< 연구 결과요약서 >
소속 학교 용화여자고등학교 책임 지도교사 이O영
참여 학생 김O주, 박O연, 서O현, 최O연
과 제 명 식물의 생장 시기에 따른 효율적인 빛의 세기 알아보기
연구목표 식물의 생장 단계별 알맞은 빚에너지의 양을 알아내어 지하농장의 운영의 효율성을 높임
연구개요 및 내용
□ 이론적 배경 및 선행연구
○ 고온 스트레스에 대한 배추의 생장과 광합성 및 엽록소형광반응
○ 혼합 발광다이오드와 형광등에서 자란 적치마 상추의 생육 및 광 이용 효율 비교
□ 연구 주제 선정(목적 및 필요성)
○ 지구 온난화로 인한 이상기후 현상 증가, 미세먼지의 이산화황과 이산화질소로 인한 산성비 의 토양 황폐화, 대기와 기후의 악화로 자연 상태에서 농작물의 재배 어려움
○자연광이 없는 곳에서 가장 적은 빛에너지 사용으로 가장 큰 효과를 낼 수 있는 수경 재배 시스템과 LED전구를 이용한 식물 공장인 그로잉 언더그라운드의 효율성 향상을 목적으로 함
*식물의 생장 단계별 필요한 최소한의 빛에너지 양을 알아내어 지하농장의 운영의 효율성을 높이는 것
□ 연구 방법
○ 형광반응실험을 통한 광합성량 비교
○ 형광반응 실험 외의 방법을 통한 광합성량 비교
-식물이 자라남에 따라 일정한 기간(생장 단계)을 정해 그 기간마다 자란 정도를 측정한 다. (예: 줄기의 길이, 잎의 길이, 꽃의 개수 등)
-줄기의 길이와 잎의 너비를 측정하여 광합성을 한 정도를 비교한다.
-열매가 맺히면 열매의 크기와 채도를 비교하여 측정한다.
-열매의 당도를 측정하여 실험 목적인 미래 식물공장에서 식용으로 쓰일 수 있는 지 확 인한다.
※ 제한점
○엽록소 형광반응 측정 장비 대여에 문제(전문가와의 연락 불가)가 생겨 형광반응 실험 외의 방법을 선택함.
○공간과 비용의 부족 (온도 및 습도 조절과 빛의 차단에 한계, 불균일한 광 분배)
○전 성장단계에서 얻은 각각 다른 빛에너지의 양에 따라 다음 성장단계에 영향을 미칠 수 있음. → 각각 다른 빛에너지를 제공한 화분들 중에서 가장 잘 자란 빛 세기의 화분의 식물들을 다음 주기에 넘어갈 때마다 다른 화분들에 옮겨 심어 동일한 기준에서 실험을 진행.
○열매가 맺히지 않아 그 이후의 과정 실험 불가
□ 연구 활동 및 과정
(1)식물의 매 생장 시기마다 필요한 에너지의 양이 다를 것이라는 가설을 설정하고 실험을 설계한다.
(2)실험 대상의 식물로 단기간 연구 가능한 한해살이 식물이며 식용 가능한 초본 식물을 탐색한 다. ⇨ 한해살이 초본 식물 중에서 꽃과 열매가 피는 등 생장 시기가 뚜렷하게 구분되는 식물로 토마토를 선정했다.
(3)실험 시 식물의 생장 단계를 세분화하고 실험 환경을 각 조건에 맞추어 제작한다.
-통제변인 : 씨앗 개수, 빛 차단, 공기 순환, 광원과 식물의 거리(45cm), 광주기(12시간), 물 주는 양과 횟수
-조작변인 : 빛의 세기 (조명의 개수)
(4)식물을 생장 시기별로 준비하여 실험한다.
-준비물 : LED전등, 토마토 씨앗 및 모종, 화분, 타이머 콘센트, 암막 커튼, 종이 상자와 막대기 -생장 시기 : 씨 발아~본잎(1단계), 본잎~개화 전(2단계), 개화 후~열매수정 전(3단계) ① 자문과 장비 대여를 위한 메일 작성
-전문가 섭외 실패로 인한 광합성량 측정 방법 수정 ⇨ 길이 측정과 무게 측정으로 변경 ② 1차 씨 파종 및 모종 옮겨 심기 -한 화분당 6개의 모종 심음
③ 실험 장치 설비
-상자와 암막천을 이용해 빛을 차단하고 공기의 순환을 위한 구멍을 뚫음 ④ 줄기의 길이와 가장 큰 잎의 너비, 꽃의 개수 측정
⑤ 1차 결론 도출(1-2단계) -평균값을 통해 그래프로 도출
⑥ 2차 씨 파종 및 재실험, 1차 실험 진행(3단계) -한 화분당 8개의 씨 파종 ⑦ 2차 측정 및 결론 도출 -표준편차와 평균값을 이용하여 그래프 도출
(5)식물의 측정을 통해 잉여에너지를 줄이기 위한 최적의 빛의 세기를 탐색한다.
