본 연구는 이집트의 포장 조건에서 유기 시비 및 바이오스티뮬런트 처리가 펜넬에 미치는 영향을 평가하였습니다. 가장 높은 수확량은 600 L ha⁻1의 퇴비차를 Azolla 또는 Spirulina와 병행 처리했을 때 얻어졌습니다. 이 처리는 펜넬 에센셜 오일의 수확량과 품질을 향상시켰습니다.
연구 논문
유기질 비료와 생물 자극제는 펜넬(Foeniculum vulgare)의 성장, 수확량 및 정유 생산을 향상시킨다: 포장 연구
이 논문에서
요약
초록
본 연구는 유기질 시비와 바이오스티뮬런트(biostimulant) 처리에 따른 펜넬(Foeniculum vulgare Mill.) 식물의 반응을 평가하기 위해 이집트 이스마일리아 주(Ismailia Governorate)의 El-Qassassin 원예연구소 실험 농장에서 두 번의 연속된 시즌(2023/24 및 2024/25) 동안 수행되었습니다. 실험은 분할구 배치법(split-plot design)을 따랐으며, 주구(main plots)에는 세 가지 수준의 컴포스트 티(360, 480, 600 L ha⁻1)를, 세구(subplots)에는 다섯 가지 바이오스티뮬런트 처리(대조구, Azolla, Spirulina, Nostoc, Chlorella 추출물)를 할당하여 총 15가지의 처리 조합을 구성하였습니다. 영양 성장 파라미터, 수량 구성 요소, 정유(EO) 함량, 그리고 개체당 및 헥타르당 오일 수율을 평가하였습니다. 높은 수준의 컴포스트 티, 특히 600 L ha⁻1 (Ct3)를 바이오스티뮬런트 Azolla (F2) 또는 Spirulina (F3)와 병행 처리했을 때 개체당 및 헥타르당 오일 수율이 일관되게 증가하였으며, Ct3 × F3 조합에서 최대 수율(첫 번째 시즌 55.58 kg ha⁻1, 두 번째 시즌 58.85 kg ha⁻1)을 달성하였습니다. 주성분 분석(Principal component analysis) 결과는 이러한 발견을 뒷받침하며, 수량 개선이 단일 요인이 아닌 오일 관련 형질들의 협응적 증가와 관련이 있음을 나타냈습니다. 이러한 결과는 포장 조건에서 오일 수율과 품질을 향상시키는 데 있어 Ct3와 F2 또는 F3의 조합이 가장 효과적인 처리였음을 시사합니다.
서론
회향(F. vulgare Mill.)은 종자와 에센셜 오일로 가치가 높은 널리 재배되는 약용 및 방향성 식물로, 약리학적, 항균, 항염 및 항산화 특성을 가지고 있습니다1,2,3,4,5. 제약, 건강기능식품 및 식품 산업에서 회향 유래 제품에 대한 수요가 증가함에 따라, 환경 영향을 최소화하면서 수확량과 오일 품질을 향상시키기 위한 생산 시스템의 압박이 커지고 있습니다.
전통적인 회향 재배는 높은 생산성을 달성하기 위해 무기질 비료에 크게 의존합니다. 하지만 합성 투입물의 과도한 사용은 미생물 활성 감소 및 토양 퇴화를 포함하여 장기적인 지속 가능성에 대한 우려와 관련이 있습니다5. 이러한 과제들로 인해 토양 구조, 생물학적 활성 및 영양분 가용성을 개선하는 유기질 시비 전략, 특히 퇴비 기반의 토양 개량제에 대한 관심이 높아졌습니다6.
완숙 퇴비의 폭기 수성 추출물인 퇴비차(compost tea)는 가용성 영양소, 유기산 및 유익한 미생물을 함유하고 있어 유망한 유기 개량제로 부상했습니다7. 관수 시스템을 통한 퇴비차의 적용은 화학 비료에 대한 의존도를 줄이면서 식물 성장과 영양분 흡수를 증진하는 것으로 나타났습니다8. 이와 동시에 Azolla, Spirulina, Nostoc 및 Chlorella와 같은 수생 식물과 미세조류는 아미노산, 식물 호르몬, 비타민 및 미네랄 함량이 높아 생물 자극제(biostimulants)로서 주목받고 있습니다7,9,10. 이러한 추출물의 엽면 시비는 다양한 원예 작물의 성장, 생체량 축적 및 수확량을 개선하는 것으로 보고되었습니다8,11,12.
