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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.23 No.4 pp.383-390
DOI : https://doi.org/10.12791/KSBEC.2014.23.4.383

Growth Characteristics of Cucumber Scion and Pumpkin Rootstock under Different Levels of Light Intensity and Plug Cell Size under an Artificial Lighting Condition

Yoonah Jang*, Hye Jin Lee, Chang Sun Choi, Yeongcheol Um, Sang Gyu Lee
Vegetable Research Division, National Institute of Horticultural and Herbal Science, RDA, Suwon 440-706, Korea
Corresponding Author : limejya@korea.kr
September 4, 2014 September 24, 2014 October 6, 2014

Abstract


인공광형 폐쇄형 육묘시스템 내 광량 및 플러그 트레이 규격에 따른 오이 접수 및 호박대목의 생육특성

장 윤아*, 이 혜진, 최 장선, 엄 영철, 이 상규
농촌진흥청 국립원예특작과학원 채소과

초록

This study was conducted to investigate the growth characteristics of cucumber scion and pumpkin rootstock under different levels of light intensity (photosynthetic photon flux, PPF) and plug cell size in a closed transplant production system with artificial lighting. Cucumber scion and pumpkin rootstock seedlings were grown under the combinations of three levels of PPF (PPF 165, 248, and 313 µmol·m–2·s–1) and five types of plug tray (50, 72, 105, 128, and 200 cells in the tray) for nine days. The shoot dry weight and relative growth rate increased with increasing PPF and plug cell size. As PPF increased, cucumber scion and pumpkin rootstock seedlings had higher dry matter, lower specific leaf area, and lower hypocotyl length. The first true leaf of cucumber scion and pumpkin rootstock unfolded at eight and seven days after sowing, respectively, except the treatment using 200-cell plug tray. The unfolding of first true leaf of seedlings grown in 200-cell plug tray was delayed by one day. Accordingly, it was considered that the use of small cell size such as 200-cell plug tray would require more time for the production of scion and rootstock. Based on the results, we suggest that cucumber scion and pumpkin rootstock be grown in 105-cell to 128-cell plug tray for eight days and 72-cell to 105-cell plug tray for seven days, respectively, when using splice grafting method with root-removed rootstock. Additionally, higher PPF is suggested to improve the growth and quality of scion and rootstock.


    Rural Development Administration
    Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries

    서 론

    채소생산시 연작재배에 따른 토양전염성 병에 대한 저 항성 및 고염, 저온 등 불량환경에 대한 적응성을 높이 기 위해, 접목재배가 전세계적으로 널리 이용되고 있다 (Lee 등, 2010). 시설 및 기술의 발달, 대목 품종의 개발로, 박과 작물에 있어서 접목재배가 일반화되었으며, 1990년 대 초반 공정육묘기술의 도입과 더불어 접목묘 생산이 급속히 증가하여 가지과 작물인 토마토와 고추에서도 접 목묘 생산이 보편화되었다(Jang 등, 2013a). 성공적인 접 목묘 생산을 위해서는 숙련된 접목기술과 접목 후 활착 과 순화를 위한 고도의 집약적인 환경관리기술이 요구된 다(Jang 등, 2013b). 그러나 무엇보다 균일한 고품질의 대목 및 접수 생산이 선행되어야 한다.

    최근 이상기상 및 기후변화 등의 문제로, 외부환경의 영향을 받지 않고 환경조절이 용이한 폐쇄형 시설 내에 서 인공광을 이용하여 연중 균일한 고품질의 작물을 관 행보다 더 빨리 생산할 수 있는 식물공장 기술이 주목받 고 있다(Cho 등, 2012). 채소묘 생산에 있어서도 이러한 인공광형 식물공장 형태의 폐쇄형 육묘시스템이 일본에 서 개발되어 상업화되었다. 인공광형 폐쇄형 육묘시스템 은 적정 생육조건의 조성, 높은 광 이용효율, 단위면적당 높은 생산성, 생산기간의 단축 등 여러 장점을 갖고 있으 며, 이러한 육묘시스템을 이용하여 연중 균일한 고품질 묘의 생산이 가능하다(Kozai 등, 2000; Kozai, 2012).