-예산 부족으로 인한 LED 광량 결여로 한계점 발생 (6)실험 결과 데이터를 통해 결론을 도출
연구성과
□ 연구 결과
○ 1차 결과
○ 2차 결과 (길이 단위는 모두 cm)
<1차 토마토 줄기 길이>
□ 결과 해석 및 논의
-씨 발아~개화 전까지의 단계에서는 LED 1개의 생장률이 현저히 떨어지고 2,3개 사이의 차이는 거의 없음
-개화 이후 단계에서는 LED 3개의 생장률이 가장 좋았음
-토마토 줄기 표준편차를 통해 초반에 비해 후반에 변인통제가 잘 이루어지지 않은 한계가 있음
-1차 실험 때 파종한 토마토 씨(농작물 재배용)와 2차 실험 때 파종한 씨(장식용)가 달랐던 점, 2차 실험 시 온도 조절에 실패한 점 등으로 인해 1차 토마토 줄기 그래프와 2차 토마토 줄기 그래프 개형에 차이가 있음 (1차:LED 3개의 생장률이 더 좋음, 2차:LED 2개의 생장률이 점점 더 좋아짐)
□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)
○ 시사점
- 이 연구를 통해 식물의 생장시기에 따른 필요한 최소한의 빛 에너지의 양을 알아낼 수 있었음 - 식물 산업 발달에 기여할 수 있으며, 훗날 생명과학 연구에 보탬이 될 수 있음
- 도시화와 개발로 인한 농지 감소 문제를 해결할 수 있는 지하농장의 실용적 운영을 도울 수 있음
- 이 연구과정을 다양한 식물에 적용해 여러 식물마다 필요한 최소한의 빛 에너지 양을 구하여 활용할 수 있는 가능성을 보여줌
○ 향후 계획
- 다른 식물에도 적용될 수 있는 연구인지에 대해 추가 조사 및 연구를 해볼 것이다.
주요어 토마토, 생장시기, 최소 빛에너지 양
< 연구 결과보고서 >
1. 개요
□ 연구목적
○연구의 필요성 및 목적
현재 환경 문제의 최대 관심사 중 하나인 지구온난화는 계속해서 심화되고 있으며 우리에게 피해를 입히고 있다. 불과 몇 년 전의 날씨와 현재의 날씨를 비교해보아도 해가 갈수록 여름의 온도는 더 상승하고 겨울의 온도는 더 추워지는 것을 느낄 수 있을 것이다. 실제로 기상청의 통계에 따르면 2017년 서울의 최고기온은 35.3℃, 최저기온은 -12.6℃인데 비해 10년 전인 2007년 서울의 최고기온은 33.2℃, 최저기온은 -7.6℃로 차이를 보인다. 위와 같이 지구온난화의 지속에 따라 홍수, 폭풍과 같은 이상기후 현상이 일어나고 이로 인하여 인명피 해 뿐만이 아니라 농업 피해도 증가하고 있다. 그리고 현재 우리나라는 미세먼지 문제에 대한 관심도도 높아지고 있는 상황인데 미세먼지 또한 농작물 생산에 영향을 미친다. 이산화 황(SO2)이나 이산화질소(NO2)가 많이 묻어있는 대기 중의 미세먼지는 산성비를 유발하여 토양과 물을 산성화시켜 토양을 황폐화시킨다. 또한 미세먼지가 식물의 잎에 부착될 경우 잎의 기공을 막고 광합성 등을 저해하여 농작물의 생육을 지연시킨다고 한다.
이처럼 지구는 여러 가지 기후와 대기 환경의 악화로 예전에 비하여 자연 상태에서 농작물을 기르기가 어려워지고 있는 상태이다.
