[논문]키틴분해미생물을 이용한 인삼 잘록병 방제

김영철; 정현채; 배영석; 박서기

doi:10.5423/rpd.2018.24.4.353

키틴분해미생물을 이용한 인삼 잘록병 방제
Control of Ginseng Damping-Off Disease Using Chitinolytic Bacterial Mixtures 원문보기

Research in plant disease = 식물병연구, v.24 no.4, 2018년, pp.353 - 358

김영철 (전남대학교 응용생물학과) , 정현채 (순천대학교 산림자원학과) , 배영석 (국립원예특작과학원인삼과) , 박서기 (순천대학교식물의학과)

초록
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본 연구팀에서 개발한 키틴분해미생물 대량배양 bioformulated product는 다양한 작물의 병과 선충의 생물적 방제에 성공적으로 이용되어 왔다. 이 연구에서는 개발된 키틴분해미생물 대량배양 기술을 활용하여 인삼 모잘록병의 생물적 방제법을 확립하고자 수행하였다. 인삼 잘록병 오염 토양을 이용한 포트에서 키틴최소배지에서 배양한 키틴분해미생물 Chrobacterium sp.와 L. enzymogenes 혼합배양액 처리구에는 인삼의 출아율과 인삼 잘록병율이 통계적으로 유의하게 감소하였다. 개발된 키틴분해미생물 배양액의 생물적 방제 능력은 희석여부와 처리시기에 따라 차이를 보였다. 인삼 포장에서 혼합배양액을 파종 전 종자침지하고 출아기에는 토양관주하였을 때, 본포의 2년생 인삼에서 배양원액은 2회 토양관주, 10배 희석액은 3회 토양관주에서 높은 방제효과를 나타냈다. 토직 본포의 경우 배양 원액의 종자 침지에 의한 방제효과는 낮았지만, 종자침지 후 1회 또는 2회 토양관주는 살균제인 톨클로로포스메틸수화제의 종자분의소독과 비슷한 수준의 방제효과를 보였다. 이러한 결과는 Chromobacterium sp. C-61와 L. enzymogenes C-3의 혼합배양액을 이용하여 인삼 잘록병 방제에 화학적 살균제를 대신할 수 있을 효과적인 대안이 될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

An effective bioformulation of mixtures of chitin-degrading bacteria has been used successfully to control plant diseases and nematodes. In this study, the bioformulation approach was assessed to control damping-off disease of ginseng. In pot experiments with soils infested with dapming-off pathogens of ginseng, root-drenchings of Chrobacterium sp. C-61, Lysobacterium enzymogenes C-3, and mixture of two bacterial strains grown in chitin minimal medium were signficantly increased emergence of seeds and reduced damping-off disease incidence of seedlings. Efficacy of the bioformulated product depended on the dose and timing of application. In two-year-old ginseng field, the high control efficacies were achieved by soil drenching of two times with an undiluted product or three times with a 10-fold diluted product. In a To-jik nursery (self soil nursery), biocontrol efficacy of the undiluted product against damping-off disease were similar to that of a seed dressing with fungicide, Tolclofos-methyl WP. These results suggest that the bioformulated product containing Chromobacterium sp. C-61 and L. enzymogenes C-3 could be an effective approach to control of ginseng damping-off disease.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Biocontrol efficacies of the selected chitinolytic bacteria against ginseng damping-off pathogens. (A) In vitro inhibitory activity of the chitin-degrading bacteria (Serratia plymuthica C-1, Chromobacterium sp. C-61; Ly, Lysobacter enzymogenes C-3) on PDA against damping-off pathogens of ginseng: Rh, Rhizoctonia solani; Py, Pythium ultimum. (B) In pot biocontrol efficacies of the selected chitin degrading bacterial cultures grown in a chitin mimimal medium. Ginseng seedlings with damping-off disease infested soils in plastic pots were treated with bacterial cultures or sterile chitin minimal medium as control.
표 Table 1. Effect of chitinolytic bacterial cultures on emergence of seeds and damping-off incidence of seedlings in pots with natural infested soil
표 Table 2. Effects of chitinolytic bacterial cultures on emergence of seeds and damping-off incidence of seedlings in pots with patho-gen-infected soils
표 Table 3. Control efficacy of a combined culture of Chromobacterium sp. C-61 and Lysobacter enzymogenes C-3 on damping-off disease in two-year-old gingseng filed
표 Table 4. Control efficacy of a combined culture of Chromobacterium sp. C-61 and Lysobacter enzymogenes C-3, and a fungicide on damping-off disease in ginseng nursery

