KR100758007B1 - 버크홀데리아 종 ｐｐｋ003 균주 및 이를 이용한 잔디생장및 잔디병 발생 억제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔디병 발생 억제 및 잔디 생장을 촉진하는 Burkholderia sp. PPK003 (수탁번호: KCCM 10712P) 균주 및 이의 이용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신균주 Burkholderia sp. PPK003 (수탁번호: KCCM 10712P), 이의 순수배양물, 또는 이의 순수배양물을 유효성분으로 함유하는 미생물제제 및 이를 이용하여 잔디생장을 촉진하는 방법 및 이를 이용한 잔디병 발생 억제 방법에 관한 것이다.

잔디병 길항 미생물, PPK003, 잔디 생장 촉진 효과

Description

버크홀데리아 종 ＰＰＫ003 균주 및 이를 이용한 잔디생장 및 잔디병 발생 억제 방법{Burkholderia sp. PPK003 strain and Methods of Promoting Turfgrass Growth and Preventing Turfgrass Disease by using it}

도 1 는 PPK003 에 의한 잔디의 생장 촉진 사진. A: 대조구, B: 양성대조구, C: PPK003 처리 사진은 실험 종료 후 촬영되었다.

도 2는 PPK003에 의한 잔디의 생장 촉진 사진을 보인다. 대조구 및 양성대조구인 KLP, 미생물 제재 파인필드와 비교하였다. 대조구의 성장이 거의 없었던 거에 비해서 PPK003 실험구에서는 잔디 지상부의 성장이 두드러지게 촉진되었으며, 뿌리 길이 또한 많이 촉진된 것을 보인다.

도 3 는 PPK003 가 잔디 병원균에 길항력을 가지는 것을 보인다. A: 잔디 동전마름병(dollar-spot) 병원균에 대한 길항력, B: 라지패치(large-patch) 병원균에 대한 길항력, C: 브라운패치(brown-patch) 병원균에 대한 길항력을 보인다.

본 발명은 잔디가 식재된 토양에서 순수 분리되어진 신규한 Burkholderia 균주 및 이의 용도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잔디의 병원균에 항진균 활성을 보이는 Burkholderia sp. PPK003 (수탁번호: KCCM 10712P)에 관한 것으로서, 상기 미생물을 이용하여 잔디 병원균을 억제하는 방법, 및 상기 미생물을 이용하여 잔디의 생장을 촉진하는 방법에 관한 것이다.

기존의 화학농약은 극심한 환경오염을 초래하고 있을 뿐만 아니라, 생태계의 먹이사슬을 따라 농축되어서, 인간의 건강에 심각한 영향을 미친다. 또한 기존의 화학농약들에 대한 미생물의 저항성 증가로 인하여, 더 많은 양의 농약 사용이 되는 문제점이 있다. 따라서 환경오염을 축소하며, 무공해의 미생물농약의 개발이 절실히 요구되고 있다.

