서 론
미나리(Oenanthe stolonifera DC.)는 산형과의 다년생 초본으로 우리나라 전역에서 자생하며 중국, 일본 등 아 한대에서 열대에 이르는 지역까지 널리 분포하고 식용으 로 재배되고 있다(Kim 등, 2013). 미나리는 한국인이 좋 아하는 향신채소의 하나로 김치, 나물, 장아찌, 생선찌개 등 여러 요리에 다양하게 이용되고 있다(Song과 Kwon, 1990). 특히 isorhamnetin, α-pinene, myrecene 등의 정 유성분에 의한 독특한 향을 가지고 있어(Kim 등, 2011) 가열하지 않고 녹즙이나 생체로 섭취하는 경우도 많다 (Kim 등, 2014). 미나리의 재배방법은 식물체의 절반이 상이 물에 잠기도록 담수재배하는 논 재배와 밭 상태로 관리하면서 적절하게 관수하여 재배하는 밭 재배로 구별 되는데, 높은 토양수분 조건 또는 담수상태에서 생육이 좋은 미나리의 특성상 다른 작물에 비해 오염된 물 또 는 이물질에 노출될 가능성이 높다. 한국에서 유통중인 신선편이 채소류의 총균수와 대장균군의 밀도를 조사했 을 때 미나리는 20종의 채소 중 새싹채소, 숙주, 도라지 와 함께 가장 높은 수준의 미생물이 관찰되었는데(Bae 등, 2011), 이는 미나리의 재배환경이 미생물 오염에 취 약하다는 것을 보여준다. 식물공장은 시설 내에서 광, 온도, 수분, 양분 등을 적절히 조절하여 작물을 재배함 으로써, 최대의 생산성을 얻는 새로운 농업형태로 공학, 농학 및 식물생리 등 다양한 분야의 지식과 기술의 융 합이 필요하다(Kim과 Chang, 2009). 식물공장을 활용한 미나리 생산은 기존 재배에서 문제시 될 수 있는 오염 에 대한 안전성 문제를 근본적으로 해결할 수 있으며 계절에 관계없이 생산자가 원하는 수량만큼 계획적으로 생산이 가능하다는 장점이 있지만, 생산효율을 극대화시 키기 위한 식물공장 재배기술 관련 연구가 부족한 실정 이다. 따라서 본 연구는 밀폐형 식물공장을 활용한 미나 리 재배에서 명/암주기와 암기동안의 상대습도 조절이 미나리의 생육과 품질에 미치는 영향을 구명하여 식물공 장 미나리 최적생산을 위한 기초 자료를 얻고자 수행되 었다.
재료 및 방법
1. 실험 재료 및 재배환경
미나리는 순천지역에서 재배되는 자생종을 균일하게 번식하여 이용하였다. 미나리 모주로부터 당년 새로 발 생한 줄기를 한마디씩 절취 조제 후 우레탄 스폰지 (W×L×H: 30×30×30mm)에 삽목하여 균일한 실험재료를 확보하였고, 스폰지 바닥에 충분히 뿌리가 신장한 후 밀 폐형 식물공장 내 수경재배 베드에 처리당 20주씩 3단 베드의 높이에 따라 3반복으로 정식하여 30일간 재배하 여 생육을 조사하였다. 재배베드는 담액수경재배시스템 (W×L×H: 400×60×6cm)으로, 양액은 24시간 자동타이머 를 이용하여 30분 간격으로 10분간, 한시간에 두번씩 공 급하였다. 시험에 사용된 양액은 미나리 전용양액(An과 Lee, 1991)을 기준으로 pH는 6.5, EC는 1.5 dS·m-1로 조절하여 공급하였다. 실험기간 동안 온도와 CO2 농도는 각각 22 ± 2°C, 450 ± 30ppm로 조절하였다. 인공광원은 LED(Gaoozebiotech Co. Ltd., Korea)를 사용하였고 LED 소자의 혼합비율은 적색 : 청색 : 백색 = 2 : 1 : 1로 구 성되었으며 광 파장 스펙트럼은 적색광이 660nm, 청색광 이 450nm, 백색광이 450-540nm에서 각각 최대 피크를 보 였다. 광량은 Quantum sensor(SQ-326, Apogee Instruments Inc., USA)를 이용하여 180μmol·m-2·s-1로 조절하였다.
