선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 일천궁의 재배법에 따른 토양 이화학성 및 토양세균군집을 비교분석하기 위해 천궁에서 재배 빈도수가 높은 일천궁의 초작 및 연작 재배지를 선정하여 토양 이화학성 및 토양세균군집 특성을 분석하고, 토양 이화학성 및 토양세균군집 간의 상관관계를 구명하고자 하였다.
제안 방법
- 이러한 주좌표 분석의 결과를 뒷받침하기 위해 DISTLM 분석을 이용하여 토양세균군집과 토양 이화학성 간의 유의적인 상관관계를 확인하였다. DISTLM 분석을 이용하여 토양세균군집과 토양 이화학적 요인 간의 유의적인 관계를 확인하였다(Table 3). Marginal tests를 통해 토양세균군집과 토양요인 각각의 상관관계를 분석한 결과, 토양 pH (P=0.
- Raw sequence 분석은 fasta file을 Mothur pipeline (ver. 1.40) [17]와 ‘Greengene’ reference database를 사용하여 염기서열을 분석하였다[18].
- Spearman’s 상관관계 분석을 이용하여 각 cluster에서 상대적 빈도수가 유의적으로 높은 토양세균군집과 토양 이화학성 중 토양세균군집에 유의적으로 영향을 주는 토양 요인(pH, Ca) 간의 상관관계를 분석하였다.
- 일천궁의 재배법에 따른 토양시료의 토양세균 염기서열은 phylogenetic tree 결과와 같이 주좌표 분석에서도 뚜렷하게 2개의 cluster로 군집화를 이루는 것으로 나타났고, cluster 1 (초작 재배지)에는 Actinobacteria 계열과 Plnatomycetes 계열의 토양세균이 우점하고, cluster 3 (연작 재배지)에서는 Acidobacteria 계열이 우점으로 서식하는 것으로 확인하였다. 또한 각 토양 샘플의 이화학성 결과를 입력하여 각 축에 대한 상관계수를 통해 토양요인을 주좌표 분석에 표시하였다. 각 축의 variation (%)은 토양세균군집의 변화량을 말하며, 각 좌표에 위치한 토양요인은 종 또는 횡좌표로 나눠지는 토양세균군집과 연관성을 가진다.
- 토양 이화학성과 같은 환경적인 요인은 토양미생물의 군집과 매우 밀접한 관계가 있기 때문에 토양미생물군집을 분석함에 있어 토양요인과의 상관관계는 필수적이다. 본 연구에서는 초작 및 연작재배에 따라 토양세균군집의 구조가 뚜렷하게 구분됨을 확인하였으며, 이에 따라 주좌표 분석(PCoA analysis)와 DISTLM 분석을 통해 토양요인 중 어떠한 요인이 토양세균군집에 유의적으로 영향을 주는지를 분석하였다. 먼저 주좌표분석은 Bray-curtis similarity를 이용하여 토양세균군집의 염기서열 간의 유사성을 ordination 한 결과로써 일천궁 재배연수에 따른 초작과 연작 재배지의 토양세균 군집화를 나타낸다(Fig.
- 40) [17]와 ‘Greengene’ reference database를 사용하여 염기서열을 분석하였다[18]. 이후 염기서열은 distance based greedy clustering (DGC)분석을 이용하여 97% 유사수준의 operational taxonomic units (OTUs)로 군집화하여 토양세균군집의 군집화(clustering), 상대적 빈도수(relative abundance), 주좌표분석(principal coordinate analysis, PCoA)을 수행하였다[19].
- 4%) 순으로 상대적 빈도수가 높았다. 일천궁의 재배법에 따른 토양세균군집의 상대적 빈도수를 cluster 간 비교 분석하였다. Actinobacteria (P=0.