○연구 동기
우리 팀은 연구 주제를 탐색하던 도중 그로잉 언더그라운드에 관련된 기사를 접하게 되었다. 그로잉 언더그라운드는 세계 2차 대전 시의 방공호를 개조하여 수경 재배 시스템과 LED 전구를 이용해 식물을 재배하는 식물공장이다. 이와 같은 식물공장은 광, 온도, 습도, 이산화 탄소, 무기양분 등 작물의 생장에 관여하는 요인들을 전부 재배하는 작물에 적합하게 조절하 여 작물을 계획적으로 생산할 수 있는 시스템을 말한다. 식물공장은 외부 환경의 영향을 받지 않아 위에서 언급하였던 여러 현상들의 문제를 해결할 수 있고 만약 식물공장이 도심에 위치한다면 농작물이 필요한 곳까지 운송하는 거리도 감소하여 이산화탄소 배출량을 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
이와 같이 지하농장이 기상 이변과 농경지의 축소로 인한 농작물 생산 저하 문제를 해결할 수 있는 방안으로 거론되고 있는 상황에서 지하농장을 더 효율적으로 운영할 수 있는 방법에 는 무엇이 있을까 고민하게 되었고 그러던 중에 학교 과학 시간에 선생님께서 식물의 엽록소 형광 반응에 대하여 잠깐 이야기 해 주셨던 것이 떠올랐다. 엽록소 형광 반응이란 식물이 광합성을 진행하는 과정에서 빛에너지를 필요한 양보다 더 많이 받았을 경우 불필요한 양을
형광 형태로 방출하는 반응으로 식물의 광합성률을 측정하는 데에 사용될 수 있다. 여기서 우리 팀은 식물이 각 생장 단계별로 잎이나 꽃을 피우거나, 열매를 맺는 등의 과정에 서 필요로 하는 빛에너지의 양이 각각 다를 것이라는 가설을 세웠고 그 단계별로 꼭 필요한 최소한의 빛에너지만을 식물에게 공급한다면 쓰이지 않고 낭비되는 잉여에너지를 감소시킬 수 있을 것이라고 생각하여 이 연구를 계획하게 되었다. 결과적으로는 식물의 생장 단계별 알맞은 빛에너지의 양을 알아내어 지하농장의 운영의 효율성을 높이는 것을 목적으로 하고 있다.
○학교 여건 및 제한점
하지만 학교 여건 상 식물공장과 같이 재배하는 작물에 적합한 온도와 습도를 조절하는 데에 어려움이 있고 실험 공간이 충분하지 않아 암막 천을 이용하여 빛을 차단하기로 하였지 만 식물에게 가는 빛을 완벽하게 차단할 수 없다는 제한점이 있다. 또한, 연구 계획 시에 우리 팀은 식물의 엽록소 형광 반응에서 영감을 얻어 엽록소 형광 측정 장치를 통한 실험을 계획하였다. 하지만 엽록소 형광 측정 장치 구매의 비용 문제로 장치를 소유하고 있는 전문가 를 섭외하여 장치 이용에 대한 자문을 구하고 연구 기간 동안의 대여를 문의하려고 하였으나 전문가 섭외의 실패로 엽록소 형광 장치의 이용이 불가능하게 되었다. 우리 팀은 엽록소 형광 장치의 대안으로 매 주기별로 실험 대상으로 하는 방울토마토의 길이, 무게, 잎의 크기와 개수, 꽃의 개수, 열매의 크기와 개수 등을 직접 측정하는 방법으로 식물의 광합성률을 알아보 았다.
□ 연구범위
○ 연구 분야
- 생명과학 중 식물의 성질에 대해 연구하여 생명, 농업 분야에 영향을 줄 수 있다.
○ 진행 단계
- 방울토마토의 생장시기를 3단계로 구분하여 조사하기로 함.
1단계 : 씨 발아~본잎 2단계 : 본잎~개화 전
3단계 : 개화 후~열매가 생기기까지
–연구 기간의 부족으로 열매 맺힌 후의 방울토마토 생장률은 측정하지 못함
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ <고온 스트레스에 대한 배추의 생장과 광합성 및 엽록소형광반응(고석찬, 문경환,
문영일, 송은영, 손인창, 오순자.)>에서 식물은 동일 종이라도 생육 환경의 변화에 따라 형태적 또는 생리적으로 생장 상태가 크게 달라진다는 것을 알았고. 식물을 키우기 위한 장비선택과 엽록소 형광반응에 대해 알 수 있었다.
엽록소 형광반응은 환경 스트레스에 대한 식물의 생리적 반응 및 광합성 기구에 대한 다양한 정보를 제공하며 빛을 조사한 잎에서 방출되는 형광의 시간대별 밀도를 나타내는 엽록소 형광곡선인 OKJIP곡선을 통해 환경 스트레스 하에서 일어나는 광계Ⅱ에서의 에너지 흐름의 변화와 전자수용체의 환원 등 다양한 정보를 얻을 수 있다고 한다.
