키토산은 D-glucosamine과 N-acetyl-D-glucosamine이 ${\beta}$-(1-4)로 연결된 직선상의 다당류이다. 분자량이 3,000 amu 이상인 키토산에 대한 in vivo 항균활성 및 저항성 유도 활성에 대한 보고는 많지만, 분자량이 3,000 이하인 올리고키토산에 대한 in vivo 항균활성에 대한 논문은 거의 전무한 상태이다. 본 연구에서 올리고키토산은 P. infestans에 의해 발생하는 토마토 역병에 대하여 500 ${\mu}g$/ml과 1,000 ${\mu}g$/ml 수준에서 94% 이상의 매우 높은 접종 1일전 예방효과를 보였으며, 고추 탄저병과 밀 붉은녹병에 대해서는 500 ${\mu}g$/ml과 1,000 ${\mu}g$/ml 수준에서 67% 내지 89%의 중간 정도의 에방효과를 항온항습실 조건에서 보였다. 다른 한편으로 올리고키토산은 고추 탄저병에 대하여 접종 16시간 후 치료효과를 보였지만, 토마토 역병에 대해서는 치료효과를 전혀 보이지 않았다. 포장에서 올리고키토산 액제는 감자 역병과 토마토 역병에 대하여 각각 72%와 48%의 방제효과를 보였다. 이상의 결과는 올리고키토산이 감자 및 토마토 역병 방제를 위한 친환경 유기농자재로서 사용이 가능하다는 것을 강력하게 나타낸다.
키토산은 D-glucosamine과 N-acetyl-D-glucosamine이 ${\beta}$-(1-4)로 연결된 직선상의 다당류이다. 분자량이 3,000 amu 이상인 키토산에 대한 in vivo 항균활성 및 저항성 유도 활성에 대한 보고는 많지만, 분자량이 3,000 이하인 올리고키토산에 대한 in vivo 항균활성에 대한 논문은 거의 전무한 상태이다. 본 연구에서 올리고키토산은 P. infestans에 의해 발생하는 토마토 역병에 대하여 500 ${\mu}g$/ml과 1,000 ${\mu}g$/ml 수준에서 94% 이상의 매우 높은 접종 1일전 예방효과를 보였으며, 고추 탄저병과 밀 붉은녹병에 대해서는 500 ${\mu}g$/ml과 1,000 ${\mu}g$/ml 수준에서 67% 내지 89%의 중간 정도의 에방효과를 항온항습실 조건에서 보였다. 다른 한편으로 올리고키토산은 고추 탄저병에 대하여 접종 16시간 후 치료효과를 보였지만, 토마토 역병에 대해서는 치료효과를 전혀 보이지 않았다. 포장에서 올리고키토산 액제는 감자 역병과 토마토 역병에 대하여 각각 72%와 48%의 방제효과를 보였다. 이상의 결과는 올리고키토산이 감자 및 토마토 역병 방제를 위한 친환경 유기농자재로서 사용이 가능하다는 것을 강력하게 나타낸다.
Chitosan is a linear polysaccharide composed of randomly distributed ${\ss}$-(1-4)-linked D-glucosamine and Nacetyl-D-glucosamine. There have been many reports on the induced systemic resistance and in vivo antifungal activities of higher molecular weight chitosans with molecular weights ...
Chitosan is a linear polysaccharide composed of randomly distributed ${\ss}$-(1-4)-linked D-glucosamine and Nacetyl-D-glucosamine. There have been many reports on the induced systemic resistance and in vivo antifungal activities of higher molecular weight chitosans with molecular weights over 3,000 amu (atomatic mass unit), but there are few papers on in vivo antifungal activities of low molecular weight chitosans (oligochitosans) with molecular weights less than 3,000 amu. In our study, an oligochitosan sample (320.3,000 amu) showed a potent 1-day protective activity with control values more than 94% at concentrations of 500 and 1,000 ${\mu}g$/ml especially against tomato late blight caused by Phytophthora infestans under growth chamber conditions. It also displayed a moderate 1-day protective activity with control values of 67.89% at concentrations of 500 and 1,000 ${\mu}g$/ml against wheat leaf rust and red pepper anthracnose. On the other hand, it showed a 16-hr curative activity against red pepper anthracnose, but not against tomato late blight and wheat leaf rust. In field experiments, oligochitosan effectively suppressed the development of late blight on potato and tomato plants with control values of 72% and 48%, respectively. The results strongly indicate that oligochitosan can be used as an eco-friendly organic material for the control of late blight on tomato and potato plants.