- 재배방법에 따른 일천궁 재배지에서 채취한 토양시료의 total DNA는 PowersoilTM DNA isolation kit (MO BIO Laboratories, Carlsbad, CA, USA)를 사용하여 추출하였다. 추출한 total DNA의 16S rRNA 염기서열 증폭(polymerase chain reaction, PCR)은 primer 341F (5’-TCGTCGGCAGCGTCAGATGTGTATAAGAGACAGCCTACGGGNGGCWGCAG-3’)와 805R (5’-GTCTCGTGGGCTCGGAGATGTGTATAAGAGACAGGACTACHVGGGTATCTAATCC-3’)을 사용하여 V3-V4 영역을 대상으로 PCR 증폭을 진행하였다.
- 추출한 total DNA의 16S rRNA 염기서열 증폭(polymerase chain reaction, PCR)은 primer 341F (5’-TCGTCGGCAGCGTCAGATGTGTATAAGAGACAGCCTACGGGNGGCWGCAG-3’)와 805R (5’-GTCTCGTGGGCTCGGAGATGTGTATAAGAGACAGGACTACHVGGGTATCTAATCC-3’)을 사용하여 V3-V4 영역을 대상으로 PCR 증폭을 진행하였다.
- 토양시료의 분석은 농촌진흥청에서 제시한 토양화학분석법에 따라 실시하였다(RDA, 2013). 토양 이화학성 분석에서 토양산도(pH)와 전기전도도(electric conductivity, EC)는 풍건토와 증류수를 1:5로 희석한 후 30분 동안 진탕하여 pH meter와 EC meter를 이용하여 각각 측정하였다. 유기물(organic matter, OM)은 0.
대상 데이터
- 2018년 5월 경상북도 영양군 영양읍의 일천궁 재배지 중에서 일천궁을 처음 재배한 재배지(36˚41’03.6“N 129˚15’34.2”E)와 2017년부터 재배하고 있는 연작 재배지(36˚38’32.3“N 129˚10’19.7”E)를 각각 선정하였다.
- 7”E)를 각각 선정하였다. 선정한 두 재배지는 일천궁 표준시비량인 퇴비 2,000 kg/10a를 따르고 있었고 초작지와 연작지의 토양통은 각각 반호와 덕천이었다. 토양시료는 8월에 재배법에 따른 각 일천궁 재배지에서 4개의 구역을 선정하고 표토를 제거한 다음 토심 10∼30 ㎝에서 근권토양 100 g을 채취하였다.
- 토양시료는 8월에 재배법에 따른 각 일천궁 재배지에서 4개의 구역을 선정하고 표토를 제거한 다음 토심 10∼30 ㎝에서 근권토양 100 g을 채취하였다.
데이터처리
- 분석된 토양세균군집의 상대적 빈도수와 토양 화학성 데이터는 평균 ± 표준오차 값으로 나타냈고, 실험 데이터의 통계처리 및 유의성 검정은 SAS (ver. 9.4, SAS Institute, Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 토양세균군집 cluster 간의 상대적 빈도수와 토양 이화학성을 T-검정을 통해 유의성을 검정하고, 최소유의차(least significant difference, LSD)는 P< 0.05 수준에서 통계처리하였다.
- P2O5와 Mg보다 더 토양세균의 군집화에 영향을 준다고 판단된다. 이러한 주좌표 분석의 결과를 뒷받침하기 위해 DISTLM 분석을 이용하여 토양세균군집과 토양 이화학성 간의 유의적인 상관관계를 확인하였다. DISTLM 분석을 이용하여 토양세균군집과 토양 이화학적 요인 간의 유의적인 관계를 확인하였다(Table 3).
- 토양 이화학성과 토양세균군집 간의 상관관계(correlation analysis)를 분석하기 위해 DISTLM 분석과 STATISTICA (ver. 7.1, TIBCO Software, Inc., Hillvew, CA, USA)를 사용하여 유의성(P <0.05)을 확인하였다.
