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문제 정의
- 따라서 본 연구는 길항미생물을 이용하여 최적 컨소시엄제제로 이미 개발된(Lim 등, 2009) 복합미생물제제의 토양미생물생태 변화를 토양효소 활성도 측정으로 확인하고자 하였으며, 대조구로 시판중인 미생물농약과 화학농약을 처리한 고추경작지에서의 토양효소활성 비교분석을 통해 메타지노믹스를 이용한 토양미생물 다양성 연구의 기본연구자료로 사용하고, 고추의 생장과 수확량 측정을 통해 미생물의 처리가 작물에 미치는 효과를 확인하고자 수행되었다.
제안 방법
- 고추생장촉진능 및 수확량 측정. 평균생육도를 나타내는 고추 10주를 각 처리구별로 선정해 10일 간격으로 초장, 주경장, 경경, 분지수를 측정하였다.
- 분지수는 식물줄기가 갈라지는 마디의 수로 처음 갈라지는 하나의 줄기를 선정해 그 줄기의 마지막으로 갈라지는 부분의 개수를 측정하였다. 그리고 총 다섯 번에 걸쳐 수확한 생고추의 무게를 측정하여 처리구별로 그루당 열리는 생고추의 무게를 비교분석하였다.
- 토양효소활성측정을 통해 복합미생물제제가 토양미생물군집의 활성에 유익함을 증명하여도 실질적으로 작물재배과정 중 생장과 수확량에 효과가 없으면 현장에 적용되기 힘들다. 따라서, 복합미생물제제의 작물에 대한 효과를 입증하기위해 시험작물인 고추의 초장, 주경장, 경경, 분지수 측정으로 생장을 조사하였다. 초장과 분지수는 처리구간 큰 차이가 없었지만 주경장과 경경에서 복합미생물제제 처리구가 생장촉진능을 보였다(Fig.
- 복합미생물제제는 PGPR 균주로서 식물생장촉진능과 역병방제능이 있는 Bacillus subtilis AH18(Jung 등, 2006), Bacillus licheniformis K11 (Jung 등, 2007)과 Pseudomonas fluorescens 2112 (Lee와 Kim, 2000)를 조합하여 사용하였다(Lim 등, 2009). 복합미생물제제와 미생물농약은 106 CFU/mL의 농도로, 화학농약은 생산회사의 권장사용농도에 맞춰 관주시설을 이용하여 한주당 100 mL씩 열흘간격으로 6개월동안 처리하였다.
- 경경은 식물의 굵기로서 지면으로부터 1 cm 떨어진 지점에서 버니어캘리퍼스를 사용하여 측정하였다. 분지수는 식물줄기가 갈라지는 마디의 수로 처음 갈라지는 하나의 줄기를 선정해 그 줄기의 마지막으로 갈라지는 부분의 개수를 측정하였다. 그리고 총 다섯 번에 걸쳐 수확한 생고추의 무게를 측정하여 처리구별로 그루당 열리는 생고추의 무게를 비교분석하였다.
- 복합미생물제제에 의한 고추의 수확량 증대효과. 수확량은 총 다섯 번 수확한 생고추의 평균값으로 각 처리구의 전체 무게에서 작물의 총 그루수를 나눠 작물 한 그루당 수확한 고추의 무게를 비교하였다. 복합미생물제제 처리구가 그루당 310 g으로 가장 높은값을 보였고, 화학농약 처리구는 그루당 289 g, 미생물농약 처리구는 그루당 270 g, 무처리구는 그루당 269 g의 수확량을 나타내었다.
- 5 mL의 720 mM Urea용액과 2M KCl용액 30 mL를 가하고 30분간 진탕 후 여과하였다. 여과 후 Sodium salicylate/Soudium hydroxide 혼합액 5 mL와 39.1 mM Sodium dichloroisocyanide 2 mL를 섞어주고 UV-Visible Spectrophotometer를 이용하여 660 nm에서 흡광도를 측정해 처리구와 대조구의 차로 효소활성을 측정하였다(Joa 등, 2009).
