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고추 풋마름병 예찰 모형 개발
Development of a Forecasting Model for Bacterial Wilt in Hot Pepper 원문보기

Research in plant disease = 식물병연구, v.18 no.4, 2012년, pp.361 - 369  

김지훈 (선문대학교 의생명과학과) ,  김성택 (선문대학교 의생명과학과) ,  윤성철 (선문대학교 의생명과학과)

초록
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고추 풋마름병 예찰을 위한 개체군 모형을 개발하였다. 이 모델은 포장에서 고추 시들음을 일으키는 풋마름병원균의 월동 후 1차 감염 시기를 예측할 수 있는 모델이다. 이 모델은 감염환 중 병원균의 밀도와 기주에서의 병원성에 관여하는 요인이 발병의 주요소라 가정하여 만든 것이다. 병원균 증식은 재배 지역 토양 내부와 기주뿌리 내부에서 모의하였다. 뿌리에서 풋마름병 발병에 영향을 주는 주된 환경요소는 온도 및 감염 초기의 병원균 밀도로 가정하였고, 이 두 요소의 액체 배양액에서 증식실험을 통해 정량화 하였다. 또한 고추묘에서 온도에 따라 발병이 얼마나 달라지는 정도를 실험실 실험을 통해 접종원의 감염 수준을 정량화하여 감염을 모의하는 발병모형을 만들었다. 토양에 서식하는 병원균은 400 cells/g이상에서 기주 뿌리에 성공적으로 침입하고 뿌리내에서 온도에 따라 증식하다가 $10^9$ cells/g 이상이면 최소 고사율에 도달하므로, 이 시기를 풋마름병이 최초 감염(1차 감염)되는 초발일로 추정하였다. 2010년과 11년 전국 기상청 종관관측 자료를 통해 풋마름병을 예측한 결과 2011년에 초발일은 대부분의 지역에서 7월 중순과 하순이었는데 이는 2010년에 비해 10-15일 빠른 것이었다. 또한 경기도 지역내에서 종관관측 자료와 실제 논과 과수원 포장 관측 기상 자료로 구동된 모델 초발일을 비교한 결과 포장 기상 자료의 초발일이 1-3일 빠르게 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A population density model for bacterial wilt, which is caused by Ralstonia solanacearum, in hot pepper was developed to estimate the primary infection date after overwintering in the field. We developed the model mechansitically to predict reproduction of the pathogen and pathogensis on seedlings o...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 연구는 고추 풋마름병을 예측하고자 감염 시기를 추정하는 모델을 만들고자 하였다. 고추 풋마름병 발병에서 병원균 증식과 1차 감염(primary infection)에 필요한 온도로 가정하고 실험실 액체 배양액에서 온도에 따른 병원균 밀도 변화로 증가율 추정을 실내실험을 통해 알아보고자 하였다. 또한 고추 모에서 온도와 병원균 밀도를 달리하는 실험을 통해 발병을 일으키는 것과 그렇지 않은 조건을 알아보는 실험으로 감염율을 정량화하는 실험을 실시하고자 하였다.
  • 고추 풋마름병 발병에서 병원균 증식과 1차 감염(primary infection)에 필요한 온도로 가정하고 실험실 액체 배양액에서 온도에 따른 병원균 밀도 변화로 증가율 추정을 실내실험을 통해 알아보고자 하였다. 또한 고추 모에서 온도와 병원균 밀도를 달리하는 실험을 통해 발병을 일으키는 것과 그렇지 않은 조건을 알아보는 실험으로 감염율을 정량화하는 실험을 실시하고자 하였다. 두 실내 실험을 통해 작성된 모델은 풋마름병 병환에서 초기 접종 밀도와 감염 과정 중 토양 및 기주 내부에서 병원균 증식이라는 두 단계(stage)를 성공적으로 거쳤을 때 발병한다는 논리로 모델을 작성하고자 하였다.
  • 연구는 고추 풋마름병을 예측하고자 감염 시기를 추정하는 모델을 만들고자 하였다. 고추 풋마름병 발병에서 병원균 증식과 1차 감염(primary infection)에 필요한 온도로 가정하고 실험실 액체 배양액에서 온도에 따른 병원균 밀도 변화로 증가율 추정을 실내실험을 통해 알아보고자 하였다.
  • 만들어진 모델은 풋마름병 초발일 즉, 1차 감염이 최초로 발생되는 날을 예측하는 발병 모델이 될 것이다. 이 모델의 타당성 검정을 위해 기상청 종관관측 기상자료 및 경기도 관내 포장 관측자료를 이용하여 고추 풋마름병을 전국적으로 모의하고 기상대 설치 지역과 실제 포장에서 모델에 따른 풋마름병 초발일 예측을 비교, 분석하는 연구를 실시하고자 하였다.