퇴비차와 생물자극제의 개별적인 이점에 대한 증거가 증가하고 있음에도 불구하고, 특히 펜넬과 같은 약용 작물의 포장 조건에서 이들을 혼합 적용한 연구는 여전히 부족한 실정입니다. 대부분의 기존 연구들은 단일 투입물이나 통제된 환경에 집중해 왔으며, 이로 인해 상업적 재배 시스템 하에서 영양 생장, 수확량 구성 요소 및 정유 생산에 미치는 상호작용 효과에 대한 불확실성이 남아 있습니다.
이러한 공백을 메우기 위해, 본 연구에서는 노지 점적 관수 조건에서 네 가지 서로 다른 생물자극제 추출물과 세 가지 퇴비차 시비 수준이 펜넬의 성장, 수확량 및 에센셜 오일 생산에 미치는 복합적인 영향을 평가하였습니다. 본 연구는 토양에 시비하는 퇴비차와 엽면 시비 생물자극제를 통합하는 명확하게 정의된 현장 기반 접근 방식을 제공하며, 건조 및 반건조 지역에 적용 가능한 지속 가능한 영양 관리 전략에 대한 통찰을 제시합니다.
프로토콜
본 연구는 식물 재료만을 사용하였으며, 인간이나 동물을 대상으로 하는 실험은 포함되지 않았습니다. 따라서 윤리적 승인은 필요하지 않았습니다. 본 프로토콜에 사용된 연구 도구들은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 실험 부지
본 실험은 유기질 비료 및 생물 자극제 처리에 따른 펜넬(F. vulgare Mill.) 식물의 반응을 평가하기 위해 이집트 이스마일리아 주(Ismailia Governorate)의 El-Qassassin 원예 연구소 실험 농장(북위 30°53′, 동경 31°56′)에서 2023/24 및 2024/25 시즌 동안 수행되었다. 생육 기간(11월~4월) 동안의 기상 조건은 이스마일리아 기상 관측소에서 기록되었다. 평균 최저 및 최고 기온은 각각 12–18 °C 및 22–30 °C 범위였으며, 상대 습도는 50%–65% 범위였다. 실험 기간 동안 극심한 기상 현상은 기록되지 않았다(그림 1).
그림 1: 주구에 할당된 퇴비차 수준과 3회 반복의 세부구 내에 배치된 생물자극제 처리를 보여주는 분할구 실험 설계의 도식적 표현. Ct.1, Ct.2, Ct.3은 토양 시비량으로 각각 360, 480, 600 liters per hectare (ha)를 나타내며, F.1, F.2, F.3, F.4, F.5 엽면 살포는 대조군, Azolla, Spirulina, Nostoc, Chlorella 추출물을 각각 물 1L당 2 cm3의 비율로 처리함을 나타낸다. 여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.
2. 식물 재료
펜넬 씨앗은 이집트 기자 도키의 농업연구센터 원예연구소 약용 및 방향식물 연구 부서에서 제공받았습니다. 씨앗은 11월 첫째 주에 육묘상에 파종하였으며, 정착 후에는 묘를 솎아내어 구덩이당 한 개의 식물만 남겼습니다.
3. 토양 시료 채취 및 분석
토양 준비에 앞서, 혼합 토양 시료(0–30 cm 깊이)를 채취하여 공기 중에서 건조시키고 2 mm 체로 걸러냈으며, 표준 프로토콜13,14 (표 1)을 사용하여 물리적 및 화학적 특성을 분석하였습니다.
| 입자 크기 분포 (%) | 토성 분류 | *유기물 함량 (%) | |||||||
| 조립사 | 고운 모래 | 실트 | 점토 | 샌디 | 0.48 | ||||
| 80.65 | 14.06 | 3.8 | 1.49 | ||||||
| pH | 전기전도도 dS/m | SP % | 양이온 (meq/l) | 음이온 (meq/l) | |||||
| 칼슘++ | 마그네슘++ | 나트륨+ | K+ | HCO3- | 염소- | SO4 | |||
| 8 | 0.79 | 28 | 4 | 2.68 | 1.79 | 0.61 | 1.4 | 4.38 | 2.98 |
| *O.M.(%): 유기물 함량 | |||||||||
표 1: 실험 토양의 물리적 및 화학적 특성. 특성에는 입자 크기 분포, 토성, 유기물 함량, pH, 전기전도도, 포화도, 그리고 주요 양이온 및 음이온이 포함됩니다.