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구팀에서 개발한 키틴분해미생물 대량배양 bioformulated product는 다양한 작물의 병과 선충의 생물적 방제에 성공적으로 이용되어 왔다. 이 연구에서는 개발된 키틴분해미 생물 대량배양 기술을 활용하여 인삼 모잘록병의 생물적 방제법을 확립하고자 수행하였다. 인삼 잘록병 오염 토양을 이용한 포트에서 키틴최소배지에서 배양한 키틴분해미생물 Chrobacterium sp.
이 연구에서는 인삼 잘록병을 연구팀에서 기 개발한 키틴분해 미생물의 대량 배양 기법을 이용하여 방제하기 위하여 처리방법과 시기 등을 in vitro pot 조건에서 확립하여 인삼 모포와 본포에서 활용하기 위해 처리시기를 확립하고자 하였다. 본 연구결과는 키틴분해 미생물 Chromobacterium sp.

제안 방법

혼합배양액은 키틴 함유배지가 들어 있는 대량배양기 (500 L)에 NB에서 28° C, 180 rpm으로 1일간 배양한 두 균주의 100 ml씩을 접종하고 28°C에서 10일 동안 배양하여 사용하였다(Kim 등, 2008). 1년생 묘삼이 이식된 본포에는 혼합배양액의 원액과 10배 희석액을 출아기에 각각 1회(4월 15일), 2회(4월 15일, 4월 25일), 3회(4월 15일, 25일, 5월 5일) 토양 관주하고, 무처리는 동량의 물을 관주하여 6월 5일에 모잘록병 발생을 조사하였다. 각 처리구당 각 200주 인삼에 3반복으로 완전임의배치법으로 수행하였다.
1년생 묘삼이 이식된 본포에는 혼합배양액의 원액과 10배 희석액을 출아기에 각각 1회(4월 15일), 2회(4월 15일, 4월 25일), 3회(4월 15일, 25일, 5월 5일) 토양 관주하고, 무처리는 동량의 물을 관주하여 6월 5일에 모잘록병 발생을 조사하였다. 각 처리구당 각 200주 인삼에 3반복으로 완전임의배치법으로 수행하였다.
개갑 종자를 파종한 토직 모포에서는 배양원액을 종자침지, 종자침지+미생물 1회 토양관주, 종자침지+미생물 2회 토양관주하여 살균제의 분의 처리 효과와 비교하였다. 종자침지는 파종 직전(2009년 12월 10일) 배양원액에 1시간 침지 후 풍건하였다.
동일한 방법으로 조제한 키틴분해미생물 배양액은 인삼 탄저병과 점무늬병의 친환경적 방제에 활용되었다(Kim 등, 2010b). 이 연구에서 기존에 개발된 키틴분해미생물의 혼합체를 이용하여 인삼의 모잘록병의 친환경방제 매뉴얼을 제시하였다. 인삼에 병원성을 보인 S.
자연 감염된 토양과 병원균 접종 토양을 플라스틱 박스 (43 cm×26 cm×15 cm)에 넣고 개갑된 인삼 종자(15-20립)를 파종 후 키틴분해미생물 배양액 200 ml씩을 토양 관주하였다. 자연 감염된 토양에는 각 균주의 단독 배양액을 처리하였고, R.

대상 데이터

이 연구에서는 S. plumutdia C-1 균주를 제외한 나머지 두 개 균주들을 인삼 모잘록병의 방제에 이용하였다.
enzymogenes strain C-3 (Kim 등, 2008)를 이용하였다. 인삼 모잘록병균인 Rhizoctonia solani KACC 40123는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원정보 센터(Korean Agricultural Culture Collection (KACC), National Agrobiodiversity Center, Jeon-ju, Korea)에서 분양받았고, Pythium ultimum은 국립원예특작과학원 인삼과로부터 분양 받았다.
자연 감염된 토양은 전남 해남군 산이면 인삼포장의 토양을 사용했다. 일부 토양은 잘록병균은 R.

