가장 길었고, LED 660nm 와 610nm 처리는 각각 51.5일과 51.4일로 형광등 처리 다음으로 길었다. 형광등 처리는 개화소요일수가 가장 짧았던 LED 680nm 처리에 비해 4.7일 더 개화 억제에 효과적이었던 것으로 조사되었 다(Fig. 3). ‘예스송’의 개화소요일수에 대한 결과는 스탠다드 국화 ‘백마’, ‘신마’ 품종에 660nm의 적색 LED와 형광등을 각각 3, 4, 5시간 광중단 처리한 결과 형광등 4시간 처리가 개화를 억제하는데 가장 효과적이었다고 보고된 결과와 유사하였다(Kwon et al., 2013b). 또한, 스프레이 국화 ‘프로기’ 품종에 삼파장형광등과 LED를 이용한 광질 6처리한 결과 삼파장형광등 처리가 화아분화 억제에 가장 효과적이었다고 보고된 연구와도 비슷한 결과를 보였 다(Kwon et al., 2013a). 발뢰소요일수와 개화소요일수의 결과를 종합하여 보면 두 품종 모두 대조구인 형광등 처리가 화아분화 및 개화 억제에 가장 효과적이며, LED 파장별 5처리 중에서는 660nm 처리가 가장 효과적인 것으로 생각된다. 또한, LED 680nm 처리는 두 품종 모두 개화 억제에 가장 효과적이지 못한 것으로 판단 된다. 일반적으로 580~660nm 부근의 적색광이 국화의 화아분화 억제에 가장 효과적인 파장으로 알려져 있는데, 본 연구에서는 다른 처리에 비해 넓은 파장역을 포함하고 있는 형광등이 화아분화 및 개 화 억제에 가장 효과적이었다. 광원과 특정 광질이 생육 및 개화에 미치는 영향은 작물 종류와 품종에 따라서 차이가 있으며(Higuchi et al., 2012), 재배하는 시기와 환경에 따라 결과가 달라질 수 있는 가능성도 있기 때문에 향후 이 부분을 밝히기 위해서는 좀 더 심도 있는 연구가 수행되어야 할 필요성이 있을 것으로 생각된다.

Fig. 3

The days to flowering from short-day treatment in Chrysanthemum cv. ‘Pink Pride’ and ‘Yes Song’. Legend alphabets indicate mean separation of individual cultivars at P = 0.05 by DMRT.

2. 생장 및 절화 특성

단일처리일부터 발뢰일까지의 초장 생장량을 조사한 결과, ‘핑 크프라이드’와 ‘예스송’은 형광등 처리에서 각각 26.9cm, 24.6cm 로 가장 컸고, LED 660nm 처리가 각각 24.5cm, 23.5cm로 형광등 처리 다음으로 큰 것으로 확인되었다. ‘핑크프라이드’는 LED　 680nm 처리에서 19.8cm, ‘예스송’은 LED 630nm 처리에서 21.9 cm로 초장 생장량이 가장 적은 것으로 조사되었다(Fig. 4). 화아분 화 억제효과가 좋았던 형광등과 LED 660nm 처리에서 초장 생장 량도 다른처리에 비해 큰 것으로 확인되었다.

Fig. 4

The plant height increment to flower budding stage from short-day treatment in Chrysanthemum cv. ‘Pink Pride’ and ‘Yes Song’. Legend alphabets indicate mean separation of individual cultivars at P = 0.05 by DMRT.

초장 생장량의 처리간 차이가 화아분화 억제효과에 의한 영향인 지를 확인하기 위하여 발뢰소요일수를 독립변수로 하고 초장 생장 량을 종속변수로 하여 회귀분석을 실시한 결과 두 품종 모두 발뢰소 요일수가 초장 생장량에 유의한 영향을 미치고 있는 것으로 나타났 으며, 양의 상관관계가 있는 1차 선형방정식이 성립하였다(Fig. 5).

Fig. 5

A simple regression analysis between the days to flower budding from short day treatment (X axis) and the plant height increment to flower budding stage from short day treatment (Y axis). Regressive equation of ‘Pink Pride’(a) and ‘Yes Song’(b) were y = 3.818x – 31.578 (R² =0.8001^**) and y = 2.416x – 12.512 (R² = 0.7352^**).

따라서, 화아분화 억제효과가 우수했던 형광등과 LED 660nm 처리에서 영양생장기간이 더 오래 확보 되었기 때문에 초장이 더 생장할 수 있었던 것으로 생각된다.

