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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 전자빔 조사에 따른 잿빛 곰팡이병 방제효과 및 절화 장미의 수확 후 품질을 평가하였으며, 이를 통해 국제무역규정에 맞는 비화학적 소독기술인 전자빔 검역기술을 개발하고자 하였다.
제안 방법
- 전자빔에 대한 절화 장미의 감수성 평가를 위해 ‘Decoration’, ‘Il se Bronze’, ‘Queen Bee’, ‘Revue’, ‘Vivian’ 5개 품종을 대상으로 실험하였다. 10MeV 전자가속기를 이용하여 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 2kGy 선량으로 조사한 절화 장미의 수 확 후 품질을 평가하였다. 전자빔을 조사한 절화 장미는 온 도 23 ± 1°C, 상대습도 70 ± 10%, 하루에 9시간 광조건이 유지되는 실험실로 옮긴 후, 길이 30cm로 재절단하여 증류 수에 꽂았다.
- B. cinerea 포자현탁액(1 × 105 spores･mL-1)을 10MeV 전자가속기를 이용하여 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 2, 10, 20kGy 선량으로 조사한 후, 멸균한 hole slide glass에 각각 80μL씩 분주하고 습도가 유지되는 상자에 넣어 20°C 배양기에서 암조건으로 12시간 배양하였다.
- In vivo 검정은 5 × 105 spores･mL-1 농도로 조정한 B. cinerea 포자현탁액을 10MeV 전자가속기를 이용하여 0.2, 0.4, 1, 2, 10kGy 선량으로 조사한 후, spray gun(1kg･cm-3)을 이용하여 4엽기 토마토 유묘 전체에 분무 접종하여 실험하였다.
- PDA 배지에 B. cinerea 균사 절편 (직경 8mm)을 치상한 후, 10MeV 전자가속기를 이용하여 0.4kGy와 0.8kGy 선량으로 조사하고, 5, 10, 15, 20°C 배양기에서 암조건으로 6일간 배양하면서 매일 균사 생장을 측정하였다.
- 감자한천배지(PDA; Becton, Dickinson and Co.)에 B. cinerea 균사 절편(직경 8mm)을 치상한 후 10MeV 전자가속기를 이용하여 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 2, 10, 20kGy 선량으로 조사하고, 20°C 배양기에서 암조건으로 4일간 배양한 후 균사 생장을 측정하였다.
- 실험은 3반복으로 실시하였고, 포자 발아 조사는 광학현 미경(×300) 하에서 발아관의 길이가 포자의 폭보다 긴 것을 발아한 것으로 간주하였다.
- 8kGy 선량으로 조사하고, 5, 10, 15, 20°C 배양기에서 암 조건으로 6일간 배양하면서 매일 균사생장을 측정하였다. 실험은 5반복으로 실시하였고, 각각의 배양 온도에서 전자빔 조사에 의한 균사생장 억제율은 다음과 같은 식에 따라 계산하였다.
- 8, 1, 2, 10, 20kGy 선량으로 조사하고, 20°C 배양기에서 암 조건으로 4일간 배양한 후 균사생장을 측정하였다. 실험은 5반복으로 실시하였고, 균사생장 억제율은 다음과 같은 식에 따라 계산하였다.
- 접종한 토마토 유묘는 20℃습실상(상대습도 95% 이상)에 넣어 3일 동안 발병을 유도시킨 후 잎에 형성된 병반면적율(%)을 조사하였다. 실험은 5반복으로 실시하였고, 방제효과는 다음과 같은 식으로 계산하였다.
- 이후 절화수명, 개화단계, 그리고 생체중을 측 정하였다. 실험은 5반복으로 실시하였다.
- 온도에 따른 B. cinerea 균사 생장을 비교하였다. 5°C 배양 온도에서는 모든 처리구에서 6일째까지 균사생장이 일어나지 않았다 (Fig.
- 온도에 따른 전자빔의 효과를 비교하기 위해 B. cinerea 균사 생장을 조사하였다. PDA 배지에 B.