데이터처리

0 software (IBM Corporation, Somers, New York, USA)를 사용하여 일원배치 분산분석(ANOVA)을 수행하였다. F 값이 유의한 경우에만 Duncan의 다중검정방법(Duncan’s multiple range test)과 선형회귀분석으로 유의수준 0.05에서 통계적 유의성을 검정하였다.
본 연구에서 모든 결과의 통계처리는 각 처리 평균간의 차이에 의한 유의성 검정은 통계분석은 SPSS 23.0 software (IBM Corporation, Somers, New York, USA)를 사용하여 일원배치 분산분석(ANOVA)을 수행하였다. F 값이 유의한 경우에만 Duncan의 다중검정방법(Duncan’s multiple range test)과 선형회귀분석으로 유의수준 0.

성능/효과

C-61과 L. enzymogenes C-3 배양액은 각각 88.9%와 86.7%의 출아율, 4.5%와 3.4%의 발병률로 우수한 방제효과를 나타냈다(Table 1, Fig. 1B).
와 L. enzymogenes 혼합배양액 처리구에는 인삼의 출아율과 인삼 잘록병율이 통계적으로 유의하게 감소하였다. 개발된 키틴분해미생물 배양액의 생물적 방제 능력은 희석여부와 처리시기에 따라 차이를 보였다.
ultimum 인공접종 처리구, 잘록병 발생에는 R. solani 처리구에서 통계적으로 유의하게 영향을 미쳤고, 두 병원균을 동시 접종 한 처리구에서 출아율과 잘록병 발생율이 높았다(Table 2). 멸균 토양에서도 3.
enzymogenes 혼합배양액 처리구에는 인삼의 출아율과 인삼 잘록병율이 통계적으로 유의하게 감소하였다. 개발된 키틴분해미생물 배양액의 생물적 방제 능력은 희석여부와 처리시기에 따라 차이를 보였다. 인삼 포장에서 혼합배양액을 파종 전 종자침지하고 출아기에는 토양관주하였을 때, 본포의 2년생 인삼에서 배양원액은 2회 토양관주, 10배 희석액은 3회 토양관주에서 높은 방제효과를 나타냈다.
인삼 잘록병균인 R. solani에 대한 억제력은 Chromobacterium sp. C-61과 L. enzymogenes C-3 균주에서 높은 반면에 P. ultimum에 대한 억제력은 S. plymuthica C-1 균주에서 높았다 (Fig. 1A).
개발된 키틴분해미생물 배양액의 생물적 방제 능력은 희석여부와 처리시기에 따라 차이를 보였다. 인삼 포장에서 혼합배양액을 파종 전 종자침지하고 출아기에는 토양관주하였을 때, 본포의 2년생 인삼에서 배양원액은 2회 토양관주, 10배 희석액은 3회 토양관주에서 높은 방제효과를 나타냈다. 토직 본포의 경우 배양 원액의 종자 침지에 의한 방제효과는 낮았지만, 종자침지 후 1회 또는 2회 토양관주는 살균제인 톨클로로포스메틸수화제의 종자분의소독과 비슷한 수준의 방제 효과를 보였다.
키틴분해미생물 배양액 단독 처리구는 살균제수준의 방제효과에 미치지 못하지만, 처리횟수를 증가시키면 친환경적으로 인삼 잘록병을 살균제 처리구와 비슷한 수준으로 방제할 수 있는 가능성을 보였으며, 특히 토직 모포에서도 종자침지+출아기의 1, 2회 토양관주에 의해서 친환경 묘삼의 생산이 가능할 것으로 추정된다. 키틴분해미생물은 농가에서 1대의 배양기를 이용하여 대량배양(500 L; Kim 등, 2017)함으로 5배 희석해서 사용하면 1,650 m² 정도의 면적(5 L/3.
토직 모포에서는 파종 전 살균제의 종자분의 처리가 74.9%의 방제효과를 나타낸 반면에 배양원액의 종자 침지 처리는 26.8%의 낮은 방제효과를 나타냈다. 그러나 배양원액의 종자 침지 처리 후 이듬해 봄 출아기에 5배 희석액을 1회 토양관주하였을 경우에는 71.
5%의 방제가를 나타냈다(Table 4). 특히, 무처리의 병 발생이 매우 심했음에도 배양원액의 종자침지+5배 희석액의 2회 토양관주는 살균제보다 더 우수한 방제효과를 보였다.

