국내 토양으로부터 파밤나방에 활성있는 Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki KB100균주를 분리 동정하였다. 난방제 해충인 파밤나방에 대한 B. thuringiensis의 살충력을 강화시키기 위해 몇 개의 protease inhibitor를 조사하였으며, 이 중 단백질 분해 억제 능력이 가장 좋은 tannic acid을 선발하였다. B. thuringiensis의 배양액에 tannic acid을 혼합 처리하여 파밤나방 2령 유충을 대상으로 생물활성을 조사한 결과, B. thuringiensis 단독처리는 54.4%의 사충율을 보인 반면 B. thuringiensis와 4 mM tannic acid을 혼합하여 처리하면 64.0% 그리고 B. thuringiensis+40 mM tannic acid는 95.5%의 높은 상승효과를 각각 나타냈다. 그러나 B. thuringiensis+80 mM tannic acid 에서는 53.3%로 단독처리의 경우 보다 사충율이 낮게 나타났다. 3령 유충에서도 B. thuringiensis 단독처리는 60.0%였으며 B. thuringiensis+40 mM tannic acid는 93.3%로 사충율이 증가하는 상승효과를 보였다. 야외포장 실험에서 B. thuringiensis 단독처리는 1회, 2회, 3회 누적 처리에서 각각 61.8%, 80.4% 그리고 47.3%의 사충율을 나타낸 것에 비해 B. thuringiensis와 40 mM tannic acid의 혼합 처리구에서는 83.9%, 89.4%와 66.8%로 사충율이 증가되었다.
국내 토양으로부터 파밤나방에 활성있는 Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki KB100균주를 분리 동정하였다. 난방제 해충인 파밤나방에 대한 B. thuringiensis의 살충력을 강화시키기 위해 몇 개의 protease inhibitor를 조사하였으며, 이 중 단백질 분해 억제 능력이 가장 좋은 tannic acid을 선발하였다. B. thuringiensis의 배양액에 tannic acid을 혼합 처리하여 파밤나방 2령 유충을 대상으로 생물활성을 조사한 결과, B. thuringiensis 단독처리는 54.4%의 사충율을 보인 반면 B. thuringiensis와 4 mM tannic acid을 혼합하여 처리하면 64.0% 그리고 B. thuringiensis+40 mM tannic acid는 95.5%의 높은 상승효과를 각각 나타냈다. 그러나 B. thuringiensis+80 mM tannic acid 에서는 53.3%로 단독처리의 경우 보다 사충율이 낮게 나타났다. 3령 유충에서도 B. thuringiensis 단독처리는 60.0%였으며 B. thuringiensis+40 mM tannic acid는 93.3%로 사충율이 증가하는 상승효과를 보였다. 야외포장 실험에서 B. thuringiensis 단독처리는 1회, 2회, 3회 누적 처리에서 각각 61.8%, 80.4% 그리고 47.3%의 사충율을 나타낸 것에 비해 B. thuringiensis와 40 mM tannic acid의 혼합 처리구에서는 83.9%, 89.4%와 66.8%로 사충율이 증가되었다.
Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki KB100 isolated from the domestic soil have the most effective activity against the beet armyworm, Spodoptera exigua larva. The tannic acid as protease inhibitor might be increased the efficacy of sublethal concentrations of B. thuringiensis. The tannic acid was...
Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki KB100 isolated from the domestic soil have the most effective activity against the beet armyworm, Spodoptera exigua larva. The tannic acid as protease inhibitor might be increased the efficacy of sublethal concentrations of B. thuringiensis. The tannic acid was identified as a protease inhibitor that could increased the efficacy of sublethal concentrations of B. thuringiensis. Mixture of B. thuringiensis and tannic acid was investigated the mortality of S. exigua larva in the laboratory and field. When B. thuringiensis treated to 2nd larva of S. exigua, mortality was shown 54.4%. However, mixtures of B. thuringiensis with 4 and 40 mM tannic acid were increased mortalities to 2nd larva of S. exigua as 64.0 and 95.5%, respectively. Also, synergy effect of mixture of B. thuringiensis and 40 mM tannic acid was increased the mortality of S. exigua 3rd larva to 93.3%, even though 60.0% mortality with only B. thuringiensis treatment. On the other hand, the mortality of mixture with B. thuringiensis and 80 mM tannic acid was 53.3% lower than B. thuringiensis single treatment. In the welsh onion field, the accumulated mortalities of 3 times replicated with mixture of B. thuringiensis and 40 mM tannic acid were 83.9, 89.4 and 66.8% compare with 61.8, 80.4 and 47.3% as only B. thuringiensis treatment, respectively.
Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki KB100 isolated from the domestic soil have the most effective activity against the beet armyworm, Spodoptera exigua larva. The tannic acid as protease inhibitor might be increased the efficacy of sublethal concentrations of B. thuringiensis. The tannic acid was identified as a protease inhibitor that could increased the efficacy of sublethal concentrations of B. thuringiensis. Mixture of B. thuringiensis and tannic acid was investigated the mortality of S. exigua larva in the laboratory and field. When B. thuringiensis treated to 2nd larva of S. exigua, mortality was shown 54.4%. However, mixtures of B. thuringiensis with 4 and 40 mM tannic acid were increased mortalities to 2nd larva of S. exigua as 64.0 and 95.5%, respectively. Also, synergy effect of mixture of B. thuringiensis and 40 mM tannic acid was increased the mortality of S. exigua 3rd larva to 93.3%, even though 60.0% mortality with only B. thuringiensis treatment. On the other hand, the mortality of mixture with B. thuringiensis and 80 mM tannic acid was 53.3% lower than B. thuringiensis single treatment. In the welsh onion field, the accumulated mortalities of 3 times replicated with mixture of B. thuringiensis and 40 mM tannic acid were 83.9, 89.4 and 66.8% compare with 61.8, 80.4 and 47.3% as only B. thuringiensis treatment, respectively.
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문제 정의
본 연구는 파 농가재배 포장에서 파밤나방이 알에서부터 성충까지 혼재되어 있으며 특히 노령유충의 방제가 어려운 상태에서 활성이 강한 새로운 B. thuringiensis 를 선발하기 위하여 시도되었으며, 또한 이 해충의 중장액이 강력한 소화 활성으로 B. thuringiensis의 독소 단백질이 과분해 되는 것을 방지할 수 있는 억제인자인 protease inhibitor을 선발하여 B. thuringiensis의 독소 단백질의 과분해를 막아 방제효과를 높일 수 있는 방법을 검토하였다.
가설 설정
, 2007). 본 실험에서는 cry 독소가 파밤나방의 유충 중장 protease에 의해 과분해 되어 특성이 낮게 된다는 것을 가정 하고 실험을 수행하였다. 따라서 파밤나방 중장액이 cry 독소를 과분해 하는 것을 억제하기 위해 몇 종류의 protease inhibitor를 사용하여 분해 억제 실험을 수행하였다.
제안 방법
kurstaki KB100균주를 NA배지에 접종하고 27℃에서 5일 동안 배양하여 위상차현미경으로 autolysis가 일어나는 것을 확인한 후, 집균 하여 -20℃에 보관 하면서 곤충에 대한 독성검정에 사용하였다. KB100균주는 생물 검정에 이용하기 위하여 배양액을 1.02✕105(cfu/ml)으로 적용하였으며 tannic acid(Sigma Co.)을 4단계의 농도(0.4, 4, 40, 그리고 80 mMℓ-1)로 증류수를 이용하여 희석한 후 처리하였다. Protease activity를 측정하기 위해 Bradford(1976)의 방법을 일부 수정하여 실험하였다.
4, 4, 40, 그리고 80 mMℓ-1)로 증류수를 이용하여 희석한 후 처리하였다. Protease activity를 측정하기 위해 Bradford(1976)의 방법을 일부 수정하여 실험하였다. Protease의 기질로 azocasein을 사용하여 분석하였고, protease inhibitor로는 tannic acid, SBTI, PMSF, EDTA, TLCK(Sigma Co.
