원예작물 조직배양묘의 급속대량증식 및 순화체계 개발과 실용화시험 1 = Development and Practical Application of Photoautotrophic Culture and Acclimatization Systems for Mass-Production of Micropropagated Horticultural Plantlets

국문 초록 (Abstract)

Ⅰ. 제목
원예작물조직배양의 급속대량증식 및 순화체계개발과 실용화 시험
Ⅱ. 연구개발의 목적과 중요성
1. 연구개발의 목적
가. 광독립자가영양배양의 최적환경설정과 제어장치 개발
1) 광독립자가영양배양의 특성과 최적환경조건 및 환경조절 제어기술
2) 조직배양실과 환경조절장치 개발
3) 컴퓨터 제어 시스템 개발
4) 광 공급장치 개발
5) 광독립자가영양배양 장치의 실용화 실험
나. 광독립자가영양배양 조건하에서 배양체의 생육에 미치는 광도, CO_2농도, DIF, 일장등의 개별 및 상호작용 효과 규명
1) 광독립자가영양배양에서의 광도와 CO_2 농도 영향
2) 광독립자가영양배양에서의 CO_2 농도와 환기회수의 영향
3) 광독립자가영양배양에서의 주·야간 온도차(DIF)와 광도의 영향
4) 광독립자가영양배양에서의 명·암 주기와 환기회수의 영향
5) 광독립자가영양배양에서의 광도, 주·야간 온도차(DIF) 및 일장의 상호작용
6) 발근단계에서 영양체계가 배양묘의 생장에 미치는 영향
7) 발근단계에서 영양체계 및 순화방법이 배양묘의 생장에 미치는 영향
8) 광독립자가영양배양시 배양기내의 지지물 및 이온농도의 영향
9) 광독립자가영양배양시 배양기 종류와 환기회수의 영향
다. 광독립 자가영양배양시설의 설계와 활용실증 시험
1) 농가 보급형 자가영양배양시설의 표준설계
2) 농가 실용화를 위한 실증시험
라. 농가보급을 위한 표준배양시설의 경제성 분석
1) 조직배양법과 농가수용 기술
2) 조직배양농장의 시설규모와 투자액
3) 조직배양사업의 수익과 비용 추정
4) 조직배양사업의 수익성 분석
5) 조직배양사업의 경제적 타당성 분석
2. 연구개발의 중요성
가. 조직배양에 의한 대량번식 기술은 지금까지 광범위한 식물번식에 적용되어 오고 있고 학교, 연구소, 지도소, 농가 등 많은 곳에서 조직배양실을 갖추고 생산기술의 연구에 임하고 있으나 조직배양의 농업생산성과 직결되는 배양가능작물의 범위와 배양묘의 생장속도 및 성묘 획득율은 대단히 부진하며 성묘의 가격은 매우 높은 실정이므로 개선이 필요하다.
나. 그러나 기존 농가가 직면하고 잇는 문제점은 높은 생산비용으로 이는 주로 대량증식 기간동안의 생장율 저조, 발근불량 및 순화과정의 유식물체 생존율저하 등에 기인되고 있다.
다. 이는 조직배양방법의 비효율성과 첨단 신기술의 미수용과 연관이 있고, 특히 기외 육성의 초기단계인 순화과정에서 발생하는 높은 고사율은 성묘율에 큭; 영향을 미치므로 개선되어야 한다.
라. 배양과정 중에 배양기의 환경을 조절해 줌으모서 기내생장은 물론 기외 이식된 후 더 빠르고 강한 세력으로 자랄 수 있도록 도와줄 수 있다. 즉 배양배지내 존재하는 탄수화물에만 전적으로 의존하는 기존의 타가영양(heterotrophic)방식에서 식물 자체의 광합성에 의하여 발육할 수 있도록 환경을 제어해 주는 광독립자가영향(photoautotrophic)방식 또는 탄수화물과 자가영양이 혼합된 광혼합여양(photomixotrophic)방식으로 전환이 필요하다.