- 전자빔을 조사한 절화 장미는 온 도 23 ± 1°C, 상대습도 70 ± 10%, 하루에 9시간 광조건이 유지되는 실험실로 옮긴 후, 길이 30cm로 재절단하여 증류 수에 꽂았다. 이후 절화수명, 개화단계, 그리고 생체중을 측 정하였다. 실험은 5반복으로 실시하였다.
- 잿빛곰팡이병의 비화학적, 물리적 소독 기술 개발을 위해 전자빔 조사 선량에 따른 B. cinerea의 감수성을 포자 발아 억제율을 통해 비교하였다. 전자빔 조사 선량이 높아짐에 따라 포자 발아가 억제되었고, 포자 발아는 1kGy와 2kGy 선량에서 각각 18.
- 전자빔 조사 후 배양 온도에 따른 B. cinerea 균사 생장을 비교하였다 (Fig. 4).잿빛곰팡이병균의 균사생장에 대한 전자빔 효과는 배양 온도가 낮아짐에 따라 증가하였으며, 특히 10°C에서 가장 명확한 균사 생장 억제효과를 나타내었다.
- 전자빔 조사선량에 따른 장미의 품질을 평가하기 위해 절화수 명과 개화단계를 조사하였다(Table 1 and Fig. 6). ‘Decoration’ 의 절화수명은 0.
- 전자빔처리에 따른 잿빛 곰팡이병 병원균의 감수성 평가를 위해 대상병균인 B. cinerea 전자빔 조사 선량별 포자 발아율을 조사하였다. B.
- 전자빔 처리에 따른 잿빛 곰팡이병균의 감수성 평가를 위해 B. cinerea 균사 생장을 조사하였다. 감자한 천배지(PDA; Becton, Dickinson and Co.
- 전자빔을 조사한 잿빛 곰팡이병균을 토마토 유묘에 접종하여 전자빔의 in vivo 살균 활성을 검정하였다. 실험에 사용한 토마토 유묘는 4.
- 전자빔을 조사한 절화 장미는 온도 23 ± 1°C, 상대습도 70 ± 10%, 하루에 9시간 광조건이 유지되는 실험실로 옮긴 후, 길이 30cm로 재절단하여 증류수에 꽂았다.
- 4, 1, 2, 10kGy 선량으로 조사한 후, spray gun(1kg･cm-3)을 이용하여 4엽기 토마토 유묘 전체에 분무 접종하여 실험하였다. 접종한 토마토 유묘는 20℃습실상(상대습도 95% 이상)에 넣어 3일 동안 발병을 유도시킨 후 잎에 형성된 병반면적율(%)을 조사하였다. 실험은 5반복으로 실시하였고, 방제효과는 다음과 같은 식으로 계산하였다.
- 전자빔 조사는 대전에 위치한 EB-Tech(주)의 high energy linear accelerator(UEL V10-10S, 10MeV, 1mA, 10Kw)를 사용하였다. 조사선량은 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 2, 10, 20kGy였고, Radiochromic film dosimeter(GEXGAF3002DS, USA) (ISO/ASTM51275:2004(E))를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- cinerea 전자빔 조사 선량별 포자 발아율을 조사하였다. B. cinerea 균주는 한국화학연구원에서 분양받아 실험에 사용하였다. B.
- 실험에 사용한 토마토 유묘는 4.5cm 직경 플라스틱 포트에 파종하여 25± 5°C 온실에서 3주동안 재배하였다.
- 전자빔 조사는 대전에 위치한 EB-Tech(주)의 high energy linear accelerator(UEL V10-10S, 10MeV, 1mA, 10Kw)를 사용하였다. 조사선량은 0.
- 전자빔에 대한 절화 장미의 감수성 평가를 위해 ‘Decoration’, ‘Il se Bronze’, ‘Queen Bee’, ‘Revue’, ‘Vivian’ 5개 품종을 대상으로 실험하였다.
데이터처리
- 유의성 분석은 SAS ver. 9.2(SAS Institute, Cary, NC, USA)를 이용하여 Duncan의 다중 검정법으로 통계처리하였으며 유의 수준은 5%로 하였다.