이론/모형
- P2O5)은 Lancaster 침출법에 준하여 1-amino2-naphtol-4-sulfanic acid에 의한 흡광도법을 이용하였다. 양이온치환용량(cation exchange capacity, CEC)은 1 Nammonium acetate 용액으로 침출 후 토양에 치환된 NH4+를 Kjeldhal 증류법으로 측정하였다. 치환성 양이온(exchangeable cation)은 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES)를 이용하여 측정하였다.
- 토양 이화학성 분석에서 토양산도(pH)와 전기전도도(electric conductivity, EC)는 풍건토와 증류수를 1:5로 희석한 후 30분 동안 진탕하여 pH meter와 EC meter를 이용하여 각각 측정하였다. 유기물(organic matter, OM)은 0.5 ㎜ 체를 친 토양시료를 사용하였으며 Walkley-Black 법을 이용하였고, 유효인산(available phosphate, Av.P2O5)은 Lancaster 침출법에 준하여 1-amino2-naphtol-4-sulfanic acid에 의한 흡광도법을 이용하였다. 양이온치환용량(cation exchange capacity, CEC)은 1 Nammonium acetate 용액으로 침출 후 토양에 치환된 NH4+를 Kjeldhal 증류법으로 측정하였다.
- PCR 조건은 initial denaturation: 95℃, 3 min, denaturation: 95℃, 30 sec (25 cycles), primer annealing: 55℃, 30 sec, extension: 72℃, 30 sec, final elongation: 72℃, 5 min 조건에 따라 수행하였다. 증폭한 염기서열에 대한 분석은 천랩(Chunlab, Seoul, Korea)에서 Illumina Miseq sequencing system의 방법에 따라 수행하였다. Raw sequence 분석은 fasta file을 Mothur pipeline (ver.
- 양이온치환용량(cation exchange capacity, CEC)은 1 Nammonium acetate 용액으로 침출 후 토양에 치환된 NH4+를 Kjeldhal 증류법으로 측정하였다. 치환성 양이온(exchangeable cation)은 Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES)를 이용하여 측정하였다.
- 토양시료의 분석은 농촌진흥청에서 제시한 토양화학분석법에 따라 실시하였다(RDA, 2013). 토양 이화학성 분석에서 토양산도(pH)와 전기전도도(electric conductivity, EC)는 풍건토와 증류수를 1:5로 희석한 후 30분 동안 진탕하여 pH meter와 EC meter를 이용하여 각각 측정하였다.
성능/효과
- 일천궁의 재배법에 따른 토양세균군집의 상대적 빈도수를 cluster 간 비교 분석하였다. Actinobacteria (P=0.0065), Plantomycetes (P=0.0067), Chlamydiae (P=0.0456), Actinobacteria_class (P=0.01), Plantomycetia (P=0.0098)의 상대적 빈도수는 연작 재배지에서 유의적으로 높았고, Solibacteres (P=0.0081)와 Acidobacteriia (P=0.0459)는 초작 재배지에서 상대적 빈도수가 유의적으로 높은 것으로 나타났다(Table 2). 동일작물을 지속적으로 재배하는 연작재배는 토양에 서식하는 토양미생물의 군집구조를 변화시켜 생물적 및 비생물적 스트레스에 대한 식물의 완충능력을 감소시키고, 질병의 발생률을 증가시킴으로써 식물의 생산성을 감소시키는 원인으로 작용한다[22-24].
- 7%) 순으로 나타났다. Class 수준에서는 Alphaproteobacteria (16.2%)가 우점이었고, Betaproteobacteria (8.1%), Actinobacteria_class (7.6%), Gammaproteobacteria (6.3%) 순으로 나타났다. 연작 재배지에서는 Proteobacteria (34.
- 7%) 순으로 초작 재배지와 유사하였다. Class 수준에서도 초작 재배지와 마찬가지로 Alphaproteobacteria가 16.8%로 우점종으로 나타났고, Actinobacteria_class (11.7%), Gammaproteobacteria (6.1%), Betaproteobacteria (5.4%) 순으로 상대적 빈도수가 높았다. 일천궁의 재배법에 따른 토양세균군집의 상대적 빈도수를 cluster 간 비교 분석하였다.