- 각 처리구의 월별 변화추이를 관찰하고자 하였으나 효소활성 변화의 폭이 일관성 없이 월별로 큰 차이를 보여 선발된 미생물제제와 대조구인 상업용 농약에 의한 변화를 관찰하기가 용이하지 않았다. 이는 기온에 의한 온도의 변화와 강우에 의한 수분함량의 변화가 다른 요소들보다 토양효소활성에 더 영향을 미친다는 보고(Paul과 Clark, 1989; Anderson, 1991; Kirschbaum, 1995; Nobili, 2006; Koch 등, 2007)와 일치하는 것으로, 온도와 수분함량에 의한 토양효소활성의 변화를 배제하고 처리구에 따른 토양효소활성차이를 관찰하기 위해 동일한 기준값을 적용하여 6개월 동안 월별로 분석한 효소활성의 평균값을 비교분석하였다.
- )의 청양품종 800주를 분양 받아 경북 경산시 대동에 위치한 영남대학교 자연자원대학 소속의 실습포장(23 m×33 m)에 정식하였다. 처리구로는 물만 처리한 무처리구와 복합미생물제제(이하 B.B.P), 시판중인 미생물농약(A사 B, 이하 AC-1), 시판중인 화학농약(C사 D제품, 이하 LDM)을 선정하여 처리구당 200주의 고추를 사용하였고, 1반복당 50주씩 4회 반복하였다. 복합미생물제제는 PGPR 균주로서 식물생장촉진능과 역병방제능이 있는 Bacillus subtilis AH18(Jung 등, 2006), Bacillus licheniformis K11 (Jung 등, 2007)과 Pseudomonas fluorescens 2112 (Lee와 Kim, 2000)를 조합하여 사용하였다(Lim 등, 2009).
- 평균생육도를 나타내는 고추 10주를 각 처리구별로 선정해 10일 간격으로 초장, 주경장, 경경, 분지수를 측정하였다. 초장은 지면으로부터 작물의 끝까지 총 길이를, 주경장은 지면으로부터 가지가 처음으로 갈라지는 부위까지의 길이를 측정한 것으로 줄자를 이용하여 측정하였다. 경경은 식물의 굵기로서 지면으로부터 1 cm 떨어진 지점에서 버니어캘리퍼스를 사용하여 측정하였다.
- 고추를 정식한 7월부터 12월까지 6개월동안 한 달 간격으로 처리구별 토양시료를 채취하였다. 토양샘플의 대표성을 높이기 위해 처리구별로 각 고랑당 10 m 간격으로 세 지점에서 멸균한 모종삽을 이용하여 표면의 흙을 2 cm가량 걷어내고 지면으로부터 약 30 cm 깊이까지의 근권토양을 500 g 채취한 후 2 mm 표준체(10 mesh)로 체거름하여 각 처리구별로 여섯 개의 토양시료를 모아 하나의 시료로 하였다. 이와같이 채취한 토양시료는 지퍼백에 담아 밀봉하여 4에서 냉장보관하였고, 장기보관을 위해 –20℃에 냉동저장 하였다.
- 토양의 건전성과 토양미생물상을 분석하는 방법으로 dehydrogenase, urease, phosphatase, β-glucosidase, cellulase등의 지표토양효소 활성도를 측정하여 토양미생물군집과 생태의 변화를 알아보았다.
- 토양효소활성을 통한 경작지 토양미생물상 분석. 토양의 건전성과 토양미생물상을 분석하는 방법으로 dehydrogenase, urease, phosphatase, β-glucosidase, cellulase등의 지표토양효소 활성도를 측정하여 토양미생물군집과 생태의 변화를 알아보았다.
- 고추생장촉진능 및 수확량 측정. 평균생육도를 나타내는 고추 10주를 각 처리구별로 선정해 10일 간격으로 초장, 주경장, 경경, 분지수를 측정하였다. 초장은 지면으로부터 작물의 끝까지 총 길이를, 주경장은 지면으로부터 가지가 처음으로 갈라지는 부위까지의 길이를 측정한 것으로 줄자를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 경북 성주군 화성육묘장에서 고추(Capsicum annuum L.)의 청양품종 800주를 분양 받아 경북 경산시 대동에 위치한 영남대학교 자연자원대학 소속의 실습포장(23 m×33 m)에 정식하였다.