후속연구

C-61와 L. enzymogenes C-3의 혼합 대량배양액을 이용하여 인삼 잘록병방제의 친환경방제 방법으로 활용 가능성을 제시하였다.
C-61와 L. enzymogenes C-3의 혼합배양액을 이용하여 인삼 잘록병 방제에 화학적 살균제를 대신할 수 있을 효과적인 대안이 될 수 있을 것이다.
따라서 이 연구에서 난균류를 크게 억제했던 S. plumutdia C-1 균주가 인삼 병원균으로 추정되어 제외하였지만, 차후 난균에 항균활성이 높은 키틴분해미생물을 활용하여 다양한 키틴분해미생물을 혼합 배양하면 방제효과가 더 향상될 것으로 생각된다.
인삼에 병원성을 보인 S. plymutica를 대체할 난균류에 항균활성이 높은 키틴분해미생물 선발하여 항균활성이 스펙트럼이 다른 키틴분해미생물의 혼합대량배양을 이용하여 종합적으로 작물 병해를 방제하는 추가 연구를 진행 중이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	모잘록병 원인은 무엇인가?	건강식품인 인삼에 대한 농약 사용은 소비자들의 불신뿐만 아니라 수출에도 어려움이 있어 유기농 재배 면적이 늘어나고 있다(Lim 등, 2017). 인삼 묘삼 생산에 가장 문제가 되는 병해 중의 하나인 모잘록병은 Rhizoctonia solani와 Pythium spp. 에 의해 발생하며, R. solani는 종자의 발아 직후 어린 줄기를 침입하여 출아를 못하게 하거나 출아 후 땅가 부위의 줄기를 침입하여 잘록 병징의 원인이 되고, Pythium ultimum은 줄기를 물렁하게 썩게 하여 결주를 일으킨다(Lee 등, 2016). R.
	키틴분 해미생물의 장점은 무엇인가?	키틴 기반 bioformulated product의 작용기작은 영양분으로 이용된 키틴분 해미생물의 주요 영양원으로써 미생물의 생존과 증식에 중요 한 역할을 하고(Cretoiu 등, 2013), 그 분해 산물인 키틴 및 키토 올리고당들은 식물 병원균을 직접 억제할 뿐만 아니라 식물에 저항성을 유도한다(Sharp, 2013; Shibuya와 Minami, 2001). 또 한, 키틴분해세균들은 식물병원균을 억제하는 다양한 분해효소와 항균물질들을 생산하고(Kim 등, 2017), 이들 세균을 키틴과 혼합처리하면 세균의 생존율이 증가할 뿐만 아니라 병 방제 효과도 증대되었다(Sharp, 2013).
	키틴 기반 bioformulated product의 작용기작은 무엇인가?	개발된 bioformulated product는 실제 포장에서 고추 역병(Kim 등, 2008), 고추 흰가루병(Seo 등, 2007), 오이 뿌리혹선충(Ha 등, 2014), 인삼 탄저병 및 점무늬병(Kim 등, 2010b) 방제에 이용되었다. 키틴 기반 bioformulated product의 작용기작은 영양분으로 이용된 키틴분 해미생물의 주요 영양원으로써 미생물의 생존과 증식에 중요 한 역할을 하고(Cretoiu 등, 2013), 그 분해 산물인 키틴 및 키토 올리고당들은 식물 병원균을 직접 억제할 뿐만 아니라 식물에 저항성을 유도한다(Sharp, 2013; Shibuya와 Minami, 2001). 또 한, 키틴분해세균들은 식물병원균을 억제하는 다양한 분해효소와 항균물질들을 생산하고(Kim 등, 2017), 이들 세균을 키틴과 혼합처리하면 세균의 생존율이 증가할 뿐만 아니라 병 방제 효과도 증대되었다(Sharp, 2013).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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