본 연구는 박과채소에서 종자전염을 하면서 치명적인 피해를 유발하고 있는 오이녹반모자이크바이러스 (Cucumber green mottle mosaic virus, CGMMV)의 불활성화종자처리 기술을 작물별로 구체적으로 연구하고자 수행하였다. 또한, 불활성화 처리에 의해 발생할 수 있는 발아세 감소와 유묘활력 저하 등의 부작용을 최소화 할 수 있는 후처리 및 종자 발아 촉진 기술을 개발하였는데 그 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 인공접종한 박의 이병엽 분말로 조제한 CGMMV inoculum에 불활성화 처리를 적용하여 ...
본 연구는 박과채소에서 종자전염을 하면서 치명적인 피해를 유발하고 있는 오이녹반모자이크바이러스 (Cucumber green mottle mosaic virus, CGMMV)의 불활성화종자처리 기술을 작물별로 구체적으로 연구하고자 수행하였다. 또한, 불활성화 처리에 의해 발생할 수 있는 발아세 감소와 유묘활력 저하 등의 부작용을 최소화 할 수 있는 후처리 및 종자 발아 촉진 기술을 개발하였는데 그 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 인공접종한 박의 이병엽 분말로 조제한 CGMMV inoculum에 불활성화 처리를 적용하여 전자현미경 검경 시 건열처리와 자외선 처리에서 CGMMV 입자의 분절 현상이 관찰되었다. 특히, 건열처리 상한온도가 증가함에 따라 분절 정도가 증가하였는데 80℃ 상한온도에서는 대부분의 입자가 분절되었다.
2. 바이러스 활성검정을 위하여 박, 오이, 담배, 호박류를 이용하여 생물검정을 실시한 결과, 박에서 병징이 가장 뚜렷하였고, 검정 가능한 시기까지의 소요기간도 가장 짧았다. 또한, 박에서의 생물검정 시 10-10의 매우 높은 희석율에서도 병징이 확인되어 박의 CGMMV 민감성을 확인하였다.
3. 건열처리의 경우 75℃에서부터 90℃ 상한온도까지 CGMMV가 모두 불활성화되어 CGMMV 불활성화에 매우 효과적이었다. 그러나 종자활력은 건열처리에 의해 대체로 감소하였는데, 오히려 건열처리에 의해 발아세가 높아지는 품종도 있었다. 또한, 품종에 따라 저온에서 초기 발아 민감도가 상이하였다.
4. 건열처리 상한온도와 처리시간에 따른 종자수분함량은 처리 직후 측정 시에는 1% 이하의 수준으로 낮아지는 결과를 보였다. 그러나 15~20℃, 30±5% 상대습도 조건에서 7일간 후처리하였을 때, 박은 3.31~4.95%, 호박은 3.34~5.24%로 종자수분함량이 증가하였다.
5. 건열처리 상한온도와 처리시간에 따른 호박과 박 종자의 활력을 비교하면 박에서는 묘 출현율의 변화가 크지 않았으나, 호박에서는 80℃ 이상 처리에서 처리기간이 길어짐에 따라 발아세와 출현율이 현저히 감소하였다. 또한, 건열처리 온도가 높아지거나 처리시간이 증가함에 따라 비정상묘의 비율이 높아졌고, 박보다 호박 종자에서 건열피해가 심하였으나 적절한 후처리로 이를 크게 감소시킬 수 있었다.
6. 작물의 종류에 따라서 건열처리 상한온도에 대한 내성 또는 저항성이 상이하므로 상한온도 개념보다는 상한온도와 처리일수를 누적한 적정적산온도 효과를 구명하였다. 그리고 이에서 얻어진 결과를 그래프로 도식화하여 작물별 및 품종별 안전건열처리 조건을 설정할 수 있는 기본처리이론을 개발하였다.
