인삼 연작토양에서 관수 및 인삼뿌리 잔사물이 토양 미생물상 및 뿌리썩음병 발생에 미치는 영향 Effects of Irrigation and Ginseng Root Residue on Root Rot Disease of 2-Years-Old Ginseng and Soil Microbial Community in the Continuous Cropping Soil of Ginseng원문보기
Background: Some phenolics detected in the soil may inhibit the seed germination and seedling growth of ginseng (Panax ginseng). This study investigated the effect of irrigation and ginseng root residue addition on the soil microbial community and root rot disease in 2-year-old ginseng. Methods and ...
Background: Some phenolics detected in the soil may inhibit the seed germination and seedling growth of ginseng (Panax ginseng). This study investigated the effect of irrigation and ginseng root residue addition on the soil microbial community and root rot disease in 2-year-old ginseng. Methods and Results: Each $20{\ell}$ pot was filled with soil infected with ginseng root rot pathogens, and irrigated daily with $2{\ell}$ of water for one month. After the irrigation treatment, ginseng fine root powder was mixed with the irrigated soil at a rate of 20 g per pot. In descending order, ${NO_3}^-$, electric conductivity (EC), exchangeable Na (Ex. Na) and K (Ex. K) decreased due to irrigation. In descending order, ${NO_3}^-$, EC, Ex. K, and available $P_2O_5$ increased with the additon of ginseng powder to the soil. The abundance of Trichoderma crassum decreased with irrigation, but increased again with the incorporation of ginseng powder. The abundance of Haematonectria haematococca increased with irrigation, but decreased with the incorporation of ginseng powder. The abundance of Cylindrocarpon spp. and Fusarium spp., which cause ginseng root rot, increased with the incorporation of ginseng powder. The abundance of Arthrobacter oryzae and Streptomyces lavendulae increased with irrigation. The abundance of Streptomyces lavendulae decreased, and that of Arthrobacter spp. increased, with the incorporation of ginseng powder. Aerial growth of ginseng was promoted by irrigation, and ginseng root rot increased with the incorporation of ginseng powder. Conclusions: Ginseng root residues in the soil affected soil nutrients and microorganisms, and promoted ginseng root rot, but did not affect the aerial growth of ginseng.
Background: Some phenolics detected in the soil may inhibit the seed germination and seedling growth of ginseng (Panax ginseng). This study investigated the effect of irrigation and ginseng root residue addition on the soil microbial community and root rot disease in 2-year-old ginseng. Methods and Results: Each $20{\ell}$ pot was filled with soil infected with ginseng root rot pathogens, and irrigated daily with $2{\ell}$ of water for one month. After the irrigation treatment, ginseng fine root powder was mixed with the irrigated soil at a rate of 20 g per pot. In descending order, ${NO_3}^-$, electric conductivity (EC), exchangeable Na (Ex. Na) and K (Ex. K) decreased due to irrigation. In descending order, ${NO_3}^-$, EC, Ex. K, and available $P_2O_5$ increased with the additon of ginseng powder to the soil. The abundance of Trichoderma crassum decreased with irrigation, but increased again with the incorporation of ginseng powder. The abundance of Haematonectria haematococca increased with irrigation, but decreased with the incorporation of ginseng powder. The abundance of Cylindrocarpon spp. and Fusarium spp., which cause ginseng root rot, increased with the incorporation of ginseng powder. The abundance of Arthrobacter oryzae and Streptomyces lavendulae increased with irrigation. The abundance of Streptomyces lavendulae decreased, and that of Arthrobacter spp. increased, with the incorporation of ginseng powder. Aerial growth of ginseng was promoted by irrigation, and ginseng root rot increased with the incorporation of ginseng powder. Conclusions: Ginseng root residues in the soil affected soil nutrients and microorganisms, and promoted ginseng root rot, but did not affect the aerial growth of ginseng.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 인삼 연작지 토양에서 과다한 무기양분, 유기산, 병원균 등 생육 저해요인을 제거하기 위해 관수처리를 하고 관수 후 인삼 세근 분말을 토양에 혼화하여 토양 속에 존재하는 인삼뿌리 잔사물이 인삼의 생육 및 뿌리썩음병 발생에 미치는 영향을 구명하고자 하였다.