가설 설정

  • 병원균 증식은 재배 지역 토양 내부와 기주뿌리 내부에서 모의하였다. 뿌리에서 풋마름병 발병에 영향을 주는 주된 환경요소는 온도 및 감염 초기의 병원균 밀도로 가정하였고, 이 두 요소의 액체 배양액에서 증식실험을 통해 정량화 하였다. 또한 고추묘에서 온도에 따라 발병이 얼마나 달라지는 정도를 실험실 실험을 통해 접종원의 감염 수준을 정량화하여 감염을 모의하는 발병모형을 만들었다.
  • 토양 내에 존재하는 풋마름병원균은 온도에 따라 개체군 밀도가 증가하며 일정 수준 이상일 때 고추에 침입한다고 가정하였다. 이 때 토양 내 병원균 개체군이 400 cell/g이면, 1마리의 세균이 기주 안으로 성공적으로 침입한다고 가정하였다. 기주를 감염시킨 병원균은 토양에서와 같은 증식모델을 이용하여 온도에 따라 기주 체내에서 증식 속도를 달리하며 병원균 개체군 밀도 추정도 가능하다.
  • 결론적으로 발병 위험 경고는 기주 내 병원균 개체군 크기가 고사율 기준 이상일 때 풋마름병 발병을 경고한다. 이 시기가 바로 모델 구동 년도의 해당 지역의 고추 풋마름병 최초 발병 초발일로 정하였다.
  • 토양 내에 존재하는 풋마름병원균은 온도에 따라 개체군 밀도가 증가하며 일정 수준 이상일 때 고추에 침입한다고 가정하였다. 이 때 토양 내 병원균 개체군이 400 cell/g이면, 1마리의 세균이 기주 안으로 성공적으로 침입한다고 가정하였다.
  • 작기 중 풋마름병이 최초 발병하는 시기를 풋마름병 초발일로 예측하도록 하였다. 토양에서 증식 후 일정 농도 이상일 때에만 감염을 일으킨다는 가정은 풋마름병 병원균이 밀도 감지(quorum-sensing)에 관여하는 신호를 받는다는 것을 바탕으로 밀도 의존적인 발병임을 반영한 것이다. 모델에서 온도와 감염 성공을 위한 토양내 병원균 농도를 달리하더라도 결국 토양의 지온이 발병에 결정적 역할을 한다는 것이 모델의 결과이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
식물병 예찰의 장점은 무엇인가? 식물병 예찰은 재배자에게 살균제 살포시기를 적기에 알려줌으로써 효율적이고 경제적인 방제를 가능하게 한다(Kang 등, 2010). 식물병 발병 예측 모델은 포장에서의 경험과 관찰 접근(empirical approach), 병원환에서 발병 주요인을 분석하여 이를 정량화하는 기계적 접근(mechanistic approach)이 있다(De Wolf와 Isard, 2007).
풋마름병 병징의 특징은 무엇인가? 특히 고추에 역병과 풋마름병이 복합 감염될 경우 고추에서 시들음은 더욱 빨라진다(Park과 Kim, 1991). 풋마름병 병징의 특징은 역병과는 달리 줄기 밑동부위가 병반없이 시들거나 때로는 전신 시들음보다는 줄기 한쪽 부분만 시든 상태로 발병이 진행되며, 때로는 점진적으로 기주 전체가 시들기도 한다(Kim, 2010). 그동안의 고추 시들음 증상을 역병으로 진단하였기 때문에 기록된 풋마름병 자료는 많지 않으나 최근 풋마름병 발병이 점차 증가하고 있다.
고추 풋마름병 발병율에 대한 과거 포장에서 실시한 조사자료가 많지 않아 이 연구에서 제시한 모델의 적합도 검정을 실시할 수 없었는데 그 이유는 무엇인가? 아직 고추 풋마름병 발병율에 대한 과거 포장에서 실시한 조사자료가 많지 않아 이 연구에서 제시한 모델의 적합도 검정을 실시할 수 없었다. 그 이유는 앞서 언급한 바와 같이 실제 고추포장에서는 역병과 풋마름병의 복합감염을 역병으로 오진하므로 발병율 자료를 구하기 어렵기 때문이다. 고추 풋마름병의 진단과 방제가 실제 농가에서 실용화되기 위해서는 앞으로 해결해야 할 과제들이 많다.
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참고문헌 (14)

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  4. Cheng, G. Y., Legard, D. E., Hunter, J. E. and Burr, T. J. 1989. Modified bean pod assay to detect strains of Pseudomonas syringae pv. syringae that cause bacterial brown spot of snap bean. Plant Dis. 73: 419-423. 

  5. Clough, S. J., Lee, K.-E., Schell, M. A. and Denny, T. P. 1997. A two-component system in Ralstonia solanacearum modulates production of phcA-regulated virulence factors in response to 3-hydroxypalmitic acid methyl ester. J. Bacteriol. 179: 3639-3648. 

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  8. Jacquart-Romon, C. and Paulin, J. P. 1991. A computerized warning system for file blight control. Agronomie 11: 511-519. 

  9. Kang, W. S., Yun, S. C. and Park, E. W. 2010. Nonlinear regression analysis to determine infection models of Colletotrichum acutatum causing anthracnose of chili pepper using logistic equation. Plant Pathology J. 26: 17-24. 

  10. Kim, B. D., Park, H. G. and Kim, Y. H. 2004. Molecular genetics and breeding of chili pepper in Korea. Center for Plant Molecular Genetics & Breeding Research. 522 pp. 

  11. Kim, S. T., Shin, J. W., Kim, J. H. and Yun, S. C. 2010. Temperature and initial inoculum density as the factors of bacterial wilt on hot pepper. Res. Plant Dis. 16: 360. 

  12. Lee, J. M. 2010. Characterization of sources of resistance to bacterial wilt and breeding cytoplasmic male sterile lines for resistance to bacterial wilt and Phytophthora blight in Capsicum Pepper. MS thesis. Kyungbuk National Univ, Daegu, Korea. 

  13. Lee, K. H., Ahn, K. S., Song, M. K., Yu, S. E., Choi, M. K., Lim, S. C. and Kim, H. T. 2011. Disease incidence on red pepper of chungbuk province in 2011. Res. Plant Dis. 17: 442. (In Korean) 

  14. Park, S. G. and Kim, K. C. 1991. Pathogenicities of pathogens and disease complex associated with wilt of hot pepper plants croppped in plastic house. Korean J. Plant Pathol. 7: 28-36. 

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