7. 자외선 처리는 CGMMV inoculum를 UV-A 1kW 광원으로부터 12cm, 30cm 거리에서 처리 시 각각 24시간, 48시간 이상 처리하였을 때 완전히 불활성화되었다. 적정 수준의 자외선처리는 박 종자의 묘 출현율을 무처리 종자에 비하여 증가시켰으나, 자외선 처리시간이 증가함에 따라 미출현율과 비정상묘율이 증가하는 경향을 보였다.
8. 자외선 단독처리도 불활성화에 효과적이기는 하였으나, 유효한 불활성화 처리선량에서는 종자의 품온도 상대적으로 높아져서 단독처리효과라고 인정하기에는 부적합하였다.
9. 감마선처리는 선량이 증가함에 따라 CGMMV 불활성화 정도도 증가하였으나, 출현율과 정상묘의 비율이 크게 감소하였다. 감마선에 의한 종자 활력은 박 종자가 호박 종자보다 더 심하게 영향을 받았다. 건전묘 획득을 고려하였을 때, 250Gy 정도의 선량이 가장 적합하였으나 종자활력이 크게 감소하여 바이러스 불활성화를 위한 단독 처리로는 부적합하였다.
10. 온탕처리는 55℃에서 60분 또는 90분간 처리하였을 때 발아세 및 출현율이 높았고 생체중과 건물중이 높게 나타나 적정 조건으로 판단되나, 무처리 종자에 비하여 비정상묘의 비율이 높아질 뿐만 아니라, 상기 조건에서는 CGMMV의 불활성화 정도가 낮았다.
11. 건열처리에 의한 건열피해를 줄이기 위한 후처리 기간은 작물의 종류 및 품종에 따라 상이하였으나, 일반적으로 후처리 기간이 증가함에 따라 종자의 활력도 더욱 회복되었다. 또한 박 종자는 후처리 기간에 따라 완만하게 회복되었으나, 호박 종자는 박 종자에 비해 짧은 후처리 기간을 통해 회복이 되었다.
12. 호박과 박 종자의 발아공을 기준으로 플러그셀 내에서의 파종방향을 상향 파종함으로써 종피탈착율, 묘출현율, 그리고 건묘율이 크게 증가하였다. 하향파종의 경우 심한 종피 미탈착, 묘소질 악화, 후기 병발생 증가 등의 피해가 심하였고, 수평파종에서는 이러한 피해가 많이 완화되었으나 상향파종에는 미치지 못하였다.
13. 호박과 박 종자의 Solid matrix priming (SMP) 비율은 종자:고형물질:수분의 비율이 10:1:5가 가장 적합하였는데, SMP를 통하여 건열처리된 종자의 활력이 무처리 종자 이상으로 높일 수 있었다.
14. 박에서 흡습종자의 저온처리에 의해 발아세가 향상되었으나 저온처리기간이 2주 이상으로 길어지면 최종발아율은 오히려 감소하는 결과를 보였다. 또한 저온처리 말기에 광처리를 함으로써 종자의 발아능을 향상시킬 수 있었다.
15. 건열처리된 종자를 9년 이상 장기저장하여도 종자의 활력이 매우 양호하였을 뿐만 아니라 같은 방법으로 장기저장된 무건열처리 종자보다 높은 출현율 및 건묘율을 보였다. 따라서 적합한 건열처리와 이후의 저장조건만 주어진다면 장기저장에 건열처리가 효과적으로 적용될 수 있음이 증명되었다.
본 연구는 박과채소에서 종자전염을 하면서 치명적인 피해를 유발하고 있는 오이녹반모자이크바이러스 (Cucumber green mottle mosaic virus, CGMMV)의 불활성화 종자처리 기술을 작물별로 구체적으로 연구하고자 수행하였다. 또한, 불활성화 처리에 의해 발생할 수 있는 발아세 감소와 유묘활력 저하 등의 부작용을 최소화 할 수 있는 후처리 및 종자 발아 촉진 기술을 개발하였는데 그 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 인공접종한 박의 이병엽 분말로 조제한 CGMMV inoculum에 불활성화 처리를 적용하여 전자현미경 검경 시 건열처리와 자외선 처리에서 CGMMV 입자의 분절 현상이 관찰되었다. 특히, 건열처리 상한온도가 증가함에 따라 분절 정도가 증가하였는데 80℃ 상한온도에서는 대부분의 입자가 분절되었다.