Protease activity를 측정하기 위해 Bradford(1976)의 방법을 일부 수정하여 실험하였다. Protease의 기질로 azocasein을 사용하여 분석하였고, protease inhibitor로는 tannic acid, SBTI, PMSF, EDTA, TLCK(Sigma Co.)의 5종류를 사용하였다. 증류수로 희석한 파밤나방의 중장액과 각각의 protease inhibitor를 1:1의 비율로 혼합한 후 37℃에서 15분간씩 반응시켰다.
thuringiensis의 parasporal inclusion을 7 ㎕를 첨가 하여 37℃에서 20분간 소화시킨 후 실험에 사용하였다. SDS-PAGE는 Laemmli(1970)의 방법을 일부 수정하여 12% separating gel과 5% stacking gel을 사용했다. 전기영동이 끝난 gel은 0.
thuringiensis subsp. kurstaki KB100균주를 NA배지에 접종하고 27℃에서 5일 동안 배양하여 위상차현미경으로 autolysis가 일어나는 것을 확인한 후, 집균 하여 -20℃에 보관 하면서 곤충에 대한 독성검정에 사용하였다. KB100균주는 생물 검정에 이용하기 위하여 배양액을 1.
thuringiensis의 다른 2종인 KB098과 CAB162균주는 4 mM tannic acid와 혼합했을 때 가장 높은 살충활성이 64%와 40%로 비교적 낮게 나타났다. 결론적으로 파밤나방 중장에서 B. thuringiensist의 결정성 독소 단백질의 과분해를 억제하기 위하여 40 mM tannic acid와 KB100균주의 혼합 조합을 선발하였다.
본 실험에서는 cry 독소가 파밤나방의 유충 중장 protease에 의해 과분해 되어 특성이 낮게 된다는 것을 가정 하고 실험을 수행하였다. 따라서 파밤나방 중장액이 cry 독소를 과분해 하는 것을 억제하기 위해 몇 종류의 protease inhibitor를 사용하여 분해 억제 실험을 수행하였다.
소화된 샘플 100㎕에 azocasein(10mg/ml, pH10) 300㎕를 혼합한 후 37℃에서 15분간 반응 시킨 후, 10% TCA를 200㎕ 첨가 하여 반응을 중지 시켰다. 샘플을 15,000rpm, 4℃에서 30분 동안 원심 한 후 단백질을 응집시키기 위해 상층액에 1M NaOH와 1:1이 되도록 혼합 한 후 흡광도 405 nm로 단백질 농도를 측정하였다.
실내 생물검정을 통해 가장 높은 사충율을 보인 40 mM tannic acid의 농도로 파 재배농가 포장에서 살충효과 실험을 수행하였다. B.
실험에 사용된 B. thuringiensis 균주를 NA배지에 접종하고 27℃에서 5일 동안 배양하여 위상차현미경으로 autolysis가 일어나는 것을 확인한 후, PBS buffer를 사용하여 원심튜브에 15,000rpm으로 4℃에서 10분간 원심을 하였다. 원심 후, 상층액은 버리고 washing buffer I(500 mM NaCl, 2% Triton X-100)은 3번, washing buffer II(500 mM NaCl)는 2번 세척 하였다.
5 g의 인공사료에 살포 한 후 2, 3령 유충 30마리씩 petri dish에 넣고 120시간 후 치사율을 조사하였다. 야외 포장에서의 실험은 전라남도 진도의 파밤나방이 발생한 농가 파 포장에서 적당량의 B. thuringiensis와 tannic acid 혼합액을 처리해 3회 살포하여 살충효과 실험을 수행하였다. 모든 실험은 3반복 실시하였으며, 파밤나방에 대한 사충율은 Finney(1971)의 probit 계산법에 기초한 PC 프로그램(Raymond, 1985) 을 이용하여 반수치사농도(LC50)를 산출하였다.
