농업 분야의 인공 조명
식물은 빛 없이는 자랄 수 없다는 것이 오랫동안 알려져 왔습니다. 그럼에도 불구하고 과학과 기술의 발전 덕분에 빛이 식물에 미치는 정확한 영향이 완전히 밝혀진 것은 불과 100년 전입니다.
농업에서 인공 조명을 사용하는 것은 태양이 제공하는 빛과 유사한 광원을 제공하는 것을 목표로 합니다. 기술의 발전으로 인해 LED 조명은 원예 조명, 특히 식물의 필요에 맞게 스펙트럼을 조정할 수 있는 최고의 옵션으로 부상했습니다. 고압 나트륨(HPS) 및 형광등과 같은 기존 조명 옵션과 비교하여 LED를 사용하는 조명은 환경에 미치는 영향과 생산 효율성 측면에서 상당한 이점을 제공합니다.
농업에서의 인공조명 사용에 관한 보고서는 Valoya가 저술했으며 University of Almeria 및 Buresinnova의 연구원들이 공동 저술했습니다. 이 보고서는 2018년 1월에 발표되었습니다. 이 연구는 각 형태의 빛이 식물이 자라는 환경에 따라 식물에 미칠 수 있는 영향을 결정하기 위해 다양한 스펙트럼과 종류의 빛을 사용하는 테스트를 제시합니다. 다음은 읽을 수 있는 연구의 일부입니다.
1. 빛과 식물 간의 소통
전자기파는 대기를 통한 에너지 전달을 담당합니다. 전자기파의 예로는 마이크로파, 라디오 또는 텔레비전 전파, X선, 자외선 또는 가시광선이 있습니다. 전자기파는 다양한 주파수와 파장으로 서로 구별할 수 있습니다. 전자기 스펙트럼은 광범위한 주파수와 파장으로 구성되며 그 중 일부는 다른 것보다 더 잘 인식됩니다(예: 마이크로파, 전파, 가시광선 등).
전자파는 이중적인 성질을 가지고 있습니다. 파동처럼 공간을 이동하면서 입자(광자) 형태로 에너지를 교환하기도 합니다. 1905년 알버트 아인슈타인은 빛이 입자와 파동의 특성을 동시에 가지고 있다고 주장한 최초의 사람이었습니다. 광자는 광선 내에 포함된 입자의 이름입니다. 파장이 더 긴 거리(낮은 주파수)에 해당하는 광자는 파장이 더 짧은 거리에 해당하는 광자보다 적은 에너지를 전달합니다.
인간의 눈은 400~700나노미터(nm) 사이의 파장을 가진 빛을 감지할 수 있으며, 이는 광합성 과정에서 식물이 사용하는 전자기 스펙트럼의 일부에 해당합니다. 따라서 파장이 400~700nm인 빛을 광합성 활성 방사선(또는 간단히 PAR)이라고 합니다. 햇빛에서 볼 수 있는 파장의 스펙트럼은 연속적이며 가시 범위를 훨씬 넘어 확장됩니다. 인간의 눈은 다양한 파장을 색상으로 변환한 다음 인간의 뇌에서 처리하는 역할을 합니다. 파란색은 400nm에 가까운 파장의 빛에 의해 생성되는 반면 빨간색은 600nm에 가까운 파장의 빛에 의해 생성됩니다. 황록색 파장 범위는 인간의 눈이 가장 민감하게 반응하는 범위입니다.
2. 식물의 색소, 광수용체, 광합성의 화학적 과정
인간의 눈과 거의 같은 범위에서 빛의 스펙트럼은 식물에 의해 흡수됩니다. 그러나 사람과 달리 식물은 빨간색과 파란색 빛을 더 잘 받아들입니다.
엽록소는 식물이 빛을 흡수하고 빛이 제공하는 에너지를 사용하여 물과 이산화탄소를 산소 및 기타 복잡한 유기 분자로 전환시키는 주요 화학 물질 중 하나입니다. 이 과정을 광합성이라고 합니다. 엽록소는 세포내 엽록체에서 찾을 수 있는 식물 색소입니다. 엽록소 분자는 녹색을 띠며 실제로 줄기와 잎에서 발견되는 녹색 착색의 원인입니다. 고등 식물에서 발견될 수 있는 엽록소에는 두 가지 주요 형태가 있습니다. 이들은 엽록소 a와 엽록소 b이며, 이들의 광 흡수 곡선은 아주 미세하게 서로 다릅니다. 이 상대적으로 작은 차이로 인해 서로 다른 파장을 포착할 수 있으므로 태양광 스펙트럼의 더 많은 부분을 포착할 수 있습니다. 녹색 파장을 반사하면서 주로 빨간색과 파란색 빛을 흡수하는 엽록소의 능력으로 인해 식물은 우리 눈에 녹색으로 보입니다.
그러나 엽록소는 식물에서 발견되는 유일한 색소가 아닙니다. 소위 보조 색소(예: 카로티노이드 및 크산토필) 및 페놀성 물질(예: 플라보노이드, 안토시아닌, 플라본 및 플라보노이드)은 빨간색과 파란색 이외의 파장을 흡수합니다. 노란색, 빨간색 및 보라색은 액세서리 안료를 구성하는 색상입니다. 새와 곤충을 유인하는 것 외에도 이러한 색조를 사용하면 강렬한 빛 조사와 같은 외부 스트레스 요인의 손상 효과로부터 조직을 보호하는 데 도움이 됩니다.
광수용체는 빛을 흡수할 수 있는 또 다른 유형의 입자입니다. 광수용체의 세 가지 주요 부류는 피토크롬, 포토트로핀 및 크립토크롬이라고 합니다. 또한 UVR8 광수용체는 자외선에만 반응하는 특화된 광수용체이다. 각 유형의 광수용체는 특정 파장 범위의 빛에 민감하며 식물의 특정 생리적 반응을 담당합니다. 이러한 응답은 다음과 같습니다.
포토트로핀은 엽록체의 물리적 위치와 기공의 개방 모두에 영향을 미칩니다. 그들은 청색광을 흡수할 수 있습니다.
식물의 내부 시계는 빛과 관련된 신호에 대한 환경을 모니터링하는 크립토크롬에 의해 제어됩니다. 이 외에도 줄기 신장 억제, 자엽 확대, 안토시아닌 발달, 광주기 개화 등의 형태학적 반응과 관련이 있다. UVA(자외선), 청색 및 녹색광의 파장은 크립토크롬에 의해 받아들여집니다.
개화는 종자 형성을 담당하는 피토크롬에 의해 유발됩니다. 줄기 신장, 잎 확장 및 "그늘 회피 증후군"은 모두 식물의 피토크롬에 의해 제어됩니다. 환경에 존재하는 적색광과 근적외선의 비율은 피토크롬 분자의 광정지 상태에 영향을 미치며, 이는 다시 피토크롬에 의해 조절되는 반응을 매개합니다.
개화, 종자 발달 및 발아, 개화 시기 및 식물 모양과 같은 기타 기능은 모두 빛에 의존하는 활동입니다. 바이오매스 형성을 위한 에너지를 공급하는 과정인 광합성은 이러한 과정 중 하나일 뿐입니다. 이러한 행동은 식물이 주변 환경에서 받는 빛의 품질과 복잡하게 연결되어 있으며, 이는 식물이 주변 환경의 신호를 해석하는 방식입니다. 이러한 반응은 UV 및 원적외선 조사를 포함하여 PAR 영역의 내부와 외부에 있는 파장에 의해 매개됩니다.
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