원거리 적색광은 식물 성장에 어떤 영향을 미치나요?

에 의해서 marketing | 5월 29, 2024 | Blogs, 조명 키우기 | 코멘트 0개

원적색 LED 생장광과 식물 성장에 대한 소개

원거리 적색광은 식물에 어떤 영향을 미치나요?
원적색 생장광 기술은 식물에 다양한 방식으로 영향을 미치며, 때로는 혼란스럽고 오해를 불러일으키고 심지어 논란의 여지가 있습니다. 그러나 광합성과 개화 성능을 최적화하고자 하는 실내 재배자에게는 여전히 중요한 주제입니다. 적색 파장이 적색광과 얼마나 멀리 상호작용하는지 이해하면 재배자들이 흔히 하는 질문, 즉 적색광이 식물에 좋은 이유는 무엇이며 적색광이 어떻게 그 효과를 확장하는지에 대한 답을 구하는 데 도움이 됩니다.

최근 원적색광에 대한 여러 연구와 기사를 검토한 결과, 재배자와 조명 디자이너에게 가장 실용적인 결과를 요약하기로 결정했습니다.

원거리 적색광이란 무엇이며 에머슨 효과와 어떤 관련이 있나요?
Ｗ왜 빨간불은 식물에 좋은가요?
적색광이 식물 성장에 미치는 영향 및 적색이 적합한 위치
원거리 적신호 및 병목 현상(PSII, PSI)
원적외선 조명에 대한 실제 실험 결과는 무엇일까요?
원적색 및 줄기 신장
먼 적색광과 씨앗 휴면
원적색 및 계절별 성장
원적색이 항상 수익률 증가를 의미하지는 않습니다.
원적색은 도움이 될 수 있지만 이해가 필요합니다.
원적색 LED 성장 조명: 연구부터 실제 적용까지

그림 1 식물과 빛

원거리 적색광이란 무엇이며 에머슨 효과와 어떤 관련이 있나요?

원적외선의 이점에 대한 이러한 모든 아이디어는 어디에서 나온 것일까요? 1950년대 로버트 에머슨이 발견한 에머슨 효과는 두 가지 파장의 적색광에 동시에 노출되었을 때 식물의 광합성이 어떻게 촉진되는지를 설명합니다.

간단히 말해, Emerson은 적색광(~653nm)에 원적색(~700nm)을 추가하면 각 색상을 개별적으로 테스트한 결과를 합친 것보다 훨씬 나은 결과를 얻을 수 있다는 사실을 발견했습니다.

적색광(653nm) 수율 = 53
원적색광(700nm) 수율 = 10
빨간색 + 원적색 광량 = 72

(흡수된 빛의 양자당 산소량)

그림 2 로버트 에머슨

적색+원적색 테스트 결과가 개별 테스트(적색과 원적색)의 합산 결과보다 더 좋았다는 사실은 광합성 메커니즘에 대한 이해에 혁명을 일으켰습니다.

에머슨은 하나의 시스템이 두 파장의 빛의 효과를 합산하는 것이 아니라, 서로 다른 두 개의 시스템이 함께 작동하여 한 시스템이 다른 시스템을 부스팅해야 한다고 추측했고, 이것이 나중에 PSII와 PSI로 알려지게 되었습니다.

Ｗ왜 빨간불은 식물에 좋은가요?

적색광은 광합성에서 근본적인 역할을 하며 대부분의 다른 파장보다 더 효율적으로 식물의 에너지 생산을 촉진합니다. 에머슨의 실험에서 광합성 활동을 시작하는 주요 반응 중추인 광합성 시스템 II(PSII)에 흡수되는 653nm 전후의 적색광이 가장 높은 수율을 보였습니다. 적색광은 빛을 화학 에너지로 변환하는 엽록소 분자를 흥분시켜 식물에 좋은 이유를 설명해 줍니다.

