1. 식물공장 시스템을 활용한 원예작물의 재배생리 연구

1) 영양기관의 부정근 형성과 광 조건의 관계 연구

영양기관을 이용한 식물의 번식은 빠르고 간편한 장점이 있지만, 삽수의 품질은 모본의 상태와 삽목환경에 의존하므로 우수하고 균일한 품질의 삽수를 생산하기 위한 식물공장 시스템 활용이 요구된다. 광 조건은 auxin 호르몬 처리와 함께 영양기관의 부정근 형성에 관여하는 핵심 환경요인이다. 따라서 본 연구는 식물공장 시스템 내 광 조절을 통한 부정근 형성 촉진과 auxin 관련 유전자의 발현을 측정한다 (Figure 1).

2) 단일식물의 조기개화 유도를 위한 환경조건 연구

식물의 개화는 관상적 가치 뿐만 아니라 과실의 이용과 종자생산을 통한 생산적 가치를 갖는다. 단일식물의 개화는 주로 일장 조절을 통한 광 수용체(phytochrome R, FR) 연구로 이뤄졌으나, 최근 식물공장 시스템을 활용한 다양한 광 적용이 가능함에 따라 광 조건과 개화의 관계 연구가 대두되고 있다. 따라서 본 연구는 국화를 모델식물로 특정 광 환경을 적용하여 조기개화를 유도하는 연구를 진행하고 있다 (Figure 2).

2. 원예산물의 기능성 활성 및 성분분석 연구

1) 식물공장 환경조절 원예산물 대사체 및 고기능성 식물 소재 개발 연구

식물공장 시스템을 활용한 조절된 환경에 반응하여 원예산물의 세포 내에서 발생하는 대사물질의 변화와 대사 관여 유전자 발현을 분석함으로써 환경요인과 대사경로간의 관계를 연구한다. 최근에는 식물의 광합성과 호흡과 같은 1차 대사경로 이외에 2차 대사산물의 함량을 증대시킨 고기능성 식물 소재 개발을 목적으로 UV광 적용 연구가 많이 수행되고 있다 (Figure 3).

2) 과채류의 기능성 활성 및 활성성분의 증대를 위한 수확 후 가공적성 연구

과채류의 저장 또는 가공 등 수확 후 처리를 통해 이용목적 별 수확적기를 판별하고 부산물 이용가치를 확보한다. 원예산물에 열, 압력, 수분, 미생물 등의 가공요인을 적용하고 이에 따라 변화되는 활성성분의 안정화와 최적화를 위한 가공적성 연구를 수행한다 (Figure 4).

3) 기능성 활성 및 활성성분의 정량 및 정성 분석

항산화, 항치매, 항염, 미백 등 기능성 활성 분석 시험법을 이용하여 원예산물의 이용 가치를 판별함으로써 기능성 활성에 따라 식품, 의약품, 화장품 등 활용을 제안한다. 기능성 활성성분의 탐색, 정량 및 정성 분석을 RP-HPLC 및 LC/MS/MS를 이용하여 수행한다 (Figure 5).

3. 식물의 상호대립억제작용을 이용한 녹조 및 잡초의 친환경 방제 연구

1) 스마트팜 수경재배 양액 내 녹조발생의 친환경 방제 연구

스마트팜은 정보통신기술(ICT)를 접목한 원격자동화 방식으로 작물을 재배하는 농업형태로서 주로 수경재배 방식을 적용하고 있다. 수경재배 시설은 작물에 최적화 된 양액을 공급할 수 있는 장점이 있으나 양액 내 고함량의 인산염과 질산염은 녹조의 발생을 촉진시킨다. 양액 내 녹조 발생은 영양적 불균형을 초래하고 작물의 뿌리 활착에 악영향을 끼치기 때문에 작물의 원활한 생육을 위해 반드시 제거되어야 한다. 현재 녹조의 제거는 화학적 방제법을 적용하고 있지만 이는 수생태계에 유입되어 환경오염의 원인이 되므로 친환경적인 방제법의 적용이 요구된다. 본 연구는 식물의 상호대립억제작용(Allelopathy)를 이용하여 친환경적으로 녹조를 제거하기 위한 In vitro/In vivo 시험법을 적용하며, 식물유래 추출물에 의한 녹조의 방제 뿐만 아니라 유전자 분석을 통해 녹조 내에서 작용하는 억제 메커니즘 규명을 포함한다 (Figure 6).

2) 식물의 상호대립억제작용을 이용한 잡초의 친환경 방제 연구

식물의 상호대립억제작용은 다른 종과의 경쟁에서 살아남기 위해 특정 2차 대사산물을 발산, 유출, 유입시켜 생육을 억제시키는 배타적 작용이다. 이와 같은 작용을 하는 알레로케미칼(Allelochemical)은 자연에서 다양한 형태로 존재하며 타 종의 억제 효과는 종자나 유묘에 더 크게 나타난다. 본 연구는 억제효과가 높은 식물의 기관을 가공 및 정제하여 모종 재배지에 적용함으로써 잡초 종자의 발아와 초기 생육을 효과적으로 억제하는 것이다. 연구결과는 알레로케미칼의 식물 내 작용하는 메커니즘 연구와 함께 화학적 제초제를 대체할 수 있는 친환경 제초제 개발의 단초를 제공한다 (Figure 7).