2. 바이러스 활성검정을 위하여 박, 오이, 담배, 호박류를 이용하여 생물검정을 실시한 결과, 박에서 병징이 가장 뚜렷하였고, 검정 가능한 시기까지의 소요기간도 가장 짧았다. 또한, 박에서의 생물검정 시 10-10의 매우 높은 희석율에서도 병징이 확인되어 박의 CGMMV 민감성을 확인하였다.
3. 건열처리의 경우 75℃에서부터 90℃ 상한온도까지 CGMMV가 모두 불활성화되어 CGMMV 불활성화에 매우 효과적이었다. 그러나 종자활력은 건열처리에 의해 대체로 감소하였는데, 오히려 건열처리에 의해 발아세가 높아지는 품종도 있었다. 또한, 품종에 따라 저온에서 초기 발아 민감도가 상이하였다.
4. 건열처리 상한온도와 처리시간에 따른 종자수분함량은 처리 직후 측정 시에는 1% 이하의 수준으로 낮아지는 결과를 보였다. 그러나 15~20℃, 30±5% 상대습도 조건에서 7일간 후처리하였을 때, 박은 3.31~4.95%, 호박은 3.34~5.24%로 종자수분함량이 증가하였다.
5. 건열처리 상한온도와 처리시간에 따른 호박과 박 종자의 활력을 비교하면 박에서는 묘 출현율의 변화가 크지 않았으나, 호박에서는 80℃ 이상 처리에서 처리기간이 길어짐에 따라 발아세와 출현율이 현저히 감소하였다. 또한, 건열처리 온도가 높아지거나 처리시간이 증가함에 따라 비정상묘의 비율이 높아졌고, 박보다 호박 종자에서 건열피해가 심하였으나 적절한 후처리로 이를 크게 감소시킬 수 있었다.
6. 작물의 종류에 따라서 건열처리 상한온도에 대한 내성 또는 저항성이 상이하므로 상한온도 개념보다는 상한온도와 처리일수를 누적한 적정적산온도 효과를 구명하였다. 그리고 이에서 얻어진 결과를 그래프로 도식화하여 작물별 및 품종별 안전건열처리 조건을 설정할 수 있는 기본처리이론을 개발하였다.
7. 자외선 처리는 CGMMV inoculum를 UV-A 1kW 광원으로부터 12cm, 30cm 거리에서 처리 시 각각 24시간, 48시간 이상 처리하였을 때 완전히 불활성화되었다. 적정 수준의 자외선처리는 박 종자의 묘 출현율을 무처리 종자에 비하여 증가시켰으나, 자외선 처리시간이 증가함에 따라 미출현율과 비정상묘율이 증가하는 경향을 보였다.
8. 자외선 단독처리도 불활성화에 효과적이기는 하였으나, 유효한 불활성화 처리선량에서는 종자의 품온도 상대적으로 높아져서 단독처리효과라고 인정하기에는 부적합하였다.
9. 감마선처리는 선량이 증가함에 따라 CGMMV 불활성화 정도도 증가하였으나, 출현율과 정상묘의 비율이 크게 감소하였다. 감마선에 의한 종자 활력은 박 종자가 호박 종자보다 더 심하게 영향을 받았다. 건전묘 획득을 고려하였을 때, 250Gy 정도의 선량이 가장 적합하였으나 종자활력이 크게 감소하여 바이러스 불활성화를 위한 단독 처리로는 부적합하였다.
10. 온탕처리는 55℃에서 60분 또는 90분간 처리하였을 때 발아세 및 출현율이 높았고 생체중과 건물중이 높게 나타나 적정 조건으로 판단되나, 무처리 종자에 비하여 비정상묘의 비율이 높아질 뿐만 아니라, 상기 조건에서는 CGMMV의 불활성화 정도가 낮았다.