마. 배양기내의 타가영양상태의 유모를 온실 또는 기외 포장에 이식하였을 때 순화과정에서 갑자기 받게되는 자가영양상태로의 전환은 이들의 생존율을 저하시킨다. 이는 유묘들이 자란 배양기내의 인공배지에 포함된 영양성분과 생물환경이 외부의 자연환경과 매우 달라 유묘들이 심한 환경스트레스를 받기 때문이다.
바. 생력화의 부재와 첨단장비의 미도입으로 인건비가 생산비 중에 차지하는 몫이 큰데 이것도 광독립영양배양법의 도입으로 개선될 수 있다.
사. 조직배양묘 생산농가의 생산효율이 매우 낮고, 이로 인해 막대한 외화를 낭비하면서 매년 대부분의 종묘를 수입하고 있는 실정이므로 자가영양배양의 기술개발로 이를 절감할 수 있을 것이다.
아. 이를 위해 조직배양묘 급속대량증식을 위한 광독립영양배양장치 개발과 광독립자가영양배양 조건하에서의 최대 배양묘 생산 조건의 규명이 필요하다.
자. 또한 농가도입을 위한 광독립영양배양의 표준설계와 실용화시험 및 표준시설에 대한 경제성 분석이 필요하다.
Ⅲ. 연구개발과 내용 및 범위
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Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
1. 연구개발 결과
가. 서론
1) 조직배양에 의한 식물세포조직 또는 기관 등의 대량증식 과정을 요약하고 특히 배양기내의 CO_2농도 및 광환경과 배지의 물리적 환경특성에 대하여 검토하였다.
2) 본 연구에서는 광독립자기영양배양의 최적 환경설정과 환경제어장치를 개발하고 자가영양배양 조건하에서 식물배양체의 생육에 미치는 영향으 구명하기 위하여 광도, CO_2농도, 주야간 온도차, 상대습도, 명암기의 주기 등에 대하여 주요작물을 대상으로 배양실험을 실시하였다. 그리고 광독립 자가영양배양방법을 농가에 보급하기 위하여 시설의 설계, 농가실용화를 위한 실증시험, 표준시설에 대한 경제성 분석 등이 실시되었다.
나. 광독립자가영양배양의 최적환경설정과 제어장치 개발
1) 광독립자가영양배양의 특성과 최적 환경조건 및 환경조절 제어기술
자가영양배양의 특성을 검토한 최적 환경조건의 제어기준을 설정하기 위하여 배양단계별 환경특성과 조절범위를 검토하였다. 환경설정범위는 광원은 cool- white 형광등과 LED광, 광량은 70-140μ mol·m^-2·s^-1, 명/암기는 주기조절, 온도범위±오차는 20-27℃±1℃, 상대습도는 85-99%, CO_2농도는 450 - 2,000ppm범위로 하고, 조절방법은 환기회수 1h^-1, 배지의 당농도는 0-30g/ℓ^-1, 공기유동은 ON-OFF 방식으로 하였다. 그리고 순화과정에서 자가영양배양묘의 효과와 몇 가지 환경스트레스에 대한 문헌적 고찰을 하여 순화장치 개발을 위한 참고자료로 하였다. 그 내용은 배양기 내외의 환경요인으로 CO_2농도, 공기와 수분포텔셜, 광 등이었다. 그리고 타가영양번식, 자가영양번식, 증산작용 등이 순화시 광합성 및 배양묘의 생육에 미치는 영향과 배양묘의 순화중 환경스트레스 요인으로 수분, 식물조직, 광합성, 저온 등이 미치는 영향이 고찰되었다. 또한 배양묘의 적절한 순화방법이 검토되었다.