세척된 parasporal inclusion는 멸균수를 첨가한 후 -20℃에 보관하였다. 일반적 소화 실험을 위하여 B. thuringiensis의 parasporal inclusion과 파밤나방의 중장액은 7:3 ㎕의 비율로 혼합하여 37℃에서 20분간 소화시켰으며, 저해현상을 관찰하기 위하여 파밤나방 중장액과 protease inhibitor를 3:3 ㎕씩을 혼합하여 37℃에서 20분간 반응한 후, B. thuringiensis의 parasporal inclusion을 7 ㎕를 첨가 하여 37℃에서 20분간 소화시킨 후 실험에 사용하였다. SDS-PAGE는 Laemmli(1970)의 방법을 일부 수정하여 12% separating gel과 5% stacking gel을 사용했다.
파밤나방 2령 유충에 가장 높은 살충활성을 보이는 KB100 균주의 동일한 독소 단백질에 파밤나방 중장액과 tannic acid의 양의 변화를 주면서 처리했을 때와 B. thuringiensis 단독처리를 각각 비교하였다(Table 4). 파밤나방 2령 유충에 KB100균주의 배양액에서 포자가 1.
1, lane 5). 파밤나방 중장액의 활성을 가장 효과적으로 억제한 tannic acid을 선발하여 저해제의 농도에 따른 차이와 B. thuringiensis균주에 따른 살충활성을 조사하였다(Table 3). 이러한 조합의 실험은 B.
파밤나방에 대한 실내 생물활성 검정은 -20℃에서 보관되어 있던 spore-crystal mixtures 희석액 100 µl와 tannic acid 농도별(0.4, 4, 40, 그리고 80 mMℓ-1)로 각각의 혼합물 30㎕ 씩을 0.5 g의 인공사료에 살포 한 후 2, 3령 유충 30마리씩 petri dish에 넣고 120시간 후 치사율을 조사하였다.
파밤나방의 중장액에 protease inhibitor로서 가장 효과 있게 저해하는 것을 선발하기 위하여 5종류의 tannic acid, PMSF, EDTA, TLCK, SBTI를 실험하였다. 파밤나방 중장액에 대한 5종의 protease inhibitor의 활성 결과가 Table 2에 나타나 있다.
대상 데이터
국내 토양으로부터 분리하여 실험실에 보관 중 이던 B. thuringiensis 중에 파밤나방에 높은 살충활성을 보이는 3종의 B. thuringiensis KB098, KB100, CAB162 균주를 선발하여 실험을 수행하였다(Table 1). B.
본 실험에 사용된 파밤나방(Spodoptera exigua)은 안동대학교 곤충생리학 교실에서 분양받아 생물적 해충 제어 실험실에서 인공사료(Gho et al., 1990)로 누대 사육 하면서 사용하였다. 사육 조건은 온도 25 ± 1℃, 광조건 16L:8D이었다.
데이터처리
야외 포장 실험의 살충율은 {(처리구 살충율 - 무처리구 살충율)/(100 - 무처리구 살충율)} × 100%로 나타냈다. 유의성 검정은 SPSS 17.0 프로그램에서 일원배치분산분석(One way - ANOVA)을 통해 통계분석 하였으며 Scheffe를 통해 사후 검정 하여 처리 들 간 비교 하였다.
이론/모형
thuringiensis와 tannic acid 혼합액을 처리해 3회 살포하여 살충효과 실험을 수행하였다. 모든 실험은 3반복 실시하였으며, 파밤나방에 대한 사충율은 Finney(1971)의 probit 계산법에 기초한 PC 프로그램(Raymond, 1985) 을 이용하여 반수치사농도(LC50)를 산출하였다. 야외 포장 실험의 살충율은 {(처리구 살충율 - 무처리구 살충율)/(100 - 무처리구 살충율)} × 100%로 나타냈다.
