초록 ▼

○ 연구결과
1.친환경 농업에 효과적인 균주 선발 및 배양
친환경 농업에 효과적인 균주를 선발하기 위해 전국 각지의 다양한 지역에서 다양한 숙주 식물을 대상으로 토양을 채취한 후,온실에서 수수를 숙주식물로 하여 수지상 균근균을 배양하였다.과제 연구 기간 3년간 꾸준히 채집한 결과,1차 년도에는 53개의 트랩을 배양하여 그 안에 서식하는 AMF를 분석하였으며,2차 년도에는 168개,3차 년도에는 300개의 토양 샘플을 채집하여 온실에서 배양 중에 있다.이 트랩에 있는 AMF 포자들을 wetseive방법을 이용해 분리하고 형

○ 연구결과
1.친환경 농업에 효과적인 균주 선발 및 배양
친환경 농업에 효과적인 균주를 선발하기 위해 전국 각지의 다양한 지역에서 다양한 숙주 식물을 대상으로 토양을 채취한 후,온실에서 수수를 숙주식물로 하여 수지상 균근균을 배양하였다.과제 연구 기간 3년간 꾸준히 채집한 결과,1차 년도에는 53개의 트랩을 배양하여 그 안에 서식하는 AMF를 분석하였으며,2차 년도에는 168개,3차 년도에는 300개의 토양 샘플을 채집하여 온실에서 배양 중에 있다.이 트랩에 있는 AMF 포자들을 wetseive방법을 이용해 분리하고 형태 동정 및 분자 분석을 통해 동정하고 순수 배양하고 있다.
또한 친환경 농업에 효과적인 균주를 선발하고자 관행 농법과 친환경 농법으로 고추를 재배한 경작지 4곳을 각각 선정하여 AMF의 다양성 및 글로말린의 농도를 비교한 결과,관행농법에서 5종,친환경 농법에서 6종이 나타났으며,Paraglomus occultum은 관행농법에서만 나타났으며,Acaulospora longula와 Gigaspora margarita는 친환경 농법에서 만 나타났다.AMF의 종 다양성 지수와 종수,글로말린의 농도는 관행 농법에 비해 친환경 농법에서 높게 나타났고 관찰된 AMF포자를 바탕으로 PCA 분석 결과,AMF 군집은 친환경 농법과 관행 농법으로 농법에 따라 뚜렷한 차이를 나타내는 것을 알수 있었다.이러한 결과들을 볼 때 농업 형태가 AMF 군집 구조에 영향을 미친다는 것을 확인하였으며 위의 연구를 바탕으로 고추의 친환경 재배에 적용할 AMF 5종을 선발하였으며,이들 5종을 순수배양하였다.
2.균근균의 증식배양 및 보존 기술 개발
수지상 균근균은 절대활물 공생체로써 살아있는 식물의 뿌리에서만 공생하는 특성으로 배양을 하는데 많은 어려움이 있다.일반적인 대량 증식 방법은 온실에서 포트 재배를 이용해 AMF에 대한 의존성이 높은 식물을 재배하여 AMF 포자를 생산하는 것이다.그러나 이와 같은 방법은 6개월 정도의 많은 시간이 걸리므로 AMF의 대규모적인 실용화에는 어려움이 있다.따라서 이를 대체할 수 있는 새로운 기술 개발이 필수적이다.이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 기존의 방법대로 포트를 이용하여 모래와 혼합해 배양하였으며,Rhizobium rhizogenes로 형질전환시킨 당근 뿌리에 표면 살균한 AMF 포자를 접종하여 감염된 뿌리를 배양하는 Root Organ Culture방법을 도입하여 깨끗한 단일 균주를 얻는데 성공하였다.본연구 기간 동안 Glomus mosseae, Gigaspora margarita, Scutellospora heterogama총 3종의 균주 배양에 성공하였으며 지속적인 계대 배양을 통해 증식시키고 있다.또한 이렇게 배양된 균주들을 대량배양하기 위해 생물반응기와 Aeroponicculture시스템을 이용하였다.생물반응기에서 균근의 배양을 효율적이도 록 하기 위해 배양기 내에 다양한 구조물을 설치하여 균근 배양 효율을 극대화 하였다.또한 Aeroponicculture시스템을 도입,계속적인 보완 작업을 거쳐 균근 배양에 효율적인 모형을 구안하였다.새롭게 구안된 Aeroponicculture시스템에서 균근 감염 수수를 배양한 후,7주후 새로운 뿌리를 수확하여 감염률을 확인하고 분자분석을 실시한 결과,새롭게 자란 뿌리에서도 균근 감염을 확인할 수 있었으며,이러한 결과는 Aeroponicculture시스템으로 배양 식제전 뿌리에서부터 새 뿌리로의 AMF 감염이 확실하다는 것을 말하며,이러한 방식으로 대량배양이 가능함을 시사한다.