농업에 유용한 몇 가지 미생물의 종류 및 특성은 다음과 같다. 우선, 유산균은 공기가 있건 없건 20~40℃에서 대단히 빠른 속도로 자라며, 배양 과정 중 유산을 생산하며 산도를 저하(pH 4)시키고 과산화수소(H₂O₂)를 생성함으로써 병원성 미생물의 증식을 억제하며 토양 병해를 방지한다고 알려져 있다. 또한 각종의 생리활성물질(비타민, 아미노산, 핵산 등), 항균물질, 항암물질을 생산함으로써 작물의 경우 식물체 자기방어능력을 증가시키며, 가축의 경우 장내 미생물상 안정화, 사료효율증가, 내병성증가 효과를 나타내는 것으로 밝혀지고 있다. 또한, 효모는 쌀겨, 밀기울 등 농사 부산물의 발효 시 열 발생의 주요 미생물로서 유기물 분해 능력이 뛰어나며 다양한 조건에서도 발효력 및 생존력을 나타낸다. 따라서 악취발생원(축사바닥등)에 살포시 악취제거 효과를 발휘하는 것으로 알려져 있다. 방선균의 경우, 병원성 곰팡이의 천적미생물로서 토양내에서 자라면서 병원균을 죽이거나 생육을 정지시키는 항생물질을 만들어내는 유익균이다. 양질의 활성화된 토양 유기질을 많이 넣은 토양은 방선균의 밀도가 높은 특징이 있다. 퇴비발효 시 유기질을 많이 넣은 토양은 방선균의 밀도가 높은 특징이 있다. 퇴비 발효 시 내부 온도가 70~80℃ 일 때 퇴비 내 많이 넣은 토양의 병해억제 능력이 바로 방선균에 의하여 생성된 다량의 항생물질 때문이다. 또 흙의 고유의 냄새가 바로 방선균의 냄새이기도 하다. 버섯 배지를 살균 후 발효 시키는 이유도 방선균을 배양하기 위한 것이며 방선균 배양이 잘 된 배지는 버섯종균 접종 후 활착과정에서 잡균의 오염이 거의 없게 되는 것도 널리 알려진 사실이다. 이외에 마이코리자(Mycorrhiza)라고 하는 곰팡이는 작물뿌리에 밀착 생장하면서 토양 내 난용성 성분(특히, 인산)을 흡수하여 작물에 제공하기도 하며, 또 뿌리 표면의 물리적 방어벽 역할을 하여 뿌리 병해를 방지한다고 알려져 있다. 또한, 마치 식물처럼 햇빛을 이용하여 광합성을 행하는 광합성세균이 있으며, 이 세균은 진홍색을 띠며 균체 내 단백질 함량이 매우 높고 각종 비타민, 미네랄, 생리활성물질 및 항균, 항바이러스 물질을 생산한다고 알려져 있으며, 암모니아, 유화수소, 유기산 등 각종 악취 발생 물질을 섭취하면서 자라므로 악취 제거 효과를 나타내기도 한다. 광합성 세균은 가스 제거 역할도 수행함으로써 하우스의 미숙유기물 사용에 따른 가스피해를 방지할 수 있으며, 또한 오염된 더러운 물의 정화 능력도 있어 양어장의 정수 처리용 미생물로도 사용되기도 한다. 미생물 살충제로 널리 사용되는 비티(B/T)균은 균체 내에 독소를 만들며, 해충(청벌레, 파밤나방)의 유충이 이 독소를 먹게 되면 장이 파괴되어 죽게 된다. 최근에는 토양 유해 선충을 죽이는 B/T 균도 개발되고 있다.

최근 들어서, 식물 생장 및 인간의 건강에 유리하게 이용하기 위하여 토양 내 미생물상을 변화시키는 노력을 하였다. 박터라이제이션(Bacterization)이란 미생물 배양물을 작물 성장 또는 생육부위에 접종하는 것을 뜻하며 이러한 접종은 가끔 대단한 작물 수량 증대를 가져오기도 하지만, 실제로 그 접종된 미생물이 근권에서 어떠한 역할을 하는지에 대해서는 아직 분명하지 않다. 미생물은 종류에 따라 작물 생장기간 내에 근권에서 안정적으로 생존 생육함으로써 그 밀도를 유지시키는 종류가 있는가 하면, 원래의 기존 근권 미생물에 의해 배척당함으로써 근권에 정착하지 못하는 것도 있다. 이 때 뿌리 주변에서 안정적으로 정착 및 증식하는 미생물을 '근권 미생물'이라 부른다.

미생물의 근권 정착이란 대단히 적극적인 과정으로서, 미생물이 종자표면 또는 토양 내에서 생존하면서 탄수화물과 아미노산이 풍부한 종자 분비물을 이용하여 증식하고, 뿌리 표면에서 부착하여 생장하는 뿌리를 따라 계속 이동 증식하는 전체적인 과정이다. 또한 이 근권 미생물은 관수에 의해서 수동적으로 뿌리 아랫부분까지 이동하기도 한다.

대표적인 근권미생물로서는 슈도모나스, 아조토박터, 바실러스 등이 있으면 근권 미생물들은 그 증식속도가 빠르고, 운동성이 있으며, 뿌리 분비물을 선호하는 경향이 있는데, 식물에 유익한 영향을 주는 종류를 '식물 생장촉진 근권 미생물'이라 한다. 예전에는 식물 생장 촉진 근권 미생물의 유익 효과가 무, 감자, 사탕수수 등 뿌리 작물에 대해서만 인식되었으나 최근에는 귀리, 콩, 목화, 땅콩, 봉숭아, 벼 및 채소류 등 다양한 작물에서 그 긍정적 효과가 인정되고 있다.

미생물 접종처리에 의한 생장 촉진 효과와 병해방제효과는 동전의 양면으로 인식되어야 한다. 즉, 생장촉진효과를 가진 미생물이 병해억제효과를 가지기도 하며, 역시 병해 억제 기능 미생물이 식물 생장을 촉진한다는 사실이 많은 연구자들에 의하여 밝혀지고 있다. 일례로서 식물생장촉진 효과가 인정된 어떤 미생물(슈도모나스 세균)은 근권의 유해세균 및 곰팡이의 밀도를 저하시켜 병해를 줄여줌으로써 상대적으로 작물 생육을 촉진시킨다고 하는 연구결과가 있다.