2) 광독립자가영양배양실과 환경조절장치 및 컴퓨터제어 시스템 개발
광독립영양배양방법 도입을 위하여 조직배양실과 환경조절설비를 고안제작하고 최적환경 조성기술 및 제어장치를 개발하였다. 먼저 기초시험용 배양실을 고안 제작하여 환경조절장치를 설비하고 온도, 습도, 광, 바람의 인위적 조절을 시도하여 환경조절 반응자료를 획득하였다. 환경조절 반응자료를 근거로 보급형의 배양실 구조를 재설계하고, 배양실 환경조절용 기계장치의 최적 설비사양을 정립하였다. 환경계측 및 제어가 가능한 센서, 인터페이스, 동력 배전반을 고안제작하고 컴퓨터와 연결하여 환경제어시스템을 개발하였다. 개발결과는 다음과 같다.
가) 보급형 배양실은 3가지 형태로 개발하였다. 대형 실험실 또는 소농가용으로 4실형 모델, 소규모 실험실용으로 1조 2실형모델, 실용생산 또는 전업 농가용으로 대형 Room형 모델로 하였다.
나) 각 모델별로 환경조절기능을 갖도록 실내구조를 설계하였고, 설비사양을 도표화하여 생산업체에 기술이전이 가능하게 하였다.
다) 환경제어 항목은 온도(난방, 냉방), 습도, CO_2, 광 및 풍속으로 하였고 광과 풍속은 3단 조절로 고정하여 제어되도록 하고, 기타 환경은 다음의 제어기법을 응용하여 제어하였다.
라) 제어기법은 ON-OFF, PWM 출력 PID 및 PWM 출력 Fuzzy제어를 도입하였으며, 각 제어기법의 성능을 극대화하기 위하여 각 환경제어계의 수식모형을 수립하고, 디지털 프랜트 모형으로 변환하여 환경제어 시뮬레이션을 실시하여, ON-OFF제어의 사역, PID제어의 게인 및 Fuzzy제어의 퍼지변수 수치화 범위에 대한 최적화를 도모하였다.
마) 각 제어기법의 현장적용 결과, 어떠한 환경제어에서도 Fuzzy, PID, ON-OFF순의 제어 정확도를 나타내었고, 3가지 기법 모두 실용화가 가능한 것으로 판단되지만, Fuzzy제어는 현장경험에 의한 퍼지변수 설정이 가능하기 때문에 가장 실용적인 것으로 판단되었다. 온도, 습도, CO_2농도의 제어오차는 각각 ±1.2℃, ±4.4%RH 및 ±53ppm으로 나타났다.
바) 제어기법 도입시 반드시 고려하여야 할 거은 첫째, 환경조절기의 동작지연과 최소동작시간, 계측장치의 시정수 및 지연시간을 감안한 제어주기 결정, 둘째, 온도제어에서 난방기와 냉방기 중 단일 기종만 이용, 셋째, 습도나 CO_2농도제어에서와 같이 한번이라도 목표치보다 실제값이 높게 되면 실제값을 목표치이하로 낮추기 어려우므로 항상 실제값이 제어목표치 이하로 유지 되도록 하는 것 등이었다.
사) 모니터 화면을 주시하면서 편리하게 운영할 수 있는 컴퓨터 환경제어시스템을 개발하였다. 주요 기능은 자동제어, 수동제어, 설정치 입력, 자료관리 및 장치와 센서의 초기설정으로 하였고, 환경의 제어기법은 Fuzzy제어기법이 가장 우수하였으며, 시험결과 활용상의 문제점은 거의 없었다.
아) 조직배양실내 균질의 광 공급을 위한 광공급장치를 개발하였다. 3단 조명과 반사거울을 이용한 형광등 광공급장치, 광섬유를 이용하여 배양기내 유묘의 상부 및 측면 조광이 가능한 광공급장치, 고휘도 LED 조명판을 이용한 광공급장치 및 형광등과 역V형 거울을 이용한 광공급장치 등이었다. 광섬유와 LED에 의한 장치는 광도가 낮아 측면광으로서의 보조광으로 활용할 수 있었고, 금후 광량 증가를 위한 검토가 필요하였다.