또한, 이 논문을 통해 씨앗을 파종을 하고 정식을 하여 심는 것, 수분하는 것 등 작물재배 에 대한 지식을 쌓게 되었다.
○ <혼합 발광다이오드와 형광등에서 자란 적치마 상추의 생육 및 광 이용 효율 비교(손기 호, 송민정, 오명민.)>에서 식물공장 시스템과 그에 필요한 LED조명에 대해 알게 되었다.
식물공장이란 외부환경에 관계없이 광, 온도, 습도, 이산화탄소, 무기양분 등 작물의 생장과 발육에 필요한 요인을 효율적으로 조절하여 대상 작물을 계획적으로 생산 할 수 있는 자동화된 식물생산 시스템을 말하는 것으로 깨끗하고 신선한 작물을 안정적으로 공급할 수 있고, 환경제어를 통해 품질향상도 가능한 시스템을 말한다.
특히, 식물공장 중 폐쇄형 식물생산시스템은 인공광원에 전적으로 의존하고, 따라서 자연에서 재배할 때 발생하는 피복재, 시설자재 등으로 인한 광질의 변환, 광도의 감소, 광 분배의 불균형 등의 단점 해소하는 최적의 광환경 조성이 가능하다고 한다.
이 연구를 통해 기존에 사용하던 고압나트륨등, 메탈할라이드등, 형광등과 달리 LED는 특별한 장점들을 갖고 있다는 것을 알게 되었다.
① 크기가 작고 가볍고 발열이 적은 대신 높은 광전환율과 반영구적이고 소비전력이 낮아 경제적이다. 요즘은 점차 가격도 저렴해지고 있다고 한다.
② 특정 파장을 갖고 있는 LED의 조합으로 재배 공간에 조사되는 광질을 인위적으로 조절 할 수 있다.
③ LED의 적은 열 방출로 식물을 직접적으로 뜨겁게 하지 않기 때문에 식물표면에 가깝게 조사가능하고 소비전력을 줄이면서 원하는 광양자속 밀도 유지 가능하며 안정 적인 장시간 사용이 가능하다.
또한, 이 논문을 통해 광합성 유효 광량자속(초당 면적에 가해지는 광자량)등의 빛의 세기에 대한 지식도 알게 되었다.
이 논문의 결과를 보면 LED처리구들의 광 이용효율은 형광등보다 약 3.4배 높았고, 따라서 낮은 소비전력으로 에너지효율을 높임을 알 수 있다.
⇨ 위의 선행 연구 학습을 통해 식물의 생육에 관한 지식을 얻었고, 광원은 LED가 가장 적합함을 알게 되어 실험을 설계하였다.
□ 연구주제의 선정
○ 현재 전 세계적으로 문제가 되고 있는 지구온난화로 인해 이상기후 현상이 증가하고 있음
○ 미세먼지의 이산화황과 이산화질소가 산성비를 유발하여 토양을 황폐화시키는 상황 발생
○ 지구는 여러 가지 기후와 대기 환경의 악화로 예전에 비하여 자연 상태에서 농작물을 기르기가 어려워지고 있는 상태임을 인지
○ 그러던 중 수경 재배 시스템과 LED 전구를 이용해 식물을 재배하고 있는 그로잉 언더그 운드라는 식물 공장을 접하게 됨
○ 이를 더 효율적으로 운영할 수 있는 방법에 대해 연구를 계획
○ 식물의 생장 단계별 최소한의 필수 에너지만을 공급하여 낭비되는 잉여에너지를 감소시 키는 것을 목표로 연구를 진행함
□ 연구 방법
○ 광합성률을 비교하기 위한 형광반응 실험이 가능할 지가 명확하지 않았기 때문에 가능할 때와 가능하지 않을 때로 나누어서 생각해보았다.
1) 형광반응실험을 통한 광합성량 비교
- 형광반응 측정기를 대여하고, 관련 전문인에게 자문을 구해 사용방법을 터득하고 실험을 진행하기 위한 설계를 한다.
2) 형광반응실험 외의 방법을 통한 광합성량 비교
- 토마토가 자라남에 따라 일정한 기간을 정해 그 기간마다 자란 정도를 측정한다.
- 줄기의 길이와 잎의 너비를 측정하여 광합성을 한 정도를 비교한다.
- 열매가 맺히면 열매의 크기와 채도를 비교하여 측정한다.
- 열매의 당도를 측정하여 실험 목적인 미래 식물공장에서 가장 중요한 식용으로서 쓰일 수 있는지 확인한다.
