Streptomyces spp. were isolated from rhizosphere in fallow lands. The Streptomyces spp. were identified as Streptomyces griseus (MSS181), Streptomyces griseoaurantiacus (MSS269), Streptomyces microflavus (MSS275), Streptomyces herbaricolor (MSS276) based on 16S rRNA gene sequences. Afterwards, cucum...
Streptomyces spp. were isolated from rhizosphere in fallow lands. The Streptomyces spp. were identified as Streptomyces griseus (MSS181), Streptomyces griseoaurantiacus (MSS269), Streptomyces microflavus (MSS275), Streptomyces herbaricolor (MSS276) based on 16S rRNA gene sequences. Afterwards, cucumber, pepper, tobacco and tomato were drenched with the isolates at early growth stages and plant growth such as height and dry weight of plants was measured. By treatment of Streptomyce spp., plant height of cucumber was increased by 16-29% compared to the control, But there were no statistically significant differences in dry weight. When the same isolates were treated on chili-pepper, plant height and dry weight of chili-pepper were increased respectively by 10-19% and 19-25% compared to the control. The dry weight of tobacco and tomato were increased by 44-73% and 65-165%, respectively compared to the control. When antifungal activities of the isolates were tested against plant pathogenic fungi, Streptomyces microflavus (MSS275) effectively inhibited the mycelial growth of Phytophthora capsici, Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani and Sclerotinia sclerotiorum.
Streptomyces spp. were isolated from rhizosphere in fallow lands. The Streptomyces spp. were identified as Streptomyces griseus (MSS181), Streptomyces griseoaurantiacus (MSS269), Streptomyces microflavus (MSS275), Streptomyces herbaricolor (MSS276) based on 16S rRNA gene sequences. Afterwards, cucumber, pepper, tobacco and tomato were drenched with the isolates at early growth stages and plant growth such as height and dry weight of plants was measured. By treatment of Streptomyce spp., plant height of cucumber was increased by 16-29% compared to the control, But there were no statistically significant differences in dry weight. When the same isolates were treated on chili-pepper, plant height and dry weight of chili-pepper were increased respectively by 10-19% and 19-25% compared to the control. The dry weight of tobacco and tomato were increased by 44-73% and 65-165%, respectively compared to the control. When antifungal activities of the isolates were tested against plant pathogenic fungi, Streptomyces microflavus (MSS275) effectively inhibited the mycelial growth of Phytophthora capsici, Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani and Sclerotinia sclerotiorum.
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문제 정의
Streptomyces 속균이 생산하는 indole-acetic acid(IAA) (Aldesuquy 등, 1998)와 siderophore(Tokala 등, 2002)에 의한 식물의 생육촉진효과가 보고한 바 있고(Sadeghi 등, 2012), Streptomyces griseoluteus에 의해 생산되는 식물생육 조절인자인 putrescine, spermidine, spermine과 같은 polyamine류의 생육촉진효과 또한 보고되고 있다(Nassar 등, 2003). 본 연구에서는 근권 토양으로부터 분리된 방선균을 활용하기 위한 기초자료를 확보하고자 방선균이 다양한 작물의 초기 생육에 미치는 영향과 항균활성 등을 조사하였다.
가설 설정
선발 방선균을 오이 유묘에 처리한 결과, MSS275와 MSS 276균주처리구의 초장이 대조구에 비해 29%, 16% 증가되었으나(Fig. 1) 건조중량이 통계적으로 유의한 차이를 볼 수 없었다. 선발 방선균을 고추에 처리했을 때 MSS269와 MSS 276 균주처리구의 초장은 19%, 14% 건조중량은 25%, 22% 증가하였고(Fig.
제안 방법
미생물 분리를 위한 토양 시료는 작물의 재배과정 중에 투여되는 미생물을 배제하기 위해 수원의 비경작 식물근권의 토양을 채집하여 사용하였다. 공시균주의 분리는 토양시료 10 g을 증류수 90 ml을 첨가하여 증류수로 103, 104, 105으로 희석한 후 1 ml씩 R2A배지에 도말하여 28℃의 배양기에 배양하면서 전형적인 방선균의 균총에서 균을 분리하여 4℃의 냉장고에 보관하며 사용하였다. 분리한 방선균의 식물생육촉진 효과는 R2A (MB cell, korea)배지를 이용하여 28℃, 150 rpm/min 및 pH 6.