자) 이상의 기초시험부터 실용화시험까지 수행한 연구결과에서 조직배양실과 부대시설 및 환경제어장치들은 기업의 상품화가 가능할 수 있도록 충분한 자료와 기술을 도출하였다
3) 광독립 자가영양배양장치의 실용화 실험
앞에서 얻어진 광독립자가영양배양 시설과 환경설정조건을 이용하여 거베라, 스타티스, 호접란, 딸기, 토마토, 상추 등에 대하여 성묘율 및 생육효과시험을 실시하였다.
광독립자가영양배양은 sucrose, 비타민, 생장조절제를 첨가하지 않은 배지에서 140μ mol·m^-2·s^-1의 강광과 1,000ppm의 CO_2환경에서 시간당 1회의 공기순환조건을 부여하였고, 타가영양배양은 30g·ℓ^-1에 비타민과 생장조절제를 첨가하고 배양환경은 일반 관행조건인 70μ mol·m^-2·s^-1의 광에 CO_2는 membrane filter를 부착하지 않아 공기순환을 0.01회/시간으로 제한 하였다. 그리고 혼합영양배양은 15g·ℓ^-1의 sucrose 첨가에 filter를 부착하여 대기중 CO_2농도 340ppm을 시간당 1회 순환될 수 있도록 하고 그 외 조건은 타가영양배양과 동일하게 하여 서로 비교하였다.
공시작물의 시험성적을 보면 성묘율은 타가영양배양에 비하여 광독립영양배양 효과가 뚜렷하였다. 특히, 거베라, 스타티스, 상추등은 광독립영양배양이 82.0 - 96.6% 범위에 있는 반하여 타가영양배양은 64.0 - 78.1% 범위에 있어 매우 낮았으며, 혼합영양배양는 72.5 - 87.5%로서 그 중간의 성묘율을 보였다. 그리고 호접란의 경우는 모든 시험구에서 성묘율이 높이 90%이상을 보였고 특히 광독립자가영양배양은 100%의 성묘율을 보여 타가영양과 혼합영양의 90.6%, 96.6%에 비하여 성묘율이 높았다.
생효과분석을 위해 조사된 몇 가지 형질들의 성적에서는 시험구별로 다소의 차이는 있었으나 대부분 광독립영양배양에서 생육이 양호하였다. 즉 건물중 또는 생체중 증가정도에서 스타티스, 호접란, 딸기, 토마토, 상추 등은 자가여양에 비해 타가영양이 낮은 생육을 보였고, 혼합영양배양은 작물에 따라 차이는 있으나 대체로 그 중간이었다. 반면에 거베라의 경우는 타가영양이 생체중 증가율이 가장 높았고, 자가영양과가 혼합영양은 타가영양에 비하여 각각 낮았다.
이상의 결과에서 광독립자가영양배양이 대부분의 작물에서 성묘율 및 생육상태가 양호하였으나 작물 또는 조사형질 그리고 배양환경에 따라 차이가 있을 수 있으므로 여러 가지 모형의 환경에서 배양시험을 선행하고 또한 농가보급을 위한 실증시허이 수행되어야 할 것으로 사료되었다.
