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문제 정의
- 고추재배시 발생하는 탄저병을 해결할 수 있는 방안을 찾고 농업용 유용미생물을 활용하여 농약사용량을 경감시키며 고추의 수량 및 기능성 물질 증가에도 기여할 수 있는 노지 재배법을 규명하고자 실시한 본 실험의 결과는 다음과 같다.
- 따라서 본 시험은 고추재배 시 발생하는 탄저병 등 병해를 해결할 수 있는 방안을 찾고 최근 국민들의 소득수준 향상과 더불어 소비자들의 친환경농산물에 대한 요구에 부응할 수 있도록 농업용 유용미생물을 활용하여 농약사용량을 경감시키며 수량 및 기능성물질 증대에도 기여할 수 있는 친환경 노지고추를 생산할 수 있는 기초자료를 얻고자 실시하였다.
- 본 실험에서 실시한 균처리와 품종간의 고추 생육조사 및 수확량과 탄저병 발생율 조사 그리고 무기물과 carotenids 분석 결과를 고찰하고자 하였다.
제안 방법
- 총 3번의 상층액을 취하고 이 과정 중 2번째 이후 v-vial에 담긴 haxane층을 10분간 N2 gas로 농축하였다. N2 gas로 추출한 총액의 hexane(약 15㎖)을 제거하여 MeOH : TBME(1:1, v/v; HPLC grade) 1㎖을 넣어 완전히 녹인 다음, syringe와 syringe filter (PTFE, 0.45㎛)를 이용하여 여과한 후 HPLC vial에 담아 분석하였다. 분석에 사용된 시약은 trans-8'-apo-ß-carotenal in MeOH(50ppm), 0.
- 고추 무기물 분석은 수확한 고추 중에서 무작위 추출하여 0.01N HCl 용액에 1분간 침지한 후 증류수로 수세하였다. 이후 65℃의 건조기에서 고추씨와 태좌를 포함하여 48시간 건조시킨 후 20mesh의 screen(0.
- 고추의 생육조사는 초장, 주경장, 경직경, 초폭, 분지수, 줄기/뿌리 비율을 조사하였다. 탄저병 이병율 조사는 수량조사와 동시에 실시하였는데, 탄저병에 감염된 성과의 개수를 이병 정도에 따라 0~20까지 범위로 정해서 전혀 병이 없는 고추는 0점을, 이병 갯수가 높으면 최고 20점으로 표기하였다.
- 균 처리는 4개 시험구에 희석한 각각의 유용미생물을 고추 정식 후인 5월 13일부터 수확 전인 8월 7일까지 6회 관주 및 엽면 시비하였다. 이 때 농도는 계대배양한 균액 100㎖을 100배로 희석하여 1∼2회 때 사용하였고 3차부터 6차까지는 쌀뜨물 자가 배양액 5L을 물과 1:1 비율로 희석하여 관행구를 제외한 미생물 처리구에 약 300㎖씩 시용하였다.
- 농약살포는 지속되는 우기로 인해 발생되는 탄저병과 역병을 예방하는 차원에서 고추전용 살충제와 살균제를 3회(6월 8일, 7월 4일, 7월 23일)에 걸쳐 처리하였다.
- 다시 증류수를 첨가하여 100㎖로 정량한 후 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP)로 K, Ca, P, Mg, Fe, Mn, Zn 및 Cu를 분석하였다.
- 수량조사는 8월 2일부터 9월 10일까지 6차례에 걸쳐 수확한 붉은 고추 중량으로 합산하였다(Table 1).
- 원심분리 후 상층액(hexane층)을 micro-pipette으로 취해 10㎖ v-vial로 옮긴 다음, 하층액이 남아있는 tube에 앞에서와 동일한 조건으로 hexane 5㎖을 넣고 vortex, 원심분리, 상층액을 취하는 과정을 2번 반복하였다. 총 3번의 상층액을 취하고 이 과정 중 2번째 이후 v-vial에 담긴 haxane층을 10분간 N2 gas로 농축하였다.
대상 데이터
- 곰팡이와 세균의 동정에는 공용배지인 PDA(Potato Dextrose Agar)를 이용하였으며 구성물로는 물 1L에 PDA 24g, agar 18g를 혼합하고 고압멸균 후 사용하여 측정한 균수는 Table 2와 같다.
- 본 연구에 사용된 고추는 역병저항성을 가진 ‘무한질주’와 ‘대통’ 품종으로 2011년 5월 13일에 70×20cm 간격으로 분할구 3반복으로 반복당 5주씩 정식하였다.
- 분석에 사용된 시약은 trans-8'-apo-ß-carotenal in MeOH(50ppm), 0.2% ascorbic acid in EtOH, 80% KOH, D.D Water, Hexane, TBME(1:1, v/v; HPLC grade)를 사용하였다.
