기내에서 Light-Emitting Diodes(LEDs)를 이용한 광질과 광조사 방법이 사과 토양병원균의 균사생장에 미치는 영향 In Vitro Effect on Light Qualities and Lighting Types Provided by Light-Emitting Diodes (LEDs) for the Mycelia Growth of Soil-Borne Fungal Pathogens in Apple원문보기
본 연구는 LEDs를 이용한 광질과 광조사 방법이 사과나무를 고사시키는 토양병원균 4종의 균사생장에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, P. cactorum KACC40166 (역병균), A. rolfsii KACC40170 (흰비단병균) 및 H. mompa KACC40836 (자주날개무늬병균) 균주는 광조사 방법 간에 차이 없이 대조구와 비교하여 처리 간 10% 이내의 차이로 유사한 균사생장을 보였다. 그렇지만, R. necatrix KACC40168 (흰날개무늬병균) 균주의 균사생장은 광조사 방법 간에 공통으로 대조구와 비교하여 LED 청색광, 청색+녹색 혼합광, 청색+적색 혼합광 및 형광등 조사에서 유의하게 억제되었다. R. necatrix KACC40168 균주의 멜라닌 색소는 광조사 방법과는 상관 없이 LED 녹색광과 형광등 하에서 상대적으로 강하게 발현된 반면에, LED 적색광과 대조구에서는 유도되지 않았다. 더욱이, R. necatrix KACC40168 균주의 균사 폭은 광조사 방법 간에 공통으로 대조구와 비교하여 LED 청색광과 청색+녹색 혼합광에서 유의성 있게 얇아졌다.
본 연구는 LEDs를 이용한 광질과 광조사 방법이 사과나무를 고사시키는 토양병원균 4종의 균사생장에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, P. cactorum KACC40166 (역병균), A. rolfsii KACC40170 (흰비단병균) 및 H. mompa KACC40836 (자주날개무늬병균) 균주는 광조사 방법 간에 차이 없이 대조구와 비교하여 처리 간 10% 이내의 차이로 유사한 균사생장을 보였다. 그렇지만, R. necatrix KACC40168 (흰날개무늬병균) 균주의 균사생장은 광조사 방법 간에 공통으로 대조구와 비교하여 LED 청색광, 청색+녹색 혼합광, 청색+적색 혼합광 및 형광등 조사에서 유의하게 억제되었다. R. necatrix KACC40168 균주의 멜라닌 색소는 광조사 방법과는 상관 없이 LED 녹색광과 형광등 하에서 상대적으로 강하게 발현된 반면에, LED 적색광과 대조구에서는 유도되지 않았다. 더욱이, R. necatrix KACC40168 균주의 균사 폭은 광조사 방법 간에 공통으로 대조구와 비교하여 LED 청색광과 청색+녹색 혼합광에서 유의성 있게 얇아졌다.
We have studied the mycelia growth of four soil-borne fungal pathogens under light qualities and two lighting types (continuous and intermittent) provided by light-emitting diodes (LEDs). As a result, each mycelia growth on Phytophthora cactorum KACC40166, Athelia rolfsii KACC40170, and Helicobasidi...
We have studied the mycelia growth of four soil-borne fungal pathogens under light qualities and two lighting types (continuous and intermittent) provided by light-emitting diodes (LEDs). As a result, each mycelia growth on Phytophthora cactorum KACC40166, Athelia rolfsii KACC40170, and Helicobasidium mompa KACC40836 strain showed the similar growth rates within 10% or less difference among treatments compared to dark control, regardless of lighting types. However, the mycelia growth on Rosellinia necatrix KACC40168 strain was significantly suppressed by blue, blue+green and blue+red LED as well as fluorescent lamp compared to a dark control, in common with lighting types. The melanin pigment on R. necatrix KACC40168 strain showed relatively to induce more strongly under green LED and fluorescent lamp, whereas no induction under red LED and a control, regardless of lighting types. Thus, the hypha width on R. necatrix KACC40168 was significantly thinned by blue and blue+green LED compared to a control, in common with lighting types.