○ 측정을 위한 주기가 시작할 때마다 성장 속도가 비슷한 식물로 각 빛의 세기를 달리하여 재야하는데, 전 성장단계에서 성장 속도가 빛의 세기에 따라 다를 수 있다는 문제점을 예상했다.
이를 해결하기 위해 한 화분 당 4개의 씨앗을 심어 가장 잘 자란 빛 세기의 화분 식물들을 다음 주기로 넘어갈 때 다른 화분들에 옮겨 심어 다시 새로운 같은 상태로 실험을 진행하는 방식으로 실험을 계획했다.
○ 여러 식물에 대한 논문을 읽고 분석하여 토마토에게 적당한 최소량의 빛의 세기를 정하여 실험을 설계하였다.
인조 광으로는 자연광의 빛의 세기를 따라잡기가 거의 불가능하기 때문에 식물과 인조광 사이의 거리를 최대한 줄일 수 있는 빛의 높이 조정을 하였다.
○ 엽록소 형광반응 측정 장비 대여 문제
형광반응 측정 장비에 대해 인터넷 조사와 논문 조사를 통해 장비를 대여할 수 있는 곳을 탐색해보였다. 그래서 장비를 보유하고 계시거나 장비를 어디서 대여하셨는지 여쭈어볼 수 있는 분 2분께 메일을 작성하여 전송하였다. 하지만 한 분께서는 메일을 본 뒤 답을 하지 않으셨고, 다른 한 분께서는 메일 주소가 삭제되었는지 전송 자체가 불가하여 엽록소 형광반응 측정 장비로 실험결과를 측정하는 것은 어려운 일이라고 판단하였다.
○ 토마토 재배 방법을 알기 위해 관련 재배 서적을 구매하기 위해 인터넷 조사를 하였으나, 재배 관련 서적이 나오지 않아서 인터넷의 지식백과를 활용하여 도움을 얻기로 하였다.
○ 암막 천으로 화분과 조명이 있을 공간에 빛이 들어오는 걸 막도록 하였는데, 그렇게 하였을 시 그 공간 내에 공기가 공급되지 못하여 잘 생장하지 못할 수 있다는 문제점을 예상하였다.
화분에 있는 식물이 공기를 공급받을 수 있도록 암막천만을 설치하는 것이 아닌 화분의 겉 부분을 큰 종이상자로 덮고, 그 종이상자 밑쪽에 각 면마다 동일한 직사각형 모양의 공기구멍을 뚫어 통풍이 잘 될 수 있도록 하였다.
□ 연구 활동 및 과정
1. 식물의 매 생장 시기마다 식물의 각 시기에 맞는 필요한 에너지의 양이 다를 것 같다는 가설을 세웠다.
2. 실험을 진행하기 위하여 여러 준비물을 구매 및 마련하였다.
배양토 두 포대(50L), 9주차 토마토 모종 12개, 토마토 씨 50립, 대형화분 6개, 식물재배용 LED전등 6개, 타이머콘센트 2개, 막대기 24개, 암막커튼, 대형 종이 상자, 나무막대기(모종 지지대), 물뿌리개, 목장갑, 모종삽, 테이프 등
3. 자문을 구하기 위한 메일 작성
식물을 키우기 위해 기본적으로 해야 할 것들에 대하여 조사하던 중, 우리가 설계한 연구 주제와 유사한 짧은 논문을 찾았다. 실험에 필요한 사항들을 자문하기 위한 메일을 보냈으 나, 지금은 사라진 메일 주소인지 전송이 되지 않았다.
또한, 엽록소 형광반응을 통한 식물의 생장에 필요한 최소 에너지의 양을 조사하기 위한 엽록소 형광장치를 대여하려 메일을 보냈지만 답장이 오질 않았다.
4. 흙에다가 모종을 옮겨 심었다.
그러나 모종의 주기를 잘못 계산하여 열매까지 맺힌 모종이 오고 말았다. 그래서 추후에, 각 단계별 실험이 끝날 때마다 다음 단계 실험을 위해서 새롭게 알맞은 시기의 모종을 사기로 결정하였다.
비록 연구 순서에 맞지 않는 모종이 왔지만, 토마토의 재배 방법을 터득하기 위해 그 모종들을 재배해보기로 하였다. 주말을 제외하고 물을 하루에 아침과 저녁에 두 번씩 주었다.
5. 본격적인 실험을 위하여 씨앗을 심었다.
