본 발명은 신규한 미생물 바실러스 아밀로리쿼페이션스 케이티지비0202 및 이를 이용한 식물병원균의 방제방법에 관한 것이다.
본 발명은 각종 작물의 흰가루병에 방제효과가 뛰어나며, 식물병원성 진균에 광범위한 항균활성을 가지며 담배모자이크바이러스의 감염을 억제하는 신규한 미생물 바실러스 아밀로리쿼페이션스(BACILLUS AMYLOLIQUEFACIENS) KTGB0202(수탁번호 : KCTC 10564BP)균을 제공한다.
또한, 본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균이 생산하는 신규의 항진균 활성물질인 KTGB0202-AF01을 제공한다.
또한, 본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균을 함유하는 친환경적 흰가루병 방제용 균 배양물을 제공한다.
본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균은 특별한 색소를 형성하지 않고, 생육 적온은 27 ~ 30 ℃이다.
또한, 그람 양성세균이며 크기가 0.8 ~ 1.0 ×1.5 ~ 2.0 ㎛의 간상형 세균(도 1)으로, 운동성을 갖고 카탈레이스(catalase) 효소를 분비하는 호기성 세균이다.
한편, 균체 지방산 분석결과는 표 1과 같다.
gyrase subunit A gene 유전자분석에 의한 염기서열은 서열목록 1과 같다.
본 발명의 신규한 미생물을 바실러스 아밀로리쿼페이션스(Bacillus amyloliquefaciens) KTGB0202로 명명하여, 2003년 12월 10일 생명공학연구원 유전자은행에 수탁번호 KTCT 10564BP 로 기탁하였다.
본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균으로 부터 흰가루병균과 식물병원균에 항균활성을 갖는 배양물을 얻기 위한 배양은 뉴트리언트 한천 (nutrient agar)배지, 감자한천액체(potato sucrose agar)배지 및 뮤엘라 힌톤 한천(Mueller Hinton agar)배지 모두에서 가능하다.
본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균을 이용하여 방제 가능한 식물병원균은 흰가루병균(Powdery mildew), 토마토잎 곰팡이병균(Cladosporium fulvum), 고추탄저병균(Colletotrichum gloeosporioides), 고추역병균 (Phytophtthora capsici), 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea), 벼문고병균 (Rhizoctonia solani), 근부병균(Fusarium oxysporum), 토마토겹둥근무늬병균 (Alternaria solani) 등이며, 그 외에 캔디다증 병균(Candida albicans)에도 균 생육 억제효과를 갖는다.
본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균은 80 ℃ 이상의 고온에서 안정하며, 배양액 조건으로 실온보관시 흰가루병 방제활성은 6 개월 이상 유지된다.
본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균의 방제대상 병원균 중 흰가루병균은 오이, 호박, 참외의 스페로데카 훨지니아(Sphaerotheca fulginea), 담배의 에리시페 타바시나(Erysiphe tabacina), 토마토의 레베루라 타우리카(Leveillula taurica) 딸기의 스페포데카 휴물리(Sphaerotheca humuli)에 더욱 효과적이다.
본 발명의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균에 의해 감염억제활성을 갖는 식물바이러스는 담배모자이크바이러스(TMV)이다.
또한, 본 발명의 KTGB0202균이 배양액 중에 생산하는 항진균 활성물질은 지용성 레진으로 1차 분리되고, 실리카젤 크로마토그라피, LH-20겔 크로마토그라피로 정제되어, 흰색의 분말상인 물질로 제공되며 이 항진균 물질을 KTGB0202-AF01로 명명하였다. 이 활성물질의 수소핵자기공명(1H-NMR) 스펙트럼은 도 2와 같다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예와 실험예를 통하여 상세히 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
<실시예 1> 바실러스 아밀로리쿼페이션스(Bacillus amyloliquefaciens) KTGB0202 균의 분리 및 동정
대전광역시 유성구 신성동 소재 KT&G 중앙연구원 인근의 야산에 자생하는 참나무잎을 채집하여 준비하였다.