4. 실험 배치
본 실험은 3회 반복 측정하는 분할구 랜덤화 완전 블록 설계(split-plot randomized complete block design)를 따랐다. 퇴비차 수준을 주구(main plots)에, 생물자극제 처리를 세구(subplots)에 배치하였다(그림 2). 각 구역의 면적은 8.4 m2이며, 3개 열(길이 4 m)로 배열된 24개 식물을 포함하였고, 열 간 간격은 70 cm, 열 내 식물 간 간격은 50 cm로 하였다.
점적 관수는 포기당 4 L h⁻1를 공급하는 이미터를 사용하여 이틀마다 1 h 동안 실시하였다. 처리구 간의 간섭을 방지하기 위해 구획 사이에 한 이랑을 식재하지 않고 완충 지대로 남겨두었다.
모든 시험구에는 식재 2주 전 토양 준비 단계에서 24 t ha⁻1의 퇴비가 시비되었습니다. 무기질 비료는 권장 시비량(RD)의 50% 수준으로 시비되었으며, 그 내용은 황산암모늄(20.6% N) 360 kg ha⁻1, 과석인산(15.5% P₂O₅) 240 kg ha⁻1, 황산칼륨(48% K₂O) 120 kg ha⁻1입니다. 질소와 칼륨 비료는 15일 간격으로 3회에 걸쳐 균등하게 시비하였고, 인산 비료는 기비로 1회 시비하였습니다. 생육 기간 동안 표준 농법을 준수하였습니다.
Figure 2: 첫 번째(S1) 및 두 번째(S2) 시즌 동안의 헥타르당 오일 수확량(kg ha⁻¹) 및 대조군 처리(T1: Ct1 × F1) 대비 상대적 증가량. Ct1은 가장 낮은 퇴비차 수준(360 L ha⁻¹)을 나타내며, F1은 살포하지 않은 대조군을 나타낸다. 처리구는 다음과 같이 정의된다: T1 (Ct1 × F1), T2 (Ct1 × F2), T3 (Ct1 × F3), T4 (Ct1 × F4), T5 (Ct1 × F5), T6 (Ct2 × F1), T7 (Ct2 × F2), T8 (Ct2 × F3), T9 (Ct2 × F4), T10 (Ct2 × F5), T11 (Ct3 × F1), T12 (Ct3 × F2), T13 (Ct3 × F3), T14 (Ct3 × F4), 및 T15 (Ct3 × F5). 오차 막대는 평균의 표준 오차(SEM)를 나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭하십시오.
5. 퇴비차 처리
숙성된 식물성 퇴비를 담수에 넣고 24~48시간 동안 호기성 추출하였습니다. 이렇게 생성된 퇴비차의 전기전도도는 1.2~1.6 dS m⁻¹였습니다.1 및 약간 알칼리성인 pH(7.5–8.0)였으며, 퇴비차(compost tea)를 처리하였다 ~을 통해 360, 480 또는 600 L ha⁻¹의 비율로 점적 관수1 파종 한 달 후부터 시작하여 16주 동안.
6. 생물자극제 준비 및 처리
Azolla caroliniana, Spirulina platensis, Nostoc muscorum 및 Chlorella vulgaris의 신선한 바이오매스를 증류수에 1:10 (w/v) 비율로 균질화한 후 여과하여 최종 농도 2 cm3 L⁻1 (약 1200 L ha⁻1)로 희석하였습니다. 추출물은 처리 직전에 새로 제조하였으며, 생육 기간 중 세 차례(정식 후 30, 60, 90일)에 걸쳐 수동 분무기를 사용하여 잎 표면에서 액체가 흘러내릴 때까지 엽면 살포하였습니다.
7. 기록된 데이터
영양 성장 파라미터
각 실험 단위에서 무작위로 선정된 6개 식물을 식재 65일 후에 수확하였다. 초장(cm)은 지면부터 주경의 끝까지 측정하였다. 총 지상부 생중량(g)과 건중량(g)을 기록하였으며, 건중량은 시료를 70 °C 오븐에서 항량이 될 때까지 48 h 동안 건조시켜 결정하였다. 개체당 분지 수는 샘플링된 식물들의 평균 분지 수로 계산하였다.
에센셜 오일(EO) 추출
Miller15가 기술한 방법에 따라, 수확한 과실 40 g을 이용해 3시간 동안 수증기 증류법으로 에센셜 오일을 추출하였다. 추출된 오일은 완전한 분리가 이루어질 수 있도록 그대로 두었다16.