Chitosan is a linear polysaccharide composed of randomly distributed ${\ss}$-(1-4)-linked D-glucosamine and Nacetyl-D-glucosamine. There have been many reports on the induced systemic resistance and in vivo antifungal activities of higher molecular weight chitosans with molecular weights over 3,000 amu (atomatic mass unit), but there are few papers on in vivo antifungal activities of low molecular weight chitosans (oligochitosans) with molecular weights less than 3,000 amu. In our study, an oligochitosan sample (320.3,000 amu) showed a potent 1-day protective activity with control values more than 94% at concentrations of 500 and 1,000 ${\mu}g$/ml especially against tomato late blight caused by Phytophthora infestans under growth chamber conditions. It also displayed a moderate 1-day protective activity with control values of 67.89% at concentrations of 500 and 1,000 ${\mu}g$/ml against wheat leaf rust and red pepper anthracnose. On the other hand, it showed a 16-hr curative activity against red pepper anthracnose, but not against tomato late blight and wheat leaf rust. In field experiments, oligochitosan effectively suppressed the development of late blight on potato and tomato plants with control values of 72% and 48%, respectively. The results strongly indicate that oligochitosan can be used as an eco-friendly organic material for the control of late blight on tomato and potato plants.
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문제 정의
예방효과도 중요하지만 치료효과도 약효를 발휘하는데 매우 중요하다. 따라서 예방효과에서 우수한 활성을 보이는 고추 탄저병과 토마토 역병 및 밀 붉은녹병에 대한 올리고 키토산의 치료효과를 조사하였다. 각각의 병원균을 예방효과와 같은 방법으로 접종한 다음 16시간 후에 약제를 500 µg/ml과 1,000 µg/ml 수준으로 처리하였다.
제안 방법
7가지 식물병중 1,000 µg/ml에서 80% 이상의 방제효과를 보이는 세 가지 식물병 즉, 고추 탄저병, 토마토 역병 및 밀 붉은녹병에 대하여 3일전 예방효과 즉, 지속성 효과를 조사하였다.
각각의 병원균을 예방효과와 같은 방법으로 접종한 다음 16시간 후에 약제를 500 µg/ml과 1,000 µg/ml 수준으로 처리하였다.
약제가 처리된 1일 후 각각의 식물체에 병원균을 접종한 후 발병을 유도한 다음 발병도를 조사하였다. 각각의 처리당 3반복으로 하였고, 무처리구의 병 반면적율과 비교하여 방제가를 구하였다.
올리고키토산 액제는 500배 희석하여 처리하였고, 처리구당 면적은 20 m2이었으며, 3반복으로 시험하였다. 대조약제로는 포룸디[활성성분: dimethomorph(8% ai), dithianon(30% ai); 영일케미컬]를 500배 희석한 후 처리하였으며, 무처리구와 비교하여 방제가를 구하였다.
올리고키토산 액제는 500배 희석하여 처리하였고, 처리구당 면적은 20 m2였으며, 3반복 난괴법으로 실험을 수행하였다. 대조약제로는 합성살균제인 포룸 수화제(dimethomorph, 25% ai; 영일케미컬)를 2,000배를 대조구로 하여, 무처리구와 비교하여 방제가를 구하였다.