- 토양시료의 채취. 고추를 정식한 7월부터 12월까지 6개월동안 한 달 간격으로 처리구별 토양시료를 채취하였다. 토양샘플의 대표성을 높이기 위해 처리구별로 각 고랑당 10 m 간격으로 세 지점에서 멸균한 모종삽을 이용하여 표면의 흙을 2 cm가량 걷어내고 지면으로부터 약 30 cm 깊이까지의 근권토양을 500 g 채취한 후 2 mm 표준체(10 mesh)로 체거름하여 각 처리구별로 여섯 개의 토양시료를 모아 하나의 시료로 하였다.
- P), 시판중인 미생물농약(A사 B, 이하 AC-1), 시판중인 화학농약(C사 D제품, 이하 LDM)을 선정하여 처리구당 200주의 고추를 사용하였고, 1반복당 50주씩 4회 반복하였다. 복합미생물제제는 PGPR 균주로서 식물생장촉진능과 역병방제능이 있는 Bacillus subtilis AH18(Jung 등, 2006), Bacillus licheniformis K11 (Jung 등, 2007)과 Pseudomonas fluorescens 2112 (Lee와 Kim, 2000)를 조합하여 사용하였다(Lim 등, 2009). 복합미생물제제와 미생물농약은 106 CFU/mL의 농도로, 화학농약은 생산회사의 권장사용농도에 맞춰 관주시설을 이용하여 한주당 100 mL씩 열흘간격으로 6개월동안 처리하였다.
이론/모형
- 동시에 CMC 대신에 물을 10 mL 넣은 것을 대조구로서 똑같이 배양하고, 24시간 후 50 mL의 증류수를 넣고 환원당을 somogyi·nelson법으로 발색해서 정량하였다(Pancholy와 Rice, 1973).
성능/효과
- 6개월 동안 측정한 dehydrogenase의 수치는 복합미생물제제 B.B.P처리구에서 3.5584 µg TPF g−1h−1로 가장 높은 값을 나타내었고, 미생물농약 AC-1처리구가 3.3463 µg TPF g−1h−1, 무처리구가 2.6081 µg TPF g−1h−1, 화학농약 LDM처리구가 2.4164 µg TPF g−1h−1의 값을 나타내었다.
- 6개월간의 측정에서 복합미생물제제 B.B.P처리구가 15.8689 µg NH4−N g−1h−1로 가장 높은 수치를 보였고, 미생물농약 AC-1처리구가 15.3195 µg NH4−N g−1h−1, 무처리구 14.6667 µg NH4−N g−1h−1, 화학농약 LDM처리구 11.9437 µg NH4−N g−1h−1를 나타내었다(Fig. 1B).
- Somogyi·Nelson법으로 환원당을 정량하는 방법으로 측정한 값으로, 복합미생물제제 B.B.P처리구가 86.1597 µg glucose g−1h−1로 타 처리구보다 10.0 µg glucose g−1h−1 이상 높게 측정되었다.
- 1E). 따라서, 처리된 복합미생물제제에 의해 토양 내 cellulase 활성이 높아지고 이것은 식물의 잔류분해물의 분해속도나 양을 증가시켜 결과적으로 토양의 건전성에 긍정적인 영향을 끼칠 수 있다고 생각할 수 있다.
- 모든 처리구가 1.0 µg PNP g−1h−1에 못미치는 저조한 효소량으로 봤을 때 토양 내 다량의 중금속이나 무기인산이 함유되어 있음을 유추할 수 있었다.
- 무처리구가 72.6320 µg glucose g−1h−1으로 두 번째 높은값을 보였고, 화학농약 LDM처리구가 71.8889 µg glucose g−1h−1, 미생물농약 AC-1처리구가 64.7778 µg glucose g−1h−1의 수치를 보여 나머지 처리구에서 cellulase의 수치가 상대적으로 낮게 측정되었다(Fig. 1E).
- 복합미생물제제 처리구가 그루당 310 g으로 가장 높은값을 보였고, 화학농약 처리구는 그루당 289 g, 미생물농약 처리구는 그루당 270 g, 무처리구는 그루당 269 g의 수확량을 나타내었다. 무처리구를 기준으로 복합미생물제제 처리구는 15% 증가하였고, 화학농약 처리구는 7% 증가, 미생물농약 처리구는 1% 증가함을 보여 타 처리구들에 비해 복합미생물제제 처리구가 두 배 이상의 증대효과가 나타났다(Fig. 3).