제안 방법
Meyer)을 수확한 포장 (암회갈색의 식양토, 지산통)에서 연작토양을 채취하였다. 20 ㎝ 깊이 이내의 작토층을 채취하여 플라스틱 원형포트 (지름 30 ㎝, 높이 35 ㎝)에 담아 유리온실 안으로 옮긴 다음 뿌리썩음병이 발생한 묘삼을 포트당 20 주씩 이식하여 2016년 1월 30일까지 재배하면서 이병토양을 조성하였다.
4월 상순에 자경종 묘삼 (0.77 ± 0.04 g/주)을 각각 처리된 포트에 포트당 20 주씩 정식하여 재배하였으며, 적정 토양수분 (18 - 20%)을 유지해 주기위해 1 주일 간격으로 포트당1 ℓ의 지하수를 관주해주었다.
04 g/주)을 각각 처리된 포트에 포트당 20 주씩 정식하여 재배하였으며, 적정 토양수분 (18 - 20%)을 유지해 주기위해 1 주일 간격으로 포트당1 ℓ의 지하수를 관주해주었다. 6월 하순에 초장, 엽장, 엽폭 등 지상부 생육특성을 조사하였으며, 7월 상순에 수확하여 주당근중, 근장 등 지하부 생육특성과 뿌리썩음병 발생율을 조사하였다.
, 2010)과 같이 수행하였다. DNA 염기서열 분석은 Roche/454 GS FLX Titanium platform을 사용하여 ChunLab (Seoul, Korea)에서수행하였다.
Table 1에서와 같이 6년근 인삼 (Panax ginseng C. A. Meyer)을 수확한 연작지 토양에 관수처리 및 관수처리 후 인삼 세근 분말 토양혼화 처리가 토양이화학성에 미치는 영향을 조사하였다. 토양산도는 관수처리에 의해 뚜렷이 증가되었으며, 관수처리 후 인삼 세근 분말을 혼화처리하면 감소되었다.
각각의 시험구는 총 20 포트를 처리하여 5 포트씩 4 반복으로 조사하였다.
세균의 다양성을 분석하기 위해 Bacterial 16S rRNA 유전자의 V1 - V3 영역을 27F 및 518R primers를 사용하여 각 시료로부터 증폭하였다. 곰팡이의 다양성 분석을 위해 새롭게 만들어진 primer set, TFungi 18F (5-TYY GGR AGG, GGT, GTA, TTT-3) 및 TFungi 18R (5-CAG AWA TTT GAA TGA ASC AT-3)을 이용하여 18S rRNA 유전자의 5 영역을 증폭하였다.
뿌리썩음병 발생정도는 0 (무발생), 1 (발병초기, 작은 반점 형성), 2 (뿌리전체에서 부패 증상 50% 이하), 3 (뿌리전체에서 부패 증상 70% 이하), 4 (완전 부패)로 구분하여 다음과 같은 방법 (Rahman and Punja, 2005)으로 조사하였다. 즉, 뿌리썩음병 발병지수 (disease severity index, DSI) 구하는 공식은 (X0 × 0) + (X1 × 1) + (X2 × 2) + (X3 × 3) + (X4 × 4)/ (X0+X1+X2+X3+X4)이고, X0; 무병징, X1; 병반 면적 10% 이하, X2; 병반 면적 50% 이하, X3; 병반 면적 70% 이하, X4; 완전부패로 구분하였다.