3.친환경 균근 비료 및 상토 개발
친환경 균근 비료 및 상토를 개발하기 위해 유기농 상토에 건조시킨 AMF 감염뿌리와 포자를 혼합한 후,2달에 한 번씩 혼합한 상토에 숙주식물을 식재하여 감염여부를 확인하였다.연구 결과 처음에 혼합한 AMF가 시간이 지난 후에도 활력을 잃지 않고 viability가 6개월 이상 유지되는 것을 확인하였다.
균근 비료 개발을 위해 alginate를 이용해 AMF 감염 뿌리를 건조한 후 분말화하여 encapsulation하였다.이를 접종원으로 사용하여 수수에 접종한 후,생장량과 감염률 등을 확인하였다. 실험 결과,AMF 접종원을 sodium alginate로 encapsulation한 그룹이 p<0.05수준에서 생장량이 AMF 감염된 뿌리만 넣은 것과 control에 비해서는 월등히 높게 나타났다.
또한 앞선 연구에서 선정된 친환경 농업에 효과적인 균주 Glomus mosseae, G. sp., G. claroideum, Acaulospora longula, Gigaspora gigantea및 이들 5종을 혼합하여 총 6종의 접종원을 제작한 후,이를 고추에 접종시켜 온실에서 10주간 배양한 후,실제 경작지에서 10주간 배양하였다.초기 온실에서 고추의 건조 중량은 G.sp.를 제외한 모든 처리구에서 대조구에 비해 높게 나타났다.이들을 실제 경작지에 정식한 후 10주 후 수확하여 뿌리,줄기,열매의 건조중량을 각각 측정한 결과,종에 따라 유의미한 차이를 보였다.T-RFLP를 이용한 AMF 군집 구조는 초기 접종한 AMF 균주에 따라 군집에 차이를 보였으며,글로말린의 농도 역시 종에 따라 유의미한 차이를 보였다.본 연구 결과를 종합해 볼 때,친환경 고추 농업에 AMF 접종은 초기 고추 생장 뿐 아니라 실제 경작지에서도 고추의 생장량 및 토양 내 글로말린 농도를 증가시킨다는 것을 확인하였으며,특히 고추의 생육에 효과적인 AMF 균주는 G.mosseae,Gi.gigantea와 여러 균주를 혼합하여 접종원으로 사용하는 것임을 확인하였다.

Abstract ▼

1. Selection and cultivation of AM fungal species effective to environmentally-friendly agriculture
In order to select AM (arbuscular mycorrhizal) fungal species effective to environmentally friendly agriculture, soils were collected from various host plant species at several sites in Korea and A

1. Selection and cultivation of AM fungal species effective to environmentally-friendly agriculture
In order to select AM (arbuscular mycorrhizal) fungal species effective to environmentally friendly agriculture, soils were collected from various host plant species at several sites in Korea and AM fungi were cultured with sorghum as a host plant in a greenhouse. For the first year of the research, 53 soil samples were collected and cultured and 168 samples for the second year, and 300 samples for the third year. AMF spores have been isolated from the trap cultures and identified morphological and molecular techniques. The isolated spores have been cultured in a single species.