We have studied the mycelia growth of four soil-borne fungal pathogens under light qualities and two lighting types (continuous and intermittent) provided by light-emitting diodes (LEDs). As a result, each mycelia growth on Phytophthora cactorum KACC40166, Athelia rolfsii KACC40170, and Helicobasidium mompa KACC40836 strain showed the similar growth rates within 10% or less difference among treatments compared to dark control, regardless of lighting types. However, the mycelia growth on Rosellinia necatrix KACC40168 strain was significantly suppressed by blue, blue+green and blue+red LED as well as fluorescent lamp compared to a dark control, in common with lighting types. The melanin pigment on R. necatrix KACC40168 strain showed relatively to induce more strongly under green LED and fluorescent lamp, whereas no induction under red LED and a control, regardless of lighting types. Thus, the hypha width on R. necatrix KACC40168 was significantly thinned by blue and blue+green LED compared to a control, in common with lighting types.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 LED 청색, 적색 및 녹색 단일광과 이것의 혼합광 하에서 연속 및 간헐적 광조사 방법이 사과나무를 고사시키는 토양병원균인 역병균, 흰비단병균, 자주날개무늬병균 및 흰날개무늬병균의 균사생장에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
LED chamber 내 평균 온도는 22oC±1oC였고 상대습도는 50%±10%로 유지하였다. Chamber 내 광질은 LED 청색(B, 450 nm), 적색(R, 660 nm), 녹색(G, 540 nm)의 단일광 3종과청색+녹색(BG), 청색+적색(BR) 및 녹색+적색(GR)의 혼합광 3종 등 총 6종으로 하였으며, 대조구인 암조건(D)과 형광등(FL) 처리를 두었다. 각 광질별 조사 광강도는 80 µmolㆍm–2ㆍs–1로 설정하였다.
각 광질별 조사 광강도는 80 µmolㆍm–2ㆍs–1로 설정하였다. LED 혼합광인 BG, BR 및 GR 처리구에서 각 광질의 혼합비율은 1:1로 조절하였다. 광조사 방법은 1일 16시간을 기준으로 하여 명기 16시간을 연속하여 광을 조사하는 연속 조사구와 명기 16시간 동안 초당 20회 점등과 점멸을 반복적으로 조절한 간헐 조사구로 나누어 광을 조사하였다.
LEDs를 광원으로 한 광질 및 광조사 방법에 의한 토양병원균의 균사생장을 비교하기 위하여 PDA 배지에 배양한 균의 agar plug를 PDA 배지에 치상한 다음, LED Chamber System (Sungjae Inc., Seoul, Korea)을 이용하여 4–14일 동안 배양하였다.
LEDs를 이용한 광 처리 방법.
각각의 균 배양 및 균사생장 검정을 위해 인공배지인 potato dextrose agar (PDA; Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD, USA) 배지를 멸균 후, Petri dish(90×15 mm; SPL Lifescience, Seoul, Korea)에 분주한 다음 사용하였다.
LED 혼합광인 BG, BR 및 GR 처리구에서 각 광질의 혼합비율은 1:1로 조절하였다. 광조사 방법은 1일 16시간을 기준으로 하여 명기 16시간을 연속하여 광을 조사하는 연속 조사구와 명기 16시간 동안 초당 20회 점등과 점멸을 반복적으로 조절한 간헐 조사구로 나누어 광을 조사하였다.
흰날개무늬병균의 흰색 균총에서 접종 부위를 중심으로 나타나는 검은색 또는 갈색으로 보이는 멜라닌 색소를 농촌진흥청 사과연구소에 의뢰하여 확인한 다음, 육안으로 관찰하여 강, 중, 약으로 구분하였다. 또한, 균사 폭은 광학현미경(Leica DMRE; Leica, Wetzlar, Germany)을 이용하여 측정하였고 균사 격벽이 부풀어 있는 부위와 부풀지 않은 부위로 구분하여 10곳을 임의로 정하여 측정하였다.
실험은 3–4반복으로 2회 수행하였다.
처리별 각 균주의 균 총 폭은 장축과 단축으로 나누어 버니어캘리퍼스(Mitutoyo, Tokyo, Japan)로 측정하고 평균값을 구하였다. 실험은 3–4반복으로 2회 수행하였다.
실험은 3–4반복으로 2회 수행하였다. 흰날개무늬병균의 흰색 균총에서 접종 부위를 중심으로 나타나는 검은색 또는 갈색으로 보이는 멜라닌 색소를 농촌진흥청 사과연구소에 의뢰하여 확인한 다음, 육안으로 관찰하여 강, 중, 약으로 구분하였다. 또한, 균사 폭은 광학현미경(Leica DMRE; Leica, Wetzlar, Germany)을 이용하여 측정하였고 균사 격벽이 부풀어 있는 부위와 부풀지 않은 부위로 구분하여 10곳을 임의로 정하여 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 공시재료는 난균류인 역병균(P. cactorum KACC40166), 담자균류인 흰비단병균(A. rolfsii KACC40170)과 자주날개무늬병균(H. mompa KACC40836) 및 자낭균류인 흰날개무늬병균(R. necatrix KACC40168)으로 이들 균주를 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원정보센터(www.genebank.go.kr)에서 분양 받아 사용하였다. 각각의 균 배양 및 균사생장 검정을 위해 인공배지인 potato dextrose agar (PDA; Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD, USA) 배지를 멸균 후, Petri dish(90×15 mm; SPL Lifescience, Seoul, Korea)에 분주한 다음 사용하였다.