- DISTLM 분석을 이용하여 토양세균군집과 토양 이화학적 요인 간의 유의적인 관계를 확인하였다(Table 3). Marginal tests를 통해 토양세균군집과 토양요인 각각의 상관관계를 분석한 결과, 토양 pH (P=0.0051), Ca(P=0.0013), P2O5 (P=0.0374)이 유의적으로 토양세균군집에 영향을 주는 것으로 나타났고, Sequential tests를 통해 토양요인 중에서 어떠한 요인이 토양세균군집과 유의한 상관관계를 가지는지 비교분석한 결과에서는 토양 pH (P=0.0051)와 Ca (P=0.0302)이 다른 토양요인보다 토양세균군집과 유의적인 상관관계를 가지는 것으로 나타났다. 미생물이 토양에 서식할 때 토양 pH는 가장 중요한 토양요인으로 토양 pH에 따른 토양미생물 군집구조의 변화 연구는 최근까지도 활발히 진행 중이다[27-28].
- 본 연구결과에서 일천궁의 재배법에 따라 재배지의 토양 이화학성 및 토양세균군집이 유의적으로 차이를 보이는 것을 확인하였다(Table 1, 2). 토양 이화학성과 같은 환경적인 요인은 토양미생물의 군집과 매우 밀접한 관계가 있기 때문에 토양미생물군집을 분석함에 있어 토양요인과의 상관관계는 필수적이다.
- 또한 토양 내 칼슘이 과잉상태가 되면 알칼리 장해와 토양 내 철(Fe), 망간(Mn), 붕소(B)가 용해되기 어려워 흡수장해가 일어나 작물의 생육을 저해시키기도 한다[21]. 본 연구에서는 일천궁의 초작보다 연작 재배지에서 토양 pH, P2O5, Ca의 함량이 유의적으로 높은 것을 확인하였다. 이러한 결과는 일천궁의 재배형태에 따라 토양 이화학성의 변화로 인해 연작장해가 유발되어 작물생육을 저해시키는 원인으로 작용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 동일작물을 지속적으로 재배하는 연작재배는 토양에 서식하는 토양미생물의 군집구조를 변화시켜 생물적 및 비생물적 스트레스에 대한 식물의 완충능력을 감소시키고, 질병의 발생률을 증가시킴으로써 식물의 생산성을 감소시키는 원인으로 작용한다[22-24]. 본 연구에서도 일천궁은 재배법에 따라 토양세균군집의 구조 및 상대적 빈도수가 유의적으로 차이가 있음을 확인할 수 있었다. [25]은 콩 재배 시 다양한 재배법에 따른 토양미생물의 군집변화를 분석하여 모든 재배지에서 Proteobacteria가 우점종임을 확인하였다.
- 본 연구결과와 유사하게 Proteobacteria (phylum)와 Alphaproteobacteria (class)가 우점종으로 나타났으며, genera Allokutzneria (class Actinobacteria)의 상대적 빈도수가 연작 재배지에서 연작하지 않은 재배지에 비해 유의적으로 높은 것으로 보고하였다[26]. 이러한 선행연구와 본 연구결과를 바탕으로 정리해 보면 동일작물의 연작은 재배지 토양에 서식하는 토양세균군집의 구조에 영향을 주는 것으로 확인되었으며, 일천궁의 연작재배 시 토양세균군집 구조의 변화가 일천궁의 생장 및 생산성에도 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다.
- 1). 일천궁 재배지에 따른 토양세균군집의 상대적 빈도수를 확인하였는데, 먼저 초작 재배지의 Phylum 수준에서는 Proteobacteria가 35.7%로 우점종으로 나타났고, Acidobacteria (14.1%), Actinobacteria (11.1%), Bacteroidetes (8.7%) 순으로 나타났다. Class 수준에서는 Alphaproteobacteria (16.