2. 명/암주기 및 상대습도 조절
식물공장에서 명/암주기와 상대습도 조절이 미나리 생 육에 미치는 영향을 알아보기 위해 명/암주기는 명/암기 16/8, 20/4, 22/2h의 3단계로 처리하였다. 상대습도는 명 기에는 60%로 고정하고 암기의 경우 각각의 명/암주기 처리별로 60%와 90%로 처리하였다. 생육조사는 정식 후 30일에 초장, 엽수, 엽록소 함량(SPAD 502, Minolta, Japan), 지상부와 지하부의 생체중과 건물중을 조사하였 고 미나리 줄기의 경도를 측정하기 위해 지름이 2mm인 원기둥 형태의 탐침을 부착한 물성측정기(COMPAC- 100, Sun Scientific CO., Japan)로 줄기 중앙부를 측정 하였다. 팁번의 발생은 총엽수에서 팁번이 발생한 엽수 의 비율로 나타내었고 3개의 소엽에 모두 팁번이 발생 하였을 경우에는 값을 1로 표시하였고 일부분만 발생하 였을 경우 소엽 1개당 1/3의 값으로 계산하였다. 무기성 분 분석을 위해 채취된 지상부 생체시료는 80°C에서 24 시간 건조시키고 270mesh 체를 통과하도록 분쇄하여 건 물 0.5g을 습식 분해하여 분석에 이용하였다. 전질소는 Kjeldahl법, P2O5는 Vanadate법으로 spectrophotometer를 사용하여 380nm에서 측정하였다. K2O, CaO 및 MgO 함량 등은 원자흡광분광광도계(AAnalyst 300, Perkin- Elmer, Norwalk, USA)를 이용하여 정량하였다. 통계분 석은 SAS프로그램(SAS9.1, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 Duncan 다중검정으로 통계적 유의성을 검정하 였다.
결과 및 고찰
1. 생육 및 팁번 발생
상대습도를 명/암기 동일한 수준인 60/60%로 처리했 을 때보다 암기의 상대습도를 90%로 증가시킨 처리(60/ 90%)에서 생육이 전반적으로 우수하였다. 상대습도 60/ 60% 조건에서는 명기가 연장될수록 생육이 우수하였지 만 상대습도 60/90% 조건에서는 이와는 반대로 22/2h 처리에서 생육이 가장 저조하였으며 16/8h, 20/2h 처리 에서 생육이 우수하였다(Table 1). 야간의 상대습도 조절 은 작물에 따라 다른 반응을 보이는데 Choi 등(1997)에 의하면 딸기의 경우에는 야간 상대습도 조절이 영양생장 에 영향을 미치지 않지만 토마토는 본 실험과 같이 건 물중이 뚜렷하게 증가하였다. 명기시간은 총광합성량을 결정하는 중요한 요인으로써 일반적으로 명기시간의 연 장은 생체중 증가에 긍정적인 영향을 미치며 특히 상추 와 같은 엽채류의 경우 명기를 24시간까지 연장할수록 생체중이 증가하였다(Park 등, 2013). 미나리의 경우에 도 생육기간 동안 명/암기 상대습도를 60%로 고정한 이전 실험에서 명/암주기를 16/8h, 20/4h, 24/0h로 조절 했을 때 24/0h에서 생체중이 가장 높은 결과를 나타내 었고(data 미제시), 본 실험에서도 상대습도 60/60% 처 리에서는 명기가 연장될수록 생육이 우수하였지만, 암 기의 상대습도를 90%로 높인 처리에 비해서는 생육이 전반적으로 저조하였다. 상대습도를 90%로 높인 처리 에서는 팁번의 발생이 가장 적었던 명/암주기 16/8h에 서 생육이 가장 우수하였는데 이러한 결과가 나온 원인 에는 팁번의 발생이 많은 영향을 끼쳤을 것으로 판단된 다. 팁번이 발생한 신엽은 제대로 전개되지 못하여 충 분한 엽면적을 확보하지 못하게 되고 결과적으로 광합 성에 제약을 받게 되어 정상적인 생육을 하지 못한 것 으로 추측된다.