추출된 DNA는 분석까지 −20℃에서 보관하였다. 세균의 다양성을 분석하기 위해 Bacterial 16S rRNA 유전자의 V1 - V3 영역을 27F 및 518R primers를 사용하여 각 시료로부터 증폭하였다. 곰팡이의 다양성 분석을 위해 새롭게 만들어진 primer set, TFungi 18F (5-TYY GGR AGG, GGT, GTA, TTT-3) 및 TFungi 18R (5-CAG AWA TTT GAA TGA ASC AT-3)을 이용하여 18S rRNA 유전자의 5 영역을 증폭하였다.
5B로 여과하여 ICP-OES (Intergra XMP, GBC, Braeside, Australia)로 치환성 양이온을 측정했다. 유기물 분석은 토양시료 0.5 g을 취해 Automatic Carbon/Nitrogen Analyzer (Vario MAX CN, Elementar, Hanau, Germany)를 이용하여 900℃로 연소하여 총탄소량을 구한 다음 유기물 함량으로 환산하였다.
묘삼을 정식하기 전인 2016년 4월 상순에 토양시료를 채취하였다. 토양시료를 풍건하여 분쇄 후 10 mesh (2 ㎜)체를 통과한 다음 유발에 미세하게 갈아 분석용으로 사용했다. 토양 화학성분 중 pH, EC, 유기물, 유효인산 및 치환성 양이온인 K, Ca, Mg은 농촌진흥청 토양화학분석법 (NIAST, 2000)에 준하였다.
대상 데이터
본 시험은 충북 음성의 국립원예특작과학원 인삼특작부 유리 온실에서 수행하였다. 2015년 10월 하순에 6년근 인삼(Panax ginseng C. A. Meyer)을 수확한 포장 (암회갈색의 식양토, 지산통)에서 연작토양을 채취하였다. 20 ㎝ 깊이 이내의 작토층을 채취하여 플라스틱 원형포트 (지름 30 ㎝, 높이 35 ㎝)에 담아 유리온실 안으로 옮긴 다음 뿌리썩음병이 발생한 묘삼을 포트당 20 주씩 이식하여 2016년 1월 30일까지 재배하면서 이병토양을 조성하였다.
그리고 인삼뿌리 중 세근을 선택한 이유는, 6년근 인삼 수확 시 주근과 지근을 제외한 세근은 대부분 탈락되고 토양에 잔류하여 토양환경에 영향을 미치며, 세근은 주근과 지근에 비해 사포닌 함량이 높고 전분함량이 낮기 때문에 (Jang et al., 1987) 세근을 시험재료로 이용하였다.
묘삼을 정식하기 전인 2016년 4월 상순에 토양시료를 채취하였다. 토양시료를 풍건하여 분쇄 후 10 mesh (2 ㎜)체를 통과한 다음 유발에 미세하게 갈아 분석용으로 사용했다.
본 시험은 충북 음성의 국립원예특작과학원 인삼특작부 유리 온실에서 수행하였다. 2015년 10월 하순에 6년근 인삼(Panax ginseng C.
인삼 연작토양을 담은 포트에 매일 1 회 2ℓ의 지하수를 2016년 2월 1일에서 2월 29일까지 1 개월 동안 관주처리 하였다.
토양시료는 묘삼을 정식하기 전인 2016년 4월 상순에 채취하여 2㎜ 체로 정선한 다음 미생물 다양성 분석에 이용하였다.
데이터처리
통계프로그램 SAS (Version 9.2, SAS Institute Inc. Cary, NC, USA)을 이용하여 5% 유의수준에서 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 처리 간 유의성 검정을 하였다 (p < 0.05).
이론/모형
DNA 추출은 Soil DNA Isolation Kit (Mo Bio Laboratories, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 제조회사의 지침에 따라 수행하였다. 추출된 DNA는 분석까지 −20℃에서 보관하였다.