성능/효과
실내 생물검정을 통해 가장 높은 사충율을 보인 40 mM tannic acid의 농도로 파 재배농가 포장에서 살충효과 실험을 수행하였다. B. thuringiensis만을 처리 했을 때에는 1회 살포 후 사충율은 약 61.1% 이었으며 2회 처리 후 약 80.4%였으며, 3회 처리 후 약 47.3%의 결과를 나타냈다(Table 6). 그러나 B.
1, lane 3). 그 밖의 다른 종류들인 SBTI, PMSF와 TLCK의 protease inhibitor도 억제 활성을 나타냈지만, tannic acid에 비해 약하게 나타났다(Fig. 1, lanes 4, 6, 7). 한편 Serine protease inhibitor인 EDTA는 다른 종류와 다르게 약간의 억제 효과를 나타냈다(Fig.
3%의 결과를 나타냈다(Table 6). 그러나 B. thuringiensis를 단독처리 한 것 보다 B. thuringiensis + 40 mM tannic acid를 혼합처리 한 것이 실험실 연구결과와 동일하게 1주차에는 83.9%, 2주차에는 89.4%, 3주차에는 66.8%로 살충 효과가 더 높게 상승하는 결과를 얻었다.
실험한 것 중에서 20 mM tannic acid에서는 약 35% 정도 단백질 분해 활성을 억제 하였으나 또 다른 4종의 protease inhibitor들은 활성 정도가 미비하게 나타났다. 따라서 실험된 저해제 중 tannic acid는 파밤나방 중장액 protease의 활성을 가장 높게 억제하는 것으로 확인하였다. 이러한 결과는 파밤나방의 중장액은 주로 serine protease로 구성되어 있으며, metallo protease와 trypsin은 단백질 분해 활성을 나타내는 것으로 보고 한 결과와 일치하였다(Opprert, 1999).
따라서, 난방제 해충인 파밤나방의 환경 친화적 방제를 위하여 B. thuringiensis 제제에 Tannic acid을 첨가하므로 높은 활성을 나타낼 것으로 판단되는 결과를 얻었다. 파밤나방과 같은 난방제 해충 방제에서 기존의 살충활성 성분에 독성을 높일 수 있는 물질을 첨가시키는 연구는 생물농약으로서 방제 효과를 높이는데 필요한 연구 중의 하나일 것이다.
본 연구는 tannic acid의 혼합에 따른 B. thuringiensis의 살충활성에 대한 상승효과를 검토하였는데, 파밤나방의 살충활성은 B. thuringiensis와 tannic acid의 혼합처리구가 B. thuringiensis 단독 처리구에 비해 사충율이 더 높아진다는 결과를 얻었다. 이러한 결과는 B.
3). 세 균주 모두 130kDa의 전독소를 나타냈고(Fig. 2, lane1, 3, 5), 파밤나방 중장액의 소화에 의해 60kDa의 살충활성 단백질로 분해됨을 알 수 있었다(Fig. 2, lane2, 4, 6). 한편 세 균주의 독소 단백질을 파밤나방 중장액과 tannic acid을 동시에 혼합하여 반응시킨 결과 KB100균주가 가장 효과적으로 억제 됐음을 나타냈다(Fig.
파밤나방 중장액에 대한 5종의 protease inhibitor의 활성 결과가 Table 2에 나타나 있다. 실험한 것 중에서 20 mM tannic acid에서는 약 35% 정도 단백질 분해 활성을 억제 하였으나 또 다른 4종의 protease inhibitor들은 활성 정도가 미비하게 나타났다. 따라서 실험된 저해제 중 tannic acid는 파밤나방 중장액 protease의 활성을 가장 높게 억제하는 것으로 확인하였다.
thuringiensis균주에 따른 살충활성을 조사하였다(Table 3). 이러한 조합의 실험은 B. thuringiensis의 3종류에서 KB100균주가 40 mM tannic acid와 혼합되었을 때 가장 높은 95.5%의 살충효과를 나타냈다.