에센셜 오일 함량 및 수율 측정
에센셜 오일 함량(% w/w)은 다음과 같이 계산하였습니다:
설명:
WEO = 추출된 에센셜 오일의 무게 (g)
Wsample = 수증기 증류에 사용된 식물 시료의 건조 중량 (g)
개체당 에센셜 오일 수율은 다음과 같이 계산되었습니다:
여기서:
DWplant = 식물당 전체 초본의 건조 중량 (g)
EO content = 건조 중량 기준 에센셜 오일 함량 (% w/w)
참고: 에센셜 오일의 밀도는 약 1 g cm⁻3로 가정하여 그램(g)을 세제곱센티미터(cm³)로 환산하였습니다.
헥타르당 에센셜 오일 수율은 다음과 같이 계산되었습니다:
설명:
EO yieldplant - 1= 식물당 에센셜 오일 수득량 (cm3)
Nplants = 헥타르당 식물 수
1000 = cm3에서 L로의 변환 계수
참고: 모든 오일 수율 계산은 식물의 수분 함량과 관련된 변동성을 방지하기 위해 건조물 기준으로 수행되었습니다.
수율 속성
각 식물의 모든 산형꽃차례를 측정하여, 과실 성숙 단계에서의 식물당 산형꽃차례 수를 기록하였습니다.
8. 통계 분석
각 형질과 계절에 대해, 반복 수준의 관찰값들을 Shapiro–Wilk 검정을 사용하여 정규성을 테스트하였습니다. 정규성에서 유의미한 편차가 관찰되지 않았으므로(p > 0.05), 모수 분석을 적용하였습니다. 데이터는 Statistix 8.1(Analytical Software, 2008)을 이용하여 분할구법 설계(split-plot design)에 대한 분산 분석(ANOVA)으로 분석하였으며, 처리 평균은 최소유의차(LSD) 검정을 통해 비교하였습니다17.
측정된 형질 간의 관계를 요약하기 위해 다변량 분석 도구로서 주성분 분석(PCA)을 수행하였습니다. 각 성분의 상대적 기여도를 결정하기 위해 고유값(eigenvalue)을 사용하였으며, 처리구 간의 비교 및 형질 간의 연관성을 분석하기 위해 바이플롯(biplot) 시각화를 이용하였습니다18.
결과
Shapiro–Wilk 검정 결과, 두 성장 시즌 모두에서 측정된 모든 변수의 분포가 정규성에서 유의미하게 벗어나지 않았음을 나타냈습니다(p > 0.05). 분산 분석 결과, 퇴비차 수준(Ct)과 엽면 생체자극제 처리(F) 간의 상호작용이 두 성장 시즌 모두에서 영양 생장 특성, 산형꽃차례 수 및 오일 관련 특성(오일 함량, 개체당 오일 수확량 및 헥타르당 오일 수확량)에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.
대조군 처리 대비 수확량 반응
첫 번째 시즌(그림 2)에서 헥타르당 오일 수확량(Oy ha⁻1)은 퇴비차(compost tea) 수준이 증가함에 따라 점진적으로 증가하였습니다. 모든 Ct3 (600 L ha⁻1) 처리구는 대조구(T1: 엽면 살포 없는 Ct1 × F1, 360 L ha⁻1)보다 높은 오일 수확량을 나타냈습니다. 가장 높은 오일 수확량(55.58 kg ha⁻1)은 2 cm3 L⁻1 농도의 Spirulina와 Ct3를 병용한 처리구(T13)에서 얻어졌으며, 이는 LSD 값(2.93 kg ha⁻1)을 초과하여 대조구 및 모든 Ct1 처리구보다 유의미하게 높았습니다. 대조구와 비교했을 때, 이 처리구는 헥타르당 오일 수확량이 현저하게 증가한 것을 보여주었습니다(그림 3).
그림 34가지 영양 생장 특성, 개체당 산형꽃차례 수, 3가지 오일 관련 특성을 기반으로 1 및 2 주성분을 사용하여 분석한 15가지 상호작용 처리구의 바이플롯 주성분 분석 결과; 각 점은 처리구를 나타냄. 플롯 내의 위치는 입력 요인(8가지 성장 및 오일 특성)에 따른 처리구 간의 유사성 또는 차이 정도를 나타내며, 서로 가까울수록 더 유사하고 멀수록 더 뚜렷한 차이가 있음을 의미합니다. PH: 초장(cm), NB: 개체당 분지 수, HFW: 전체 지상부 생체중(g), HDW: 전체 지상부 건조중(g), O%: 정유 함량, Oy/p: 개체당 정유 수득량(cm3), Oy/ha: 헥타르당 오일 수확량(L) 및 NU: 개체당 산형꽃차례 수 T1 (Ct1 × F1), T2 (Ct1 × F2), T3 (Ct1 × F3), T4 (Ct1 × F4), T5 (Ct1 × F5), T6 (Ct2 × F1), T7 (Ct2 × F2), T8 (Ct2 × F3), T9 (Ct2 × F4), T10 (Ct2 × F5), T11 (Ct3 × F1), T12 (Ct3 × F2), T13 (Ct3 × F3), T14 (Ct3 × F4), 및 T15 (Ct3 × F5). 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭하십시오.
