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HA 단백질 발현을 위한 식물공장에서의 애기장대의 생육 최적 재배환경 조건 구명
김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),정충렬 ( C. R. Jung ),최성화 ( S. H. Choe ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
애기장대에서 단백질 발현을 최대화하기 위한 생육환경과 재배조건에 필요한 식물공장 시스템으로 광량, 광도, 광질, 광주기, 양액 조성 등 환경조건과 재배기술을 확립하기 위한 시험을 실시하였다. 최근 식물공장에서 고소득 작물을 생산하기 위한 노력으로 식물공장 공간배치의 극대화하여 다량 생산 뿐 만 아니라 식물공장 시스템을 활용하여 기능성 물질을 다량 추출할 수 있다면 식물공장의 활용도 제고와 경제성을 높일 수 있다고 판단된다. 그러한 노력 중에 하나로 모델식물인 애기장대는 고부가가치 재조합단백질 생산을 위한 재료로 다양한 유전자 조작이 가능하며 의료용 단백질 생산이 가능한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 식물공장 재배시스템에서 환경조건을 설정하여 단백질 생산을 위한 작물로 애기장대를 선정하고 애기장대의 단백질 함량은 잎 무게와 상관관계가 있다는 전제조건으로 먼저 최적 생육의 초장 생장을 위한 온도별 반응을 조사하였다. 전주 식물공장연구동에서 9가지 종류의 애기장대 종자를 파종한 후 4주 뒤 상대습도를 55%로 고정한 4종류의 온도조건(16, 20, 24, 28°C)을 가진 챔버 내 150 μmol m<sup>-2</sup> · s<sup>-1</sup>의 광조사 시간으로 12, 16시간 처리로 설정하였고, 담액경 방식으로 형광등 및 LED로 구분하여 처리한 재배베드에 정식하였다. 정식 후 초장 생육조사를 2015년 12월 30일부터 2017년 2월까지 매주 1회 조사하였다. 애기장대 LED 처리구에서 초장은 20°C 조건에서는 4주가 경과했을 때 평균 길이는 대부분 6 cm를 넘었고 7주가 되었을 때 20°C 12시간의 경우 1 품종(col)의 경우 9 cm를 넘지 못했고 16시간은 3품종이 넘지 못해 20°C에서는 12시간 조사시간이 우수하였다. 24°C의 조건에서의 조사기간 12시간과 16시간의 차이가 없어 12시간이면 충분한 조사시간이었다. 최적 단백질 발현을 위한 애기장대 엽수 확보 온도조건으로는 일반적으로 형광등에서는 20°C, 12시간이 좋았고 LED구에서는 24°C 16시간이 대체로 좋았다. 재배온도 조건 16°C의 형광등과 LED 광의 조건에서는 4주 후 평균초장이 6 cm가 된 반면 20 및 24°C에서는 3주 후부터 대부분 6 cm 이상을 보인 반면 28°C 조건에서는 영양생장 및 생식생장 모두 빠르게 진행되어 6cm를 넘지 않았다. 전체적으로 LED보다는 형광등에서의 성장속도가 빨랐다. 정식한 애기장대 변이품종간에도 차이를 보였는데 JL00458.1과 JL 00510.1의 경우 형광등에서는 5주부터 평균 9 cm를, LED에서는 6주부터 평균 9 cm의 길이를 보였다. 따라서 초장 최적재배를 위해서는 20°C의 형광등 재배조건과 두 변이품종이 적합한 것으로 판단된다.
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토마토 재배시설에서의 방충망 크기별 해충유입 정도 구명
김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),백정현 ( J. H. Baek ),정충렬 ( C. R. Jung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
원예시설은 작물생육에 최적인 환경을 조성·유지하는 반면, 해충생육에도 적합한 온·습도 환경으로 해충 침입 시 급속한 작물피해와 2차 병해발생이 우려됨에 따라 해충유입 예방과 방제 기술개발이 필요하여 연구를 수행하였다. 원예시설 내 발생 미소해충류의 유입차단 및 발생억제를 위한 해충 방제용 조명기술 개발하고자 해충유입 경로를 파악하고 적정규격 방충망 구명하고자 방충망 크기별로 공기입자의 환기율을 계산하였다. 방충망은 6종류의 망은 크기별로 잘라 플라스틱 틀에 고정시킨 뒤 광학현미경을 사용하여 방충망 사진을 촬영한 후 이미지 분석 프로그램을 사용하여 실의 직경, 망의 평균 크기 및 최대직경을 계산하였다. 시험 방충망은 시험온실인 충남 부여군 장암면 소재 무농약 토마토 재배 온실에 두 종류의 백색망(0.3 및 0.4 mm)망과 한 종류의 적색망(0.4 mm)을 설치한 후 온실 출입구부터 측창 주변에 8M 간격, 1.5M 높이로 황색 점착트랩을 부착하였고 2주 단위로 교체하였으며 온습도 측정을 위해 10M 거리, 1.8M 높이로 온습도센서를 설치하였음. 경기 안성 농가에는 오이 포장에 충남 부여군 한 농가에 멜론 재배 온실에 무처리 포함 4종류의 집합페로몬 유인제(Koppert, Biobest, ISCA 및 AlphaScent 제품)를 청색 점착트랩에 부착하여 각각 2.0, 1.5M 높이에 설치하여 2주 단위로 교체하였고 교체시마다 시계방향으로 트랩 위치를 변경하였다. 시험 결과로 망 크기가 커질수록 X 및 Y축 양쪽 방향에 있는 망의 평균 크기[L<sub>X</sub> (mm), L<sub>Y</sub> (mm)]는 증가하였고 동시에 망 내 최대 직경(Ø) 또한 증가 경향을 보였다. 백색망의 크기가 커질수록 환기 차단율이 감소됨을 확인하였으며, 3종류의 광원 모두에서 꽃노랑총채벌레의 이동행동을 관찰하였지만 이동률이 낮아 통계 유의차는 없었음.