- 일천궁의 재배법에 따른 토양세균군집의 군집화를 Mothur application을 이용하여 확인한 결과, 토양세균군집이 일천궁의 초작 및 연작재배에 따라 2개의 cluster (cluster 1: 초작 재배지 토양세균군집, cluster 2: 연작 재배지 토양세균군집)로 군집화됨을 확인하였다(Fig. 1). 일천궁 재배지에 따른 토양세균군집의 상대적 빈도수를 확인하였는데, 먼저 초작 재배지의 Phylum 수준에서는 Proteobacteria가 35.
- 2). 일천궁의 재배법에 따른 토양시료의 토양세균 염기서열은 phylogenetic tree 결과와 같이 주좌표 분석에서도 뚜렷하게 2개의 cluster로 군집화를 이루는 것으로 나타났고, cluster 1 (초작 재배지)에는 Actinobacteria 계열과 Plnatomycetes 계열의 토양세균이 우점하고, cluster 3 (연작 재배지)에서는 Acidobacteria 계열이 우점으로 서식하는 것으로 확인하였다. 또한 각 토양 샘플의 이화학성 결과를 입력하여 각 축에 대한 상관계수를 통해 토양요인을 주좌표 분석에 표시하였다.
- 재배년수에 따른 토양 이화학성을 비교분석한 결과, 초작재배지에 비해 연작 재배지의 토양 pH (P=0.0264), P2O5 (P=0.0063), Ca (P=0.0007)이 유의적으로 높은 것을 확인하였다(Table 1). [16]은 천궁과 같은 약용작물인 작약 연작재배지의 토양 이화학성을 분석하였는데, 본 연구결과와 마찬가지로 토양 pH, 유효인산, 치환성 칼슘이 유의적으로 증가한다고 보고하였다.
- Spearman’s 상관관계 분석을 이용하여 각 cluster에서 상대적 빈도수가 유의적으로 높은 토양세균군집과 토양 이화학성 중 토양세균군집에 유의적으로 영향을 주는 토양 요인(pH, Ca) 간의 상관관계를 분석하였다. 토양세균군집 중 Actinobacteria (R=0.714, P=0.0047); Plantomycetia (R=0.786, P=0.021), Micromonosporaceae (R=0.762, P=0.028)는 토양 pH, Ca와 유의적인 정의 상관관계를 보였고, Acidobacteriia (R=-0.905, P=0.002)와 Koribacteracae (R=-0.881, P=0.004)는 유의적인 부의 상관관계를 보이는 것으로 확인되었다(Table 4). [32]은 오이의 연작에 따른 토양 미생물 군집구조와 다양성을 분석하여 토양 pH의 미세한 변화는 Acidobacteria와 Actinobacteria 군집의 변화와 유의적인 관련이 있는 것으로 보고하였다.
후속연구
- [35-36]은 아마존 토양에서 Acidobacteria group과 환경요인과의 상관관계를 Spearman’s 상관관계 분석을 통해 확인한 결과, 일부 Acidobacteria 계열의 군집이 토양 칼슘이온과 유의적인 부의 상관관계를 보이는 것을 확인하였다. 이러한 선행연구는 본 연구에서 일천궁 재배지의 토양세균군집과 토양요인과의 상관관계에 대한 결과를 뒷받침할 수 있으며, 향후 일천궁 외에도 토양세균군집과 토양요인과의 상관관계를 구명하는데 있어 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
- 토양미생물은 작물생육과 생산성에 중요한 역할을 하고, 환경요인과 밀접한 관계가 있기 때문에 토양미생물의 군집을 연구하는 것은 환경요인 중 특히 토양특성과의 상관관계 분석에서 필수적이라고 할 수 있다(Petterson, 2004). 이를 위해서는 먼저 일천궁의 재배법에 따른 토양 이화학성 및 토양미생물군집의 변화에 대한 연구가 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.