공시균주의 분리는 토양시료 10 g을 증류수 90 ml을 첨가하여 증류수로 103, 104, 105으로 희석한 후 1 ml씩 R2A배지에 도말하여 28℃의 배양기에 배양하면서 전형적인 방선균의 균총에서 균을 분리하여 4℃의 냉장고에 보관하며 사용하였다. 분리한 방선균의 식물생육촉진 효과는 R2A (MB cell, korea)배지를 이용하여 28℃, 150 rpm/min 및 pH 6.8의 조건으로 7일간 배양한 균체를 포함한 배양액의 20배 희석액 50 ml을 1회 관주처리하였다. 오이(품종: 은성백다다기), 고추(품종: 마니따), 토마토(품종: 선명토마토), 담배(Xanthi-nc)를 파종하여 제1본엽이 나왔을 때 난괴법 3반복으로 공시균주를 처리하여 한 달간 재배한 후 총 신장과 엽장, 엽폭, 건물 중 등의 초기 생육 정도를 조사하였다.
선발균주의 chromosomal DNA를 분리한 후 primer 518F(5'-CCAGCAGCCGCGGTAATACG-3')와 800R (5'-TACCAGGGTATCTAATCC-3')를 사용하여 94℃에서 1분간 denaturation, 60℃에서 1분간 annealing, 72℃에서 1분 30초, 30 cycle로 polymerization시키는 조건에서 PCR로 증폭하였다.
오이(품종: 은성백다다기), 고추(품종: 마니따), 토마토(품종: 선명토마토), 담배(Xanthi-nc)를 파종하여 제1본엽이 나왔을 때 난괴법 3반복으로 공시균주를 처리하여 한 달간 재배한 후 총 신장과 엽장, 엽폭, 건물 중 등의 초기 생육 정도를 조사하였다. 식물병원균에 대한 항균 활성은 감자덱 스트로스한천배지에 공시 균주를 이식하여 28℃에서 6일간 정치 배양한 후 식물병원균을 직경 5 mm cork borer로 떼어내서 치상하여 28℃와 15℃에서 배양하여 저지원을 측정하였다. 실험에 사용된 식물병원균인 Phytophthora capsici, Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani와 Sclerotinia sclerotiorum은 15℃와 28℃에서 5일간 배양한 후 사용하였다.
8의 조건으로 7일간 배양한 균체를 포함한 배양액의 20배 희석액 50 ml을 1회 관주처리하였다. 오이(품종: 은성백다다기), 고추(품종: 마니따), 토마토(품종: 선명토마토), 담배(Xanthi-nc)를 파종하여 제1본엽이 나왔을 때 난괴법 3반복으로 공시균주를 처리하여 한 달간 재배한 후 총 신장과 엽장, 엽폭, 건물 중 등의 초기 생육 정도를 조사하였다. 식물병원균에 대한 항균 활성은 감자덱 스트로스한천배지에 공시 균주를 이식하여 28℃에서 6일간 정치 배양한 후 식물병원균을 직경 5 mm cork borer로 떼어내서 치상하여 28℃와 15℃에서 배양하여 저지원을 측정하였다.
선발균주의 chromosomal DNA를 분리한 후 primer 518F(5'-CCAGCAGCCGCGGTAATACG-3')와 800R (5'-TACCAGGGTATCTAATCC-3')를 사용하여 94℃에서 1분간 denaturation, 60℃에서 1분간 annealing, 72℃에서 1분 30초, 30 cycle로 polymerization시키는 조건에서 PCR로 증폭하였다. 증폭된 PCR 결과물을 0.8% agarose gel electrophoresis를 수행한 후 분리 정제하여 ABI PRISM 3700 DNA Analyzer를 이용하여 염기서열을 분석하였다. 분석된 염기서열은 BLASTN프로그램을 이용하여 GENE-BANK의 ribosomal RNA sequencing과 비교하여 분석하였다(Lim 등, 2007).