    자연광을 이용하는 일반 시설에 비해, 인공광형 폐쇄 형 육묘시스템 내에서의 광량(photosynthetic photon flux, PPF), 광질, 광주기와 같은 광 환경은 계절이나 날 씨에 상관없이 조절이 용이하다. 묘 생산을 위한 적정 광 량은 일반 작물생산을 위한 광량(500~700μmol·m−2·s−1) 에 비해 상대적으로 낮은 250~350μmol·m−2·s−1로 보고되 고 있다(Kozai 등, 2000).

    국내에서 이용되는 플러그 트레이는 가로 540mm, 세로 280mm로 단일규격이나, 플러그 트레이 내 개별 셀의 수 와 크기는 다양하다. 플러그 트레이 내 셀의 수와 셀의 크 기에 따라 재식밀도, 배지의 양, 공급되는 양수분의 양이 달라지기 때문에, 셀의 수 및 크기는 작물의 생육에 영향 을 미치는 것으로 보고되고 있다. 일반적으로 셀의 크기가 클수록 생육이 빠르고, 육묘가 가능한 기간이 길며, 정식 후 초기 생육 및 수량이 높은 것으로 보고되고 있다(Kim 등, 2001; Kim 등, 2013; Shin 등, 2000). 그러나 플러그 트레이 내 셀의 수가 적고 셀의 크기가 클수록 재식밀도 가 낮아져, 동일한 주수의 묘 생산을 위해 더 많은 육묘면 적과 생산비를 필요로 하여 단위면적당 생산성이 떨어진 다. 따라서 적정 셀 수 및 크기의 선택이 중요하다.

    약 90% 정도가 접목재배되고 있는 오이의 경우, 접목 묘 생산시 40공~50공 플러그 트레이가 주로 이용되고 있으며, 접목방법은 단근합접, 단근삽접, 합접 방법이 주 로 이용되고 있다(Jang 등, 2013a). 접목묘 생산시 대목 을 단근하는 경우, 접목과정에서 단근접목묘를 새로운 상토가 충진된 플러그 트레이에 삽목을 한다. 따라서 10 일 내외의 접수 및 대목 육묘에는 접목묘 육묘시보다 셀의 수가 많고 셀의 크기가 작은 플러그 트레이를 이 용하는 경우가 많다.

    최근 일부 육묘장에서는 인공광형 접목활착시스템을 이용한 접목 활착이 이루어지고 있고, 인공광형 접목활 착시스템 내에서의 활착환경조건 구명 및 인공광형 폐쇄 형 육묘시스템 내에서의 토마토와 오이묘 생산을 위한 적정 광원, 오이 플러그 묘 생산을 위한 광량 및 광주기 에 대한 연구가 이루어졌으나(Jang 등, 2013b; Kim과 Park, 2002; Um 등, 2009), 인공광형 폐쇄형 육묘시스템 을 이용한 균일한 고품질의 접수 및 대목 육묘기술의 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 고품질의 접목묘 생산을 위한 균일한 고품질의 접수 및 대목 생 산을 목적으로, 인공광형 폐쇄형 육묘시스템 내에서의 접수 및 대목 육묘기술을 개발하고자, 폐쇄형 육묘시스 템 내에서의 광량 및 플러그 트레이 규격에 따른 접수 및 대목의 생육을 조사하였다.

    재료 및 방법

    1시험재료 및 처리

    시험재료는 접수로서 오이(Cucumis sativus L.) ‘조은 백다다기’(동부팜흥농(주), 한국)와 대목으로서 호박대목 (Cucurbita maxima D.×C. moshata D.) ‘뉴신토좌’((주) 농우바이오, 한국)를 이용하였다.