11. 건열처리에 의한 건열피해를 줄이기 위한 후처리 기간은 작물의 종류 및 품종에 따라 상이하였으나, 일반적으로 후처리 기간이 증가함에 따라 종자의 활력도 더욱 회복되었다. 또한 박 종자는 후처리 기간에 따라 완만하게 회복되었으나, 호박 종자는 박 종자에 비해 짧은 후처리 기간을 통해 회복이 되었다.
12. 호박과 박 종자의 발아공을 기준으로 플러그셀 내에서의 파종방향을 상향 파종함으로써 종피탈착율, 묘출현율, 그리고 건묘율이 크게 증가하였다. 하향파종의 경우 심한 종피 미탈착, 묘소질 악화, 후기 병발생 증가 등의 피해가 심하였고, 수평파종에서는 이러한 피해가 많이 완화되었으나 상향파종에는 미치지 못하였다.
13. 호박과 박 종자의 Solid matrix priming (SMP) 비율은 종자:고형물질:수분의 비율이 10:1:5가 가장 적합하였는데, SMP를 통하여 건열처리된 종자의 활력이 무처리 종자 이상으로 높일 수 있었다.
14. 박에서 흡습종자의 저온처리에 의해 발아세가 향상되었으나 저온처리기간이 2주 이상으로 길어지면 최종발아율은 오히려 감소하는 결과를 보였다. 또한 저온처리 말기에 광처리를 함으로써 종자의 발아능을 향상시킬 수 있었다.
15. 건열처리된 종자를 9년 이상 장기저장하여도 종자의 활력이 매우 양호하였을 뿐만 아니라 같은 방법으로 장기저장된 무건열처리 종자보다 높은 출현율 및 건묘율을 보였다. 따라서 적합한 건열처리와 이후의 저장조건만 주어진다면 장기저장에 건열처리가 효과적으로 적용될 수 있음이 증명되었다.
The major objectives of this study are to develop efficient inactivation methods for seed-borne virus in cucurbits, identify the degree of virus inactivation, and improve the vigor of treated seeds.
Dry-heat (DH), ultra-violet (UV), warm water, and gamma-ray treatments at different intensities wer...
The major objectives of this study are to develop efficient inactivation methods for seed-borne virus in cucurbits, identify the degree of virus inactivation, and improve the vigor of treated seeds.
Dry-heat (DH), ultra-violet (UV), warm water, and gamma-ray treatments at different intensities were applied on cucurbitaceous vegetable seeds and Cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV) inoculum. To estimate side effect of treated seeds, the vigor of seeds and seedlings was evaluated with authorized vigor testing. In addition, inactivation degree of CGMMV was evaluated with transmission electron microscope (TEM), enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), and bioassay.
The major results obtained are as follows.
1. Varying degree of virus segmentation was resulted when the CGMMV inoculum, prepared with infected bottle gourd leaf discs, was subjected to several virus inactivation treatments such as dry heat treatment (DHT), warm water, ultra-violet light exposure, gamma-ray irradiation. Transmission electron microscopic observation revealed that the degree of virus segmentation or breakdown was markedly influenced with the increases in DHT maximum and durations. Most of the virus particles were broken into several segments at 80℃ or higher DHT temperature.
2. Among the several crops tested for CGMMV bioassay, bottle gourd showed the most severe symptoms with the shorter time needed for bioassay results.
3. CGMMV inoculum was inactivated with DHT at maximum temperatures of 45℃ to 90℃ of maximum temperature. Seed vigor was decreased in most varieties by DHT. However, some varieties exhibited increased seed vigor on the contrary. Sensitivity of germination at low temperature showed greater variation depending on crops and cultivars.
4. Seed moisture contents of treated seed were decreased by DHT. Seed moisture content of bottle gourd and pumpkin was lower than 1.0% immediately after the DHT, but increased to 3.31~4.95% in bottle gourd and 3.34~5.24% in pumpkin at 7 days after post-conditioning.