실험에 사용된 식물병원균인 Phytophthora capsici, Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani와 Sclerotinia sclerotiorum은 15℃와 28℃에서 5일간 배양한 후 사용하였다. 최종 선발된 미생물의 동정은 16S rDNA의 염기서열 분석을 통하여 수행하였다. 선발균주의 chromosomal DNA를 분리한 후 primer 518F(5'-CCAGCAGCCGCGGTAATACG-3')와 800R (5'-TACCAGGGTATCTAATCC-3')를 사용하여 94℃에서 1분간 denaturation, 60℃에서 1분간 annealing, 72℃에서 1분 30초, 30 cycle로 polymerization시키는 조건에서 PCR로 증폭하였다.
대상 데이터
미생물 분리를 위한 토양 시료는 작물의 재배과정 중에 투여되는 미생물을 배제하기 위해 수원의 비경작 식물근권의 토양을 채집하여 사용하였다. 공시균주의 분리는 토양시료 10 g을 증류수 90 ml을 첨가하여 증류수로 103, 104, 105으로 희석한 후 1 ml씩 R2A배지에 도말하여 28℃의 배양기에 배양하면서 전형적인 방선균의 균총에서 균을 분리하여 4℃의 냉장고에 보관하며 사용하였다.
식물병원균에 대한 항균 활성은 감자덱 스트로스한천배지에 공시 균주를 이식하여 28℃에서 6일간 정치 배양한 후 식물병원균을 직경 5 mm cork borer로 떼어내서 치상하여 28℃와 15℃에서 배양하여 저지원을 측정하였다. 실험에 사용된 식물병원균인 Phytophthora capsici, Fusarium oxysporum, Rhizoctonia solani와 Sclerotinia sclerotiorum은 15℃와 28℃에서 5일간 배양한 후 사용하였다. 최종 선발된 미생물의 동정은 16S rDNA의 염기서열 분석을 통하여 수행하였다.
데이터처리
8% agarose gel electrophoresis를 수행한 후 분리 정제하여 ABI PRISM 3700 DNA Analyzer를 이용하여 염기서열을 분석하였다. 분석된 염기서열은 BLASTN프로그램을 이용하여 GENE-BANK의 ribosomal RNA sequencing과 비교하여 분석하였다(Lim 등, 2007).
성능/효과
선발 방선균을 고추에 처리했을 때 MSS269와 MSS 276 균주처리구의 초장은 19%, 14% 건조중량은 25%, 22% 증가하였고(Fig. 2) 담배의 유묘에 처리했을 때도 MSS269와 MSS276 균주처리구의 건조중량이 대조구에 비해 76%, 44% 증가하였다(Fig. 3). 토마토의 유묘에 처리하였을 때 MSS269, MSS275와 MSS276 균주처리구의 초장은 46%, 37%, 45% 증가하였고, 건조중량은 132%, 65%, 71% 증가하였다(Fig.
1) 건조중량이 통계적으로 유의한 차이를 볼 수 없었다. 선발 방선균을 고추에 처리했을 때 MSS269와 MSS 276 균주처리구의 초장은 19%, 14% 건조중량은 25%, 22% 증가하였고(Fig. 2) 담배의 유묘에 처리했을 때도 MSS269와 MSS276 균주처리구의 건조중량이 대조구에 비해 76%, 44% 증가하였다(Fig.
선발 방선균을 오이 유묘에 처리한 결과, MSS275와 MSS 276균주처리구의 초장이 대조구에 비해 29%, 16% 증가되었으나(Fig. 1) 건조중량이 통계적으로 유의한 차이를 볼 수 없었다.
선발된 균주의 16S rDNA염기서열을 분석한 결과, MSS 181균주는 Streptomyces griseus subsp.와 99% 상동성을 보였고, MSS269균주는 Streptomyces griseo -aurantiacus, MSS 275는 Streptomyces microflavus, MSS276 Streptomyces herbaricolor와 100% 상동성을 보였다.
3). 토마토의 유묘에 처리하였을 때 MSS269, MSS275와 MSS276 균주처리구의 초장은 46%, 37%, 45% 증가하였고, 건조중량은 132%, 65%, 71% 증가하였다(Fig. 4). 이와 같은 식물생육촉진은 미생물에 의한 배양 배지 또는 토양의 유기 질소원의 분해에 따른 무기 질소원 공급과 미생물 대사산물에 의한 것으로 생각된다(Doumbou 등, 2001).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식물생육촉진 근권미생물의 역할은?