또한, 접종 1일전 예방효과가 우수했던 고추 탄저병과 토마토 역병 및 밀 붉은녹병에 대하여 약제의 약효지속성을 조사하기 위하여 접종 3일전 예방효과를 조사하였으며, 물질 처리시간을 제외한 모든 방법은 접종 1일전 예방효과와 동일한 방법으로 수행하였다.
또한, 포장에서 토마토 역병에 대한 올리고키토산 액제의 방제효과를 조사하기 위하여 2009년에 강릉대학교 사양토 시험포장에 수퍼도테랑 품종의 토마토를 6월 1일에 정식하여 관행농법으로 재배하였다. 발병직전인 7월 7일부터 7일 간격으로 약제를 4회 살포한 다음 최종 약제처리 7일 후에 실험구 모든 식물에 대한 발병도를 조사하였다. 올리고키토산 액제는 500배 희석하여 처리하였고, 처리구당 면적은 20 m2이었으며, 3반복으로 시험하였다.
발병초인 6월 26일부터 1주일 간격으로 4회 약제를 지상부를 충분히 적실만큼 분무살포한 다음 7일 후에 각각의 실험구에서 30주의 발병도를 조사하였다.
본 연구실에서는 glucosamine의 중합도가 2−15인 분자량이 320−3,000인 올리고키토산의 7가지 식물병에 대한 방제효과를 조사한 후, 가장 효과가 우수한 것으로 나타난 토마토 역병과 감자 역병에 대하여 포장실험을 수행하였다.
올리고키토산 시료와 무처리 대조구 시료를 식물체 유묘에 분무살포한 후 상온에서 24시간 동안 건조시켰다. 약제가 처리된 1일 후 각각의 식물체에 병원균을 접종한 후 발병을 유도한 다음 발병도를 조사하였다. 각각의 처리당 3반복으로 하였고, 무처리구의 병 반면적율과 비교하여 방제가를 구하였다.
발병초인 6월 26일부터 1주일 간격으로 4회 약제를 지상부를 충분히 적실만큼 분무살포한 다음 7일 후에 각각의 실험구에서 30주의 발병도를 조사하였다. 올리고키토산 액제는 500배 희석하여 처리하였고, 처리구당 면적은 20 m2였으며, 3반복 난괴법으로 실험을 수행하였다. 대조약제로는 합성살균제인 포룸 수화제(dimethomorph, 25% ai; 영일케미컬)를 2,000배를 대조구로 하여, 무처리구와 비교하여 방제가를 구하였다.
발병직전인 7월 7일부터 7일 간격으로 약제를 4회 살포한 다음 최종 약제처리 7일 후에 실험구 모든 식물에 대한 발병도를 조사하였다. 올리고키토산 액제는 500배 희석하여 처리하였고, 처리구당 면적은 20 m2이었으며, 3반복으로 시험하였다. 대조약제로는 포룸디[활성성분: dimethomorph(8% ai), dithianon(30% ai); 영일케미컬]를 500배 희석한 후 처리하였으며, 무처리구와 비교하여 방제가를 구하였다.
올리고키토산을 500 µg/ml과 1,000 µg/ml 수준으로 예방효과에서 우수한 활성을 보인 3가지 식물병에 대한 접종 16시간 후 치료효과를 조사하였다.
올리고키토산의 포장에서의 약효시험을 위하여 제형을 실시하였다. 올리고키토산 33.
다른 5가지 병원균은 배지에 배양하면서 포자 및 균체를 획득하여 접종원으로 이용하였다(Cho 등, 2006; Kim 등, 2001). 이들 5가지 병원균의 경우 병원성을 유지하기 위하여 한 달에 1회씩 각각의 기주에 접종한 후 재분리한 균주를 이용하였다.
대상 데이터
(주)미래바이오텍에서 구입한 젖산염 올리고키토산(총글루코사민의 함량=62%)의 벼 도열병, 벼 잎집무늬마름병, 토마토 잿빛곰팡이병, 토마토 역병, 밀 붉은녹병, 보리 흰가루병 및 고추 탄저병에 대한 접종 1일전 예방효과를 조사하였다(Cho 등, 2006; Kim 등, 2001). 키토산 올리고당을 250 µg/ml Tween 20 용액으로 용해하여 최종 농도가 1,000 µg/ml과 500 µg/ml이 되도록 준비하였다.