    2인공광형 폐쇄형 육묘시스템

    본 실험은 인공광형 폐쇄형 육묘시스템(L 3,300×W 3,000× H 3,000mm, (주) 파루, 한국)에서 수행되었다. 폐쇄형 육묘시스템 내에 설치된 4대의 다단식 육묘선반 (L 2,777×W 768×H 2,081mm) 은 4단으로 이루어졌으 며, 각 단의 높이는 400mm였다. 각 단에는 4개의 플러 그 트레이를 배치시킬 수 있는 저면관수식 육묘용 베드( 폴리스티렌 발포 성형폼)가 설치되었으며, 각 육묘베드 의 상단에는 형광등(32W, 삼파장 주광색, FLR32SS, 오 스람코리아, 한국) 12개가 설치되었다. 각 단의 뒤쪽 측 면에 설치된 4개의 순환팬(120×120×38mm)은 공기순환 을 위해 실험기간 중 계속 가동되었다. 폐쇄형 육묘시스 템 내 설치된 냉난방기를 이용하여 온도를 주야간 24/ 20℃(12/12시간) 로 설정하였다. 파종 다음날부터 매일 1회 육묘용 양액(EC 1.4dS·m−1)을15분간 저면관수 방법 으로 공급하였다.

    3처리

    처리는 광량 3수준 및 플러그 트레이 셀 규격 5가지 를 조합하여, 모두 15처리를 하였다. 광량 처리는 각 단 에 설치된 형광등의 개수를 조정, 플러그 트레이 바로 위에서 측정하여 PPF 164.6±17.9, 247.5±7.4, 312.6± 17.9μmol·m−2·s−1 3수준으로 처리하였다. 플러그 트레이 (범농, 한국)의 셀 규격은50공(W 280× L 540× H 50mm, W 5× L 10 셀, 셀 용량 73mL), 72공(W 280× L 540× H 45mm, W 6× L 12셀, 셀 용량 35mL), 105 공(W 280× L 540× H 48mm, W 7× L 15셀, 셀 용량 35mL), 128공(W 280× L 540× H 48 mm, W 8× L 16 셀, 셀 용량 21mL), 또는 200공(W 280× L 540× H 42mm, W 10× L 20셀, 11mL)이었다. 50공, 72공, 105 공, 128공, 200공 플러그 트레이 각각의 재식밀도는 단 위 m2 면적에 각각 331주, 476주, 694주, 847주, 1,323 주였다. 시험구 배치는 분할구 계획법으로, 광량을 주구, 플러그 트레이의 셀 규격을 세구로 처리하였다.

    원예용 상토(흥농 바이오상토, 동부팜흥농(주), 한국)를 충진한 플러그 트레이에 접수 및 대목을 파종하였다. 파 종 후 플러그 트레이를 폐쇄형 육묘시스템 내 육묘베드 위에 위치시켜 육묘하였다. 파종 후 5일부터 9일까지 매 일 처리당 10주씩의 시료를 채취하여, 초장, 경경, 생체 중, SPAD 값, 엽면적을 측정하였다. 조사 후 시료를 80 로 설정된 열풍건조기(DS-89, 다솔과학, 한국)에서 3일이 상 건조하여 건물중을 측정하였다. 상대생장율(relative growth rate, RGR)은 Goudriaan 과 van Laar (1994)에 의해 제안된 지수생장 함수식의 로그변환식(w=w0·e(rm·t), w=dry mass, w0=initial dry mass, rm=RGR, and t=growth time)을 이용하여 계산하였다. PPF 248μmol·m−2·s−1에서 육묘된 오이 접수와 호박 대목의 상토 수분 포텐셜을 토양수분포텐셜 측정기(WP4, Decagon Devices, Inc., USA)를 이용하여 파종 7일부터 9일까지 매일 (관수 후 20시간 뒤) 3반복으로 측정, 3일 동안의 평균값을 계산 하였다.

    수집된 자료는 시그마플롯(v.11, Systat Software Inc., UK)과 SAS 통계프로그램(v.9.1, SAS Institute, USA)을 이용하여 분석하였다.

    결과 및 고찰

    일반 시설에서의 접목묘 생산시, 접수 및 대목의 육묘 기간은 작물 및 품종, 육묘시기와 접목방법에 따라 달라 진다(RDA, 2008). 오이 접목묘 생산시 주로 이용되고 있는 ‘편엽합접’ 또는 ‘편엽단근합접’ 방법의 경우, 접수 의 파종시기를 고온기에는 1~2일, 저온기에는 3~4일 대 목보다 먼저 파종하여, 접수의 잎 전개속도와 대목의 하 배축 신장을 조정한다. 일반적인 접목시기는 접수 파종 후 7~11일, 대목 파종 후 5~9일로, 첫번째 본엽이 막 전 개하기 시작할 때부터 전개엽이 동전 크기보다 약간 작 을 때 이루어진다.