다. 광독립자가영양배양 조건하에서 배양체의 생육에 미치는 광도, CO_2농도, DIF, 일장등의 개별 및 상호작용 효과 규명
경상대학교에 설치된 4개의 조직배양연구실에서 실험을 실시하였다. 배양실은 컴퓨터에 의해서 설정된 환경(광도, 온도, 일장, CO_2 농도, 상대습도 등)을 조절할 수 있도록 설계되었다. 거베라(Gerbera hydrida Hort. cv. Ansofie), 카네이션(Dianthus caryophyllus cv. Scarlet Bell), 딸기(Fragari × ananaas Duch. cv. Houkouwase), 스타티스(Limonium spp. cv. Misty Blue) 및 국화(Denderanthema grandiflorum cv. Heejung)를 공시식물로 이용했다. 실험에 사용된 배양기는 4.0 × 10^-4 m^3 유리 마요네즈병 또는 3.7 × 10^-4 m^3의 Magenta GA7 배양기였고 뚜껑에 직경 10 mm의 구멍을 1개 뚫어 통기성의 filter를 붙여 배양기의 환기회수(NAEH)를 2.0 또는 2.8 h^-1로 각각 높였다. MS배지(당, 비타민 무첨가)를 이용하고, 지지물로는 agar(8.0 kg·m^-3) 등을 이용하였다. 광원으로서는 3파장 cool-white 형광등을 이용하였다. 필요에 따라 환경조건(기온, 광도, 상대습도, 일장, 주야간 온도, 배지의 종류, 이온의 농도 등)을 변화시켜 배양 식물의 생육반응(생체중, 건물중, 초장, 근장, 엽수, 엽면적, 엽록소 농도 등)을 조사하였다.
1) 광독립자가영양배양에서의 광도와 CO_2 농도 영향
거베라, 카네이션 및 스타티스는 광합성유효광자속(PPF)가 높아질수록 생체중, 건물중, 건문율 및 엽면적 등의 전반적인 생육이 유의성 있게 촉진된 반면 초장은 유의성 있게 작아졌으며, 딸기는 초장도 길어졌다. CO_2 농도가 높아질수록 거베라, 카네이션 및 스타티스의 생체중, 건물중, 건물율, 초장 등이 유의성 있게 커졌으나 딸기에서는 초장과 엽면적이 작아졌다.
2) 광독립자가영양배양에서의 CO_2 농도와 환기회수의 영향
거베라, 딸기, 카네이션 및 스타티스는 CO_2 농도가 높을수록 그리고 배양기의 환기회수가 높을 수록 생체중, 건물중, 초장, 엽면적 등이 유의성 있게 커졌다.
3) 광독립자가영양배양에서 주·야간온도차(DIF)와 광도의 영향
카네이션의 경우 초장은 -DIF 처리구에서, 절간장은 + DIF 처리구에서 유의성 있게 길어졌고 엽면적은 작아졌으며 엽록소농도는 0 DIF에서 컸다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중, 엽면적 등이 유의성 있게 커졌다.
거베라의 생체중, 초장 및 경장은 0 DIF 처리구에서 유의성 있게 컸다. 건물중, 최대근장, 엽면적 및 총엽록소농도는 - DIF 처리구에서 유의성 있게 컸다. 초장과 경장은 + DIF 처리구에서 억제되었다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중, 엽수 및 엽면적이 유의성 있게 커졌다. 초장과 경장은 광도가 낮은 처리구에서 높은 처리구에서보다 유의성 있게 컸다.
딸기는 생체중, 건물중, T/R 건물비, 경장, 초장, 엽면적 및 총엽록소농도는 0 DIF에서 건물율은 - DIF에서 유의성 있게 컸다. 광도가 높을수록 생체중, 건물중, 경장, 초장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 건물율, T/R건물비 및 총엽록소농도는 유의성 있게 작아졌다.
스타티스는 DIF에 의한 효과는 나타나지 않았고, 광도가 높을수록 생체중, 건물중 및 초장은 유의성 있게 커졌다.
4) 광독립자가영양배양에서 명·암기 주기와 환기회수의 영향
카네이션과 스타티스는 명기 8시간 암기 4시간 처리구에서 생체중, 건물중, 초장 및 엽수 등이 컸다. 환기회수가 높은 구에서 생체중, 건물중, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 커진 반면, T/R 건물비는 유의성 있게 줄어들었다.
딸기는 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 생체중, 초장 및 엽수가 유의성 있게 커진 반면 건물율은 유의성 있게 작았다. 환기회수가 높은 구에서 생체중, 건물중, 건물율, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 커졌다.