채집한 잎을 물로 씻고 풍건한 후 1 % 차아염소산나트륨으로 표면상균하고 막자사발로 충분하게 갈아 증류수로 희석하였다.
이 희석액을 뮤엘라 힌톤 한천(Mueller Hinton agar)배지에 중층법으로 처리하여 27 ℃ 배양기에서 2 ~ 3 일 배양한 후 몇번의 계대배양을 거쳐 순수하게 분리하였다.
균주의 동정은 형태관찰과 생리적 특성 및 균체 지방산 분석 및 16S rDNA 염기서열 분석을 통하여 실시하였다.
상기의 균주는 뉴트리언트 한천(nutrient agar)배지, 포테이토 슈크로스 한천(potato sucrose agar)배지 및 뮤엘라 힌톤 한천(Mueller Hinton agar)배지에서 양호하게 생육하며, 특별한 색소를 형성하지 않고, 생육 적온은 27 ~ 30 ℃이다.
또한, 그람 양성세균이며 크기가 0.8 ~ 1.0 ×1.5 ~ 2.0 ㎛의 간상형 세균(도 1)으로, 운동성을 갖고 카탈레이스(catalase) 효소를 분비하는 호기성 세균이다.
균체 지방산 분석결과는 표 1과 같다.
<표 1> KTGB0202 균의 지방산 조성분석
지방산 조성 |
KTGB0202 균 |
C14:0 ISO |
1.06 |
C14:0 |
1.02 |
C15:0 ISO |
20.39 |
C15:0 ANTEISO |
43.73 |
C16:0 ISO |
2.95 |
C16:1 w1 1c |
1.35 |
C16:0 |
7.53 |
C17:0 ISO |
8.00 |
C17:0 ANTEISO |
11.96 |
동정된 균주의 gyrase subunit A gene 유전자분석에 의한 염기서열은 첨부된 서열목록의 서열번호 1과 같다.
이상의 균 동정결과를 종합하여 바실러스 아밀로리쿼페이션스(Bacillus amyloliquefaciens)로 동정하고, KTGB0202 균주라 명명하였다.
분리 동정된 균주를 특허출원을 위한 국제미생물기탁기관인 한국생명공학연구원 유전자은행에 2003년 12월 10일 기탁번호 KCTC 10564BP로 기탁하였다.
<실시예 2> 바실러스 아밀로리쿼페이션스(Bacillus amyloliquefaciens) KTGB0202 균주의 배양
실시예 1의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균주를 준비하였다.
뮤엘라 힌톤 한천(Mueller Hinton agar)배지를 준비하였다.
준비한 뮤엘라 힌톤배지 21 g을 1 ℓ의 증류수에 넣어 잘 녹인 후 500 ㎖ 삼각플라스크에 200 ㎖씩 분주하고, 1.5 기압 121 ℃로 20 분간 고압 살균하여 제조하였다.
제조된 배지에 플레이트 상태의 KTGB0202 균을 백금리로 취하여 접종한 후 27 ℃에서 100 ppm으로 흔들어주면서 4 일간 배양하였다.
배양액은 약한 노란색을 띠고 점성을 보이며 pH는 6.79 였다.
<실시예 3> KTGB0202 균이 생산하는 항진균 물질 KTGB0202-AF01의 분리 및 정제
실시예 2의 바실러스 아밀로리쿼페이션스 KTGB0202 균의 배양액을 준비하였다.
준비한 배양액을 다이온이온 HP10(Diaion-HP10) 레진(resin)이 충진되어 있는 유리 컬럼을 통과시켰다.
흡착되어 있는 항진균 물질은 70 % 함수 아세톤으로 추출하고 농축하였다.
농축물은 소량의 클로로포름(CHCL3)과 메탄올(MeOH)에 녹여서 실리카겔 컬럼 크로마토그라피를 실시하였다.
상기 용매계를 7 : 3 ~ 0 : 1 까지 극성을 점점 높여가며 활성물질을 전개하여 3 : 7 ~ 1 : 9 부분에서 가장 활성이 강한 물질을 정제하였다.