그러나 적색광에 원적색광(~700nm)을 추가했을 때 전체 광합성 효율이 크게 증가하여 원적색광이 적색광을 대체하기보다는 보완하는 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 발견을 통해 공장에서 에너지 변환을 극대화하기 위해 함께 작동하는 두 가지 조명 시스템인 PSII와 PSI를 발견했습니다.

적색광이 식물 성장에 미치는 영향 및 적색이 적합한 위치

적색광은 광합성을 촉진하고 개화, 종자 발아, 줄기 신장과 같은 중요한 과정을 조절하기 때문에 식물 발달에 중요한 역할을 합니다. 원예 분야에서는 약 660nm의 적색광이 엽록소 흡수를 활성화하여 빛 에너지를 식물 성장에 필요한 당분으로 전환하는 데 도움이 된다는 사실이 잘 알려져 있습니다. 이는 적색광이 식물 성장에 미치는 영향과 적색 LED가 대부분의 성장 조명 시스템의 기본 구성 요소가 된 이유를 설명합니다.

그러나 연구에 따르면 식물은 원적외선과 함께 적색광을 도입하면 훨씬 더 효율적으로 반응하는 것으로 나타났습니다. 두 파장의 조합은 에머슨 효과로 처음 입증된 메커니즘을 통해 광합성 속도를 향상시킵니다. 원적외선(~700nm)은 적색광에 민감한 시스템인 광시스템 II(PSII)와 함께 작동하는 광시스템 I(PSI)을 자극하여 전체 에너지 변환 과정의 균형을 맞추는 방식으로 적색광을 보완합니다.

최신 원적색 재배 조명 디자인은 이러한 시너지 효과를 활용하여 보다 균일한 캐노피 조명, 빠른 개화, 향상된 바이오매스 생산을 촉진합니다. 적색광을 대체하는 대신 원적색 파장을 사용하여 자연광에서 발견되는 균형을 반영하는 완벽한 스펙트럼 전략을 만들어 그 이점을 확장합니다.

원거리 적신호 및 병목 현상(PSII, PSI)

PSII와 PSI는 식물 세포에 묻혀 있는 틸라코이드 막에 위치한 하위 시스템입니다( 여기에서 자세히 알아볼 수 있습니다). ATP와 NADPH라는 에너지 저장소를 생산하여 결국 설탕을 만드는 데 사용하는 공장의 스테이션이라고 생각하면 됩니다.

그림 3a 광합성은 식물 세포 깊숙이 묻혀 있는 틸라코이드 막에서 이루어집니다.

그림 3b 틸라코이드 멤브레인 및 PSII, PSI 스테이션

청색광과 적색광은 PSII와 PSI 모두에서 흡수되며 광합성이 일어나는 데 중요한 역할을 합니다.

또한 PSII는 680nm의 적색광을 흡수하는 데 특히 효율적입니다.

또한 PSI는 700nm에서 원적색광을 흡수하는 데 특히 효율적입니다.

성장 조명에서 나오는 청색광과 적색광이 많으면 광합성이 일어나지만 PSI에 병목 현상이 발생합니다. 왜 그럴까요?

PSI는 본질적으로 처리 속도가 느리기 때문에 자연스럽게 백업이 이루어집니다. PSI는 원적색을 더 잘 흡수하므로 성장 조명에 원적색을 추가하면 성장에 도움이 될 것입니다.

요컨대, 원적외선은 기적적인 결과를 보여주는 실험을 통해 일부 사람들이 생각하는 것처럼 마법의 성장 비약이 아니라 단순히 PSII와 PSI의 프로세스 흐름을 도와줄 뿐입니다.

태양에는 원적외선이 풍부하기 때문에 야외에서 농사를 지을 때 병목 현상이 발생하지 않습니다(그림 4).

그림 4 태양의 스펙트럼은 원적색광을 많이 보여줍니다(>700nm).

원적외선 조명에 대한 실제 실험 결과는 무엇일까요?