    본 실험에서는 폐쇄형 육묘시스템 내에서 광량과 플러 그 트레이 규격에 따른 오이 접수 및 호박 대목의 생육 을 검토하였다. Table 1에 인공광형 폐쇄형 육묘시스템 내에서 광량 및 플러그 트레이 셀 규격에 따른 오이 접 수 및 호박 대목 생육의 통계적 유의성을 나타냈다. 파 종 5일 후 접수와 대목의 지상부 건물중은 플러그 트레 이 셀 규격에 따른 유의적 차이는 있었으나, 광량에 따 른 차이는 없었다. 그러나 파종 6일 이후부터는 광량 및 플러그 트레이 셀 규격에 따른 오이 접수 및 호박 대목 생육의 통계적 유의성을 나타냈다. 지하부 건물중의 경 우, 파종 7일 이후부터 광량 및 플러그 트레이 셀 규격 에 따른 유의적인 차이를 나타냈다. 초장, 엽면적, 엽면 적 지수에 미치는 영향 역시 유효했다.

    오이 접수와 호박 대목의 지상부 건물중은 광량과 플러 그 트레이의 셀 크기가 증가할수록 증가하였다 (Fig. 12) 광량과 플러그 트레이의 셀 크기 증가에 따른 지상부 건물중의 증가는 육묘일수가 경과함에 따라 증가하였다. 오이 접수의 경우, PPF 313μmol·m−2·s−1 50공 플러그 트레이 에서 육묘했을 때의 지상부 건물중이 PPF 165μmol·m−2·s−1 200공 플러그 트레이에서 육묘했을 때에 비해, 파종 5일 후에는 16%, 파종 9일 후에는 45% 증가하였다. 호박 대 목의 경우, PPF 313μmol·m−2·s−1 50공 플러그 트레이에서 육묘했을 때의 지상부 건물중이 PPF 165μmol·m−2·s−1 200 공 플러그 트레이에서 육묘했을 때에 비해, 파종 5일 후에 는 26%, 파종 9일 후에는 91% 증가하였다. 상대생장률은 오이 접수의 경우0.137g·g−1·day−1 ~0.268g·g−1·day−1, 호박 대목의 경우0.078g·g−1·day−1~0.170g ·g−1·day−1 로 광량과 플러그 트레이의 셀 크기에 따라 두 배 가까운 차이를 보였다(Fig. 3).

    Kim과 Park(2002)의 보고에 의하면, 인공광하 오이 플 러그묘 육묘시 광량이 증가함에 따라 광합성, 건물중, 엽수 등이 증가하였다. 또한 Kitaya 등(1998)은 건물률 이 높고 지상부/지하부 비율, 비엽면적(specific leaf area, 엽면적/엽중), 배축장이 낮은 탄탄한 상추묘를 고품질묘 로 정의하였다. 그리고 PPF 100~300μmol·m−2·s−1 광량 범위에서 상추묘의 생육을 검토하였을 때 광량의 증가에 따라 상추묘의 건물률과 엽수는 증가한 반면 지상부/지 하부 비율, 비엽면적(specific leaf area, 엽면적/엽중) 및 배축장은 감소하여, 고품질 상추묘 생산을 위해서는 200μmol·m−2·s−1 이상의 광량이 추천된다고 보고하였다. 본 연구에서도 광량의 증가에 따라 건물중 및 엽 전개 속도가 증가하였으며, 그와 함께 건물률은 증가하고 비 엽면적(specific leaf area, 엽면적/엽중)과 배축장은 감소 하는 경향을 보여(data not shown), 광량 증가에 따라 묘의 품질이 향상됨을 확인할 수 있었다.