- 사용한 균은 평택시농업기술센터에서 계대배양하여 농가에 분양하고 있는 단일균으로 광합성균(Rhodopseudomonas capsulatas), 유산균(Lactobacillus plantarum), 고초균(Bacillussubtilis)과 복합균으로 KM(Korea microorganism)을 사용하였다. 복합균의 구성은 Pseudomonas putida LSW17S, Pseudomonas ssp.
이론/모형
- 균의 동정과 수의 측정은 (주)고려바이오에 의뢰하여 측정하였다(Table 2). 쌀뜨물 발효는 신선한 쌀뜨물 10L에 당밀과 배양균을 각각 200㎖을 넣고 잘 혼합한 후 온도 27℃, 습도 60% 이상의 실내에서 2주간 발효시켰다.
- 9mm)에 통과되도록 분쇄하였다. 분쇄된 시료는 습식분해 여액 이용법(Kjeldahl 방법)으로 전질소(T-N) 함량을 분석하였다. 또한 분쇄된 시료 0.
- 본 연구에 사용된 고추는 역병저항성을 가진 ‘무한질주’와 ‘대통’ 품종으로 2011년 5월 13일에 70×20cm 간격으로 분할구 3반복으로 반복당 5주씩 정식하였다. 시험포는 정식 8일 전에 기비로 농촌진흥청 고추재배 표준영농교본(농촌진흥청, 2008) 시비법을 기준하여 시용한 후 검정비닐로 피복하였다.
성능/효과
- ‘무한질주’의 망간 평균함량은 30.86ppm이었고, ‘대통’ 품종은 38.55ppm을 함유하고 있어 ‘무한질주’보다 ‘대통’ 품종의 망간 함유량이 7.69ppm로 약 25% 이상 높게 나타났다.
- ‘무한질주’의 망간(Mn) 평균함량은 30.86ppm이었고, ‘대통’ 품종은 38.55ppm을 함유하고 있어 ‘무한질주’보다 ‘대통’ 품종의 망간 함유량이 약 25% 높았다.
- ß-carotene 함량은 품종간 균 처리간 고도의 유의성이 인정되었으며, ‘무한질주’에서는 고초균 처리구가 135.9µg/g으로 가장 많았고, 광합성균 처리구가 50.7µg/g으로 가장 낮았다.
- Carotenoid 총 함량은 ‘무한질주’ 및 ‘대통’ 모두에서 고초균 처리구가 각각 371.6µg/g, 322.2µg/g으로 가장 높게 나타났으며 관행구의 평균 carotenoid 함량 209.24µg/g에 비해 78∼54%나 높게 나타났다.
- Zeaxanthin은 유산균과 고초균 처리구가 두 품종 모두에서 가장 높았다. 처리별로 살펴보면 유산균은 ‘무한질주’에서 51.
- ɑ-carotene도 품종간, 균 처리간 차이가 고도로 유의함이 인정되었으며, 균 처리별 함량에서는 ‘무한질주’의 고초균 처리구 8.2µg/g, 유산균 처리구 7.8µg/g 순으로 높았다.
- 고초균은 ‘무한질주’에서는 49.1µg/g, ‘대통’은 57.4µg/g의 함량을 보였으며, ‘대통’의 고초균의 경우 zeaxanthin 함량은 ‘무한질주’ 관행구의 29.2µg/g보다 약 2배나 높았다(Table 8).
- 고추 태좌와 씨를 포함한 생고추 0.1g 속에 함유되어 있는 총 carotenoid의 함량을 균처리별 평균치로 분석한 결과 capsanthin(C40H56O3)이 약 34~41%로 가장 많았다. 그 다음으로 ß-carotene이 약 20~30%로 많았으며 zeaxanthin이 14~19%, ß-cryptoxanthin이 13~19% 그리고 α-carotene이 1~2% 순으로 높은 함량을 나타냈다.
- 공시한 두 품종간 경직경 및 분지수는 유의한 차이를 나타냈으며, 균처리간에는 경직경, 주경장, 분지수에서 유의한 차이를 보였다. 품종간 비교를 보면 ‘무한질주’보다는 ‘대통’ 품종의 초장 및 초폭이 길고 분지수가 많았다.
- 구리 함량도 품종간, 균 처리간 고도의 유의성이 인정되었고 품종별로 보면 ‘무한질주’의 평균 7.38ppm보다는 ‘대통’의 평균 함량이 8.41ppm로 높게 나타났다.
- 균 처리별 무기물 함량을 살펴보면 총 질소함량은 ‘무한질주’에서는 유산균 처리구가 1.81%로 가장 높게 나타났다.
- 균 처리별 수확량을 비교해 보면 전반적으로 관행구에 비해 균 처리한 구의 수확량이 높았다. 이는 Rodale(1982)의 보고대로 토양속 균류균들의 공생에 의하여 작물의 생육 촉진에 기여한다는 설명을 입증하는 것이라 사료된다.