씨앗을 한 화분에 5군데의 홈을 파서 2,3개씩 씨앗을 넣어 심었다. 5일째부터 싹이 나기 시작했고 12개의 떡잎이 난 방울토마토 새싹을 3개의 화분에 각각 4개씩 심어서 실험을 하기 위한 분류를 하였다. (떡잎이 났기 때문에 떡잎 이후 단계부터 주기를 나누어서
측정한다.)
다음은 씨앗을 심은 지 5일째에 싹이 난 모습이다.
6. 실험을 하기 위한 장치 설치를 하였다.
화분이 들어갈 정도로 큰 상자의 아랫부분에 구멍을 뚫어 공기가 통할 수 있게 하였고, 실험에 필요한 LED 조명 외의 빛을 차단하기 위하여 상자의 윗부분을 암막커튼으로 덮었 다.
아래 사진처럼 식물이 자라는 공간을 설치하였다. (이후에 상자 위를 암막커튼으로 덮었다.)
다음은 LED조명 장치를 설치한 사진이다. 상자의 네 모서리 틈으로 나무막대 두 개씩을 대각선으로 끼워 넣어 틈을 만든 뒤, 그 틈에 LED조명을 꽂았다. 빛의 양에 차이를 두기 위해 조명의 개수를 1개, 2개, 3개로 달리 했는데 1개 이상의 조명을 달 때에는 구멍을 더 뚫어 나무막대를 더 꽂은 뒤 틈을 여러 개 만들어 조명을 꽂았다.
<조명 3개> <조명 2개> <조명 1개> <조명 1개의 모습>
7. 토마토의 본잎 및 줄기의 길이를 매일 기록하였다.
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
○ 빛의 세기에 따라 3단계로 구분하여 각각 생장단계별 생장량을 통한 광합성량 측정
빛의 세기 생장 단계
* LED 1개 : 175 μmol·m-2·s-1 1단계 : 씨 발아~본잎
* LED 2개 : 350 μmol·m-2·s-1 2단계 : 본잎~개화 전
* LED 3개 : 525 μmol·m-2·s-1 3단계 : 개화 후~열매가 생기는 시기
(1) 1차 결과
날짜 식물 개체 토마토 줄기 길이(cm) 토마토 본잎 길이(cm) LED 3개 LED 2개 LED 1개 LED 3개 LED 2개 LED 1개
6/29 4개 측정
6 7 5 0.4 0.3 x
6 7 7 0.5 0.3 x
7 7 8 0.8 0.5 x
7 9 - 1.0 0.5 -
7/2 4개 측정
7.7 8.3 6.7 1.7 1.3 x
8.0 8.8 8.4 2.0 1.7 x
8.1 9.2 9.0 2.2 2.3 x
8.7 10.8 - 2.6 2.3 -
7/13 4개 측정
7(꺽임) 14.2 9.7 3.0 3.0 2.4
14.7 15.0 10.1 3.6 5.0 2.5
18.0 16.0 13.0 4.7 5.4 3.0
- 18.5 - - 5.2 -
7/16 4개 측정
15.3 16.0 10.0 4.1 4.1 3.2
23.2 21.9 13.2 4.3 5.8 3.7
27.7 22.6 15.0 6.7 6.3 4.0
- 25.3 - - 7.2 -
7/20 4개 측정
17.0 18.0 10.0 4.5 5.0 4.0
27.0 26.0 18.0 5.5 8.0 5.0
32.0 27.0 14.0 8.0 7.5 4.0
- 31.0 - - 6.5 -
(2) 2차 결과 (길이 단위는 모두 cm)
날짜 식물 개체 1차 토마토 줄기 길이 1차 토마토 최장잎 길이 LED 3개 LED 2개 LED 1개 LED 3개 LED 2개 LED 1개
7/23
4개 측정
6.5 9.5 5.5 2.6 1.3 1.5
5.5 6 7.5 2.2 2.3 1.2
6 7.5 6 2 1.7 0.9
7 6.5 6.3 1.7 -
평균 6.25 7.375 6.325 2.125 1.766667 1.2 표준편차 0.645497 1.547848 0.85 0.377492 0.503322 0.3
7/27
3개 측정
36 37.6 28.8 8.2 8.2 5.2
25 34.1 13 4.7 8.1 7
38.7 36.3 - 5.5 8.3 -
평균 33.23333 36 20.9 6.133333 8.2 6.1 표준편차 7.256951 1.769181 11.17229 1.833939 0.1 1.272792
7/30
3개 측정
36.1 29.7 21.9 7.1 7.9 4.8
29.2 32
- 5.9 7.3
22.8 29.9 5.2 8 -
평균 29.36667 30.53333 21.9 6.066667 7.733333 4.8 표준편차 6.651566 1.274101 0.960902 0.378594
8/17
3개 측정
61 55 55 5.5 7.3 7
67 67 53 4.5 4.8 5.5
4.7 5.5
평균 64 42.23333 54 5 5.866667 6.25
표준편차 4.242641 33.05395 1.414214 0.707107 1.289703 1.06066
8/20
3개 측정
56.2 69 77
60.1 56 72
41.2 86 -
평균 52.5 70.33333 74.5
표준편차 9.978477 15.04438 3.535534
8/27
3개 측정
87 61 78
81 80 81
- 80.5 -
평균 84 73.83333 79.5
표준편차 4.242641 11.1168 2.12132
9/3
3개 측정
83 64.5 91 6.1 6.2 5
97.5 65 94 4.3 5.5 4.5
- 82 - - 4.5 -
평균 90.25 70.5 92.5 5.2 5.4 4.75
표준편차 10.25305 9.962429 2.12132 1.272792 0.8544 0.353553
9/7
3개 측정
80 98 96 4.2 7.2 7.2
77 72 94 3.7 6.9 8.7
67 ?
