A novel estimation method was investigated for determining the concentrations of residual biomass, poly-3-hydroxybutyrate (PHB), and main nutrients including carbon and nitrogen sources, phosphate, and mineral ions from the supplied amount of ammonia solution used for a pH-control solution and nitrogen source in a PHB fermentation. The estimation equations for a batch culture and a fed-batch culture were derived from the relationship between the growth rate of residual biomass and the feed rate of the pH-control solution, and then were applied to the batch culture and the fed-batch cultures of Alcaligenes latus. This method was successfully applied to estimate the concentrations of residual biomass, PHB, and nutrients.
Background: Electrical conductivity (EC) and pH are important features of nutrient solution, affecting both growth and quality of crops by altering nutrient uptake. Methods and Results: The pH values of nutrient solutions were controlled at 5.0, 5.5, 6.0, 6.5 and EC values were controlled at 0.68, 0.84, 1.23, 1.41 dS/m. Gingesng root weights were higher during the initial growth period when the plants were treated with low pH and low EC nutrient solutions. However, the higher pH and EC levels, the greater the increase in the rate of root weight between the initial and middle growth periods. The highest ginsenoside amount changed during growth period. The total ginsenoside amount was highest in the root, and the lowest in leaves at 45 and 90 days after treatment, respectively, with solution at a pH of 6.0. After 135 days of treatment, the highest total ginsenoside amount was detected in root treated with soluton with EC values of 1.23 dS/m. Conclusions: For the cultivation of ginseng using a nutriculture system, the pH and EC values of nutrient solutions should to be controlled based on the stage of growth and targeted plant organ (root or leaves).
수경 재배 관련 기술개발 및 수경재배의 효율화를 위한 기초 자료 수집 측면에서 온라인 특허 검색 유료사이트(http://www2.wips.co.kr)를 이용해 1983년부터 2006년 1월까지의 수경재배와 관련된 국 내 특허출원정보를 분석하였다. 수경재배에 관련된 특허출원은 59건이 검색되었다. 특허의 내용은 수경재배 장치에 관한 것 19건(32.2%), 수경재배 자재에 관한 것 13건(22.0%), 양액의 조성에 관한 것이 11건(18.6%), 수경에 의한 재배방법에 관한 것 9건(15.3%), 수경재배배지에 관한 것 7건(11.9%) 순으로 많았다. 특정의 작물을 대상으로 한 양액의 조성 및 수경에 의한 재배방법의 대상 작물로는 토마토가 5건, 감자가 4건으로 많았다. 특허 출원시기는 전체적으로 2000년 이전에 출원된 것이 33건(55.9%)을 차지하였으며, 2000년 이전에는 양액조성과 자재와 관련된 것이 상대적으로 많았고, 2000년 이후에는 수경 재배방법과 배지에 관한 것이 상대적으로 많았다.
야마자키 토마토용 배양액을 이용하여 토마토를 담액 재배할 경우, pH 7.5 정도인 수돗물을 용수로 한 배양액에 NH$_4$H$_2$PO$_4$를 사용하므로써 배양액의 pH를 안정시키는 동시에, 적정 식물생장을 유도할 수 있는 NH$_4$H$_2$PO$_4$농도를 찾고자 실험을 수행하였다. 그 결과 NH$_4$H$_2$PO$_4$의 농도를 증가시킴에 따라 배양액의 pH가 감소하는 경향을 보였으며, EC는 반대의 경향을 보였다. NH$_4$-N 8/3 me/$\ell$ 처리구에서는 식물체에 황화현상이 나타났다. NH$_4$-N이 4/3 me/$\ell$ 혹은 5/3 me/$\ell$인 처리구에서 pH와 EC를 안정적으로 유지할 수 있었다. 엽장이나 줄기직경은 NH$_4$-N 2/3 me/$\ell$처리구에서 큰 값을 나타냈고, 과실의 당도는 NH$_4$-N 5/3 me/$\ell$ 처리구에서 가장 높았다. 이상의 결과로부터, 토마토의 담액 재배시 수확기 이전에는 NH$_4$-N을 2/3 me/$\ell$로 하고, 수확기에는 NH$_4$-N을 4/3-5/3 me/$\ell$로 하는 것이 바람직한 것으로 사료되었다.