Diversity of AM fungi and and glomalin concentration from roots of hot pepper and soils in farms using conventional and environmentally friendly agricultural practices were compared to select AM fungal species effective to environemtnally friendly agriculture. Five species of AM fungi in conventional farms and six species in organic farms were found in the roots of hot peppers. Especieally, Paraglomus occutum was found only in conventional farms, while Acaulospora longula and Gigaspora margarita were found only in organic farms. Species diversity and number of species, and glomalin concentration were higher in environmentally friendly agriculural farms compared to in conventional farms. PCA ordination analysis of AMF spore communities shows that AMF community structure was significantly different between different agricultural manangement practices. These results suggested that agricultural practices affect AM symbiosis both in soils and host plants. Based on the results from this study, five species of AMF were selected for environmentally friendly cultiviation of hot pepper.
2. Development of proliferation and conservation techniques for AM fungi
As an obligate symbionts with host plants, it has been know that AM fungi are not possible to culture without their host plants. Usual proliferation technique of the AM fungi is to produce AMF propagues using pot cultures with AM dependant host plants in a greenhouse. However, it is difficult to produce AM incoulum in a large scale because it takes at least 4-6 months for a cycle and. It is essential to develop a new technique to resolve the depict of pot-culture based technique. In this study, root organ culture technique were used. The germinated spores from pure culturs were inoculated to carrot roots transformed with Rhizobium rhizogenes. Three species of AM fungi, Glomus mosseae, Gigaspora margarita, Scutellospora heterogama were successfully cultured using root organ culture (ROC) technique and currently we are trying to culture several AM species. The AM inoculum from ROC culture were used to proliferate the inoculum in a bioreacter and an aeropoic culture system. In bioreactor system, several structure were introduce to maximize the production of AM fungal propagules. Also, aeroponic culture system was used for faster production for AM inoculum. After 7 weeks growth of AM inoculated sorghum in the improved aeroponic system, colonization of AM fungi in new roots was confirmed using root staining and molecular methods. The results suggest that both culture system could be used for large scale production of AM fungal inoculm.
3. Development of environmentally friendly fertilizer and bed soils
In order to develop environmentally friendly bed soils using AM fungi, organic fertilizer mixed with AM fungal inoculum consisted with mycorrhizal roots and spores was prepared. The mycorrhizal bed soils were used to make pots and hot peppers were planted every two monty. After three months, mycorrhizal colonization rates were measured and colonization of AM fungi were confirmed. The result suggests that the organic bed soils with AM fungi keep the viability of AM fungi for over 6 months under field condition.
Mycorrhizal inoculum with roots and spores was dried and grinded into powder and encapsulated using alginate in order to develop mycorrhizal fertilizer. The mycorrhizal fertilizer was inoculated to sorghum and mycorrhizal colonization rates and growth rates were measured after 3 month growth in greenhouse. Result showed that plant growth inoculated with alginate encapsulated AMF inoculum showed significanly higher than without inoculum.
