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Growth, Yield, and Fruit Quality of Greenhouse Sweet peppers Grown under Far-red Supplemented Interlighting Conditions : 원적색광이 추가된 군락 내 보광 하에서 재배한 온실 착색단고추의 생육, 수확량 및 과실 품질

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Authors

김동필

Advisor
손정익
Issue Date
2022
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
carotenoidmorphologyphotosynthesisray-tracingsimulation
Description
학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 농업생명과학대학 농림생물자원학부, 2022. 8. 손정익.
Abstract
Far-red light (FR, 700-750 nm) has been used as a supplemental light source for horticultural crops due to its physiological activity related to phytochrome-mediated responses, called Shade avoidance response (SAR). Interlighting is a method of supplemental lighting that has directly compensated for the lack of light in the middle and lower canopies. This study analyzed the effect of interlighting with an additional FR on photosynthesis, yield, and fruit qualities in sweet peppers. In the winter and summer period, three light treatments were treated: natural light (NL), red-blue interlighting (RB), and adding far-red with RB (RBFR). The RBFR was set to adding 55 µmol m-2 s-1 of FR to 71 µmol m-2 s-1 of RB (red: blue = 8:2). Daily light integral of NL in winter and summer was 16.6 and 32.2 mol m-2 d-1, which was about twice as high in summer. The shoot dry weight and fruit yields of RBFR were 20% and 17% higher than those in RB in winter, but no significant differences in growth, yield, and morphology were observed in summer. Therefore, the interlighting RB or RBFR did not show any yield increase in the summer of sufficient background light. To examine the adequate FR dose under the RB background, five FR light doses were treated (0, 20, 40, 60, and 80 µmol m-2 s-1: FR 0, FR 20, FR 40, FR 60, and FR 80) in winter season. Adding FR to RB increased the total shoot dry mass and the highest under FR 60 of intensity. The three-dimensional simulation revealed that supplemented far-red increased total assimilation due to light-favored morphology. However, FR accelerated the leaf senescence with a faster decrease in photosynthetic capacity of Vcmax, and Jmax, and reducing the total assimilation increment from morphological acclimation. FR 60 also showed a faster yield increase due to accelerated reproductive structure at the initial growth stage. Higher R: FR of solely RB interlighting may be less effective in increasing yield, leading to inefficient responses such as late reproductive development and higher biomass allocation to leaves. Adding FR increased yield from a small dose of FR 20 to FR 80, but saturated at 60 µmol m-2 s-1 of FR intensity. In addition to yield, fruit quality attributes such as soluble sugar, ascorbic acid, and carotenoid contents were analyzed in two sweet pepper varieties of red and yellow fruits in the winter season. Adding FR had increased yield and individual fruit size, but TSS showed no significant difference by FR. In carotenoids, RB and RBFR were higher than those under NL, but the increment under RBFR was lessened in red and yellow fruits by 24% and 18% than under RB, respectively. Additional FR lighting may have a trade-off relationship between fruit yield and carotenoid content. This study is meaningful in that the overall effect of adding far-red to red-blue interlighting was evaluated in greenhouses, and the results will help derive an optimal growth of sweet pepper by precisely controlling the lighting spectrum.
원적색광(Far-red, FR, 700-750 nm)은 '음지 회피 반응(Shade avoidance response)' 이라는 피토크롬이 매개하는 다양한 생리적 활성에 관여하고 있기 때문에 원예작물 보광에 추가되고 있다. 수관 내부 보광(Interlighting)은 중단 및 하단부 작물 수관에 의 광 부족을 보완하기 위한 조명 방법이다. 본 연구에서는 착색단고추의 광합성, 수확량 및 과일 품질에 대해 FR이 추가된 수관 내부 보광의 효과를 분석했다. 먼저, 겨울과 여름 기간에 자연광, 적색-청색 수관 내부 보광(RB) 및 RB에 FR을 추가한(RBFR)의 3가지 광 처리를 매일 12시간의 광 주기로 처리했다. 겨울과 여름의 일적산광(DLI)은 16.6과 32.2 mol m-2 s-1로 여름에 약 2배 높았다. RBFR에서는 겨울의 RB보다 작물의 건물중과 과실수량이 20%, 17% 높았으나 여름에는 생육, 수확량 및 형태형성에 유의한 차이가 관찰되지 않았다. RB보광 하에서 FR의 적절한 선량을 조절하기 위해 100 µmol m-2 s-1의 RB 하에서 5가지 FR 조건 (0, 20, 40, 60, 80 µmol m-2 s-1: FR 0, FR 20, FR 40, FR 60, FR 80)에 대하여 그 효과를 분석하였다. 겨울 작기에 RB에 FR을 추가하면 FR 60 조건에서 가장 큰 총 건물중의 증가를 보였다. 시뮬레이션 결과는 건물증 증가가 개선된 광형태형성으로 인한 것임을 보여주었다. 그러나 FR은 잎 노화를 가속화하고 Vcmax와 Jmax의 광합성 능력의 더 빠른 감소를 가져와 형태적 순응으로 인한 총 동화 증가를 감소시켰다. 그 외에도 높은 FR 광도는 초기 생육 단계에서 가속화된 생식생장 구조로 인해 더 빠른 수확량 증가에 기여하였다. 단독 RB 수관 내부 보광의 더 높은 R: FR 비율은 수확량 증가에 덜 효과적일 수 있으며, 이는 늦은 생식생장 진행 및 잎에 바이오매스 할당을 높게 분배하는 등의 수확량에 비효율적인 생리 반응과 연계될 수 있다. FR을 추가하면 FR 20의 소량부터 FR 80까지 모두 수확량 증가에 기여했지만 이 효과는 60 µmol m-2 s-1 세기에서 포화되었다. 겨울 작기에 대한 결과를 중심으로, 적색과 노란색 두 가지 착색단고추 품종에서 과실 수확량, 유리당, 아스코르브산, 카로테노이드 함량 등의 과실 품질을 분석하였다. FR을 추가하면 전체 수확량과 개별 과일 크기가 개선되었으나, TSS는 FR에 의해 유의한 차이를 나타내지 않았다. RB와 RBFR의 카로테노이드 함량은 자연광에서 보다 전반적으로 개선되었지만 RBFR에서의 카로테노이드 증분은 RB보다 적색 및 노란색 품종에서 각각 24%와 18% 감소하였다. 따라서 추가 FR 보광은 과일 수확량과 카로테노이드 함량 사이에 상충 관계가 있을 수 있다. 본 연구는 원적색광을 적색-청색 보광에 추가했을 때의 전체적인 효과를 온실에서 평가하였다는 점에서 의의가 있으며, 본 연구결과는 군락 내 보광 스펙트럼을 정밀하게 제어함으로써 착색단고추의 최적 생육을 위한 광 환경을 도출하는데 도움이 될 것이다.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/187930

https://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000172405
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