    오이 접수 자엽의 면적은 파종 5일부터 9일까지 지속 적으로 증가하는 경향을 보였으나, 호박 대목의 경우 200공 플러그 트레이에서 육묘한 경우를 제외하고 파종 7일경부터 자엽면적의 증가가 둔화되는 경향을 보였다 (Fig. 45). 제1본엽의 전개는 200공 플러그 트레이에 육묘한 경우를 제외하고 오이 접수의 경우 파종 8일, 호 박 대목의 경우 파종 7일경부터 이루어졌다. 본엽의 전개 속도 및 엽면적은 광량과 플러그 트레이의 셀 크기가 증 가할수록 증가하였다. 200공 플러그 트레이를 이용한 경 우 전개속도 및 엽면적이 가장 작아, PPF 165μmol·m−2·s−1 에서 육묘한 오이 접수의 본엽전개는 파종 9일후부터 이루어졌다. 200공 플러그 트레이에 육묘한 호박대목의 본엽전개는 광량범위 내에서는 파종 8일 이후 이루어져, 다른 플러그 트레이 규격을 이용한 경우에 비해 생육 및 본엽 전개가 하루 정도 늦어지는 경향을 보였다.

    광량과 플러그 트레이 규격에 따른 엽면적 지수는 Fig. 6과 같다. 접수 및 대목 모두 광량이 증가할수록, 플러그 트레이의 셀 수가 작을수록 엽면적 지수가 컸으 며, 각 처리에 따른 차이는 육묘일수가 경과할수록 더 커졌다. 105공~200공 플러그 트레이에서 육묘한 호박대 목의 경우 파종 8일 후부터는 엽면적 지수가 3이상이었 다. Cha 등(2014)은 식물공장에서 씀바귀 재배시 광도가 높을수록 생육초기 상대생장률이 높으며, 잎이 포개지는 시점이 빨라진다고 보고하였다. 이러한 엽면적 지수의 증가에 의해 식물개체 또는 잎과 잎 사이에 차광이 되 면서 생장률이 저하된다(Goudriaan과 van Laar, 1994).

    200공 플러그 트레이에서 육묘한 호박 대목의 경우, 1 일 1회 관수시 상토가 건조되는 증상을 보였다. PPF 248μmol·m−2·s−1에서 육묘된 오이 접수와 호박 대목의 파종 7일부터 9일까지 3일 동안의 플러그 트레이 규격 별 상토 수분포텐셜 측정결과, 셀 용량이 작을수록 수분 포텐셜이 낮은 경향을 보였다(Fig. 7). 오이 접수를 육묘 한 200공 플러그 트레이 상토의 수분포텐셜은 -0.48MPa 였으며, 호박 대목의 경우, -1.24MPa이었다. 오이의 경 우 -0.4MPa 이하의 토양수분조건에서 발아 및 묘 생장 이 감소하는 것으로 보고되고 있으며(Neto 등, 2004), 많은 초본식물에 있어서 -1.5MPa이 식물이 토양으로부 터 수분을 흡수할 수 있는 영구위조점으로 알려져 있다 (Lamber등, 2008). 상토의 낮은 수분포텐셜에 의한 수분 스트레스는 식물체의 기공수 및 기공전도도를 감소시켜, 광합성 및 생육의 저하를 초래한다(Centeno 등, 2010). 따라서 셀 용량이 작은 경우 관수횟수를 늘려주는 등 수분관리가 필요할 것으로 생각된다.

    결론적으로, 인공광을 이용한 폐쇄형 육묘시스템 내에 서의 접수 및 대목 육묘를 위해 생육 및 공간이용효율 을 고려한 광환경 관리 및 플러그 트레이 선정이 필요 하며, 각 조건에 따라 접수와 대목의 육묘일수를 조정할 필요가 있다. 생육 및 공간이용효율을 고려하였을 때, 단근합접을 위한 오이 접수 및 호박 대목 생산을 위해 서는 오이 접수의 경우 105공~128공 플러그 트레이를 이용하여 8일 내외, 호박 대목의 경우 72공~105공 플러 그 트레이를 이용하여 7일 내외로 육묘하는 것이 추천 된다. 아울러 광량 증가에 따라 묘의 생육 및 품질이 향 상되므로, 검토된 범위 내에서 가능한 광량을 높여주는 관리가 추천된다. 이와 같이 접수 및 대목 생산시 인공 광형 폐쇄형 육묘시스템을 이용하여 적절한 환경관리를 해줌으로써, 묘 생산기간을 단축하고 연중 고품질의 묘 를 안정적으로 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