- 균처리별로 보면 고초균 처리구가 두 품종(‘무한질주’ 48.5µg/g, ‘대통’ 57.7µg/g) 모두에서 가장 높은 함유량을 나타냈으며, ‘무한질주’에서는 관행구가 26.4µg/g, ‘대통’에서는 광합성균 처리구가 46.3µg/g으로 가장 낮았다.
- 균처리별로는 ‘대통’묘의 KM 처리구가 10.6ppm으로 가장 높았고 ‘무한질주’의 광합성균 처리구가 6.28ppm로 가장 낮게 나타났다(Table 7).
- 따라서 ß-cryptoxanthin 함유량은 균처리 효과가 높은 것으로 판단되었으며, 품종간에도 고도의 유의적인 차이가 있음을 알 수 있었다.
- 또한 수량과 탄저병 발생율 조사에서는 균처리간 유의성이 인정되었는데 광합성 처리구의 경우 관행구에 비해 탄저병 발생율은 낮은 반면 수확량은 높은 것을 알 수 있었다. 이는 탄저병을 유발시키는 colletotrichum acutatum 균의 포자가 강우에 의해 전염되는 속도가 빠른데(Jee et al.
- 마그네슘 함량은 ‘무한질주’에서는 KM 처리구가 0.45%로 가장 높았고 ‘대통’ 품종에서는 고초균 처리구가 0.37%로 가장 높았으나, 광합성 처리구에서는 두 품종 모두 0.31~0.32%로 가장 낮게 나타났다.
- 72%로 가장 높았다. 망간(Mn) 함량도 균처리간, 품종간 고도의 유의적 차이가 인정되었다. ‘무한질주’의 망간(Mn) 평균함량은 30.
- 무기물 분석에서는 칼륨과 나트륨을 제외한 질소, 인산, 마그네슘, 망간, 아연, 구리 등에서 품종간, 균처리간 유의성이 나타났으나 전반적으로 특이한 사항은 없었다.
- 미생물 처리간 붉은 생고추의 수량은 두 품종 모두 광합성균 처리구가 평균 53.1kg로 가장 높았고 다음으로 고초균 34.9kg, KM균 30.1kg, 유산균 22.3kg, 관행구 18.5kg 순으로 나타났다(Table 4). 이는 생육조사 시 실시한 S/R율 측정 결과 관행구보다 미생물 처리구가 훨씬 높은 결과를 나타내고 있는데 이처럼 생육 전반에 미치는 미생물 처리의 영향이 수확량으로 이어졌음을 알 수 있다(Table 5).
- 본 시험의 수확량과 탄저병 발생율과의 상호관계 결과 탄저병 발생이 가장 낮은 광합성 균 처리구의 고추가 수확량이 가장 높았고, 이병율이 높은 관행구나 유산균 처리구는 생육상태가 양호하였음에도 불구하고 상대적으로 수확량이 떨어진 것을 알 수 있다(Table 4, 5; Fig. 2, 3). 이는 광합성균의 기능 중 토양 속에서 유용한 영양성분을 만들어 작물을 건실하게 하는 체질강화 역할 및 병원균의 우점화를 방지하여 질병의 발생을 억제한다는 연구결과(이건웅, 2008; 전학문, 2002; Rodale.
- 9cm를 나타냈다. 분지수 역시 균 처리간 품종간 유의성이 인정되었으며 무한질주 품종이 65.6개, 대통 품종이 82.9개를 나타내었다(Table 4).
- 성분별 함량을 보면 capsanthin함량은 ‘무한질주’ 품종에서는 유산균 처리구가 137.6µg/g으로 가장 높게 나타났으며, 다음으로는 고초균 처리구가 130.0µg/g의 함량을 보였다.
- 5kg 순으로 나타났다(Table 4). 이는 생육조사 시 실시한 S/R율 측정 결과 관행구보다 미생물 처리구가 훨씬 높은 결과를 나타내고 있는데 이처럼 생육 전반에 미치는 미생물 처리의 영향이 수확량으로 이어졌음을 알 수 있다(Table 5).
- 81%로 가장 높게 나타났다. 인산(P2O5) 함량은 두 품종 모두 고초균 처리구가 0.72%로 가장 높았다. 망간(Mn) 함량도 균처리간, 품종간 고도의 유의적 차이가 인정되었다.
- 인산함량은 두 품종 모두 고초균 처리구가 0.72%로 가장 높았으며 ‘대통’ 품종의 관행구가 0.54%로 가장 낮아 품종간, 균처리간 유의적인 차이를 나타냈다.