평균 78.5 79 95 3.95 7.05 7.95
표준편차 2.12132 16.64332 1.414214 0.353553 0.212132 1.06066
9/10
3개 측정
92.4 70.1 94.7 84.2 78.3 82.3
80.3
평균 88.3 76.23333 88.5 표준편차 5.798276 5.404936 8.768124
날짜 식물개체 2차 토마토 줄기 길이 2차 토마토 최장잎 길이 LED 3개 LED 2개 LED 1개 LED 3개 LED 2개 LED 1개
8/17
8개 측정
2.5 2.2 2 1.5 1.5 1.5
2 1 3.2 2 1.3 1.9
2.6 2 2.3 1.6 1.2 1.5
2.8 3 1.9 1.8 2.1 1
2.5 3.2 3 1.5 2.3 1.1
3.5 2.7 2.6 1 1.5 1.7
2 4 1 1 1.8 0.9
3.1 3.5 2 1.5 2 1.8
평균 2.625 2.7 2.25 1.4875 1.7125 1.425 표준편차 0.511998 0.94868 0.69693 0.34821 0.39798 0.38078
8/20
8개 측정
3.3 3.1 4 1.2 1.7 1.4
2.6 1.4 3.1 1.8 2 0.8
2.7 1.6 2.9 2.1 1.2 1.4
2.7 2.5 3 2.4 1.6 1.5
2.9 2.1 1.9 2.8 2.1 1.6
3.3 1.9 3.2 2.1 1.2 본잎 무
2.8 1.8 2.4 2.3 본잎 무 본잎 무
3.7 1.2 사망 1.8 본잎 무 사망
평균 3 1.95 2.92857 2.0625 1.63333 1.34 표준편차 0.3891382 0.61644 0.65755 0.47790 0.38297 0.31305
8/27
3개 측정
3.1 5.1 6
2 4.8 5.5
3.4 5.4 5.8
평균 2.833333 5.1 5.7666
표준편차 0.7371114 0.3 0.25166
9/3
8개 측정
10.1 4.3 4.2 5.1 1.7 2.2
9.9 3.9 1 3.4 3.2 1
9.8 9.6 5 2.7 5.1 3
10.2 9.1 3 3.2 4.4 1.7
9.6 10.1 5.2 4.7 3.7 0.9
9.4 9.1 4.1 3.5 4.9 1.4
9.7 9.3 2.9 2.8 3.1 3.1
10 8.3 사망 3.1 1.6 사망
평균 9.8375 7.9625 3.62857 3.5625 3.4625 1.9 표준편차 0.2669269 2.43951 1.45683 0.87494 1.33409 0.89814
9/7
8개 측정
14 7.2 10 6.7 2.3 4.7
13.1 11 5.6 7.4 4.2 4.5
10 9 3.2 4.9 4.3 1.3
11.2 12 6 4.5 4.9 3.9
14.4 12.4 4.3 6.7 4.7 3.6
10.3 11.3 2.1 4.8 5 1.7
9.8 11.9 4.8 3.3 5.1 2.5
12.1 5.1
평균 11.8625 10.6857 5.14285 5.425 4.35714 3.17142 표준편차 1.8204689 1.89774 2.52972 1.48179 0.96929 1.34995
9/10 8개 측정
12 8.3 7.9 3.2 3.2 2.3
9.7 9.9 4.8 3.5 3.7 1.2
12.7 11.2 6.5 3.1 9.1 2.1
11.7 10.7 7.3 3.5 3.7 1.2
<1차 토마토 줄기 길이>
11.8 8.3 6.9 2.7 3.9 1.9
9.8 8.5 4.8 3 5.1 2.2
9.6 10.2 3.9 2.4 3.2 2.7
- 13.8 5.2 2.4 2.6 0.8
평균 11.042857 10.1125 5.9125 2.975 4.3125 1.8 표준편차 1.2972498 1.86504 1.42572 0.43996 2.06566 0.65900
○ 1단계, 2단계에서는 LED 2개와 LED 3개에서의 생장량 차이가 적었다.