식물 뿌리주변의 토양은 다른 부위의 토양에 비해 무기물, 산소가 부족하고 CO2와 유기물이 풍부한 환경을 형성하고 있어 다양한 토양미생물이 서식하고 있으며 미생물은 내부근권(endorhizosphere), 뿌리의 표면(rhizoplane), 뿌리근방의 토양(근권, rhizosphere soil)에 존재한다(Yeo 등, 2009). 근권미생물 중 식물 생육에 영향을 미치는 식물생육촉진 근권미생물은(PGPR, Plant growth promoting rhizobacteria)은 유용미생물로서 토양 중의 유기태, 불용성 질소, 인, 황에 작용하여 식물이 흡수할 수 있는 무기물형태로 가용화시키며 auxin(Jung 등, 2006), gibberelins, cytokines 같은 식물생육 조절인자인 식물호르몬(phytohormone)과 siderophores의 생산하여 식물의 생육을 촉진하기도 하며 항균물질을 분비하여 토양 내 식물병원균으로부터 뿌리를 보호하는 역할도 한다(Mahadevan과 Crawford, 1997).
식물 뿌리주변의 토양은 어떤 환경을 형성하고 있는가?
이에 대한 해결책으로 식물생육촉진 근권 미생물의 활용이 주목받고 있다. 식물 뿌리주변의 토양은 다른 부위의 토양에 비해 무기물, 산소가 부족하고 CO2와 유기물이 풍부한 환경을 형성하고 있어 다양한 토양미생물이 서식하고 있으며 미생물은 내부근권(endorhizosphere), 뿌리의 표면(rhizoplane), 뿌리근방의 토양(근권, rhizosphere soil)에 존재한다(Yeo 등, 2009). 근권미생물 중 식물 생육에 영향을 미치는 식물생육촉진 근권미생물은(PGPR, Plant growth promoting rhizobacteria)은 유용미생물로서 토양 중의 유기태, 불용성 질소, 인, 황에 작용하여 식물이 흡수할 수 있는 무기물형태로 가용화시키며 auxin(Jung 등, 2006), gibberelins, cytokines 같은 식물생육 조절인자인 식물호르몬(phytohormone)과 siderophores의 생산하여 식물의 생육을 촉진하기도 하며 항균물질을 분비하여 토양 내 식물병원균으로부터 뿌리를 보호하는 역할도 한다(Mahadevan과 Crawford, 1997).
Streptomyces가 식물체의 발달에는 어떤 역할을 하는가?
토양에 존재하는 주된 미생물 중 하나인 Streptomyces는 항생제, 비타민, 효소 같은 다양한 생리활성물질을 생산하고 토양 비옥화에 중요한 역할을 한다. 또한 식물병원균으로부터 뿌리를 보호하고(Vasconcellos과 Cardoso, 2009), 식물체의 발달에 영향을 주기도 한다. Streptomyces 속균이 생산하는 indole-acetic acid(IAA) (Aldesuquy 등, 1998)와 siderophore(Tokala 등, 2002)에 의한 식물의 생육촉진효과가 보고한 바 있고(Sadeghi 등, 2012), Streptomyces griseoluteus에 의해 생산되는 식물생육 조절인자인 putrescine, spermidine, spermine과 같은 polyamine류의 생육촉진효과 또한 보고되고 있다(Nassar 등, 2003).
참고문헌 (11)
Aldesuquy, H. S, F. A. Mansour and S. A. Abo-Hamed (1998) Effect of the culture filtrates of Streptomyces on growth and productivity of wheat plants. Folia Microbiologica. 43: 465-470.
Doumbou C. L., M. K. H. Salove, D. L. Crawford and C. Beaulieu (2001) Actinomycetes, promising tools to control plant diseases and to promote plant growth. Phytoprotection. 82(3):85-102.
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Tokala, R. K., J. L. Strap, M. J. Carina , D. L. Crawford, M. H. Salove, L. A. Deobald, J. F. Bailey and M. J. Morra (2002) Novel plant-microbe rhizosphere interaction involving Streptomyces lydicus WYEC108 and the Pea Plant (Pisum savivum). Applied and Environmental Microbiology. 68(5): 2161-2171.
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Yeo S. H., Y. M. Yook and H. S. Kim (2009) Isolation and characterization of plant growth promoting rhizobacterium Bacillus subtilis YK-5 from soil. KSBB Journal. 24: 334-340.
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