- 전자빔 조사 선량과 균사생장 억제율과의 관계를 설명하기 위해 비선형 회귀분석(nonlinear regression method)를 실시하였고(SigmaPlot 10.0, Germany), 지수함 수 형태의 회귀 모형 y = a(1-e-bx) (Exponential Rise to Maximum, Single, 2 Parameter)를 이용하였다.
- 실험은 3반복으로 실시하였고, 포자 발아 조사는 광학현미경(×300) 하에서 발아관의 길이가 포자의 폭보다 긴 것을 발아한 것으로 간주하였다. 전자빔 조사 선량과 포자 발아 억제율과의 관계를 설명하기 위해 비선형 회귀분석(nonlinear regression method)를 실시하였고(SigmaPlot 10.0, Germany), Sigmoidal 함수 형태의 회귀 모형 y = a/(1+e(-(x-x0)/b)) (Sigmoidal, Sigmoid, 3 Parameter)를 이용하였다.
- 전자빔 조사 후 배양 온도에 따른 균사생 장 억제율을 비교하기 위해 비선형 회귀분석(nonlinear regression method)를 실시하였고(SigmaPlot 10.0, Germany), Sigmoidal 함수 형태의 회귀 모형 y = a/(1+e(-(x-x0)/b)) (Sigmoidal, Sigmoid, 3 Parameter)를 이용하였다.
성능/효과
- 10°C 배양온도에서 전자빔 선량이 0.4kGy에서 0.8kGy로 증가함에 따라 균사 생장 억제율은 증가하였으며, 특히 0.8kGy 전자빔 조사후 2일까지 균사 생장이 100% 억제되었다.
- 20°C 배양온도에서 전자빔의 균사 생장 억제 효과는 시간이 지남에 따라 크게 감소하였으며, 전자빔 조사 후 4일부터는 잿빛곰팡이병에 대한 균사 생장 억제 효과를 볼 수 없었다.
- sp. dianthi은 1.5kGy에서 포자 발아가 40% 억제되었고, 3kGy 이상에서는 100% 억제되었다고 하여 미생물 종류에 따라 전자빔에 대한 감수성에 차이가 있음을 알 수 있다. 전자빔처리는 DNA를 포함한 몇몇 분 자의 화학적 결합을 깨며, 그로 인하여 미생물의 증식을 억제하는 효과가 있는데(Fiester et al.
- 균사생장 실험 결과 포자 발아에 영향을 주는 선량보다 낮은 선량에서 균사의 생장이 억제되었으므로, B. cinerea의 전자빔 저항성은 포자가 균사에 비해 높다고 판단하였다. 감마선을 이용한 연구결과와 비교해보면, Sommer et al.
- 이상의 결과로부터 장미는 0.4kGy를 기준으로 전자빔에 대한 감수성을 구분할 수 있었는데, ‘Decoration’, ‘Il se Bronze’, ‘Queen Bee’, ‘Revue’는 0.4kGy 이하에서 전반적인 절화품질이 유지되었으나, ‘Vivian’은 0.2kGy 이하에서만 절화품질이 유지되었기 때문에 전자빔에 대한 감수성이 높다고 판단된다.
- 잿빛곰팡이병균의 균사 생장에 대한 전자빔 효과는 배양온도가 낮아짐에 따라 증가하였으며, 특히 10°C에서 가장 명확한 균사 생장 억제효과를 나타내었다.
- 5와 같다. 전자빔 선량이 증가함에 따라 토마토 유묘의 병 반면적율(%)은 감소하였으며, 전자빔 선량이 0.2, 0.4, 1, 2kGy로 증가함에 따라 방제효과도 14%, 28%, 47%, 52%로 증가하였다. 특히, 10kGy 선량의 전자빔 조사 시에는 잿빛 곰팡이병에 대하여 100% 방제효과를 보였다.
- 2와 같다. 전자빔 조사 4일 후에 균사생장을 조사한 결과, 전자빔 조사 선량이 높아질수록 균사 생장이 효과적으로 억제되었고, 특히 2kGy 선량에서 균사 생장이 70.1% 억제되었다. 회귀분석 결과, B.