5) 광독립자가영양배양에서 광도, 주·야간 온도차(DIF) 및 일장의 상호작용 카네이션은 + DIF에서 T/R 건물비 및 초장이 유의성 있게 컸다. 명기 16시간 암기 8시간 처리구에서 생체중, 건물중, 초장, 엽수, 엽면적 총 총엽록소농도가 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비는 유의성 있게 줄었다. 광도가 높아질수록 생체중, 건물중 및 T/R 건물비가 유의성 있게 커진 반면 총엽록소농도는 유의성 있게 작아졌다.
스타티스는 +DIF에서 건물중, 초장 및 엽면적이 유의성 있게 커졌다. 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 엽수 및 총엽록소농도가 유의성 있게 커졌다. 광도에 의한 효과는 총엽력소농도에서만 광도가 낮을수록 유의성 있게 커졌다.
딸기는 +DIF에서 엽수가 유의성 있게 커진 반면 초장 및 총엽록소농도는 유의성 있게 줄어들었다. 명기 16시간과 암기 8시간 처리구에서 T/R건물비 및 초장이 유의성 있게 커졌다. 광도가 높아질수록 건물중 및 엽수가 커진 반면 T/R 건물비, 초장 및 총엽력소농도는 유의성 있게 줄었다.
6) 발근단계에서 영양체계가 배양묘의 생장에 미치는 영향
카네이션은 생체중, 건물중, 최대근장 및 엽면적은 광독립자가영양배양구에서 유의성 있게 커졌다. 건물율, T/R 건물비, 초장, 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 처리구간의 유의차가 없었다. 광혼합영야배양에서 유리화되는 경향을 보였으며 줄기가 가늘고 절간이 긴 반면 자가영양배양네는 뿌리가 길고 뿌리수도 많았으며 절간이 짧았다.
딸기는 생체중, 건물중, T/R 건물비, 초장, 엽수 연면적 및 총엽록소농도는 자가영양배양구에서 유의성 있게 커진 반면 건물율 및 최대근장은 유의성 있게 작아졌다. 고아혼합영양배양에서의 딸기는 잔뿌리보다는 원뿌리가 발달되었다. 자가영양배양에서는 줄기가 약간 붉은 색을 띄고 잔뿌리가 발달되면서 뿌리가 말리는 경향을 보였다.
7) 발근단계에서 영양체계 및 순화방법이 배양묘의 생장에 미치는 영향
카네이션은 자가영양배양법에서 자란 식물체일수록 생체중, 건물중, 초장, 최대근장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 건물율, T/R 건물비 및 신초수는 유의성 있게 작아졌다. 엽수 및 총엽록소농도는 처리구간에 유의차가 없었다. 차광률이 낮을수록 생체중, 건물중, 건물율, 근장 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비와 초장은 유의성 있게 작아졌다. 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 처리간에 유의성이 인정되지 않았다. 차광률이 높아질수록 휘어서 자라는 경향이 높았으며 자가영양배양법에 의해 순화된 식물은 광혼합영야배양법 의해 자란 식물보다 절간이 짧고 식물체의 휘엄짐이 적었다.
딸기는 자가영양배양법에서 자란 식물체일수록 생체충, 건물율, T/R 건물비, 초장, 및 엽면적이 유의성 있게 커진 반면 최대근장은 유의성 있게 작아졌다. 신초수, 엽수 및 총엽록소농도는 기내 배양시 영양체계에 의하여 영향을 받지 않았다. 순화시 차광률이 낮을수록 건물중과 건물을 유의성 있게 커진 반면 T/R 건물비, 초장 및 엽면적은 유의성 있게 작아졌다. 엽수는 차광 25%일 때 유의성 있게 커졌다. 생체중, 최대근장 신초수 및 총엽력소농도는 차광에 의해 영향을 받지 않았다.
