Application of White LEDs to Promote Growth and Propagation Rates of Strawberry Transplants

Abstract

This study was conducted to promote the growth and propagation rates of strawberry transplants by applying the optimal combination of LEDs spectra. In Chapter 1, the growth of strawberry propagules and runner plants were analyzed with white light-emitting diodes (LEDs) having various color temperatures. In Chapter 2, the growth of strawberry propagules and runner plants and the propagation cycle of strawberry transplants were investigated under various combination ratios of mint-white and blue LEDs. In Chapter 1, Meahyang strawberry plants having two unfolded leaves with a crown of 5 mm in diameter that developed one or two runner tips were selected. Each runner tip having unfolded bracts generated from those propagules was fixed on 32-cell cutting plug trays filled with commercial growing media. The propagules were then grown under warm-white LEDs, mint-white LEDs or the cool-white fluorescent lamps. The highest number of leaves and runners, the greatest leaf area, and dry weight of runner were observed in the propagules grown under the mint-white LEDs. There were, however, no significant differences in all the growth parameters of runner plants. The floral initiation occurred under the mint-white LEDs. The mint-white LEDs with a relatively high proportion of green light showed a positive effect on the growth of propagules and the formation of runner plants, indicating that mint-white LEDs can replace the cool-white fluorescent lamps as a sole lighting source for strawberry transplant production in a plant factory with artificial lighting (PFAL). In Chapter 2, propagules and runner plants were grown under four different ratios of mint-white and blue LEDs (100:0, 80:20, 50:50, and 0:100), respectively. The greatest dry weights of roots, runners, and total were recorded in the 80:20 (mint-white LEDs: blue LEDs) treatment both in propagule and runner plant. The smallest growth was found in the treatment of 100% blue LEDs. The runner plants were separated from the propagule when the runner plant became the same size as the first propagule which has two unfolded leaves. In 80:20 treatment, the propagation cycles to produce the first and third runner plants were the shortest, while longest in 100% blue LEDs treatment. The results showed that the appropriate amount or ratio of blue light could improve the growth of propagules and runner plants, which could shorten the propagation cycles or improve the propagation rate.

본 논문은 최적 LED 스펙트럼 조합을 적용하여 딸기 증식체 및 자묘의 생육과 묘 증식률을 증진하기 위해 수행되었다. 제1장에서는 다양한 백색 LED를 인공광원으로 사용하여 딸기 증식체와 자묘의 생장을 비교 분석하였다. 제2장에서는 백색 LED와 청색 LED의 다양한 비율에 따른 딸기 증식체와 자묘의 생장 및 묘 증식 사이클을 조사하였다. 제1장에서는 두 개의 잎이 완전히 전개된 관부직경 5mm의 딸기(Fragaria × ananassa Duch. 매향) 증식체를 실험재료로 사용하였으며, 증식체로부터 생성된 각 러너팁은 상토 배지로 충진된36구 절단 플러그 트레이에 고정하였다. 이후 인공광 이용형 식물공장 내 환경제어를 통해 일정한 환경조건을 유지하였으며, 인공광원으로써 백색 형광등, warm-white LED, 그리고 mint-white LED를 처리구로 설정하여 실험을 진행하였다. 그 결과 mint-white LED 처리구에서 유의적으로 증식체의 엽수, 러너수, 엽 면적 및 러너의 건물중이 가장 높게 나타났다. 반면 자묘는 모든 측정항목에서 처리구에 따른 유의적 차이가 없었다. 다음으로 mint-white LED를 인공광원으로 사용한 화아분화 유도에 대한 추가적인 실험을 실시하였다. 그 결과 mint-white LED를 인공광원으로 사용한 저온 단일 처리에서 화아분화가 유도되었다. 본 실험에서 상대적으로 높은 비율의 녹색 광을 가지는 mint-white LED가 증식체의 생육 및 증식체의 러너 형성에 긍정적인 영향을 주었으며 기존 딸기 육묘용 인공광 이용형 식물공장의 형광등을 대체할 수 있다는 가능성을 제시하였다. 제2장에서는 제1장의 실험과 동일한 실험재료를 사용하였으며, mint-white와 청색 LED의 비율을 100:0, 80:20, 50:50, 0:100로 설정한 후 실험을 진행하였다. 80%의 mint-white LED와 20%의 blue LED처리구에서 증식체와 자묘의 총 건물중 및 뿌리와 러너의 건물중이 유의적으로 가장 높았다. 반면 100%의 청색 LED에서는 증식체와 자묘의 총 건물중, 뿌리와 러너의 건물중 및 러너 수가 유의적으로 가장 낮았다. 전 실험과 동일한 처리구의 인공광원을 사용하여 딸기 묘 증식 사이클을 조사하였다. 두 개의 잎이 완전히 전개된 관부직경 5mm 증식체를 실험재료로 사용하였으며, 러너팁 고정 이후 자묘가 최초 증식체와 동일한 크기가 되었을 때, 증식체로부터 자묘를 채묘하여 증식하였다. 채묘는 첫 번째, 두 번째, 세 번째 자묘까지 진행하여 각각의 기간을 측정하였으며, 또한 첫 번째 러너팁 고정 후 세 번째 자묘의 채묘까지 걸린 전체 기간을 측정하였다. 실험 결과, 80%의 mint-white LED와 20%의 blue LED처리구에서 첫 번째 및 세 번째 자묘 각각의 채묘까지 걸린 기간이 유의적으로 가장 짧았고, 반면 100%의 청색 LED 에서 각각 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 자묘의 채묘까지 걸린 기간과 전체 증식 사이클이 유의적으로 가장 길었다. 본 실험의 결과를 통해, 최적의 추가적인 청색광의 비율은 증식체와 자묘의 생장을 향상시킬 수 있으며 증식체 및 자묘 생육에 긍정적인 영향을 미치는 광질은 증식 사이클 단축으로 이어질 수 있음을 알 수 있었다.