정제물은 감압농축 후 소량의 메탄올에 녹인 후 동일 용매를 전개용매로 LH-20(Sephadex LH-20)겔 크로마토그라피를 수행하여 최종 정제하였다.
최종 정제물은 에틸아세티이트(EtoAC), 클로로포름(CHCL3) 등의 비극성 용매에는 녹지 않았으며, 메탄올에는 약간, 틀로로포름과 메탄올의 1 : 1 혼합요액과 물에는 잘 녹았다.
상기의 활성물질의 수소핵자기공명(1H-NMR) 스펙트럼은 도 2와 같다.
<실험예 1> KTGB0202 균의 배양 시간별 활성변화 측정실험
배양시간에 따른 항균, 항바이러스 및 흰가루병 방제효과의 변화를 알아보기 위해 뮤엘라 힌톤 액체배지를 사용하여 27 ℃, 110 rpm의 조건으로 배양하면서 시간별로 시료를 채취한 후 각각의 활성을 조사하였다.
항균효과는 토마토 잎곰팡이병균에 페이퍼디스크법으로 조사하였고, 항바이러스 효과는 쟌티엔씨 담배품종 잎에서 전처리법으로 조사하였다.
또, 흰가루병 방제효과는 5배 희석액을 5일 간격으로 1일 3회 경엽살포하여 7일 후 결과를 조사하여 표 2에 나타내었다.
<표 2> KTGB0202 균의 배양시간에 따른 활성의 변화
배양시간 |
항균효과(㎜) |
항바이러스효과(%) |
흰가루병 방제효과(%) |
OD(660㎚) |
pH |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.012 |
7.70 |
6 |
0 |
0 |
0 |
0.063 |
7.65 |
12 |
0 |
0 |
12.5 |
0.644 |
7.19 |
24 |
약 |
0 |
75.0 |
0.758 |
6.88 |
48 |
약 |
0 |
75.0 |
0.919 |
7.22 |
72 |
12 |
50 |
75.0 |
0.780 |
6.75 |
96 |
13 |
60 |
87.5 |
0.578 |
6.79 |
120 |
13 |
67 |
87.5 |
0.471 |
6.62 |
144 |
11 |
85 |
87.5 |
0.525 |
6.70 |
168 |
11 |
76 |
100 |
0.468 |
6.72 |
192 |
10 |
82 |
87.5 |
0.433 |
7.09 |
수돗물 |
0 |
0 |
0 |
- |
- |
표 2에서 보는바와 같이, 항균효과와 흰가루병 방제효과는 24 시간 배양 후부터 확인되었으며, 항바이러스 효과는 72 시간 배양물부터 확인되었다.
또, 균수는 48 ~ 72 시간 배양시 최대가 되었다.
<실험예 2> KTGB0202 균 배양물 농도에 따른 담배 모자이크 바이러스(TMV) 감염억제 효과실험
본 발명의 실시예 1의 KTGB0202 균의 뮤엘라 힌톤 액체 배양액을 10,000 rpm으로 15분간 원심분리하여 상징액과 균체로 구분하고, 이들을 멸균증류수로 희석한 후 쟌티-엔시(Xanthi-nc) 담배의 잎에 도말하였다.
도말 하루 후 담배모자이크 바이러스를 접종하여 감염억제 효과를 조사하여 표 3에 나타내었다.
<표 3> KTGB0202 균의 담배모자이크바이러스 감염억제 활성
처리내용 |
바이러스 감염억제효과(%) |
배양물원액 |
98 |
배양물 2 배 희석액 |
95 |
배양물 10 배 희석액 |
70 |
배양물 20 배 희석액 |
50 |
배양물 50 배 희석액 |
20 |
수돗물 |
0 |
상기의 표 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 KTGB0202 균 배양물 10 배 희석액 부터는 바이러스 감염효과가 현저히 떨어지는 것을 알 수 있었다.