5. Seedling emergence rate of DH-treated bottle gourd seed was not much influenced by DHT from 55℃ to 80℃ of maximum temperature for 1, 3, 5, 7, 9 days. However, the seed germination and seedling emergence rate of DH-treated pumpkin seed was decreased at 80℃ or higher maximum temperature.
6. Since the sensitivity to DHT varied greatly depending upon crops and cultivars, a new diagnosis-based DHT therapy was developed to maximize DHT effectiveness and minimize DHT-induced side effect or seed vigor decrease for different cucurbit crops.
7. CGMMV was inactivated with UV-A irradiation when treated at 12 cm, or 30 cm distance from the light source for over 24 or 48 hours, respectively. Emergence percentage of bottle gourd was not reduced with low UV irradiation, but the percentages of unemerged and abnormal seedling were increased with increasing dose of UV irradiation.
8. Degree of CGMMV activity was decreased by does increase of gamma-ray, while the germination and the growth of seedlings irradiated with a high dose gamma-ray (over 1000 Gy) were significantly inhibited. Bottle gourd seeds were more sensitive to gamma-ray irradiation, as compared to the pumpkin seeds. When considering normal seedling establishment, 250 Gy seemed to be the most appropriate dose of gamma ray even though satisfactory inactivation could not be obtained.
9. The proper condition of warm water treatment on bottle gourd and pumpkin seeds was 55℃ for 60 or 90 minutes and resulted in high seed germination, seedling emergence, and growth. But, the number of abnormal seedlings increased as compared to that from intact seeds. Furthermore, the above conditions had little or no effect on CGMMV inactivation.
10. The percentage of germination was enhanced by increasing the period of post-conditioning. The efficacy of post-conditioning differed by crops and cultivars. In general, pumpkin seeds showed less vigor decreases than the bottle gourd seeds.
11. When the seed orientation in tray cells was adjusted to hilum-end up, marked decreases in seedcoat-attached seedlings and significant increases in healthy seedling percentage were obtained. When the seeds were sown at hilum-end down, marked increases in seedcoat-attached seedlings, poor seedlings, and damping-off infected seedlings at later stages. Vertical orientation resulted in improved seedling growth as compared to the hilum-end down sowing, even though this was never better than the hilum-end up sowing.
12. Solid matrix priming (SMP) ratio of bottle gourd and pumpkin resulted in increased germination and seedling emergence percentage at 10:1:5 (Seed : Micro-Cel E : water). The vigor of DH-treated seeds were also significantly increased by the SMP. Moreover, priming with light enhanced the performance of SMP significantly, especially with white and blue light.
13. Wet-chilling treatment of bottle gourd seeds for 7~10 days promoted germination. However, the final germination rate was decreased when the duration of chilling was extended to longer than 2 weeks. In addition, light irradiation on stored-seeds at the later stages of wet-chilling enhanced seed vigor.
14. Seeds stored in sealed containers for 9 years after DHT showed lower seed moisture contents and significantly higher seed germination rates than non-DHT seeds, indicating that the DHT could be effectively used for long-term storage of cucurbit seeds.
The major objectives of this study are to develop efficient inactivation methods for seed-borne virus in cucurbits, identify the degree of virus inactivation, and improve the vigor of treated seeds.
Dry-heat (DH), ultra-violet (UV), warm water, and gamma-ray treatments at different intensities were applied on cucurbitaceous vegetable seeds and Cucumber green mottle mosaic virus (CGMMV) inoculum. To estimate side effect of treated seeds, the vigor of seeds and seedlings was evaluated with authorized vigor testing. In addition, inactivation degree of CGMMV was evaluated with transmission electron microscope (TEM), enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), and bioassay.
The major results obtained are as follows.
1. Varying degree of virus segmentation was resulted when the CGMMV inoculum, prepared with infected bottle gourd leaf discs, was subjected to several virus inactivation treatments such as dry heat treatment (DHT), warm water, ultra-violet light exposure, gamma-ray irradiation. Transmission electron microscopic observation revealed that the degree of virus segmentation or breakdown was markedly influenced with the increases in DHT maximum and durations. Most of the virus particles were broken into several segments at 80℃ or higher DHT temperature.