○ 3단계로 갈수록 LED 3개의 생장률이 좋았다.
○ 전반적으로 LED 1개의 생장률은 낮았다.
⇨ 이를 통해 각 생장단계 별 광합성량 차이를 확인할 수 있었다.
⇨ 가설 입증 확인
□ 시사점
○ 이 연구를 통해 식물의 생장시기에 따른 필요한 최소한의 빛 에너지의 양을 알아낼 수 있었다.
○ 식물 산업 발달에 기여할 수 있으며, 훗날 생명과학 연구에 보탬이 될 수 있다.
○ 도시화와 개발로 인한 농지 감소 문제를 해결할 수 있는 지하농장의 실용적 운영을 도울 수 있다.
○ 이 연구과정을 다양한 식물에 적용해 여러 식물마다 필요한 최소한의 빛 에너지 양을 구하여 활용할 수 있는 가능성을 보여주었다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 후속 연구 추진
-다른 식물에도 적용될 수 있는 연구인지에 대해 추가 조사 및 연구를 진행해 볼 것이다.
□ 책자 인쇄
-그동안의 연구과정, 연구일지, 결과 보고서 등을 모아 책자로 만들어 앞으로의 탐구과제 에 대한 자료로 활용할 예정이다.
5. 참고문헌
□ 논문
○ 고석찬, 문경환, 문영일, 송은영, 손인창, 오순자. "고온 스트레스에 대한 배추의 생장과 광합성 및 엽록소형광 반응." 원예과학기술지, 32.3 (2014.6): 318-329.
○ 손기호, 송민정, 오명민. "혼합 발광다이오드와 형광등에서 자란 적치마 상추의 생육 및 광 이용 효율 비교." 시설원예·식물공장, 25.3 (2016.9): 139-145.
○ 강선아, 양혜정, 고병섭, 김민정, 김봉수, 박선민, 2015.8
혼합파장의 LED를 광원으로 재배한 방울토마토와 적채의 생리활성물질 함량 분석 Effect of LED with Mixed Wavelengths on Bio-active Compounds in Cherry Tomato and Red Cabbage
한국식품조리과학회지 제31권 제4호, 2015.8 (5 pages)
○ 황연현, 박지은, 장영호 안재욱, 윤혜숙, 홍광표, 2016.12
식물공장 내 광주기 및 광도가 흰민들레의 생육과 수량에 미치는 영향
Effects of LED(Light Emitting Diode) Photoperiod and Light Intensity on Growth and Yield of Taraxacum coreanum Nakai in a Plant Factory
시설원예·식물공장 제25권 제4호, 232-239 (8 pages)
○ 박지은, 박유경, 정병룡, 황승재, 2013.9
밀폐형 식물생산시스템에서 백색 LED를 이용한 광도와 광주기에 따른 상추의 생장 Growth of Lettuce in Closed-Type Plant Production System as Affected by Light Intensity and Photoperiod under Influence of White LED Light
시설원예·식물공장 제22권 제3호, 228-233 (6 pages)
○ 차미경, 김주성, 조영열, 2012.12
배양액 농도와 광도가 식물공장에서 재배되는 적축면 상추의 생장에 미치는 영향
Growth Response of Lettuce to Various Levels of EC and Light Intensity in Plant Factory
생물환경조절학회지 제21권 제4호, 305-311 (7 pages)
※ 저자 성명의 가나다 순으로 기재, abc 순으로 기재
※ 한글 참고문헌을 앞에 기재, 영문을 두 번째, 타 언어를 마지막에 기재
【연구 결과보고서 작성 시 유의 사항】
․연구 과정을 충실하게 기술하되 간결하고 경제적으로 표현할 것
․불필요한 폰트, 디자인 서식, 이미지 등을 가급적 자제할 것
․위의 연구 결과보고서는 분량 제한 없음