분양 받은 각각의 균주는 Cork borer 2호(Usbeck, Radevormwald, Germany)를 이용하여 PDA 배지에 치상하고 항온배양기(MIR-154; Panasonic, Tokyo, Japan)의 온도를 22oC±1oC로 조절하여 1–2주간 계대배양 후 시험재료로 사용하였다.
데이터처리
처리 간 통계분석은 CoStat 6400 (CoHort Software, Monterey, CA, USA) 프로그램을 이용하여 분석하였으며, 처리 간 유의성은 5% 수준에서 Duncan’s multiple range test로 검정하였다.
성능/효과
cactorum KACC40166 균주는 광조사 방법인 연속 및 간헐조사에서 광질 간 균사생장에 미치는 영향이 상이하였고 공통적인 광질은 없었다. A. rolfsii KACC40170 균주는 연속 및 간헐조사 모두 B와 BG 처리구에서 균사생장이 유의성 있게 억제되었고 H. mompa KACC40836 균주는 B 처리구에서 균사생장이 유의하게 억제되었다. 그렇지만, 이상의 균주들은 광질과 광조사 방법 간 통계적 차이가 인정됨에도 불구하고 대조구와의 차이가 10% 이내로 아주 유사한 균사생장 양상을 보였다.
cactorum KACC40166 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 G 처리구에서 통계적으로 유의하게 억제되었고 GR 처리구에서는 유의하게 촉진되었으며, 나머지 처리구에서는 차이가 인정되지 않았다. A. rolfsii KACC40170 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구 대비 FL, B 및 BG 처리구에서 유의하게 억제되었고 H. mompa KACC40836 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 B, BG 및 BR 처리구에서 유의하게 억제되었다. 한편, R.
cactorum KACC40166 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 FL, G, R 및 BG 처리구에서 유의하게 촉진되었다. A. rolfsii KACC40170 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 B, G, R, BG 및 BR 처리구에서 유의하게 억제되었으나, FL 처리구에서는 유의하게 촉진되는 것으로 나타났다. H.
rolfsii KACC40170 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 B, G, R, BG 및 BR 처리구에서 유의하게 억제되었으나, FL 처리구에서는 유의하게 촉진되는 것으로 나타났다. H. mompa KACC40836 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 B와 G 처리구에서 유의하게 억제되었다. 또한, R.
LEDs를 이용한 광질과 광조사 방법이 사과 토양병원균 4종의 균사생장에 미치는 영향을 조사한 결과에서 P. cactorum KACC40166 균주는 광조사 방법인 연속 및 간헐조사에서 광질 간 균사생장에 미치는 영향이 상이하였고 공통적인 광질은 없었다. A.
LEDs를 이용한 간헐조사가 사과 토양병원균 4종의 균사생장에 미치는 영향을 조사한 결과는 Table 2와 같다. P. cactorum KACC40166 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 FL, G, R 및 BG 처리구에서 유의하게 촉진되었다. A.
LEDs를 이용한 연속조사가 사과 토양병원균 4종의 균사생장에 미치는 영향을 조사한 결과는 Table 1과 같다. P. cactorum KACC40166 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 G 처리구에서 통계적으로 유의하게 억제되었고 GR 처리구에서는 유의하게 촉진되었으며, 나머지 처리구에서는 차이가 인정되지 않았다. A.
R. necatrix KACC40168 균주의 멜라닌 색소의 발현 정도는 G>FL>B=BG=BR=GR>R=D 처리구 순이었다.
1 및 Table 3과 같고 균사 폭을 조사한 결과는 Table 4와 같다. 광조사 방법인 연속 및 간헐조사 모두 G와 FL 처리구에서 멜라닌 색소가 상대적으로 강하게 유도되었고 청색광을 포함한 B, BG 및 BR 처리구와 GR 처리구에서는 약하게 발현되었으며, D와 R 처리구에서는 유도되지 않았다. 또한, 광학현미경 하에서 균사 폭을 조사한 결과, 팽윤부가 없는 균사 폭은 대조구 D 처리구와 비교하여 B, R, BG 및 GR 처리구에서 유의하게 얇았다.