Acid deposition in forest adjacent to the industrial complexes causes soil acidification resulting in the leaching of cations, decreases of buffering capacity and increases of toxic metal concentrations such as Al, Fe, Mn and Cu in soil solution. Changes of nutrient availability equilibria by acid deposition have been known to retard the growth of pine trees. Objective of this research was to assess the critical ratios of Ca/Al and Mg/Al limiting the growth of Pinus thunbergii in the hydroponic culture. The Ca concentration and Ca/Al ratio in stalks of pine tree were increased as increasing Ca/Al molar ratio in the nutrient solution, but were not changed when the Ca/Al molar ratio was adjusted to greater than 1. Growth of Pinus thunbergii was inhibited at the Ca/Al molar ratio lower than l due to the Ca deficiency. The molar ratios of Ca/Al in the needles of Pinus thunbergii showed the similar tendency with the stalks. This indicated that Ca/Al molar ratio of 1 in the growth media was the critical level limiting the growth of Pinus thunbergii. Concentration of Mg and Mg/Al molar ratios in the stalks of pine tree were increased as increasing Mg/Al molar ratio in nutrient solution. Molar ratios of Mg/Al in the needles were increased as increasing Mg/Al ratios in nutrient solution up to 0.83, which was the critical level limiting the growth of Pinus thunbergii.
Herbs and plants widely used for the ecological restoration were selected for germination rate analysis under treatment of microorganisms to determine ideal treatment conditions and medium for enhanced germination rate. Albizzia julibrissin, when submerged in a nutrient medium or distilled water, presented a decrease in germination period rather than increase in germination rate. When treated with microorganism culture solution (JM-2) for 24 hours, 90% germination was achieved in two days, which is sufficient evidence to conclude that such treatment accelerates the germination of Albizzia julibrissin. Germination period decreased for Lespedeza cyrtobotrya samples submerged in microorganism solution for 15 and 48 hours, however, increases in germination rates were not observed. Sample treated in the solution for 24 hours had increased germination rate and enhanced germination period. Microorganism solution treatment had a negative effect on germination for Lespedeza cuneata, unlike Lespedeza cyrtobotrya and Albizzia julibrissin. Microorganism treated seeds of Lepsedeza cuneata had a lower germination rate than that of the control with no treatment. However, submerging treatments in a nutrient medium or distilled water for 24 to 48 hours were proven effective with higher germination rates than control sample with no treatment. Herbs and plants widely used for the ecological restoration were selected for germination rate analysis under treatment of microorganisms to determine ideal treatment conditions and medium for enhanced germination rate. Albizzia julibrissin, when submerged in a nutrient medium or distilled water, presented a decrease in germination period rather than increase in germination rate. When treated with microorganism culture solution (JM-2) for 24 hours, 90% germination was achieved in two days, which is sufficient evidence to conclude that such treatment accelerates the germination of Albizzia julibrissin. Germination period decreased for Lespedeza cyrtobotrya samples submerged in microorganism solution for 15 and 48 hours, however, increases in germination rates were not observed. Sample treated in the solution for 24 hours had increased germination rate and enhanced germination period. Microorganism solution treatment had a negative effect on germination for Lespedeza cuneata, unlike Lespedeza cyrtobotrya and Albizzia julibrissin. Microorganism treated seeds of Lepsedeza cuneata had a lower germination rate than that of the control with no treatment. However, submerging treatments in a nutrient medium or distilled water for 24 to 48 hours were proven effective with higher germination rates than control sample with no treatment.
본 실험은 장미 식물공장에서 single-node cutting 'Versillia'의 양분흡수 특성을 구명하고 순환식 수경재배 시스템에 적합한 배양액 내 무기이온 조절방식을 구명하고자 수행하였다. 실험 기간동안 각 처리별 배양액 내 무기이온함량 변화를 살펴본 결과 EC 제어구의 경우 $NO_3$-N은 생육 후반이 되면 그 함량이 적정 범위 이상으로 증가 하였고 P와 Mg은 감소하였으며 배양액 첨가구는 전체적인 배양액 내 무기이온 함량이 증가하였다. 이에 비해 무기이온 제어구는 생육 기간동안 근권 내 적정 범위를 유지하였다. 광합성 효율을 나타내는 지표 중 하나인 Fv/Fm는 무기이온제어구와 배양액 첨가구에서 높았고 절화장, 생체중 등은 무기이온 제어구에서 높았다. 그러나 뿌리의 활성 정도를 측정해본 결과 무기이온 제어구에서 높았으나 배양액 첨 가구에서는 생육 초기에 배양액 내 pH 변화폭이 커서 가장 낮게 나타났다. 위의 결과를 종합하였을 때, 무기이온 조절(다량 미량원소 제어구와 다량원소 제어구)을 통해 배양액을 관리하는 것이 생육 전 기간 동안 근권 환경을 적절히 유지해 줄 수 있었고 이에 따라 절화 품질도 향상되므로 장미(single-node cutting) 순환식 수경재배에 적합한 근권 환경 제어방식이라고 할 수 있다.