또한, 포장에서 토마토 역병에 대한 올리고키토산 액제의 방제효과를 조사하기 위하여 2009년에 강릉대학교 사양토 시험포장에 수퍼도테랑 품종의 토마토를 6월 1일에 정식하여 관행농법으로 재배하였다. 발병직전인 7월 7일부터 7일 간격으로 약제를 4회 살포한 다음 최종 약제처리 7일 후에 실험구 모든 식물에 대한 발병도를 조사하였다.
무처리 대조구로는 250 µg/ml 수준으로 Tween 250이 함유된 증류수를 사용하였다.
올리고키토산의 포장에서의 약효시험을 위하여 제형을 실시하였다. 올리고키토산 33.3 g과 Tween 20 12.5 g을 물 54.2 g에 혼합하여 ai(활성성분; active ingredient) 20%인 액제를 제조하였다. 포장에서 감자 역병에 대한 올리고키토산 액제의 약효를 조사하기 위하여 2008년에 강릉대학교 식양토 시험포장에 수미 품종의 감자를 5월 15일에 파종한 후 관행방법으로 재배하였다.
토마토 역병균인 P. infestans는 강릉대학교 김병섭 교수 연구실, 밀 붉은녹병균인 Puccinia recondita는 인천대학교 이태수 교수 연구실, 그리고 고추 탄저병균인 Colletotrichum coccodes는 고려대학교 황병국 교수 연구실에서 분양을 받았다.
2 g에 혼합하여 ai(활성성분; active ingredient) 20%인 액제를 제조하였다. 포장에서 감자 역병에 대한 올리고키토산 액제의 약효를 조사하기 위하여 2008년에 강릉대학교 식양토 시험포장에 수미 품종의 감자를 5월 15일에 파종한 후 관행방법으로 재배하였다. 발병초인 6월 26일부터 1주일 간격으로 4회 약제를 지상부를 충분히 적실만큼 분무살포한 다음 7일 후에 각각의 실험구에서 30주의 발병도를 조사하였다.
포장에서 올리고키토산 액제의 감자 역병과 토마토 역병에 대한 효과를 각각 2008년과 2009년에 조사하였다. Fig.
데이터처리
SAS(SAS Institute, Inc., 1989, Cary, NC, USA) 프로그램을 사용하여 ANOVA 분석을 실시하고, 처리 평균간 비교를 위하여 던컨의 다중범위분석(Duncan's multiple range test, P=0.05)을 실시하였다.
성능/효과
2009년에는 토마토 역병에 대하여 포장에서 방제효과를 조사하였다. 감자 역병에 비해서는 낮은 방제효과(약 48%)를 보였지만, 무처리구에 비하여 통계적으로 유의성이 있는 방제효과를 보였다. 대조약제인 포룸디는 97%의 매우 높은 방제효과를 보였다.
올리고키토산을 500 µg/ml과 1,000 µg/ml 수준으로 예방효과에서 우수한 활성을 보인 3가지 식물병에 대한 접종 16시간 후 치료효과를 조사하였다. 그 결과, 올리고키토산은 고추 탄저병에 대하여 치료효과를 보인 반면에 토마토 역병과 밀 붉은녹병에 대해서는 거의 치료효과를 보이지 않았다(Table 3). 이와 같이 동일한 물질이 식물병에 따라 서로 다른 치료효과를 보이는 것은 병원균의 기주 침투시간의 차이 및 기주간 물질의 침투이행능의 차이 때문인 것으로 추정된다.