식물당 오일 수율과 산형꽃차례 수에서도 유사한 경향이 관찰되었으며, 이는 헥타르당 오일 수율이 더 높게 나타난 처리군이 더 큰 생식 출력 및 바이오매스 축적과도 관련이 있음을 나타냅니다. 이러한 관계는 인과 관계를 추론하지 않고 측정된 형질 간의 통계적 연관성으로 제시되었습니다.
두 번째 시즌에서도 Ct3 × F3 (T13)가 헥타르당 가장 높은 오일 수율(58.85 kg ha⁻1)을 기록하였으며, 이는 대조군 및 대부분의 Ct2 처리구보다 유의미하게 높았습니다(LSD = 3.17 kg ha⁻1). 대조군 대비 처리구 간의 순위는 시즌 전반에 걸쳐 대체로 일관되게 나타났으며, 이는 테스트한 환경 조건에서 처리 효과가 재현 가능하다는 것을 시사합니다.
주성분 분석 (PCA)
15가지 처리구에 걸쳐 측정된 8가지 형질 간의 다변량 관계를 요약하기 위해 탐색적 도구로서 주성분 분석을 적용하였습니다. 처음 두 개의 주성분이 전체 분산의 98.4%를 설명했으며, 그 중 PC₁은 96.5%, PC₂는 1.9%를 차지했습니다(표 2; 그림 4). PC₁의 지배적인 비중은 별개의 잠재적 생물학적 과정보다는 데이터셋 내의 성장 및 수확량 관련 형질들 사이의 강한 공분산을 반영합니다.
| 매개변수 | 개인용 컴퓨터1 | 개인용 컴퓨터2 | PC3 | 개인용 컴퓨터4 |
| NU | 0.3516 | 0.3064 | -0.3732 | 0.772 |
| 0% | 0.349 | -0.6068 | -0.1873 | -0.0634 |
| 제공된 텍스트가 없거나 유효하지 않은 입력("Oy/p")입니다. 번역할 원문을 제공해 주시기 바랍니다. | 0.3591 | -0.11 | -0.0028 | -0.0974 |
| 오이/하 | 0.3583 | -0.1579 | -0.1046 | -0.2021 |
| pH | 0.3476 | 0.5757 | 0.3834 | -0.3296 |
| NB | 0.3495 | -0.26 | 0.7504 | 0.3693 |
| HFW | 0.3551 | 0.3138 | -0.1821 | -0.1535 |
| HDW | 0.358 | -0.0575 | -0.2675 | -0.2847 |
| 고윳값 | 7.7201 | 0.1518 | 0.0721 | 0.0346 |
| 분산 비율 (%) | 96.5 | 1.9 | 0.9 | 0.43 |
| 누적 (%) | 96.5 | 98.4 | 99.3 | 99.73 |
| PH: 초장 (cm), NB: 개체당 분지 수, HFW: 전체 지상부 생중량 (g), HDW: 전체 지상부 건중량 (g), O%: 에센셜 오일 함량, Oy/p: 개체당 오일 수득량 (cm³), Oy/ha: 헥타르당 오일 수득량 (L), NU: 개체당 산형꽃차례 수 | ||||
표 2: 15가지 처리 조합에 걸쳐 8가지 성장 및 오일 관련 형질을 기반으로 산출한 상위 4개 주성분의 고유값, 고유벡터, 분산 비율 및 누적 분산. 형질 약어는 다음과 같습니다: PH (초장, cm), NB (개체당 분지 수), HFW (초신선중량, g), HDW (초건조중량, g), O% (정유 함량), Oy/p (개체당 오일 수율, cm3), Oy/ha (헥타르당 오일 수율, L) 및 NU (개체당 산형꽃차례 수).