PCR 반응은 이전에 기술된 방법 (Lim et al., 2010)과 같이 수행하였다. DNA 염기서열 분석은 Roche/454 GS FLX Titanium platform을 사용하여 ChunLab (Seoul, Korea)에서수행하였다.
토양시료를 풍건하여 분쇄 후 10 mesh (2 ㎜)체를 통과한 다음 유발에 미세하게 갈아 분석용으로 사용했다. 토양 화학성분 중 pH, EC, 유기물, 유효인산 및 치환성 양이온인 K, Ca, Mg은 농촌진흥청 토양화학분석법 (NIAST, 2000)에 준하였다.
성능/효과
Fig. 1에서와 같이 인삼 연작지 토양에서 관수처리에 따른 곰팡이 속 단위에서의 변화를 보면, Trichoderma 속은 38.7%에서 4.2%로 감소하였고 Fusarium 속은 11.8%에서 29.5%로, Waitea 속도 2.5%에서 9.9%로 증가하였다.
Fig. 2에서와 같이 관수처리에 따른 곰팡이 종 단위에서 변화 양상을 보면, Trichoderma 속의 Trichoderma crassum은 37.5%에서 3.9%로 감소하였으며, Fusarium 속의 Haematonectria haematococca는 11.1%에서 28.3%로 증가하였다. 또한 Pseudogymnoascus 속의 Geomyces pannorum은 2.
Fig. 3에서와 같이 인삼 세근 분말 토양혼화에 따른 곰팡이 속 단위에서의 변화를 보면, Fusarium 속은 29.5%에서 19.0%로 감소하였고 Mortierella 속은 1.3%에서 13.5%로, Scytalidium 속은 1.8%에서 11.3%로 증가하였다.
Fig. 4에서와 같이 관수 후 인삼 세근 분말 토양혼화에 따른 토양 미생물 중 곰팡이 종 단위에서의 변화양상을 보면, H. haematococca은 28.3%에서 17.7%로 감소하였고, G. pannorum도 7.6%에서 2.4%로, Pseudallescheria fimeti도 6.3%에서 2.9%로 감소하였다. 반면 T.
Fig. 5에서와 같이 인삼 연작지 토양에서 관수처리에 따른 세균 속 단위에서의 변화를 보면, 곰팡이처럼 뚜렷하게 우점하는 속은 없었으나 Devosia 속은 1.9%에서 3.1%로, Arthrobacter 속은 1.0%에서 2.2%로, Bauldia 속은 0.9%에서 2.5%로 증가하였으며, Streptomyces 속은 3.2%에서 2.0%로 감소하였다.
Fig. 6에서와 같이 관수처리에 따른 세균 종 단위에서의 변화를 보면, Nonomuraea maritima, Streptomyces glauciniger, Oxalicibacterium solurbis 등은 뚜렷이 감소하였고 Arthrobacter oryzae, Streptomyces lavendulae 등은 뚜렷이 증가하였다.
Fig. 7에서와 같이 인삼 세근 분말 토양혼화처리에 따른 세균의 속 단위에서 변화양상을 보면, Devosia 속은 3.1%에서 1.6%로, Bauldia 속은 2.5%에서 1.6%로, Streptomyces 속은 2.0%에서 0.5%로 뚜렷이 감소하였고 Arthrobacter 속은 2.2%에서 8.9%로, Rhizobium 속은 0.7%에서 3.0%로 뚜렷이 증가하였다.
Fig. 8에서와 같이 인삼 세근 분말 토양혼화처리에 따른 세균의 종 단위에서 변화양상을 보면, Streptomyces lavendulae는 뚜렷이 감소하였고 Arthrobacter oryzae, Arthrobacter pascens, Arthrobacter humicola, Microbacterium trichothecenolyticum, Rhizobium cauense, Arthrobacter defluvii 등은 뚜렷이 증가하였다.