그 결과, 전체적으로 접종 1일전 예방효과보다 낮은 방제효과를 보였으나, 토마토 역병에 대해서는 1,000 µg/ml 수준에서도 80% 이상의 높은 방제효과를 보여 올리고키토산이 어느 정도의 약효지속성효과가 있는 것으로 타나났다(Table 2).
그 중에서 토마토 역병에 대해서는 500 µg/ml 이상의 농도수준에서 94% 이상의 높은 방제효과를 보였다.
접종 3일전 지속성효과와 치료효과를 조사한 결과, 올리고키토산은 토마토 역병에 대하여 지속성효과는 있지만, 치료효과는 없는 것으로 나타났다. 또한 포장에서 감자 역병과 토마토 역병에 대하여 각각 72%와 47%의 방제효과를 보이는 것으로 나타났다.
본 연구결과, 올리고키토산은 유묘실험에서 7가지 시험 식물병 중 고추 탄저병, 토마토 역병 및 밀 붉은녹병에 대하여 높은 in vivo 활성을 보였다. 그 중에서 토마토 역병에 대해서는 500 µg/ml 이상의 농도수준에서 94% 이상의 높은 방제효과를 보였다.
본 연구에서 올리고키토산은 P. infestans에 의해 발생하는 토마토 역병에 대하여 500 µg/ml과 1,000 µg/ml 수준에서 94% 이상의 매우 높은 접종 1일 전 예방효과를 보였으며, 고추 탄저병과 밀 붉은녹병에 대해서는 500 µg/ml과 1,000 µg/ml 수준에서 67% 내지 89%의 중간 정도의 에방효과를 항온항습실 조건에서 보였다.
예방효과 및 지속성효과를 보이는 것으로 보임에 따라 올리고키토산을 병이 발생하기 전이나 발병초기에 처리를 할 경우 토마토 역병을 방제할 수 있을 것으로 추정되었다.
올리고키토산을 500 µg/ml과 1,000 µg/ml 수준으로 7가지 주요 식물병에 대하여 접종 1일전 예방효과를 조사한 결과, Table 1에서 보는 바와 같이 고추 탄저병, 벼 도열병, 토마토 역병 및 밀 붉은녹병에 높은 활성을 보였다.
포장에서 올리고키토산 액제는 감자 역병과 토마토 역병에 대하여 각각 72%와 48%의 방제효과를 보였다. 이상의 결과는 올리고키토산이 감자 및 토마토 역병 방제를 위한 친환경유기농자재로서 사용이 가능하다는 것을 강력하게 나타낸다.
이상의 결과를 종합할 때 올리고키토산은 P. infestans에 의해 발생하는 감자와 토마토 역병을 방제하는 친환경유기농자재로서 이용될 가치가 매우 높은 것으로 나타났다. 이후 다양한 포장에서의 방제활성이 안정적으로 나타나는지를 조사한 다음 상업화할 필요가 있다고 판단된다.
그 중에서 토마토 역병에 대해서는 500 µg/ml 이상의 농도수준에서 94% 이상의 높은 방제효과를 보였다. 접종 3일전 지속성효과와 치료효과를 조사한 결과, 올리고키토산은 토마토 역병에 대하여 지속성효과는 있지만, 치료효과는 없는 것으로 나타났다. 또한 포장에서 감자 역병과 토마토 역병에 대하여 각각 72%와 47%의 방제효과를 보이는 것으로 나타났다.
이와 같이 동일한 물질이 식물병에 따라 서로 다른 치료효과를 보이는 것은 병원균의 기주 침투시간의 차이 및 기주간 물질의 침투이행능의 차이 때문인 것으로 추정된다. 특히, 토마토 역병에 대해서 올리고키토산은 예방효과는 크나 치료효과는 거의 없는 것으로 나타나, 올리고키토산을 이용한 토마토 역병 방제에서는 발병초기나 발병 이전에 미리 약제를 살포해야만 우수한 방제효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
다른 한편으로 올리고키토산은 고추 탄저병에 대하여 접종 16시간 후 치료효과를 보였지만, 토마토 역병에 대해서는 치료효과를 전혀 보이지 않았다. 포장에서 올리고키토산 액제는 감자 역병과 토마토 역병에 대하여 각각 72%와 48%의 방제효과를 보였다. 이상의 결과는 올리고키토산이 감자 및 토마토 역병 방제를 위한 친환경유기농자재로서 사용이 가능하다는 것을 강력하게 나타낸다.