Also, AM fungal species effective to environmentally friendly agriculture selected from previous study, Glomus mosseae, G. sp., G. claroideum, Acaulospora longula, Gigaspora gigantea were tested in the field. AM fungal inoculum with these fungal species were inoculated to seedlings of hot peppers and transplanted to the field condition managed by environmentally friendly agricultural practices after 10 weeks of growth in greenhouse. After 10 weeks of growth in the field, growth, colonization and community of mycorrhizal fungi in the roots of hot pepper were analyzed. After 10 weeks of growth in greenhouse, dry weights of the plants were higher in all of the mycorrhizal treatments than in controls, except for the treatment of Glomus sp. After transplant of the plants to the field and 10 weeks of growth, dry weights of root, shoot and fruits of plants showed varous results which depend on the AM fungal species. TRFLP was used to analyse AM fungal community and the AM fungal community after 10 weeks growth in the fields showed differences among AM fungal species inoculated. Also, glomalin centecentration was different among AM fungal species inoculated. The result suggests that AM fungal inoculation increase the growth of hot pepper and glomalin concentration in the field as well as in early growth in greenhouse. Especially, AMF species effective to hot pepper was Glomus mosseae, Gigaspora gigantea and mixed inoculum of several AM fungal species.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 14
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
• 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 16
• 제 2 절 연구개발의 범위 ... 17
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 21
• 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 22
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 23
• 제 1 절 친환경 농업에 효과적인 균주 선발 및 배양 ... 23
• 1. 다양한 서식지에 분포하고 있는 균근균의 균주 확보 ... 23
• 2. 다양한 식물에 존재하는 수지상균근균 조사 ... 39
• 3. 순수 배양을 통한 단일 균주 확보 ... 42
• 4. 작물별 AMF 접종에 따른 생장량 비교 ... 50
• 5. 친환경 농업에 적합한 균근균의 선발 및 배양 ... 54
• 6. 경작지 토양에서 내생균근 포자의 분포 조사 ... 61
• 7. 산림지역에서 수지상 내생균근 조사 ... 63
• 8. 친환경농업에 효과적인 수지상균근균 및 접종원 형태 선발 ... 64
• 9. 비료 처리에 따른 수지상균근균 군집 변화 ... 99
• 10. 농법에 따른 수지상균근균의 다양성 및 글로말린 함량 비교 ... 110
• 제 2 절 균근균의 증식 배양 및 보존기술 개발과 접종 효과 분석 ... 121
• 1. 수지상균근균 증식 배양에 적합한 상토 배합 비율 조사 ... 121
• 2. 수지상균근균 대량 증식 조건 및 작물 생육 조사 ... 127
• 3. Bioreactor를 이용한 수지상균근균 대량증식 및 접종 효과 검정 ... 133
• 4. aeroponic culture를 이용한 수지상균근균 대량 증식 ... 135
• 5. 트랩 배양을 이용한 수지상균근균 대량 증식 ... 162
• 6. 다양한 지역으로부터 채집한 균근균 포자의 접종 효과 시험 ... 164
• 7. 수지상 내생균근균 Glomus etunicatum의 수수 접종효과 ... 165
• 8. 균근균 증식 및 재배 시험 연구 ... 173
• 제 3 절 친환경 균근비료 및 상토 개발 ... 179
• 1. 균근균을 포함한 미생물을 이용한 친환경 비료의 개발 사례 연구 ... 179
• 2. 외국의 미생물제제 개발 사례 연구 ... 185
• 3. 균근균 첨가 상토 개발을 위한 접종원 선발 ... 189
• 4. 균근 상토 개발 및 AMF viability 검정 ... 197
• 5. alginate를 이용한 친환경 균근 비료 개발 및 효과 검정 ... 206
• 6. 고추의 친환경 재배시 친환경 균근비료의 적용 및 효과 분석 ... 213
• 7. 수지상균근균을 이용한 친환경 원예용 상토 육묘 시험 ... 233
• 제 4 장 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 237
• 제 1 절 1차년도 목표달성도 ... 237
• 제 2 절 2차년도 목표달성도 ... 238
• 제 3 절 3차년도 목표달성도 ... 239
• 제 4 절 관련분야 기여도 ... 240
• 제 5 장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 242
• 제 1 절 기술확산 및 교육․홍보계획 ... 242
• 제 2 절 지식재산권 확보계획 ... 243
• 제 3 절 추가연구의 필요성 ... 243
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 244
• 제 7 장 참고문헌 ... 245
• 끝페이지 ... 273