- 처리한 유용미생물의 종류에 따라 고추생장에 미치는 반응이 다른 것을 알 수 있었으며, 특히 stem girth에서는 품종간, 균 처리간 두 조건 모두에서 고도의 유의차가 인정되었다. 이는 생육에 미치는 다양한 요인들이 복합적이며 유기적으로 상호작용하고 있어 당해 년도 실험 결과만으로 평가하기엔 다소 무리가 있을 것으로 판단된다.
- Carotenoid 분석결과에서는 품종간, 균처리간 고도의 유의성이 인정되었다. 총 carotenoid 함량은 두 품종 모두 고초균 처리구에서 가장 높게 나타났으며 관행구에서는 가장 낮게 나타났다. 이는 강력한 항산화제(강 등, 2008)로 알려진 carotenoid가 녹색식물, 곰팡이 효모, 세균 등에 의해 만들어내는 색소라는 것이 알려졌으나(Kim et al.
- 5kg/10a로 가장 낮았다. 탄저병 발생율은 유산균 처리구가 14개로 가장 높았고 다음으로 관행구가 13개였으며 광합성균 처리구가 6개로 가장 낮았다. 품종별 평균수량을 보면 ‘대통’은 33.
- 균 처리간 고추 생육상태의 조사결과 초장, 초폭, S/R율에서는 품종간 유의성이 전혀 나타나지 않았으나 균처리간에는 다양한 결과를 보여주고 있다. 특히 광합성균 처리구는 초장과 주경장, 생체중이 다른 처리구에 비해서 높았다(Table 4).
- 특히, 수확량 조사에서 보여주듯이 관행구의 평균 수량(18.5kg/10a)에 비해 광합성균 처리구의 수량(53.1kg/10a)이 약 3배까지 증가하였으며 상대적으로 탄저병 발생정도는 관행구(13)가 광합성균 처리구(6)에 비해 2배 정도 높았다(Table 6).
- 경직경, 주경장, 분지수에서 처리간 유의한 차이를 보였다. 특히, 품종간의 경직경은 균 처리간에 고도의 유의성을 나타냈으며 광합성 처리구의 경직경이 5.5cm로 가장 두꺼웠고 대조군과 KM군이 4.9cm를 나타냈다. 분지수 역시 균 처리간 품종간 유의성이 인정되었으며 무한질주 품종이 65.
- 품종간 비교를 보면 ‘무한질주’보다는 ‘대통’ 품종의 초장 및 초폭이 길고 분지수가 많았다.
- 품종간 비교에서는 ‘대통’의 평균이 51.8µg/g으로 ‘무한질주’ 평균 38.2µg/g 보다 약 36%나 높은 것으로 나타났다.
- 품종간 평균함량은 ‘무한질주’가 87.0µg/g으로 ‘대통’의 70.3µg/g에 비해 23.7%나 높게 나타났다(Table 8).
- 품종별 균 처리간에는 ‘대통’에서는 광합성균 처리구가 45.98ppm으로 가장 높게 나타났고 유산균 처리구가 26.82ppm으로 가장 낮게 나타나 광합성 처리구가 71%나 높게 나타났다.
- 품종별 균처리별 무기물 함량을 살펴보면 총 질소(T-N) 함량은 ‘무한질주’에서는 유산균 처리구가 1.81%로 가장 높게 나타났고 광합성 처리구가 1.46%로 가장 낮았다.
- 그 다음으로 ß-carotene이 약 20~30%로 많았으며 zeaxanthin이 14~19%, ß-cryptoxanthin이 13~19% 그리고 α-carotene이 1~2% 순으로 높은 함량을 나타냈다. 품종별 그리고 균처리별 차이를 살펴보면 모두 고도의 유의적 차이가 있는 것으로 나타났다(Table 8).
- 품종별 평균 함량을 보면 ‘무한질주’가 5.8µg/g로 ‘대통’ 4.6µg/g보다 높게 나타나 ‘무한질주’가 ‘대통’에 비해 높은 함량을 나타냈다.
- 품종별 평균값을 보면 ‘무한질주’가 117.0µg/g으로 ‘대통’ 평균 91.4µg/g보다 약 1.3배나 많은 capsanthin을 함유하고 있음을 알 수 있었다.
후속연구
- 총 carotenoid 함량은 두 품종 모두 고초균 처리구에서 가장 높게 나타났으며 관행구에서는 가장 낮게 나타났다. 이는 강력한 항산화제(강 등, 2008)로 알려진 carotenoid가 녹색식물, 곰팡이 효모, 세균 등에 의해 만들어내는 색소라는 것이 알려졌으나(Kim et al., 1998) 세균 중에서도 고초균에 의해 합성이 더욱 촉진된다는 것을 이번 실험을 통해 추측 할 수 있으며 향후 이 균을 이용한 기능성 식물색소를 연구할 필요성이 있을 것으로 사료된다.
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