<실험예 3> KTGB0202 균의 항진균 활성실험
본 발명의 실시예 1의 KTGB0202 균을 뮤엘라 힌톤 한천배지에서 3 ~ 4 일간 배양한 후 0.6 ㎝ 직경의 아가 플러그(agar plug)를 만들어 포테이토 텍스트로스 한천 배지상의 식물병원균 검정균과 대치배양한 후 생육저지 거리를 조사하여 항균활성을 조사하였다.
항진균 활성을 조사한 결과는 표 4에 나타내었다.
<표 4> KTGB0202 균의 항진균 활성 스펙트럼
병원균 |
항진균 활성(㎜) |
토마토잎 곰팡이병균(Cladosporium fulvum) |
8 |
고추탄저병균(Colletotrichum gloeosporioides) |
6 |
잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea) |
2.5 |
고추역병균(Phytophtthora capsici) |
10 |
벼문고병균(Rhizoctonia solani) |
8 |
근부병균(Fusarium oxysporum)(시들음병) |
5 |
토마토겹둥근무늬병균(Alternaria solani) |
4 |
캔디다증 병균(Candida albicans) |
4 |
<실험예 4> 담배 흰가루병에 대한 방제효과 실험
흰가루병에 대한 예방 및 치료효과는 온실조건의 포트에서 재배중인 담배를 이용하여 실시하였다.
본 발명의 실시예 2의 배양물은 담배 잎에 흰가루병균 병반이 10 % 이상 발병 시 처리하였으며, 최종 살포 7 일 후에 발병율을 조사하여 방제효과를 확인하였다.
1. KTGB0202 균 배양물의 담배 흰가루병 방제효과 실험
온실에서 생육 중인 담배에 본 발명의 실시예 2의 배양물을 처리하여 병 발생과 치료효과를 조사하였다.
배양물 활성성분의 열에 대한 안정성 조사는 100 ℃로 30 분간 실시하였으며, 그 결과는 표 5에 나타내었다.
<표 5> KTGB0202 균의 담배 흰가루병 방제효과 실험결과
처리내용 |
발병뮬(%) |
방제가(%) |
균배양물 |
8.9 |
91.1 |
균배양물(열처리) |
11.5 |
88.5 |
수돗물 |
100 |
0 |
상기의 표 5에서 보는바와 같이, 본 발명의 KTGB0202 균 배양물 처리시 담배 흰가루병에 대한 방제효과는 91.1 %로 매우 우수하였으며, 열처리에 의한 활성의 소실은 미미한 수준으로 열에 대한 안정성이 확인되었다.
2. KTGB0202 균 배양물의 희석농도별 담배 흰가루병 방제효과실험
본 발명의 실시예 2의 배양물을 멸균증류수로 10 배에서 100 배까지 희석하여 담배 흰가루병 방제효과를 조사하였다.
각각을 5 일 간격으로 3회 경엽살포하여 7일 후 결과를 조사하여 표 6에 나타내었다.
<표 6> KTGB0202 균 배양물의 희석농도별 담배 흰가루 방제효과실험 결과
희석배수 |
발병율(%) |
방제가(%) |
1 배 |
0 |
100 |
5 배 |
5.0 |
95.5 |
10 배 |
12.5 |
87.5 |
20 배 |
25.0 |
75.0 |
50 배 |
45.0 |
55.0 |
100 배 |
67.5 |
32.0 |
수돗물 |
100 |
0 |
상기의 표 6에서 보는 바와 같이, 본 발명의 배양물 50 배 희석시 55.5 %의 방제효과를 보였으며, 원액을 사용한 경우 처리된 담배 잎에서 흰가루병이 전혀 발생하지 않았다.
3. KTGB0202 균 배양물 처리법에 따른 담배 흰가루병의 방제효과실험
실시예 2의 KTGB0202 균 배양물을 담배잎 표면, 이면, 양면에 배양물 5 배 희석액을 5 일 간격으로 3회 살포하여 7일 후 결과를 조사하여 표 7에 나타내었다.