즉 지금까지 그 작용 기작이 알려진 대부분의 식물생장촉진 근권 미생물은 유해 근권 미생물을 제어함으로써 간접적으로 작물 생육을 촉진하는 것으로 알려져 있다.

한편 근권 미생물이 식물 생장을 촉진시키는 물질(생리활성물질)을 생산함으로써, 식물 생장을 직접적으로 촉진시키는 경우도 있다. 즉, 이들 생리활성물질은 뿌리에 의한 양분 흡수를 촉진시킴으로써 뿌리털 발육증진, 뿌리 및 줄기 생장 촉진등의 효과를 발휘한다고 알려져 있다. 결국 식물생장촉진 근권 미생물은, 병해방제에 의한 생육촉진 효과 외, 특수 생리활성 물질을 생산하여 작물 생리를 변화시킴으로써 병균 침입에 대한 식물체 자기 방어능력을 배가시켜 병해방지 및 생장촉진효과를 거두게 되는 것이다.

근권 미생물에 의한 생물학적 방제기작은 항균성, 경쟁, 용균, 특정양분고갈, 시안 생산 등에 의한다고 알려져 있다.

항균성의 경우, 연구실내에서 병원균에 대한 항균능(길항능)이 안정되는 근권 미생물이 작물재배현장에서도 같은 항균력이 반드시 발휘되는 것은 아니나 많은 경우 깊은 상관도를 나타낸다.

항균력은 주로 근권 미생물이 분비하는 항생물질과 시데로포(Siderophore)에 의한 것으로 알려져 있으나, 병해 생물방제의 주 효과는 주로 항생물질에 의한다. 예로서, 어떤 식물 생장 촉진 근권 미생물은 밀재배 토양에 투여 시 밀의 뿌리주변에 페나진이라고 하는 강력한 항생물질을 분비하여 병원균을 억제함으로써 병해 방지는 물론 수량증대 효과를 나타내고 있다.

경쟁이라 함은 근권 영양분과 뿌리의 병해 민감 부위에 대하여 근권 미생물과 병원균 서로간의 경쟁에 의하여 병원균을 무력화시킴으로써 병해 억제효과를 얻는 것을 말한다. 식물 생장 촉진 근권 미생물(슈도모나스 세균)은 다양한 영양성분을 빠른 속도로 섭취하여 병원균이 이용할 필수 영양 성분을 고갈시킴으로써 병원균의 뿌리의 특정 부위를 통해 침입하여 발병시키게 되는데 이 식물 생장 촉진 근권 미생물이 그 특정부위를 선점하여 정착함으로써 병원균이 뿌리 내 침입을 못하게 되어 병 발생을 예방할 수 있다.

용균이란 식물 생장촉진 근권 미생물이 생산하는 곰팡이 파괴 효소의 작용으로 병원성 곰팡이를 사멸시키는 것을 말한다. 즉 식물성장촉진 근권 미생물이 키티나제라고 하는 곰팡이 세포벽 용해 효소를 생산하여 병원곰팡이(피시움 등)의 세포를 파괴함으로써 병해방지 및 증수효과를 거둘 수 있다.

미량원소 중의 하나인 철 성분은 미생물 생장의 필수원소이나 토양 중에서 철은 주로 3가 철의 불용성 상태로 존재하므로 미생물에 직접 이용될 수 없다. 미생물은 이들 불용성 철을 흡수 이용하기 위하여 시데로포라고 하는 물질을 생산하여 시데로포-철이 결합된 킬레이트 화합물을 만듦으로써 철을 이용할 수 있는 것이다. 식물 생장촉진 근권 미생물을 다량의 또는 그 기능이 우수한 시데로포를 생산하여 빠른 속도로 철을 이용함으로써 근권의 유해미생물(병원균 포함) 생장에 필요한 철 성분을 고갈시켜 버리게 되며, 따라서 병원균은 생장 및 뿌리 내 침입을 할 수 없게 되는 것이다.

많은 근권 미생물은 시안화합물을 만들며 이것은 병원균 방제에 일조를 하고 있다. 즉 시안화합물은 근권의 병원균 균체에 치명적인 손상을 입힘으로써 그 생육을 저지할 수 있게 되는 것이다.