    적 요

    균일한 고품질의 접수 및 대목 생산을 목적으로, 인공 광형 폐쇄형 육묘시스템 내에서의 접수 및 대목 육묘기 술을 개발하고자, 폐쇄형 육묘시스템 내에서의 광량 및 플러그 트레이 규격에 따른 오이 접수 및 호박 대목의 생육을 조사하였다. 광량 3수준 (photosynthetic photon flux, PPF 165, 248, 313μmol·m−2·s−1) 및 플러그 트레이 셀 규격 5가지(50, 72, 105, 128, 200공)를 조합한 15처 리로 9일간 육묘하였다. 오이 접수와 호박 대목의 지상 부 건물중은 광량과 플러그 트레이의 셀 크기가 증가할 수록 증가하였으며, 상대생장률은 광량과 플러그 트레이 의 셀 크기에 따라 두 배 가까운 차이를 보였다. 그와 함께 광량의 증가에 따라 건물률이 증가하고 비엽면적 및 배축장이 감소하여, 묘의 품질이 향상됨을 확인할 수 있었다. 제1본엽의 전개는 200공 플러그 트레이에 육묘 한 경우를 제외하고 오이 접수의 경우 파종 8일, 호박 대목의 경우 파종 7일경부터 이루어졌다. 200공 플러그 트레이에 육묘한 경우, 다른 플러그 트레이 규격을 이용 한 경우에 비해 생육 및 본엽 전개가 하루 정도 늦어지 는 경향을 보였다. 따라서 생육 및 공간이용효율을 고려 하였을 때, 단근합접을 위한 오이 접수 및 호박 대목 생 산을 위해서는 오이 접수의 경우 105공~128공 플러그 트레이를 이용하여 8일 내외, 호박 대목의 경우 72공 ~105공 플러그 트레이를 이용하여 7일 내외로 육묘하는 것이 추천된다. 아울러 광량 증가에 따라 묘의 생육 및 품질이 향상되므로, 검토된 범위 내에서 가능한 광량을 높여주는 관리가 추천된다.

    추가 주제어 :

    광합성유효광량자속, 상대생장률, 수분포텐 셜, 접목, 플러그 트레이 셀 크기

    사 사

    본 연구는 농촌진흥청 시험연구사업 및 농림수산식품 기술기획평가원 첨단기술개발사업의 지원으로 이루어졌음

    Figure

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    Effects of photosynthetic photon flux (PPF) and plug cell size on the growth of cucumber scion and pumpkin rootstock at seven (A) and nine days (B) after sowing.

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    Effects of photosynthetic photon flux (PPF) and plug cell size on the shoot dry weight of cucumber scion and pumpkin rootstock. The error bars represent the standard deviation of the mean (n=10).

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    Effects of photosynthetic photon flux (PPF) and plug cell size on the relative growth rate of cucumber scion and pumpkin rootstock.

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    Effects of photosynthetic photon flux (PPF) and plug cell size on the area of cotyledons and true leaves of cucumber scion. The error bars represent the standard deviation of the mean (n=10).

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    Effects of photosynthetic photon flux (PPF) and plug cell size on the area of cotyledons and true leaves of pumpkin rootstock. The error bars represent the standard deviation of the mean (n=10).

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    Effects of photosynthetic photon flux (PPF) and plug cell size on the leaf area index of cucumber scion and pumpkin rootstock. The error bars represent the standard deviation of the mean (n=10).

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    Effect of plug cell size on the water potential of media of cucumber scion and pumpkin rootstock. Different letters correspond to significantly different values at P ≤ 0.05 according to Duncan’s multiple range test.

    Table

    The statistical significance of effects of photosynthetic photon flux (PPF) and plug cell size on the growth of cucumber scion and pumpkin rootstock

    zData were analyzed by two-way variance (ANOVA). *, **, and *** indicates F-test significance at the P≤0.05, P≤0.01, and P≤0.001 level, respectively.

    Reference

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