<표 7> KTGB0202 균 처리방법에 따른 담배 흰가루병 방제효과실험 결과
처리면 |
발병율(방제가(%) |
표면 |
이면 |
표면 |
12.5(87.5) |
50.0(50.0) |
이면 |
100(0) |
0(100) |
표면/이면 |
12.5(87.5) |
0(100) |
수돗물 |
100(0) |
100(0) |
상기의 표 7에서 보는 바와 같이, 표면 처리시 이면에서의 병 방제효과도 50 % 확인되었으며, 가장 완전한 방제효과는 양면 모두에 배양물을 처리시 확인되었다.
<실험예 5> KTGB0202 균 배양물의 딸기 흰가루병 방제효과실험
실시예 2의 KTGB0202 균 배양물의 딸기 흰가루병 방제효과를 알아보기 위해, 충남 논산에 위치한 논산 딸기시험장에서 재배중인 매향 품종에 배양물을 6 ~ 7 일 간격으로 3회 살포하였다.
각회 처리 5 ~ 7 일 후 딸기를 수확하여 이병과율과 이병엽율을 조사하여 표 8, 9에 나타내었다.
<표 8> KTGB0202 균의 딸기 과일에서의 흰가루병 방제효과실험 결과
처리내용 |
1차 살포 7일 후 |
2차 살포 5일 후 |
3차 살포 9일 후 |
이병과율(%) |
방제가(%) |
이병과율(%) |
방제가(%) |
이병과율(%) |
방제가(%) |
10배 희석 |
17.6 |
35.5 |
11.0 |
72.6 |
7.5 |
89.8 |
30배 희석 |
13.4 |
50.9 |
17.5 |
56.5 |
9.5 |
87.1 |
50배 희석 |
15.4 |
43.6 |
34.4 |
14.4 |
12.5 |
83.1 |
수돗물 |
27.3 |
- |
40.2 |
- |
73.8 |
- |
<표 9> KTGB0202 균의 딸기 잎의 흰가루병 방제효과실험 결과
처리내용 |
발병율(%) |
방제효과(%) |
배양물 10 배 희석 |
2.45 |
96.5 |
배양물 30 배 희석 |
13.3 |
80.8 |
배양물 50 배 희석 |
20.4 |
70.5 |
수돗물 |
69.3 |
- |
상기의 표 8과 표 9에서 보는 바와 같이, 과일에서의 병 발생은 최고 89.8 % 까지 방제되었고, 잎에서의 최고 병발생억제효과는 96.5 %였다.
<실험예 6> KTGB0202 균 배양물의 호박 흰가루병 방제효과 실험
실시예 2의 KTGB0202 균 배양물의 호박 흰가루병 방제효과를 조사하기 위해 공주시 소재 호박 재배농가의 흰가루병이 만연한 호박잎에 본 발명의 배양물을 경엽살포하여 방제효과를 조사하였다.
3 ~ 4 일 간격으로 3회 살포한 다음 8일 후 잎의 발병도를 조사하여 표 10에 나타내었다.
<표 10> KTGB0202 균 배양물의 호박 흰가루병 방제효과 실험결과
처리내용 |
발병율(%) |
방제효과(%) |
배양물 10 배 희석 |
2.5 |
97.4 |
배양물 30 배 희석 |
4.5 |
95.3 |
배양물 50 배 희석 |
10.5 |
89.2 |
수돗물 |
97.5 |
- |
상기의 표 10에서 보는 바와 같이, 이미 병이 심하게 만연된 상태에서 살포하였으나 89.2 ~ 97.4 %의 높은 방제효과를 보여, 본 발명의 배양물이 예방효과는 물론 치료효과도 우수하다는 것을 알 수 있었다.
<실험예 7> KTGB0202 균 배양물의 오이 흰가루병 방제효과실험
온실조건의 포트에서 재배 중인 오이 잎에 흰가루병이 10 % 정도 발생 시 균 배양물을 살포하고 잎에서의 병 방제효과를 조사하였다.
일주일 간격으로 3 회 살포하고 7일 후 처리 잎의 발병도를 조사하여 표 11에 나타내었다.
트리후민은 농가 권장 사용농도인 4000 배 희석액을 사용하였다.