8) 광독립자가영양배양시 배양기냉의 지지물 및 이온농도의 영향
스타티스는 상토인 토실이를 사용한 처리구에서 초장 및 근장이 agar와 perlite를 사용한 처리구에서보다 유의성 있게 길었다. 딸기의 초장과 근장, T/R율은 토실이 상토에서 배양시 유의성 있게 컸으며 생체중과 건물중도 agar에 비해 양호하였다. 스타티스 소식물체의 1/2MS 배지에 인산을 0.7075 mep·1^-1 추가로 첨가해준 배지에서 엽수, 엽면적 및 신초수가 유의성 있게 컸으며, MS배지에 인산을 1.415 mep·1^-1 추가로 첨가해준 배지에서 초장, 생체중 및 건물중이 유의성 있게 컸다. 온실용 다용도 액비를 사용한 처리구에서의 생육이 억제되었다.
9) 광독립자가영양배양시 배양기의 종류와 환기회수의 영향
딸기는 배양기 종류에 의한 차이는 나타나지 않았지만 filter의 수가 증가할 수록 엽수, 엽면적, 생체중 및 건물중이 유의성 있게 증가하였다. 엽수와 건물율은 filter를 1개 부착했을 때 유의성 있게 컸다.
Duchefa box에서 배양시킨 카네이션은 모두 유리화 현상을 보였다. 딸기와 마찬가지로 배양기 종류에 의한 차이는 나타나지 않았지만 filter의 수가 증가할 수록 지상부 건물중과 총건물중이 증가하였다. 스타티스 배양소식물체는 배양기 종류에 의한 효과는 인정되지 않았지만 filter의 수가 증가할수록 생체중, 건물중 및 엽면적이 유의성 있게 증가하였고, 그 중 Duchefa box에 filter를 2개 부착한 처리구에서의 생육이 가장 좋았다.
라. 농가보급형 광독립영양배양실과 순화실 활용 실증시험
1) 농가보급형 자가영양배양시설의 표준설계
가) 조직배양묘 생산농가가 이용할 수 있는 광독립영양배양시설의 표준설계도서를 작성하였다.
나) 설계도서의 작성은 조직배양동, 순화실, 육성온실로 구분하였고 순화실의 규모는 터널형(T형), 침버형(C형), 그리고 순화배양 겸용형(AC형)으로 세분하였고, 순화실의 종류를 기준으로 표준설계도서를 별도로 작성하였다.
다) 설계도서의 내용은 설계도, 시방서, 공사비내역서, 육성온실의 구조안전도 해석으로 하였다.
라) 본 보고서에 기술된 설계내용은 축소된 도면과 주요내용을 요약하였으며 자세한 내용과 원도는 별도의 「농가보급형 식물조직배양시설의 설계도서」에 기술하여 별책으로 출판하였다.
2) 농가실용화를 위한 실증시험
광독립자가영양배양의 도입을 위해서는 적절한 배양시설과 배양기술이 필요하다. 앞에서 설계된 3가지 표준모델에서 터널형(T형) 시설을 기준으로 농가적응시험을 자가영양배양과 측면광공급 시험, 그리고 순화적응 시험으로 구분 실시하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다.
가) 광독립자가영양배양시험에 이용한 공시재료는 거베라, 스타티스, 호접란, 딸기, 상추, 감자 등 6종이었다.
이들 작물에서 광독립자가영양배양의 기내 성묘생존율은 83.3%-100% 범윙서 평균 95.2%이었고, 타가영양배양은 66.7-91.2%범위에서 76.3%의 평균 값을 보였다. 혼합영양배양은 평균성묘율이 85.0%로서 이들 작물은 72.0-94.3%의 범위에 있었다. 생육상태조사는 초장, 엽과 뿌리생육, 생체중 및 건물 중 등의 양적 형질과 엽색 등을 조사한바 작물과 조사형질에 따라 성적이 동일한 경향을 보이지 않았으나 대체로 엽수는 타가영양이 많은 경향이었고 초장, 엽신장, 뿌리생육, 엽색 등은 자가영양이 효과적인 경우가 많았다. 그리고 생체중과 건물중에서는 작물에 따라 증가율이 서로 달랐다. 이상의 시험조사 과정에서 양적인 증가는 배양환경에 따라 서로 다르나 건강한 묘라 할 수 있는 질적 형질은 광독립자가영양배양이 타가영양배양에 비하여 우세함을 육안으로 확인할 수 있었다.