2. Among the several crops tested for CGMMV bioassay, bottle gourd showed the most severe symptoms with the shorter time needed for bioassay results.
3. CGMMV inoculum was inactivated with DHT at maximum temperatures of 45℃ to 90℃ of maximum temperature. Seed vigor was decreased in most varieties by DHT. However, some varieties exhibited increased seed vigor on the contrary. Sensitivity of germination at low temperature showed greater variation depending on crops and cultivars.
4. Seed moisture contents of treated seed were decreased by DHT. Seed moisture content of bottle gourd and pumpkin was lower than 1.0% immediately after the DHT, but increased to 3.31~4.95% in bottle gourd and 3.34~5.24% in pumpkin at 7 days after post-conditioning.
5. Seedling emergence rate of DH-treated bottle gourd seed was not much influenced by DHT from 55℃ to 80℃ of maximum temperature for 1, 3, 5, 7, 9 days. However, the seed germination and seedling emergence rate of DH-treated pumpkin seed was decreased at 80℃ or higher maximum temperature.
6. Since the sensitivity to DHT varied greatly depending upon crops and cultivars, a new diagnosis-based DHT therapy was developed to maximize DHT effectiveness and minimize DHT-induced side effect or seed vigor decrease for different cucurbit crops.
7. CGMMV was inactivated with UV-A irradiation when treated at 12 cm, or 30 cm distance from the light source for over 24 or 48 hours, respectively. Emergence percentage of bottle gourd was not reduced with low UV irradiation, but the percentages of unemerged and abnormal seedling were increased with increasing dose of UV irradiation.
8. Degree of CGMMV activity was decreased by does increase of gamma-ray, while the germination and the growth of seedlings irradiated with a high dose gamma-ray (over 1000 Gy) were significantly inhibited. Bottle gourd seeds were more sensitive to gamma-ray irradiation, as compared to the pumpkin seeds. When considering normal seedling establishment, 250 Gy seemed to be the most appropriate dose of gamma ray even though satisfactory inactivation could not be obtained.
9. The proper condition of warm water treatment on bottle gourd and pumpkin seeds was 55℃ for 60 or 90 minutes and resulted in high seed germination, seedling emergence, and growth. But, the number of abnormal seedlings increased as compared to that from intact seeds. Furthermore, the above conditions had little or no effect on CGMMV inactivation.
10. The percentage of germination was enhanced by increasing the period of post-conditioning. The efficacy of post-conditioning differed by crops and cultivars. In general, pumpkin seeds showed less vigor decreases than the bottle gourd seeds.
11. When the seed orientation in tray cells was adjusted to hilum-end up, marked decreases in seedcoat-attached seedlings and significant increases in healthy seedling percentage were obtained. When the seeds were sown at hilum-end down, marked increases in seedcoat-attached seedlings, poor seedlings, and damping-off infected seedlings at later stages. Vertical orientation resulted in improved seedling growth as compared to the hilum-end down sowing, even though this was never better than the hilum-end up sowing.
12. Solid matrix priming (SMP) ratio of bottle gourd and pumpkin resulted in increased germination and seedling emergence percentage at 10:1:5 (Seed : Micro-Cel E : water). The vigor of DH-treated seeds were also significantly increased by the SMP. Moreover, priming with light enhanced the performance of SMP significantly, especially with white and blue light.
13. Wet-chilling treatment of bottle gourd seeds for 7~10 days promoted germination. However, the final germination rate was decreased when the duration of chilling was extended to longer than 2 weeks. In addition, light irradiation on stored-seeds at the later stages of wet-chilling enhanced seed vigor.
14. Seeds stored in sealed containers for 9 years after DHT showed lower seed moisture contents and significantly higher seed germination rates than non-DHT seeds, indicating that the DHT could be effectively used for long-term storage of cucurbit seeds.
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