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김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),정충렬 ( C. R. Jung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
식물공장은 외부 기상환경으로부터의 영향을 받지 않으면서 작물을 생산할 수 있는 재배시설과 작물재배 환경 등 생육조건을 갖춰야 하므로 초기투자비용이 유리온실 등 다른 유형의 원예시설보다 높은 시설비가 소요되어 경제성이 문제가 되고 있다. 이러한 문제점의 해결방안으로 식물공장에서 기능성 작물을 재배하기 위한 재배시스템의 필요한 실정이다. 본 연구는 이러한 기능성 재배작물의 재배조건에 관해 연구를 수행하였다. 방풍은 최근 재배면적과 수량이 증가되는 추세이며, 방풍을 약용작물로 가치가 높아지는 추세라고 볼 수 있다. 본 연구에서는 식물공장 방풍재배에 필요한 광원은 작물 생산과 품질, 냉방부하, 운영비 등에 영향을 미치며, 설치비의 상당부분을 차지하므로 저비용 고효율 광원의 개발과 조명시스템을 개발하기 위해 수행하였다. 식물공장 방풍재배용 인공광원 및 조명시스템 개선을 위해 식물공장용 재배장치로 LED조명모듈, LED제어기, 전원공급기, 반사갓, 제어장치를 40W × 1,240L × 34H (mm) 1단으로 광원 높낮이 조절구로 감속기어방식으로 구성하였다. 조명은 LED로 적색, 청색, 백색을 3:2:2 비율로 구성하였으며, 반사갓으로 광원의 효율적인 이용과 외부기기로 제어가 가능하도록 장치를 제작하였다. 광원 종류는 형광등(삼파장), 형광등(삼파장)+적색LED, 형광등(삼파장)+청색LED, 형광등(삼파장)+적색LED+적색로 구성된 조명을 대상으로 광량자속밀도계와 광량자센서(LI-250A, LI-190SA, USA)를 이용하여 분광스펙트럼을 조사하여 하이브리드 광원으로 이용하는데 기본적인 데이터를 조사하였다. 방풍조명장치 광분포도 조사는 10, 20 cm에서 결과가 79% 이상의 균일효과가 나타나 높은 수준의 광균일도 효과로 판단된다.
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식물공장 케일 생육장치 개발과 수경재배 조건에 따른 생육 구명
김현환 ( H. H. Kim ),허정욱 ( J. W. Heo ),이공인 ( G. I. Lee ),이재수 ( J. S. Lee ),정충렬 ( C. R. Jung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
식물공장에서 주로 재배되고 있는 상추의 대체 작물로 케일, 방풍 등의 약용작물에 관한 관심이 높아지고 있다. 식물공장은 외부 기상환경으로부터의 영향을 받지 않으면서 작물을 생산할 수 있는 시설과 작물재배 환경 등 생육조건을 갖춰야 하므로 초기투자비용이 유리온실 등 다른 유형의 원예시설보다 높은 시설비로 경제성이 문제가 되고 있다. 이러한 문제점의 해결방안으로 케일은 기능성 작물로의 가치가 인정되어 시설원예 또는 노지작물로 일정한 면적에서 재배되고 있다. 이러한 케일을 식물공장에서 수량 및 기능성 성분 증진을 위한 광 환경조건 구명하고자 장치를 구성하여 본 연구를 수행하였다. 식물공장에서 케일 재배를 위해 재배 시스템을 구성하여 생육을 조사하였다. 시험장소는 전주 식물공장연구동 1층에서 케일 재배장치를 구성하여 시험을 수행하였으며, 광측정은 분광광도계(LI-1800, LI-COR, USA)를 이용하여 광량을 분석하였다. 케일생육은 정식 후 2주차 시험개시 38일차에 조사하였으며, 광원은 형광등과 LED 청백 조합으로 설정되었으며, 광강도 220~230 μmol · m<sup>-2</sup> · s<sup>-1</sup>을 유지하였다. 배양액 농도는 야마자키 상추 2.0으로 재배하였다. 케일 잎의 생체 및 건조 무게의 경우 담액경이 분무경보다 무거운 것으로 조사되었다. 잎 길이에서는 분무경이 담액경보다 긴 것으로 조사된 반면 잎 폭에서는 차이가 없는 것으로 조사되었다. 잎자루 길이과 잎의 총길이에서는 분무경이 담애경보다 담액경보다 긴 것으로 조사되었다. 줄기 길이 및 직경에서는 분무경이 담액경보다 길고 큰 것으로 조사되었다. 엽록도에서는 담액경이 분무경보다 높은 것으로 나타난 반면 잎 수에서는 담액경과 분무경 사이에 차이가 없는 것으로 조사되었다.
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