초장, 경장, 엽폭, 엽장, 경직경 및 지상부중은 관수처리에 의해 뚜렷한 증가를 보였다. 관수처리 후 인삼 세근 분말 혼화처리는 경장을 제외한 초장, 엽폭, 엽장, 경직경 및 지상부중이 유의적인 변화가 없었으나 다소 증가되었다.
뿌리썩음병 발생정도 (disease severity index, DSI)는 관수처리에 의해 유의적으로 감소하였으나 인삼 세근 분말 혼화처리에 의해 유의적으로 증가하였다. 따라서 관수처리는 인삼 뿌리썩음병 발생을 억제하는데 효과를 보였으며, 인삼 수확 시 토양에 남아있는 뿌리 잔사물은 인삼의 지상부 생육에는 유의적인 영향을 미치지 않으나 뿌리썩음병 발생 증가에 영향을 미칠 것으로 생각된다.
따라서 토양 서식 곰팡이의 다양성 측면에서 연작장해의 발생은 T. crassum의 증가와 H. haematococca, Geomyces pannorum의 감소, 그리고 인삼 뿌리썩음병과 직접 관련이 되는 Cylindrocarpon species와 Fusarium species의 증가 등과 관련이 있을 것으로 생각된다.
3%로 증가하였다. 또한 Pseudogymnoascus 속의 Geomyces pannorum은 2.8%에서 7.6%로, Waitea 속의 Waitea circinata는 1.8%에서 5.9%로 증가하였다.
9%로 감소하였다. 반면 T. crassum은 3.9%에서 7.6%로 증가하였고, Scytalidium thermophilum도 1.8%에서 11.3%로 증가하였으며, Mortierella elongata도 0.2%에서 4.9%로 증가하였다.
본 실험결과를 종합해 보면 인삼 연작장해 발생은 관수처리에 의해 감소되고 인삼 세근 분말 토양혼화처리에 의해 증가되었는데, 관수처리에 의한 연작장해 경감은 토양염류농도의 감소, 토양전염성 병원균에 길항작용을 하는 곰팡이의 증가, 항생물질을 생산하는 세균의 증가, 그리고 식물생장을 억제하는 독소를 분비하는 세균의 감소 때문으로 생각된다.
염류농도는 관수처리하면 염류의 용탈에 의해 뚜렷이 감소하였으며, 인삼 세근 분말을 혼화처리하면 다시 유의적으로 증가하였다. 유기물 함량은 관수처리에 의해 감소되었으나 처리간 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 인삼 세근 분말의 첨가에 의해서도 증가되지 않았다.
염류농도는 관수처리하면 염류의 용탈에 의해 뚜렷이 감소하였으며, 인삼 세근 분말을 혼화처리하면 다시 유의적으로 증가하였다. 유기물 함량은 관수처리에 의해 감소되었으나 처리간 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 인삼 세근 분말의 첨가에 의해서도 증가되지 않았다. 질산태 질소는 관수처리에 의해 뚜렷이 감소하였으며, 인삼 세근 분말을 혼화처리하면 다시 유의적으로 증가하였다.
이와 같이 T. crassum은 연작지 토양에 관수처리하면 크게 감소했다가 인삼 세근분말이 첨가되면 다시 증가되었으며, H. haematococca는 연작지 토양에 관수처리하면 크게 증가되었다가 인삼 세근분말이 첨가되면 다시 감소되는 특징을 보였다.
이와 같이 관수처리에 의해 질산태 질소 > 염류농도 > 나트륨 > 칼륨 > 마그네슘 ≥ 인산 순으로 감소하였으며, 유기물 함량은 유의적인 변화를 보이지 않았다.
이와 같이 연작지 토양에 관수처리하면 논토양에서 주로 발견되는 A. oryzae 및 항생물질을 생산하는 S. lavendulae 등이 증가하여 인삼의 연작장해 경감에 영향을 미쳤으며, 인삼 세근분말을 토양에 혼화해주면 항생물질을 생산하는 S. lavendulae가 감소하고 식물생장 독소를 분비하는 A. humicola가 증가하며 진세노사이드를 전환할 수 있는 M. trichothecenolyticum이 증가하여 인삼의 연작장해 발생 증가에 영향을 미친 것으로 보인다.