mompa KACC40836 균주는 B 처리구에서 균사생장이 유의하게 억제되었다. 그렇지만, 이상의 균주들은 광질과 광조사 방법 간 통계적 차이가 인정됨에도 불구하고 대조구와의 차이가 10% 이내로 아주 유사한 균사생장 양상을 보였다. 한편, R.
necatrix KACC40168 균주만이 광에 반응할 수 있는 광 수용체가 있을 것이라 생각된다. 더불어, B, BG 및 BR 처리구와 같이 LED 청색광이 포함된 광질은 광 수용체를 통해 주로 균사생장을 억제시키는 효과가 있고 LED 녹색광은 멜라닌 색소 발현에 뚜렷한 영향을 주는 것으로 보아 병원성 증가에 영향이 있을 것이라 판단된다. 또한, 형광등 조사는 균사생장을 억제하고 멜라닌 색소 유도를 증가시키는 데 효과적인 광원으로 생각하며, 향후 R.
mompa KACC40836 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 B와 G 처리구에서 유의하게 억제되었다. 또한, R. necatrix KACC40168 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 FL, B, G, BG 및 BR 처리구에서 유의하게 억제되었으나 R 처리구에서는 유의성 있게 촉진되었다.
광조사 방법인 연속 및 간헐조사 모두 G와 FL 처리구에서 멜라닌 색소가 상대적으로 강하게 유도되었고 청색광을 포함한 B, BG 및 BR 처리구와 GR 처리구에서는 약하게 발현되었으며, D와 R 처리구에서는 유도되지 않았다. 또한, 광학현미경 하에서 균사 폭을 조사한 결과, 팽윤부가 없는 균사 폭은 대조구 D 처리구와 비교하여 B, R, BG 및 GR 처리구에서 유의하게 얇았다. 팽윤부가 있는 부위의 균사 폭은 대조구 D 처리구와 비교하여 B, R, BG, BR 및 GR 처리구에서 유의성 있게 얇았고 팽윤부의 폭은 B와 BG 처리구에서 유의하게 얇았다.
이러한 결과를 토대로, 본 실험에 사용한 사과 토양병원균 4종 중 R. necatrix KACC40168 균주만이 광에 반응할 수 있는 광 수용체가 있을 것이라 생각된다. 더불어, B, BG 및 BR 처리구와 같이 LED 청색광이 포함된 광질은 광 수용체를 통해 주로 균사생장을 억제시키는 효과가 있고 LED 녹색광은 멜라닌 색소 발현에 뚜렷한 영향을 주는 것으로 보아 병원성 증가에 영향이 있을 것이라 판단된다.
특히, B, BG 및 BR 등의 청색광을 포함한 처리구와 FL 처리구는 대조구인 D 처리구 대비 균사생장을 2–3배 억제시켰다.
또한, 광학현미경 하에서 균사 폭을 조사한 결과, 팽윤부가 없는 균사 폭은 대조구 D 처리구와 비교하여 B, R, BG 및 GR 처리구에서 유의하게 얇았다. 팽윤부가 있는 부위의 균사 폭은 대조구 D 처리구와 비교하여 B, R, BG, BR 및 GR 처리구에서 유의성 있게 얇았고 팽윤부의 폭은 B와 BG 처리구에서 유의하게 얇았다.
그렇지만, 이상의 균주들은 광질과 광조사 방법 간 통계적 차이가 인정됨에도 불구하고 대조구와의 차이가 10% 이내로 아주 유사한 균사생장 양상을 보였다. 한편, R. necatrix KACC40168 균주는 연속 및 간헐조사 모두 GR 처리구를 제외한 나머지 FL, B, G, R, BG 및 BR 처리구에서 유의성 있게 억제되었다. 특히, B, BG 및 BR 등의 청색광을 포함한 처리구와 FL 처리구는 대조구인 D 처리구 대비 균사생장을 2–3배 억제시켰다.
mompa KACC40836 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구와 비교하여 B, BG 및 BR 처리구에서 유의하게 억제되었다. 한편, R. necatrix KACC40168 균주의 균사생장은 대조구인 D 처리구 대비, 모든 처리구에서 유의성 있게 억제되었다.
후속연구
necatrix 균주 간 균사생장, 멜라닌 색소 정량 및 병원성 검정 등에 관한 상세한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 더욱이 LEDs를 이용한 병 방제는 흰가루병 및 잿빛곰팡이병 등 주로 지상부 병원성 균류에 한정되어 연구된(Choi 등, 2013; Kim 등, 2013; Suthaparan 등, 2010) 실정으로 경제적 가치가 높은 작물이나 식물공장 등 환경을 제어할 수 있는 시설에서 지하부 병 방제에 활용될 수 있을 것이며, 나아가 지속적 강우나 광량 부족 등 병 발생에 유리한 기상조건에서 LEDs를 이용한 보광으로 사과갈반병이나 탄저병 등 지상부에 발생하는 병을 제어할 수 있을 것이라 판단된다.