나) 조직배양의 측면광 공급을 위한 광원으로 LED Light를 이용하고자 하였다. LED광은 열이 발생하지 않으므로 기내 배양체에 온도장해가 없으며 또한 측면에서 광을 공급할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 시험에 사용된 LED광원 황색, 녹색, 적색등 3종이있고, 이들의 광량은 각각 1.9, 2.2, 94.0μmol·m^-2·s^-1 이었다. 공시작물은 거베라, 상추, 감자 등으로 하였다.
CO_2가 공급될 경우 sucrose가 첨가되지 않은 시험구인 자가영양상태에서도 생육이 양호한 경향을 보였다.이상 LED를 위한 측면광공급용 조직배양환경은 금후 광량증가를 위한 장치개발과 배양기의 적절한 배치를 위해 LED Light의 배열방법 등이 검퇴되어야 할 것으로 사료되었다.
다) 자가영양상태에서 배양된 묘가 순화과정에서 어는 정도 적응효과가 있는가를 검토하기 위하여 순화실험을 실시하였다.
공시작물로는 거베라, 스타티스, 호접란, 상추 등 4종으로 하였다. 대부분의 작물에서 광독립자가영양조건에서 배양된 묘가 순화력이 높았으며 타가영양상태에서 배양된 묘는 낮았고 혼합배양의 경우는 그 중간정도였다. 이상이 결과에서 자가영양환경은 기내배양 뿐만 아니라 순화과정에서도 생육효과가 인정되어 양질의 묘를 다량으로 생산할 수 있게 하였다. 따라서 건전묘 획득과 성묘율 향상을 높이기 위해서는 광독립자가영양배양시설 뿐만 아니라 적정한 환경조건이 부여될 수 있는 전용순화실의 도입이 필요하였다.
마. 원예작물조직배양사업의 경제성 분석
본 연구에서는 농가보급형 조직배양농장을 대상으로 배양실과 순화·육성실의 적정시설규모와 투자액을 결정하고 수익과 비용을 추정하여 조직배양사업의 수익성과 경제성을 분석하였다. 또한 자가영양배양기술의 개발과 이의 농가보급을 위한 실증시험결과에 대한 경제적 효율성을 평가하기 위해 관행의 타가영양배양기술과 비교·분석하였다.
본 연구결과 원예작물 조직배양사업은 배양시설이 완전 가동될 경우 매출액이익률은 32.6%, 총자본수익률은 27.7%로 사업의 수익성이 비교적 높은 것으로 나타났으며, 내부투자수익률은 22.10%로 조직배양사업은 경제적 타당성이 높은 유망한 업종인 것으로 평가되었다. 특히 자가영양배양기술은 배양과정에서의 성묘를 향상으로 타가영양배양기술에 비해 수익성을 높이고 묘의 평균생산비를 절감하는데 크게 기여할 수 있는 것으로 분석되었다. 그러나 배양시설 가동률이 70%수준 이상으로 유지되지 못할 경우 자산의 비효율적 운용으로 경영성과가 악화되고 묘의 평균생산비가 상승하는 결과가 초래될 수 있다. 원예작물 조직배양농장의 경영성과를 향상시키고 평균생산비를 절감하기 위해서는 묘를 저렴한 비용으로 대량생산·공급할 수 있는 기술체계확립과 더불어 적정수준의 가동률을 유지할 수 있도록 주문생산체계를 우선적으로 확립해 나가는 것이 무엇보다 중요하다.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• Contents
• 제목
• Summary
• 요약
• 표차례
• 그림차례
• 사진차례
• 제 1장 서론
• 제 1절 서언
• 제 2절 조직배양묘의 생산과정과 배양기의 물리적 환경특성