- 전자빔 조사 후 장미의 개화단계를 조사한 결과, 무처리 구가 가장 높은 점수를 보여 봉오리가 정상적으로 개화했음 을 알 수 있었고, 조사선량이 높아질수록 개화가 지연되면 서 화경 감소를 보이긴 했으나, 5개 품종 모두 0.4kGy 이하 에서 무처리구와 비슷하였고, 1kGy 이상에서는 개화가 지 속되지 못하고 봉오리 상태로 시드는 현상이 관찰되었다. 이러한 현상은 전자빔 감수성을 평가하는 지표로 사용할 수 있으며, Chang et al.
- cinerea의 감수성을 포자 발아 억제율을 통해 비교하였다. 전자빔 조사 선량이 높아짐에 따라 포자 발아가 억제되었고, 포자 발아는 1kGy와 2kGy 선량에서 각각 18.4%와 47.9% 억제되었다 (Fig. 1).회귀분석 결과 B.
- 4, 1, 2kGy로 증가함에 따라 방제효과도 14%, 28%, 47%, 52%로 증가하였다. 특히, 10kGy 선량의 전자빔 조사 시에는 잿빛 곰팡이병에 대하여 100% 방제효과를 보였다. 이러한 결과는 1.
- 8kGy전자빔 조사 후 2일까지 균사생장이 100% 억제되었다. 회귀분석 결과, 50% 균사생장 억제율을 보이는 시간은 0.4kGy와 0.8kGy에서 각각 4.6일, 6.2일이었다 (Fig. 4A). 배양 온도가 10°C에서 15°C로 높아짐에 따라 전자빔의 균사생장 억제 효과는 초기엔 높게 유지되다가 시간이 지남에 따라 급격하게 감소하였다.
- 1).회귀분석 결과 B. cinerea 포자 발아를 50% 억제하는 선량(ED50)은 2.02kGy로 나타났으며, 10kGy 이상에서 포자 발아가 완전히 억제되었다. Chang et al.
- 회귀분석 결과, 15°C에서 50% 균사 생장 억제율을 보이는 시간은 0.4kGy와 0.8kGy에서 각각 3.0일, 3.7일이었다(Fig. 4B).
- 20°C 배양 온도에서 전자빔의 균사생장 억제 효과는 시간이 지남에 따라 크게 감소하였으며, 전자빔 조사 후 4일부터는 잿빛 곰팡이병에 대한 균사 생장 억제 효과를 볼 수 없었다. 회귀분석 결과, 50% 균사 생장억제율을 보이는 시간은 0.8kGy에서 1.2일이었으며, 0.4kGy에서는 전자빔 조사 후 1일부터 30.77%의 낮은 균사생장 억제율을 보였다 (Fig. 4C).
- 1% 억제되었다. 회귀분석 결과, B. cinerea 균사 생장을 50% 억제하는 선량(ED50)은 0.89kGy로 나타났으며, 10kGy 이상에서는 균사생장이 100% 억제되었다. 이러한 결과는 Orilikowski et al.
후속연구
- 4kGy 이상인 점을 감안하면(APHIS, 2002, 2006), 장미 품종에 따른 차이는 있지만 절화품질의 손상 없이 검 역에 사용 가능할 것으로 기대된다. 잿빛곰팡이병을 방제하 는 선량으로 전자빔을 조사할 경우 절화 장미의 품질이 급 격하게 저하될 수 있으나, 절화 장미에 0.4kGy 전자빔을 조사한 후 저온으로 유통하여 B. cinerea 생장을 지연시킨다면 수출과정중 잿빛곰팡이병의 효과적인 제어가 가능하리라 생각한다. 추후 전자빔에 대한 감수성이 높은 품종에 대해 피해를 경감시킬 수 있는 수확 후 처리법에 대한 연구가 필요하다.
- cinerea 생장을 지연시킨다면 수출과정중 잿빛곰팡이병의 효과적인 제어가 가능하리라 생각한다. 추후 전자빔에 대한 감수성이 높은 품종에 대해 피해를 경감시킬 수 있는 수확 후 처리법에 대한 연구가 필요하다.
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