이와 같은 결과는 절화특성에서도 조사되었다. ‘핑크프라이드’ 와 ‘예스송’의 절화장은 화아분화 억제효과 및 초장 생장량에서 가 장 우수한 결과를 보였던 형광등 처리에서 각각 120.1cm와 83.7cm로 가장 길었으며, LED 660nm 처리는 각각 114.2cm와 81.5cm로 형광등 처리 다음으로 긴 것으로 조사되었다(Table 1, Table 2). 이는 화아분화 및 개화 억제 효과가 가장 좋았던 형광등 과 혼합 LED 처리에서 절화장이 가장 우수하였다고 보고한 연구 결과(Choi et al., 2012)와 유사하였다. ‘핑크프라이드’의 절화중, 꽃목길이 및 화경은 처리간 통계적 유의차가 없이 비슷한 경향이었 으며, 경경은 화아분화 억제효과가 좋았던 형광등과 LED 660nm 처리에서 조금 더 우수한 경향을 보였다. ‘예스송’은 절화중, 경경 및 화경은 처리간의 뚜렷한 차이가 없이 비슷한 경향이었으며, LED 630nm와 680nm 처리에서 꽃목길이가 다른 처리에 비해 조 금 더 길었고 형광등 처리에서 엽수가 가장 많은 것으로 조사되었 다. 결과적으로 LED 파장별 5처리와 형광등 처리는 절화장을 제외 한 다른 절화특성에는 뚜렷한 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.

Table 1.

Growth characteristics of cut-flower affected by wavelength treatments of LED and fluorescent in Chrysanthemum cv. ‘Pink pride’.

Treatments	Length of cut-flower (cm)	Fresh wt. of cut-flower (g)	Diameter of stem (mm)	Length of flower neck (cm)	Diameter of flower (cm)	No. of leaves (ea)

590 nm	113.6b z	97.9a	7.74b	7.6a	4.3a	45.8a
610 nm	108.7c	106.0a	8.15ab	8.1a	4.4a	40.3b
630 nm	111.0bc	114.8a	8.35a	7.2a	4.1a	43.3ab
660 nm	114.2b	108.1a	8.11ab	7.6a	4.3a	44.9a
680 nm	107.9c	98.1a	7.92b	8.3a	4.2a	41.3b
Fluorescent	120.1a	119.7a	8.45a	8.2a	4.4a	42.7ab

^z Mean separation within columns by a Duncan’s multiple range test at a 5% level.

Table 2.

Growth characteristics of cut-flower affected by wavelength treatments of LED and fluorescent in Chrysanthemum cv. ‘Yes Song’.

Treatments	Length of cut-flower (cm)	Fresh wt. of cut-flower (g)	Diameter of stem (mm)	Length of flower neck (cm)	Diameter of flower (cm)	No. of leaves (ea)

590 nm	80.6ab z	58.1a	6.44a	3.2b	4.3a	43.5ab
610 nm	78.8b	54.4a	6.17a	2.9b	4.5a	42.6b
630 nm	76.9b	60.5a	6.39a	5.0a	4.7a	40.7c
660 nm	81.5a	58.3a	6.41a	2.7b	4.7a	43.6ab
680 nm	80.4ab	55.7a	6.28a	4.8a	4.4a	39.1d
Fluorescent	83.7a	59.6a	6.48a	2.6b	4.6a	44.6a

^z Mean separation within columns by a Duncan’s multiple range test at a 5% level.

적요

본 연구는 LED 파장이 스프레이 국화의 화아분화 및 생육에 미 치는 영향을 구명하고자, 스프레이 국화 ‘핑크프라이드’와 ‘예스 송’ 품종에 LED 590, 610, 630, 660, 680nm와 형광등을 정식 후 부터 단일처리일 전까지 40일간 1일 4시간(22-02시) 광중단 처리 하였다. ‘핑크프라이드’의 발뢰소요일수와 개화소요일수는 형광 등(14.9일, 67.7일)과 LED 660nm(14.7일, 66.7일) 처리에서 가 장 길었다. ‘예스송’의 발뢰소요일수는 ‘핑크프라이드’와 유사하 게 형광등(15.0일)과 LED 660nm(15.1일) 처리에서 가장 길었으 며, 개화소요일수는 형광등(53.0일) 처리가 가장 길었고, LED 660nm(51.5일) 처리가 다음으로 길었다. 단일처리일부터 발뢰일 까지의 초장 생장량은 두 품종 모두 형광등 처리가 가장 길었으며, LED 660nm 처리가 다음으로 길었다. 절화장 또한, ‘핑크프라이 드’의 경우 형광등 처리에서 가장 길었고, LED 660nm 처리가 다 음으로 길었으며, ‘예스송’은 형광등과 LED 660nm 처리에서 가 장 길었다. 절화장을 제외한 다른 절화특성에는 처리간의 뚜렷한 차이를 찾을 수 없었다. 따라서, 스프레이 국화의 화아분화, 개화 조 절 및 초장 생장에는 형광등과 LED 660nm 처리가 가장 효과적인 것으로 생각된다.