<표 11> KTGB0202 균 배양물의 오이 흰가루병 방제효과 실험결과
처리내용 |
발병율(%) |
방제효과(%) |
배양물 10 배 희석 |
2.46 |
97.54 |
배양물 30 배 희석 |
12.6 |
87.40 |
배양물 50 배 희석 |
3.41 |
96.59 |
지하수 |
100 |
- |
상기의 표 11에서 보는 바와 같이, 본 발명의 배양물을 처리한 결과 배양물 10 배 희석농도에서는 대조약제인 트리후민과 대등한 효과를 보였다.
<실험예 8> KTGB0202 균 배양물의 참외 흰가루병 방제효과실험
온실조건의 참외에 흰가루병이 10 % 정도 발생시기에 균 배양물을 일주일 간격으로 3 회 살포한 후 7일 후 결과를 조사하였다.
트리후민과 훼나리는 농가 권장 사용농도인 4000 배 희석액을 사용하였다.
참외 흰가루병 이병잎을 처리 전 후에 셈하여 치료효과를 산출하여 표 12에 나타내었다.
<표 12> KTGB0202 균 배양물의 참외 흰가루병 방제효과 실험결과
처리내용 |
처리전 발병 잎 수/처리 후 발병 잎 수 |
치료효과 |
배양물 10 배 희석 |
11/0 |
100 |
배양물 30 배 희석 |
5/1 |
80 |
트리후민 |
10/0 |
100 |
훼나리 |
9/6 |
33.4 |
수돗물 |
6/6 |
0 |
상기의 표 12에서 보는 바와 같이, 90 ~ 100 %의 우수한 방제효과를 보였으며, 신생 잎에서의 발병억제 효과도 우수하여 대조약제 트리후민에 비해 예방효과가 우수하였다.
<실험예 9> KTGB0202 균 배양물의 토마토 흰가루병 방제효과실험
충남 부여군 소재 부여 토마토 시험장에 재배 중인 토마토에 흰가루병이 만연된 상태에서 배양물을 일주일 간격으로 3 회 경엽살포한 후 7 일 후 잎에서의 발병억제효과 결과를 조사하여 표 13에 나타내었다.
<표 13> KTGB0202 균 배양물의 토마토 흰가루병 방제효과 실험결과
처리내용 |
발병율(%) |
방제효과(%) |
배양물 10 배 희석 |
4.43 |
95.57 |
배양물 30 배 희석 |
10.52 |
89.48 |
수돗물 |
100 |
0 |
상기의 표 13에서 보는 바와 같이, 병이 만연된 상태에서 배양물을 처리하였음에도 불구하고, 방제효과가 89.48 ~ 95.57 %로 우수한 치료효과를 나타내었다.
<실험예 10> 항진균물질 KTGB0202-AF01의 항진균활성 실험
본 발명의 실시예 3의 항진균물질 KTGB0202-AF01을 준비하였다.
준비한 KTGB0202-AF01을 메탄올에 녹여 100 ppm 농도로 조절한 후 직경 8 ㎜의 페이퍼 디스크에 묻혀 식물병원진균 및 켄디다균에 대한 생육저지 효과를 조사하였다.
그 결과를 아래의 표 14에 나타내었다.
<표 14> 항진균물질 KTGB0202-AF01의 항진균활성 실험결과
병원균 |
항진균활성(저지환, ㎜) |
토마토잎 곰팡이병균(Cladosporium fulvum) |
12 |
고추탄저병균(Colletotrichum gloeosporioides) |
14 |
고추역병균(Phytophtthora capsici) |
9 |
잿빛곰팡이병균(Botrytis cinerea) |
10 |
벼문고병균(Rhizoctonia solani) |
11 |
근부병균(Fusarium oxysporum, 일명 시들음병) |
9 |
토마토겹둥근무늬병균(Alternaria solani) |
13 |
캔디다증 병균(Candida albicans) |
12 |
상기의 표 14에서 보는바와 같이, 본 발명의 항진균 물질인 KTGB0202-AF01의 항진균 활성을 확인할 수 있었다.