4, 4, 20, 40, 80 mM tannic acid와 함께 처리했을 때는 각각 73, 76, 86, 93, 76%의 사충율로 2령의 결과와 유사하게 나타냈다(Table 5). 이상의 결과로 tannic acid의 40 mM 첨가는 단독처리와 비교해서 사충율을 가장 높게 증가 시켰다.
1, lanes 3-7). 특히 5종의 protease inhibitor 중에서 tannic acid는 파밤나방 중장액과 protoxin의 반응에 있어서 가장 효과적으로 억제하는 것을 확인하였다(Fig. 1, lane 3). 그 밖의 다른 종류들인 SBTI, PMSF와 TLCK의 protease inhibitor도 억제 활성을 나타냈지만, tannic acid에 비해 약하게 나타났다(Fig.
파밤나방 2령 유충에 KB100균주의 배양액에서 포자가 1.02×105 cfu/ml농도로 단독처리 했을 때는 54.4% 사충율을 나타냈지만, 5 단계의 tannic acid 0.4, 4, 20, 40, 80 mM 와 혼합처리 했을 때에는, 각각 77, 80, 77, 95, 53%의 사충율로 모든 조합이 높게 나타냈다.
2, lane2, 4, 6). 한편 세 균주의 독소 단백질을 파밤나방 중장액과 tannic acid을 동시에 혼합하여 반응시킨 결과 KB100균주가 가장 효과적으로 억제 됐음을 나타냈다(Fig. 3, lane2). 나머지 KB098과 CAB162 균주는 KB100균주에 비해 반응에 대한 억제가 약하게 나타냈다(Fig.
후속연구
파밤나방과 같은 난방제 해충 방제에서 기존의 살충활성 성분에 독성을 높일 수 있는 물질을 첨가시키는 연구는 생물농약으로서 방제 효과를 높이는데 필요한 연구 중의 하나일 것이다. 본 결과를 통하여 미생물 농약의 단점인 좁은 기주범위와 저활성 문제 등에 있어서 적절한 제형의 개선을 통하여 효과를 증진시킬 수 있을 것으로 판단된다. 국내의 난방제 해충의 방제를 위하여 다양한 방법으로 효과를 높일 수 있는 연구 개발이 필요하다.
또한 최근에는 친환경 농업을 위하여 미생물 살충제의 사용이 요구되고 있으나 파밤나방의 생리 생태적 특성과 포장에서의 발생세대가 혼재되어 있으며 특히 노령 유충의 방제가 매우 어려운 상태이다. 현재 국내에서 파밤나방의 방제를 위하여 미생물 살충제로 사용되고 있는 Bacillus thuringiensis제의 경우 방제효과가 낮게 나타나므로 이에 대한 사용방법과 처리시기에 있어서 효과를 증진시키는 연구가 필요하며, 한편으로는 파밤나방에 활성이 강한 새로운 B. thuringiensis균주의 분리도 중요하다고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
B. thuringiensis는 무엇인가?
미생물농약의 일종인 B. thuringiensis는 포자를 형성하는 동안 δ-endotoxin이라 불리우는 살충성 독소 단백질(insecticidal crystal proteins, ICPs)을 포함하는 crystalline parasporal inclusions을 만드는 그람 양성 세균이다. B.
B. thuringiensis은 어떤 기준으로 어떻게 분류되는가?
B. thuringiensis는 100개 이상의 ICPs 살충 특성과 분자구조에 의해 Cry I, II, III, IV, V의 다섯 종류로 분류된다. 이들은 나비목(Cry I), 나비목과 파리목(Cry II) 딱정벌레목(Cry III), 파리목(Cry IV), 나비목과 딱정벌레목 (Cry V)에 대해서 살충 활성이 있다(Crickmore et al.
파밤나방을 방제하기 위해 무엇을 사용하고 있는가?
, 2000). 이러한 해충을 방제하기위해 주로 유기인계, 카바메이트계, 피레스로이드계 등 화학 살충제를 사용하고 있다(Eveleens et al., 1973).
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