원적외선 보조광을 연구한 세 가지 연구를 살펴본 결과 이러한 결과를 발견했습니다.

연구 1: 세 가지 상추 시료의 건조 중량이 각각 39.4%, 19.0%, 0.0% 증가했습니다.
연구 2: 상추의 건조 중량은 46~77%, 잎 면적은 58~75% 증가했습니다.
연구 3: 원적색광으로 잎의 광합성이 31.72% 증가했습니다.

(마지막에 참조 참조).

이러한 연구 결과가 유의미한 결과를 보여주긴 하지만, 이러한 연구 결과가 원적외선 보충광이 마법의 성장 기회라고 말하는 것은 아니며, 단지 원적외선 보충광을 통해 재배광 농업에 도움이 될 수 있다는 것을 입증한 것임을 다시 한 번 강조하고 싶습니다.

원적색 및 줄기 신장

숲의 캐노피 아래에서는 청색광과 적색광은 감소하지만 나뭇잎을 통해 투과되는 원적색광은 풍부하게 존재합니다(그림 5 참조). 이는 아래의 새싹 식물에게 줄기를 뻗어 더 나은 햇빛을 받으라는 신호를 보내는 것으로, ‘그늘 회피’라고도 합니다.

실내 재배 환경에서는 원적외선과 줄기 신장을 장점으로 활용할 수 있습니다.

그림 5 – 한낮의 태양 아래에서 나뭇잎 아래에서 측정한 분광기 측정값입니다.

줄기 신장의 긍정적인 측면은 딸기 재배에 있습니다. 재배자는 원적색광을 사용하여 줄기를 키울 수 있으며, 이는 통풍을 원활하게 하고 곰팡이와 곰팡이를 예방할 수 있습니다. 또한 줄기가 길면 열매를 더 쉽게 보고 수확할 수 있습니다.

그림 6 – 원적색광은 줄기 성장을 촉진하여 통풍을 개선합니다.

그러나 줄기의 성장을 촉진하기 위해 원적색광을 사용하는 것이 바람직하지 않은 경우도 있습니다. 시각적 효과를 위해 짧고 굵게 키우는 것이 좋을 수 있습니다(예: 양상추).

또한 일부 기사에서는 줄기 성장에 사용되는 당분이 열매를 맺는 식물의 수확량과 과일 품질에 영향을 미친다고 합니다.

그림 7 – 빛의 색상과 식물 크기 – Albopepper.com의 Al Gracian 사진 제공

먼 적색광과 씨앗 휴면

씨앗은 종종 캐노피 아래 땅에서 발견됩니다. 또한 원적색 빛에 반응하여 그늘진 곳에서도 자신의 존재를 감지할 수 있지만, 새싹과 달리 씨앗은 휴면 상태로 싹을 틔울 더 적절한 기회를 기다립니다.

그림 8 – 씨앗은 원적외선 빛에 반응하여 휴면 상태로 전환됩니다.

원적색 및 계절별 성장

마당이나 발코니에 식물이 있는 경우, 특히 봄/여름에 새 줄기, 신선한 잎, 꽃 등 식물이 집단적으로 급성장하는 것을 느낄 수 있을 것입니다. 원적색과 적색광은 피토크롬 분자의 구조에 영향을 미쳐 이 마법 같은 변화에 영향을 미칩니다.

낮과 밤의 시간이 같다고 생각하면 피토크롬은 일종의 정체 상태에 도달합니다. 그러나 봄/여름이 되면 낮 시간이 길어져 피토크롬 상태에 영향을 미치는 원적색광과 적색광이 변화하고, 이는 계절에 따른 성장을 유발합니다.

계절별 성장에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인할 수 있습니다.

그림 9 – 계절별 성장의 핵심인 피토크롬 분자.

그림 10 – 계절별 성장률은 일광 시간에 따라 결정됩니다.

원적색이 항상 수익률 증가를 의미하지는 않습니다.