그림 4: 15가지 상호작용 처리군으로 처리한 8가지 연구 형질의 고유 벡터 로딩 플롯: PC₁ 막대는 왼쪽 축을 사용하며, PC₂, PC₃, PC₄는 오른쪽 축에서 서로 다른 점 모양과 색상으로 표시됨. PH: 초장 (cm), NB: 개체당 분지 수, HFW: 전체 지상부 생체중 (g), HDW: 전체 지상부 건조중 (g), O%: 정유 함량, Oy/p: 개체당 정유 수율 (cm3), Oy/ha: 헥타르당 정유 수율 (L), NU: 개체당 산형꽃차례 수. 오차 막대는 평균 표준 오차(SEM)를 나타냄. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
산형꽃차례 수, 오일 함량, 개체당 오일 수율, 헥타르당 오일 수율, 초장, 분지 수, 지상부 생체중 및 지상부 건조중을 포함한 모든 형질이 PC₁에서 강하고 유사한 양의 적재값을 나타냈습니다(표 2; 그림 5). 따라서 PC₁은 처리구 간의 바이오매스 및 오일 수율 형질의 변이를 요약하는 일반적인 생산성 구배로 해석할 수 있습니다. PC₂는 분산의 아주 적은 비율만을 설명했으며, 처리구 간의 추가적인 변별력에 기여한 바는 제한적이었습니다.
그림 5: 측정된 형질을 기반으로 15가지 처리 조합의 분포를 나타낸 PCA 점수 도표. 처리 조합은 다음과 같이 정의됨: T1 (Ct1 × F1), T2 (Ct1 × F2), T3 (Ct1 × F3), T4 (Ct1 × F4), T5 (Ct1 × F5), T6 (Ct2 × F1), T7 (Ct2 × F2), T8 (Ct2 × F3), T9 (Ct2 × F4), T10 (Ct2 × F5), T11 (Ct3 × F1), T12 (Ct3 × F2), T13 (Ct3 × F3), T14 (Ct3 × F4), T15 (Ct3 × F5). 오차 막대는 평균의 표준 오차(SEM)를 나타냄. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
PCA 점수 및 대조군과의 비교
높은 양의 PC₁ 점수를 가진 처리구(특히 T13, T12, T15 및 T14)는 대부분의 형질에서 대조구(T1) 대비 가장 큰 백분율 증가를 나타냈습니다(그림 5 및 그림 6). 예를 들어, T13은 대조구와 비교하여 산형꽃차례 수에서 94.44%, 헥타르당 오일 수율에서 98.18%의 증가를 보였습니다.
그림 6대조구 처리(T1: Ct1 × F1) 대비 측정 형질의 상대적 증가 백분율처리는 다음과 같이 정의됩니다: T1 (Ct1 × F1), T2 (Ct1 × F2), T3 (Ct1 × F3), T4 (Ct1 × F4), T5 (Ct1 × F5), T6 (Ct2 × F1), T7 (Ct2 × F2), T8 (Ct2 × F3), T9 (Ct2 × F4), T10 (Ct2 × F5), T11 (Ct3 × F1), T12 (Ct3 × F2), T13 (Ct3 × F3), T14 (Ct3 × F4), 및 T15 (Ct3 × F5). 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭하십시오.
중간 정도의 PC₁ 점수를 보인 처리군(예: T8 및 T10)은 대조군에 비해 완만한 개선을 보인 반면, 대조군과 다른 Ct1 조합을 포함하여 음의 PC₁ 점수를 보인 처리군은 상대적으로 최소한의 변화만을 나타냈습니다. 이러한 패턴은 PC₁ 점수가 기저치 보정 처리 반응과 밀접하게 일치함을 나타내며, 이는 단변량 ANOVA 결과를 뒷받침합니다. 다만, PCA는 엄격하게 데이터 축소 및 다변량 패턴의 시각화를 위해 사용되었으며, 추론적 통계 검정을 대체하지 않습니다.
PCA 바이플롯의 형질 연관성
PCA 바이플롯(그림 4)은 개체당 오일 수율, 헥타르당 오일 수율 및 초질 건조 중량 사이의 밀접한 연관성을 보여주며, 이는 해당 변수들 간의 강한 상관관계를 반영합니다. 초장, 초질 생중량 및 산형꽃차례 수도 유사한 벡터 방향을 나타내어, 데이터셋 내에서 이러한 형질들 사이에 조정된 변이가 있음을 시사합니다. 분지 수는 다른 수확량 구성 요소들과 부분적으로 분리된 모습을 보였으며, 이는 현재의 실험 조건 하에서 연관성이 더 약함을 나타냅니다. 이러한 관계는 관찰된 상관관계만을 설명하며, 기전적 연결을 의미하는 것은 아닙니다.