인삼 세근 분말 혼화처리에 의해 질산태 질소 > 염류농도 > 칼륨 > 인산 순으로 증가하였으며, 유기물, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 함량은 유의적인 변화를 보이지 않았다.
인삼의 뿌리썩음병을 유발하는 Cylindrocarpon species는 관수 후 인삼 세근분말 토양혼화처리에 의해 0.02%에서 0.14%로 증가하였으며, Fusarium species는 0.21%에서 0.44%로 증가하여 인삼의 연작장해 발생에 영향을 미쳤다. C.
유기물 함량은 관수처리에 의해 감소되었으나 처리간 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 인삼 세근 분말의 첨가에 의해서도 증가되지 않았다. 질산태 질소는 관수처리에 의해 뚜렷이 감소하였으며, 인삼 세근 분말을 혼화처리하면 다시 유의적으로 증가하였다. 염류농도는 질산태 질소와 가장 큰 정의상관 관계를 보이기 때문에 (Lee et al.
Table 2에서와 같이 인삼 연작지 토양에서 관수처리 및 관수후 인삼 세근 분말 토양혼화 처리가 2년생 인삼의 지상부 생육에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 초장, 경장, 엽폭, 엽장, 경직경 및 지상부중은 관수처리에 의해 뚜렷한 증가를 보였다. 관수처리 후 인삼 세근 분말 혼화처리는 경장을 제외한 초장, 엽폭, 엽장, 경직경 및 지상부중이 유의적인 변화가 없었으나 다소 증가되었다.
Meyer)을 수확한 연작지 토양에 관수처리 및 관수처리 후 인삼 세근 분말 토양혼화 처리가 토양이화학성에 미치는 영향을 조사하였다. 토양산도는 관수처리에 의해 뚜렷이 증가되었으며, 관수처리 후 인삼 세근 분말을 혼화처리하면 감소되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
타감작용은 무엇인가?
타감작용 (allelopathy)은 식물의 뿌리에서 분비되는 화학물질이 직간접적으로 다른 작물에 유해하거나 유익한 작용을 하는 것인데, 옥수수, 밀, 사탕수수, 귀리 등이 재배된 토양에서 생육저해 물질인 ferulic acid, p-coumaric acid 등이 분리되었으며, 이러한 타감물질을 제거를 위해 교호재배를 하거나 관수 또는 토양배수를 양호하게 하여 이들 물질을 제거해야 한다고 하였다 (Suh and Lee, 1993).
인삼재배에 연작장해는 어떠한 영향을 끼치는가?
Meyer)은 한 곳에서 다년간 재배되기 때문에 고년생으로 갈수록 토양병원균에 의한 뿌리썩음병 발생이 많아져 6년근 인삼의 수확주수 비율은 50 -70% 내외로 낮으며, 다시 재작할 경우 2년생부터 뿌리썩음병 발생이 급증하여 연작피해가 심한 편이다. 연작장해를 회피하기 위해 초작지를 찾아 원거리 이동재배를 하는데, 이로 인해 임차료, 교통비, 제반 관리비용 등 경영비 증가의 원인이 되고있다.
뿌리썩음병의 원인인 병원균은 무엇인가?
인삼의 연작장해는 주로 Cylindrocarpon destructans와 Fusarium solani 등과 같은 토양전염성 병원균에 의한 뿌리썩음병 때문에 발생하는데 (Rahman and Punja, 2005; Kang et al., 2007), 이러한 병원균은 후막포자를 만들어 토양에서 10년 이상 생존하기 때문에 인삼을 수확한 후 10년 이상이 경과되어야 비로소 재작이 가능하다 (Kang et al.
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