1A에서 보는 바와 같이 감자 역병에 대하여 약 72%의 높은 방제효과를 보였다. 합성 대조 약제인 포룸 수화제에 비하여 낮은 방제효과를 보였을지라도 친환경유기농자재 후보로서는 비교적 높은 방제효과를 보였다. Fig.
후속연구
또한 적용대상병 확대차원에서 동일한 난균강균에 속하는 고추 역병과 다양한 작물에 발생하는 노균병에 대한 포장시험이 필요하다. 그리고 올리고키토산은 토마토 역병에 비해서는 유묘 검정시 낮은 효과를 보였을지라도 고추 탄저병과 밀 붉은녹병 등에 대한 포장시험을 수행하여 이들 식물병의 방제에 있어서도 친환경유기농자재로서 사용가능 여부를 조사할 필요가 있다고 사료된다.
이후 다양한 포장에서의 방제활성이 안정적으로 나타나는지를 조사한 다음 상업화할 필요가 있다고 판단된다. 또한 적용대상병 확대차원에서 동일한 난균강균에 속하는 고추 역병과 다양한 작물에 발생하는 노균병에 대한 포장시험이 필요하다. 그리고 올리고키토산은 토마토 역병에 비해서는 유묘 검정시 낮은 효과를 보였을지라도 고추 탄저병과 밀 붉은녹병 등에 대한 포장시험을 수행하여 이들 식물병의 방제에 있어서도 친환경유기농자재로서 사용가능 여부를 조사할 필요가 있다고 사료된다.
infestans에 의해 발생하는 감자와 토마토 역병을 방제하는 친환경유기농자재로서 이용될 가치가 매우 높은 것으로 나타났다. 이후 다양한 포장에서의 방제활성이 안정적으로 나타나는지를 조사한 다음 상업화할 필요가 있다고 판단된다. 또한 적용대상병 확대차원에서 동일한 난균강균에 속하는 고추 역병과 다양한 작물에 발생하는 노균병에 대한 포장시험이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
다른 Phytophthora 속의 종들과는 달리 P. infestans가 가장 문제시되는 식물 병인 이유는 무엇인가?
)에 역병을 유발한다. 토양전염성인 뿌리썩음병을 유발하는 다른 Phytophthora 속의 종들과는 달리 P. infestans는 잎과 줄기를 통해 침투하여 식물체를 죽이거나 토마토 과일 또는 감자 괴경을 썩게 하기 때문에 두 작물의 재배에 있어 가장 문제시되는 식물병이다(Giddings와 Berg, 1919). P.
P. infestans에 의한 감자 역병을 방제하기 위하여 사용하는 합성 살균제와, 그 살균제의 문제점은 무엇인가?
이 식물병을 방제하기 위하여 metalaxyl 등의 다양한 합성살균제를 사용하기도 하나(Fry와 Goodwin, 1997; Gavino 등, 2000; Gisi와 Cohen, 1996), 이들 합성살균제의 지속적인 사용은 저항성 문제 및 잔류독성, 환경오염 등의 문제를 일으켰다(Davidse 등, 1981; Dawley와 O'Sullivan, 1981; Deahl 등, 1993; Goodwin 등, 1996). 또한 국민소득이 증가하고 건강에 대한 관심이 증가하면서 유기농산물 등 친환경농산물에 대한 소비가 급속도로 증가하고 있다.
Phytophthora 속에는 몇 종이 속해 있는가?
Phytophthora 속에는 약 100여종이 속해 있으며, 경제적으로 중요한 다양한 종류의 식물병을 일으킨다. P.
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