광합성의 최종 산물은 당입니다. 그러나 원적외선을 보충하여 당분이 풍부하다고 해서 식물 수확량이 증가하는 것은 아닙니다.

식물의 핵에 있는 DNA는 성장을 시작하기에 적절하다고 판단하기 전에 여러 항목의 체크리스트(체크포인트 제어)를 거칩니다. 온도, 습도, 호르몬 가용성, 물 가용성, 식물 스트레스 등을 평가합니다. 실제로 광합성을 적절히 촉진하는 청색광, 적색광, 원적색광이 있다고 해서 원하는 결과를 얻지 못할 수도 있습니다.

그림 11 – 식물 세포의 핵은 세포 분열의 모든 기능을 제어합니다.

그림 12 – 세포 주기의 4번째 단계는 세포 분열(유사 분열)입니다 – Ali Zifan(위키백과-CCBY-SA 4.0)

모든 식물은 다르다는 것을 기억하세요

각 식물 종마다 고유한 특징이 있습니다. 어떤 사람에게는 완벽하게 작동하는 것이 다른 사람에게는 이상적이지 않을 수 있습니다. 그들의 특성은 적자생존이라는 진화의 마스터 플랜의 일부로서 핵의 DNA 깊숙이 자리 잡고 있습니다.

그림 13 – 스펙트럼 PAR 미터의 원적색, 적색 및 자외선 측정값.

원적색은 도움이 될 수 있지만 이해가 필요합니다.

이 글에서는 원적외선 빛의 모든 측면을 다루려고 노력했습니다.

하지만 원적외선을 켜고 수확량을 늘리는 것은 원적외선의 여러 측면을 고려해야 하기 때문에 쉬운 일이 아니라는 것을 알게 되었습니다: PSI 병목 현상, 줄기 신장, 계절별 성장, 핵/DNA 고려 사항 등 다양한 측면을 고려해야 하기 때문입니다.

또한 모든 식물에는 특성이 있기 때문에 식물을 키워본 경험이 있다면 한 식물에 좋은 것이 다른 식물에는 효과가 없을 수도 있다는 사실을 금방 알게 됩니다. 그럼에도 불구하고 원적외선 빛의 뉘앙스를 이해하면 재배자는 실험과 매개변수 조정을 통해 원적외선 결과를 얻을 수 있는 더 나은 기회를 얻을 수 있습니다.

이 글의 모든 측정 데이터는 UPRtek 스펙트럼 PAR 미터로 측정한 것입니다.

원적색 LED 성장 조명: 연구부터 실제 적용까지

연구를 통해 원적색광의 복잡한 동작을 이해하는 데 도움이 되지만, 재배자는 이러한 과학적 통찰력을 측정 가능한 결과로 전환하기 위해 원적색 LED 재배 조명 시스템에 의존합니다.

최신 LED 재배 조명 기술은 이제 정밀한 스펙트럼 튜닝으로 설계되어 사용자가 특정 작물이나 성장 단계에 맞게 적색과 원적색 파장의 균형을 맞출 수 있습니다.

재배자는 원적색 LED 재배 조명을 사용하여 광합성 효율, 꽃 개화, 바이오매스 축적을 촉진하는 자연광 조건을 재현할 수 있습니다. 그러나 원적외선 방사선에 대한 반응은 종마다 다르기 때문에 스펙트럼 비율을 미세 조정하는 것은 여전히 필수적입니다.

그렇기 때문에 정확한 스펙트럼 측정 도구인 UPRtek PG200N 스펙트럼 PAR 미터가 필수적입니다. 이를 통해 연구자와 재배자는 원적색 성능을 분석하고 최적화하여 시행착오에 기반한 조명 전략이 아닌 데이터 기반 조명 전략을 수립할 수 있습니다.

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스펙트럼 PAR 측정을 통해 농부와 연구자들은 제품의 품질, 시기 및 양을 개선하기 위해 색상 매개변수를 조정할 때 전문가 조명의 이점을 활용할 수 있습니다.

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