엽면 생촉진제와 함께 600 L ha⁻1의 퇴비차를 처리한 처리구(T12–T15)는 성장 및 오일 특성 전반에 걸쳐 우수한 다변량 성능을 보였습니다. 반면, 처리구(T7–T11)는 평가된 대부분의 매개변수에서 상대적으로 낮은 값을 나타냈습니다. 엽면 살포를 하지 않거나 Nostoc과 혼합하여 처리한 Ct1(360 L ha⁻1)과 같이 대부분의 벡터와 반대 방향에 위치한 처리구는 대부분의 측정 특성에서 낮은 값과 연관되었습니다.
전반적으로, PCA는 여러 형질에 걸쳐 처리군이 대조군과 어떻게 다른지를 동시에 보여줌으로써 ANOVA를 보완하는 간결한 다변량 요약을 제공하였습니다. PCA 패턴과 기저치 조정 단변량 결과 간의 일관성은 측정된 변수를 벗어난 해석 없이도 처리 효과의 견고함을 뒷받침합니다.
데이터 가용성:
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토론
본 연구는 두 번의 성장 시즌 동안 퇴비차(compost tea) 농도를 높였을 때, 특히 특정 엽면 생물자극제와 병행 처리했을 경우 회향(fennel)의 성장, 번식 특성 및 에센셜 오일 생산성이 유의미하게 향상되었음을 보여줍니다.
더 높은 농도의 퇴비차(Ct3)는 산형꽃차례의 수와 오일 수율을 증가시켰으며, 이는 유기 액상 수정제가 식물의 활력과 영양분 가용성을 높여 생식 성능을 향상시킨다는 이전 연구 결과들과 일치한다6,11. 퇴비 추출물 또는 바이오 비료를 처리한 후 펜넬 및 기타 산형과(Apiaceae) 종에서도 수율과 에센셜 오일 함량의 유사한 개선이 보고되었으며, 이는 이러한 반응이 작물 특이적 효과라기보다 식물 성장 조건의 전반적인 개선을 반영함을 시사한다8,19.
퇴비차와 Azolla (F2) 또는 Spirulina (F3)를 함께 처리했을 때 관찰된 성능 향상은 조류 및 남조류 추출물이 생물량 축적, 개화 및 2차 대사산물 생산을 촉진한다는 이전 연구 결과들과 일치합니다11,20. 본 연구에서 관찰된 더 큰 반응, 특히 헥타르당 오일 수율의 증가는 개별 투입제의 사용보다는 토양 및 엽면 동시 처리 전략에 기인한 것으로 보입니다.
오일 수율, 산형꽃차례 수 및 영양 성장의 동시 증가는 수율 향상이 단일 요인이 아니라 여러 형질의 조화로운 개선으로 인해 발생했음을 나타냅니다. 이러한 패턴은 유기물 시비가 광합성 능력, 뿌리 활성 및 영양소 이용 효율을 높여 바이오매스 축적과 생식 성장을 모두 지원할 수 있다는 이전 연구 결과와 일치합니다6,8.
본 연구에서는 영양분 흡수율, 내생 호르몬 수준, 미생물 활성과 같은 생리학적 및 생화학적 파라미터를 측정하지 않았으나, 이전 연구들이 관찰된 반응에 대해 타당한 설명을 제공합니다. 퇴비차는 즉각적으로 이용 가능한 영양분과 생물학적 활성 화합물을 공급하는 것으로 알려져 있으며, 조류 및 남조류 기반의 생물 자극제는 대사 활동 및 스트레스 내성 향상과 관련이 있는 것으로 보고되었습니다11,19. 이러한 해석은 기존 문헌에 근거한 것이며, 본 연구의 직접적인 측정 결과는 아닙니다.
PCA 결과에 따르면 헥타르당 및 개체당 오일 수율이 처리구 간 차별화의 주요 기여 요인이었으며, 이는 단변량 분석 결과와 일치합니다. 600 L ha⁻1의 퇴비차를 엽면 생물자극제와 함께 처리한 군이 1차 생산성 축을 따라 일관되게 유리한 위치에 자리 잡았습니다. 농학 연구의 유사한 PCA 적용 사례에서는 수율 관련 형질이 종종 첫 번째 주성분에서 강한 부하를 보였으며, 이는 독립적인 효과보다는 통합된 식물 반응을 반영한다는 점이 입증된 바 있습니다20.
본 연구에서 PCA는 인과관계를 추론하기 위함이 아니라, 측정된 변수 간의 연관성을 기술하기 위한 탐색적 도구로 사용되었습니다. PCA 점수와 대조군 대비 상대적 개선 정도 사이의 일치성은 측정된 데이터의 범위 내에서 관찰된 치료 효과에 대한 신뢰도를 높여줍니다.