Table 1.
Growth of water dropwort affected by relative humidity and photo/dark period treatment.
| Relative humidity (Light/Dark, %) | Photo/dark period | Plant length (cm) | Stem Diameter (cm) | No. of branches | No. of leaves | SPAD value | Fresh weight (g) | Dry weight (g) | Water ratioy | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Shoot | Root | Shoot | Root | ||||||||
| 60/60 | 16/8 | 57.3 az | 2.4 b | 5.0 a | 16.8 b | 41.0 a | 19.3 b | 0.7 a | 1.62 b | 0.03 b | 12.1 a |
| 20/4 | 55.9 a | 2.6 ab | 5.5 a | 21.9 a | 38.8 a | 22.6 ab | 0.9 a | 2.30 a | 0.05 a | 10.0 b | |
| 22/2 | 57.7 a | 2.7 a | 5.5 a | 23.5 a | 39.6 a | 23.9 a | 0.8 a | 2.52 a | 0.04 ab | 9.6 c | |
| 60/90 | 16/8 | 71.6 a | 3.0 a | 6.0 a | 29.7 a | 43.4 b | 46.7 a | 1.7 a | 3.23 a | 0.08 a | 14.6 a |
| 20/4 | 68.7 ab | 3.2 a | 6.5 a | 30.4 a | 43.6 b | 41.0 ab | 1.5 a | 3.35 a | 0.07 a | 12.4 ab | |
| 22/2 | 63.5 b | 3.1 a | 5.9 a | 26.2 a | 45.4 a | 32.8 b | 1.0 b | 3.06 a | 0.11 a | 10.7 b | |
| Significance | |||||||||||
| Relative humidity(A) | *** | *** | *** | * | *** | *** | *** | * | *** | *** | |
| Photoperiod(B) | ** | NS | NS | NS | NS | ** | * | * | * | *** | |
| A×B | * | NS | NS | ** | NS | ** | ** | NS | NS | NS | |
충분한 질소질 비료의 공급과 빠른 생육속도는 팁번 발생에 중요한 요인이 되기 때문에(Benoit과 Ceustermans 1986) 식물이 빠르게 생육할 수 있게 정밀하게 조절된 환경을 제공하는 식물공장에서 팁번의 발생은 심각한 문 제가 된다(Koyama등, 2012). Fig. 1와 같이 명/암기 상 대습도가 60/90% 조건일 때 명/암주기 16/8h로 처리했 을 때 팁번의 발생은 1.4%로 매우 낮았지만 명/암주기 20/4h, 22/2h 처리에서는 각각 15.5% 30.3%로 급격히 증가하였다. 상대습도를 명/암기 60%로 동일하게 유지했 을 때는 명/암주기 16/8h에서도 팁번의 발생이 15.5%로 상대습도 60/90% 처리에 비해 높게 발생하였고 20/4h, 22/2h 처리에서도 25% 이상 높게 나왔다. 이는 Choi와 Lee(2008)가 상추를 대상으로 주야간 상대습도를 처리한 실험의 결과와 일치하는 것으로 주간의 상대습도를 낮추 고 야간의 상대습도를 높게 유지할 경우 팁번의 발생이 경감하였다.
2. 미나리 줄기의 경도
미나리 줄기의 경도는 야간습도를 높게 처리할 때 전반 적으로 낮게 나왔고 상대습도를 60/60%으로 처리한 경우 에는 명/암주기에 따른 경도의 변화가 뚜렷하지 않았지만 명/암주기를 60/90%로 처리한 경우에는 암기시간이 연장 될수록 경도가 낮았다(Fig. 2). 이는 미나리의 생육속도와 연관이 있는데 앞선 결과에서 생체중이 가장 우수하였던 상대습도 60/90%, 명/암주기 16/8h 처리에서 줄기의 경도 가 가장 낮았다. 식물공장에 재배한 미나리는 일반적으로 재배되는 미나리에 비해 외부환경에 오염될 위험이 적기 때문에 샐러드나 녹즙으로 이용이 가능한데 미나리의 연 화정도는 미나리 품질에 중요한 요인이 된다.