양액재배(養液栽培)는 토양(土壤)만큼 완충능력(緩衝能力)이 없기 때문에 양액(養液)에 대한 식물체(植物體)의 반응(反應)은 직접적(直接的)이고 민감(敏感)하다. 뿐만아니라 우리나라 계절(季節)은 여름에 고온(高溫)이 되고 겨울에 저온(低溫)이 되는 대륙성(大陸性) 기후(氣候)이기 때문에 양액재배(養液栽培)에서 근권환경(根圈環境)의 개선(改善)이 필요(必要)하다. 따라서 우리나라 기후 여건하에서 양액재배(養液栽培) 방법별(方法別) 근권환경(根圈環境)의 변화(變化)를 조사(調査)하여 다음과 같은 결과(結果)를 얻었다. 봄철 양액재배시(養液栽培時) 베드 온도하강(溫度下降)이 가장 빠른 재배방법(栽培方法)은 사경재배(砂耕栽培)였으며 온도하강(溫度下降)이 가장 완만(緩慢)한 재배방법(栽培方法)은 암면재배(岩綿栽培)였다. 고온기(高溫期)에 외부온도(外部溫度)의 영향이 적었던 양액재배 방법도 암면재배(岩綿栽培)였고 고온지속(高溫持續) 시간(時間)이 가장 긴 재배방법(栽培方法)은 NFT(Nutrient film technique)였다. 배양액(培養液)의 pH 및 EC 변화(變化)는 암면재배(岩綿栽培)와 분무경(噴霧耕)이 컸으며 다음으로 사경, NFT와 DFT(Deep flow technique)에서는 배출구 쪽으로 갈수록 점점 낮아지는 경향(傾向)을 보였으나 분무경(噴霧耕)은 위치별(位置別)로 차이(差異)가 없었다. 근활력(根活力)은 분무경(噴霧耕)에서 가장 높았고 그 다음으로 암면재배(岩綿栽培), NFT가 높았으며 DFT, 사경(砂耕), 훈탄재배(燻炭栽培)에서 낮았다.
본 연구는 장미 순환식 수경재배 시 재배시기별로 적합한 배양액을 개발하고자 일본야채다업시험장 표준액을 1/4S, 1/2S, 2/3S, 1S로 하여 펄라이트와 입상 암면을 4:6 부피비로 섞은 고형배지를 이용하여 실험을 실시하였다. 고온기재배의 경우 1/2S 처리구에서, 저온기의 경우 2/3S 처리구에서 광합성 속도, 절화 품질 및 생육이 우수하였다. 이를 토대로 1/2S(고온기), 2/3S(저온기) 처리구의 양수분 흡수율을 기준으로 새로운 배양액을 조성하였다. 이온의 조성은 고온기의 경우 $NO_{3^-}N$ 6.8, $NH_{4^-}N$ 0.7, $PO_{4^-}P$ 2.0, K 3.8, Ca 3.0, Mg 1.2, $SO_{4^-}S$$1.2me{\cdot}L^{-1}$, 저온기의 경우 $NO_{3^-}N$ 6.8, $NH_{4^-}N$ 0.7, $PO_{4^-}P$ 2.0, K 3.8, Ca 3.0, Mg 1.2, $SO_{4^-}S$$1.2me{\cdot}L^{-1}$ 이었다. 개발한 배양액의 적합성 평가실험 결과 UOS 배양액은 Ca, P 등의 이온이 장미의 양분흡수율보다 많이 함유된 기존의 배양액과 비교하여 근권 내 EC 변화가 안정적이었다. 또한 절화수량이 재배기간에 관계없이 기존 배양액보다 높은 결과를 나타내었고 특히 저온기 재배시 아이찌현 배양액 처리구에 비하여 수확량이 140% 증가하였다. 따라서 고형배지를 이용한 장미 순환식 수경재배시 새로 개발된 배양액을 사용할 경우 기존 배양액에 비해 비료절감의 효과와 함께 안정적인 생육 및 수량증대를 기대할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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