또한, 균류는 광에 포함된 에너지로 환경에 대한 정보를 얻고 생리적 반응을 이끌어 광형태형성(photomorpho-genesis)에 효과적으로 작용하지만 광강도에 따라 상이하다는 보고(Casas-Flores와 Herrera-Estrella, 2016)와 백색광이 Aspergillus nidulans의 분생자형성을 유도(Purschwitz 등, 2008) 및 청색광이 생물적 방제제로 이용되는 곤충병원성 곰팡이인 Paecilomyces fumosoroseus의 포자 생산에 효과적(Casas-Flores와 Herrera-Estrella, 2016)이라는 보고처럼 향후, R. necatrix 균주별로 LED 청색 단일광 및 혼합광에 따른 균사생장, 포자 생산 및 발아 검정이 필요할 것으로 생각된다.
더불어, B, BG 및 BR 처리구와 같이 LED 청색광이 포함된 광질은 광 수용체를 통해 주로 균사생장을 억제시키는 효과가 있고 LED 녹색광은 멜라닌 색소 발현에 뚜렷한 영향을 주는 것으로 보아 병원성 증가에 영향이 있을 것이라 판단된다. 또한, 형광등 조사는 균사생장을 억제하고 멜라닌 색소 유도를 증가시키는 데 효과적인 광원으로 생각하며, 향후 R. necatrix 균주 간 균사생장, 멜라닌 색소 정량 및 병원성 검정 등에 관한 상세한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 더욱이 LEDs를 이용한 병 방제는 흰가루병 및 잿빛곰팡이병 등 주로 지상부 병원성 균류에 한정되어 연구된(Choi 등, 2013; Kim 등, 2013; Suthaparan 등, 2010) 실정으로 경제적 가치가 높은 작물이나 식물공장 등 환경을 제어할 수 있는 시설에서 지하부 병 방제에 활용될 수 있을 것이며, 나아가 지속적 강우나 광량 부족 등 병 발생에 유리한 기상조건에서 LEDs를 이용한 보광으로 사과갈반병이나 탄저병 등 지상부에 발생하는 병을 제어할 수 있을 것이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사과나무를 고사시키는 토양 진균병에는 무엇이 있나?
일반적으로 사과나무를 고사시키는 토양 진균병에는 역병(Phytophthora root rot, Phytophthora cactorum 및 P. cambovora), 흰비단병(southern blight, Athelia rolfsii), 자주날개무늬병균(violet root rot, Helicobasidium mompa), 흰날개무늬병(white root rot, Rosellinia necatrix) 등이 있다(KSPP, 2009; Lee 등, 2006; RDA, 1993).
토양병의 병징이 나타난 후에는 이미 수세회복이 불가능한 경우가 많은 이유는?
토양병의 전염 및 감염 등 발병과정에는 다양한 토양 환경조건이 관여하므로 사과나무의 지상부에서 발생하는 병과는 상이하다(Tadao, 1984). 토양병은 지상부에서 병징이 관찰되기 전까지는 병의 발생이 육안으로 확인되지 않고 피해가 진행된다. 또한, 병징이 나타난 후에는 이미 지하부의 절반 이상이 피해를 받은 상태로 수세회복이 거의 불가능한 경우가 대부분이다(Lee, 1995).
식물병원균의 생장에 미치는 LEDs에 관한 연구가 진행되는 이유는?
한편, 반도체소자인 발광다이오드(light-emitting diodes, LEDs)는 다수 원예작물의 생장 및 형태형성에 미치는 영향을 구명하기 위한 인공광원의 하나로 이용되고 있다(Heo 등, 2012, 2013). 최근 들어 식물병원균의 생장에 미치는 LEDs의 영향에 관한 연구도 활발히 진행되고 있는데, 일반적으로 광질과 광량은 곰팡이 생활사에서 포자 발아, 균사 생장, 생식 및 휴면 구조의 발달에 양성 굴광성(positive phototropism) 또는 음성 굴광성(negative phototropism)으로 작용한다(Casas-Flores와 Herrera-Estrella, 2016). LED 청색광은 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea)의 균사생장을 억제한다고 보고(Choi 등, 2013; Kim 등, 2013)하였고 Suthaparan 등(2010)은 장미 하우스 재배에서 흰가루병을 억제하는 데 있어 야간에 LED 적색광 조사가 효과적이라고 하였다.
참고문헌 (25)
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