연구 결과는 퇴비차를 특정 엽면 생물자극제와 병행하여 사용하는 것이 현장 조건에서 회향의 성장과 정유 생산을 증진시키는 효과적인 농학적 방법이 될 수 있음을 시사합니다. 하지만 미생물 활성, 호르몬 조절 및 영양소 역학에 대한 직접적인 측정값이 부족하여 기전적 해석에는 한계가 있습니다. 향후 생리학적, 생화학적 및 토양 생물학적 분석을 포함하는 연구를 통해 이러한 반응의 기저에 있는 과정에 대한 보다 포괄적인 이해를 제공할 수 있을 것입니다.
종합적으로, 본 연구는 단변량 통계 분석과 다변량 패턴 분석을 통합하고 그 결과를 광범위한 문헌 데이터와 연계함으로써, 퇴비차와 생물자극제가 상호작용하여 회향의 성장 및 오일 수율에 미치는 영향을 이해하는 데 기여합니다.
결론
본 연구 조건하에서 16주 동안 600 L ha⁻1의 퇴비차(compost tea) 시비와 2 cm3 L⁻1의 Spirulina 추출물 엽면 시비를 병행했을 때 펜넬의 수확량과 에센셜 오일 생산량이 가장 높게 나타났습니다. Azolla 추출물 또한 유사한 효과를 보여 대안적인 생물 자극제로 활용될 수 있을 것으로 보입니다. 향후 연구에서는 24 t ha⁻1의 기본 퇴비 시비량을 유지하면서 무기질 비료 투입량을 줄일 수 있는 가능성을 평가해야 합니다. 시비 시 일관성을 확보하기 위해 pH, 전기전도도 및 영양 성분을 포함한 퇴비차 특성의 표준화가 권장됩니다. PCA와 같은 다변량 분석을 통해 영양 생장, 에센셜 오일 함량 및 수확량을 모니터링함으로써 포장 조건에서의 처리 반응 평가를 개선할 수 있을 것입니다.
공개 사항
저자들은 이해관계의 충돌이 없음을 선언합니다.
감사의 글
저자들은 본 연구에 자금을 지원해 준 Taif University의 대학원 및 과학 연구처(Deanship of Graduate Studies and Scientific Research)에 감사를 표합니다.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 펜넬 종자 (Foeniculum vulgare Mill.) | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | 해당 없음 | 포장 실험에 사용된 종자 |
| 식물 기반 퇴비 | 지역 상업 공급업체 / 실험 농장 공급원 | 해당 없음 | 퇴비차 조제 및 기비 토양 개량에 사용 |
| 퇴비차 | 실험 프로토콜에 따라 조제됨 | 해당 없음 | 완숙 퇴비의 폭기 수성 추출물 |
| Azolla caroliniana 바이오매스 | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | 해당 없음 | 엽면 추출물 조제에 사용 |
| Spirulina platensis 바이오매스 | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | 해당 없음 | 엽면 추출물 조제에 사용 |
| Nostoc muscorum 바이오매스 | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | 해당 없음 | 엽면 추출물 조제에 사용 |
| Chlorella vulgaris 바이오매스 | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | 해당 없음 | 엽면 추출물 조제에 사용 |
| 증류수 | Water and Environment Research Institute, Agricultural Research Center, Giza, Egypt | 해당 없음 | 추출물 조제에 사용 |
| 황산암모늄 (20.6% N) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypt | 해당 없음 | 무기질 비료원 |
| 과석인산 (15.5% P2O5) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypt | 해당 없음 | 무기질 비료원 |
| 황산칼륨 (48% K2O) | Ministry of Agriculture and Land Reclamation, Egypt | 해당 없음 | 무기질 비료원 |
| 점적 관수 이미터 (4 L h-1) | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | 해당 없음 | 관수 시스템 |
| 핸드 스프레이어 | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | 해당 없음 | 엽면 시비에 사용 |
| 건조 오븐 | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | 해당 없음 | 70 °C로 유지된 오븐 |
| 수증기 증류 장치 | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | 해당 없음 | 에센셜 오일 추출에 사용 |
| 분석 저울 | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | 해당 없음 | 시료 무게 측정에 사용 |
| 2 mm 체 | Medicinal and Aromatic Plants Research Department, Horticulture Research Institute, ARC, Egypt | 해당 없음 | 토양 조제에 사용 |
| Statistix 8.1 소프트웨어 | Analytical Software | Version 8.1 | ANOVA 및 통계 분석에 사용 |
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