- 수확량은 총 다섯 번 수확한 생고추의 평균값으로 각 처리구의 전체 무게에서 작물의 총 그루수를 나눠 작물 한 그루당 수확한 고추의 무게를 비교하였다. 복합미생물제제 처리구가 그루당 310 g으로 가장 높은값을 보였고, 화학농약 처리구는 그루당 289 g, 미생물농약 처리구는 그루당 270 g, 무처리구는 그루당 269 g의 수확량을 나타내었다. 무처리구를 기준으로 복합미생물제제 처리구는 15% 증가하였고, 화학농약 처리구는 7% 증가, 미생물농약 처리구는 1% 증가함을 보여 타 처리구들에 비해 복합미생물제제 처리구가 두 배 이상의 증대효과가 나타났다(Fig.
- 2C). 복합미생물제제 처리구가 주경장에서 무처리구보다 6.1%, 경경에서 화학농약 처리구보다 8.1%의 생장촉진능을 보인 것은 본 연구에 사용된 PGPR 균주들의 생장촉진능을 밝혀낸 Lim 등(2009)의 연구와 일치하는 것으로 복합미생물제제의 사용이 토양미생물상의 다양성 증가와 함께 토양과 고추의 생장향상 모두에 기여했다고 판단된다.
- 4164 µg TPF g−1h−1의 값을 나타내었다. 이와같은 결과는 6개월 동안 복합미생물제제와 미생물농약을 지속적으로 처리한 토양에서 토양미생물군집의 활성과 대사활동이 가장 활발하다는 근거로 미생물의 처리가 토양미생물상을 더 다양하게하는 효과를 가져다준다고 보여진다(Fig. 1A).
- 복합미생물제제 균주에 의한 수확량 증대효과의 결과는 본 연구에 사용된 PGPR 균주들의 생장촉진능을 밝혀낸 Lim 등(2009)의 보고와 일치하고, 토양효소활성분석을 통해 복합미생물제제의 토양미생물상 다양성 증대효과와 일치한다고 볼 수 있다. 이와같은 결과는 복합미생물제제 처리구가 다른 처리구에 비해 높은 토양미생물 군집의 활성을 나타내어 고추의 근권과 상호작용을 하고 이것이 뿌리를 비롯한 고추의 생장촉진에 직/간접적으로 작용하여 결과적으로 고추생장촉진과 수확량 증대효과가 나타날 수 있도록 영향을 주었다고 생각할 수 있다. 본 연구에 사용된 복합미생물제제는 토양미생물 생태의 다양성 증대와 고추생장촉진의 두 목적을 동시에 이룰 수 있을 것으로 기대된다.
- 전체적으로 미비한 양이지만 그 가운데 복합미생물제제 B.B.P처리구가 0.5692 µg PNP g−1h−1로 가장 높은 활성을 보였고 화학농약 LDM처리구가 0.5355 µg PNP g−1h−1로 두 번째로 높은 활성을 나타내었다(Fig. 1C).
- 따라서, 복합미생물제제의 작물에 대한 효과를 입증하기위해 시험작물인 고추의 초장, 주경장, 경경, 분지수 측정으로 생장을 조사하였다. 초장과 분지수는 처리구간 큰 차이가 없었지만 주경장과 경경에서 복합미생물제제 처리구가 생장촉진능을 보였다(Fig. 2). 처리구별 차이가 미비하였던 초장은 작물의 총 길이로 고추에서는 짧을수록 과실을 맺는데 유리하다(Kwon, 2008).
후속연구
- 이와같은 결과는 복합미생물제제 처리구가 다른 처리구에 비해 높은 토양미생물 군집의 활성을 나타내어 고추의 근권과 상호작용을 하고 이것이 뿌리를 비롯한 고추의 생장촉진에 직/간접적으로 작용하여 결과적으로 고추생장촉진과 수확량 증대효과가 나타날 수 있도록 영향을 주었다고 생각할 수 있다. 본 연구에 사용된 복합미생물제제는 토양미생물 생태의 다양성 증대와 고추생장촉진의 두 목적을 동시에 이룰 수 있을 것으로 기대된다.
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