3. 잎의 무기성분 함량
미나리잎의 무기성분은 Mg을 제외하고는 암기의 상대습 도에 따라 통계적인 차이를 보이지 않았지만 명/암주기를 조절했을 때 암기시간이 줄어들수록 무기성분 함량이 감소 하였으며 특히 22/2h 처리에서 P, K, Mg 함량이 다른 처리 에 비해 큰 폭으로 감소하였다(Table 2). 야간의 상대습도 조절이 무기성분 흡수에 미치는 영향이 일관적이지 않고 작 물에 따라 다른 결과를 보였는데 야간의 높은 상대습도는 증산율을 감소시켜(Mengel과 Kirkby, 1987) 양분의 수송이 억제되므로 오이에서 Ca 결핍에 의한 장애 등을 발생시킨 다고(Bakker, 1984) 하였지만 딸기의 경우 야간의 습도를 높 게 관리했을 때 잎의 Ca 함량이 높았으며 팁번 또한 발생하 지 않았다(Bradfield와 Guttridge, 1979). 또한 야간의 상대습 도를 증가시켰을 때 토마토의 경우 잎에서 대부분의 무기성 분이 감소하였지만 딸기의 경우 정반대의 결과를 나타내었 다(Choi 등, 1997). 팁번 발생은 Ca 결핍과 관련이 있다고 알려져 있지만(Aloni등, 1987; Brumm 와 Schenk, 1993) 본 실험에서는 미나리 잎에서 팁번 발생과 Ca 함량 사이에 연 관성을 찾아보기 어려웠는데 명기의 습도를 60%로 유지하 고 암기의 습도를 90%로 높였을 때 팁번의 발생이 낮았던 이유는 증산이 일어나기 어려운 미전개된 신엽부분에서 근 압에 의한 Ca의 이동이 영향을 미쳤을 것으로 추측되며 (Choi 등, 2008), 지상부 잎 전체를 분석했을 때는 총 함량에 서 차이를 보이지 않았지만 신엽부분의 Ca의 분배에는 차 이가 있을 것으로 판단되며 추가적인 연구가 필요하다.
Table 2.
Mineral contents in leaves of water dropwort affected by relative humidity and photo/dark period treatment.
| Relative humidity (Light/Dark, %) | Photo/dark period | T-N | P | K | Ca | Mg | K/Ca | Mg/Ca | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % | ratio | ||||||||
| 60/60 | 16/8 | 5.7 az | 2.5 a | 10.2 a | 2.2 a | 0.39 a | 4.6 a | 0.18 a | |
| 20/4 | 5.5 a | 2.1 b | 9.5 a | 2.2 a | 0.34 b | 4.4 a | 0.16 b | ||
| 22/2 | 5.4 a | 0.9 c | 5.3 b | 1.7 b | 0.26 c | 3.2 b | 0.16 b | ||
| 60/90 | 16/8 | 5.9 a | 2.4 a | 9.9 a | 2.0 a | 0.42 a | 4.9 a | 0.21 a | |
| 20/4 | 5.6 b | 2.3 a | 9.2 a | 2.3 a | 0.41 a | 4.1 b | 0.18 b | ||
| 22/2 | 5.5 b | 1.0 b | 5.8 b | 2.0 a | 0.32 b | 2.9 c | 0.15 b | ||
| Significance | |||||||||
| Relative humidity(A) | NS | NS | NS | NS | *** | NS | ** | ||
| Photo/dark period(B) | ** | *** | *** | ** | *** | * | *** | *** | |
| A×B | NS | NS | NS | NS | NS | NS | * | ||
상기 결과들을 종합하여 보면 명기와 암기의 상대습도 를 동일한 60%로 처리했을 때보다 명/암주기 16/8h 조 건에서 암기의 상대습도를 90%로 관리 할 경우 팁번 발생이 뚜렷이 감소하였으며 수량 또한 가장 높았다. 이 러한 점을 볼 때 식물공장을 활용한 미나리 생산을 위 해서는 암기의 높은 상대습도가 필수적이며, 8시간 정도 의 암기시간이 요구된다는 것을 알 수 있었다.