특정 미생물들은 식물 병원성 곰팡이들에 대하여 길항능력을 가지고 있다. 병원균이 접근할 수 없도록 미리 식물의 표면을 점유하고 있거나, 생장에 필수적인 영양물질을 먼저 섭취함으로서 병원균의 생장을 억제할 수도 있다. 지금까지 보고되어진 항진균 미생물은 Pseudomonas, Bacillus, Streptomyces, Agrobacterium, Burkholderia 등의 세균과, Trichoderma, Gilocladium, Fusarium 과 같은 곰팡이로부터 유래된 것이 알려져 있다. 그러나, 잔디의 성장을 촉진하며, 잔디병의 방제를 동시에 하는 미생물은 거의 없다.

이에 본 발명자들은 Burkholderia sp. PPK003 (수탁번호: KCTC 10712P)가 잔디병의 원인균인 라지패치, 브라운패치, 잔디동전마름병에 길항적으로 작용하고, 잔디의 성장을 촉진하는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구성된 것으로, 토양 미생물로부터 추출된 잔디 성장 촉진과 잔디 병원균을 억제하는 균주 및 이를 포함하는 미생물제제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 균주 또는 이를 포함하는 미생물제제를 이용하여 잔디의 상품성 및 생산효율을 향상시킬 수 있는 재배방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 잔디 생장 촉진 및 잔디병 발생을 억제하는 미생물 신균주 Burkholderia sp. PPK003 (수탁번호: KCCM 10712P)를 제공한다. Burkholderia sp. PPK003는 잔디가 식재되어 있는 토양에서 순수 분리되었고, 유전자 서열을 분석하여 동정한 결과 신균주 PPK003 (Burkholderia sp)로 동정되었으며, 우수한 항진균활성 및 식물생장촉진 활성이 있다.

본 발명은 상기 미생물 또는 이의 대사산물을 포함하는 미생물제제를 제공한다. 미생물제제의 형태는 액상, 분말, 알지네이트 프릴(alginate prill) 등의 형태로 사용되고 있으며, 그 후 제품에 증량제(filler)로서 피트(peat)를 섞거나 전착제(sticker)를 혼합하여 살포함으로써 제품의 효과를 증가시키는 시도가 있었다.

최근에는 알긴산, 폴리아크릴아마이드, 카라기난 같은 생체 고분자물질속에 포자를 고정화시킨 후, 각종 첨가제(영양원, 전착제 UV 차단제, 증강제, PGPR 등)와 혼합하여 포장에 살포할 수 있다.

본 발명은 상기 미생물을 이용하여 잔디병 발생을 억제하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 Burkholderia sp. PPK003 (수탁번호: KCCM 10712P) 미생물을 단독 또는 이를 다른 미생물과 혼합하여 생균을 직접 살포하거나, 다른 첨가제를 포함한 미생물제제의 형태로 토양내 살포하여서 잔디의 병발생을 억제하는 방법을 제공한다.

본 발명은 상기 미생물을 이용하여 잔디 생장을 촉진하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 Burkholderia sp. PPK003 (수탁번호: KCCM 10712P) 미생물을 단독 또는 이를 다른 미생물과 혼합하여 생균을 직접 살포하거나, 다른 첨가제를 포함한 미생물제제의 형태로 토양내 살포하여서 잔디의 생장을 촉진하는 방법을 제공한다. 상기 첨가제는 식물의 생장을 촉진하기 위한 영양원(퇴비 등), 전착제 등을 포함한다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다

<실시예 1> 균주의 분리 동정 및 특징

신균주 PPK003 (Burkholderia sp)는 잔디가 식재되어 있는 토양에서 순수 분리되어졌다. 우수한 효능을 가지는 미생물을 분리하였고, 이를 분리 동정한 결과 신균주 PPK003 (Burkholderia sp)로 동정되었으며, 한국미생물보존센터에 기탁하였고, 기탁번호 KCCM 10712P를 부여받았다.

신균주 PPK003 (Burkholderia sp)의 균주의 특징

1. 배양적인 특징

LB(트립톤 10g,이스트 추출 파우더 5g, 염화나트룸 10g, 아가 15g, 증류수 1l)에서 배양이 되고, 25 - 30 ℃에서 배양이 된다.

2. 형태적 특징

PPK003 (Burkholderia sp)는 플레이트 배양 시 초반 15시간까지는 노란색을 띠다가 점점 형광빛을 띤 둥근 모양의 콜로니를 형성하고, 진탕 배양 시에도 배양액이 노란 형광색을 띠게 된다.

<실시예 2> 신균주 PPK003 (Burkholderia sp) 에 의한 잔디 생장 촉진

(1) 실시방법

멸균한 토양(모래와 peat moss의 비율: 1:9)과 직경 11cm의 홀커터(hole-cutter)를 이용하여 뜬 벤트글라스를 이용하여 포트(pot)를 만든다. 그 후, 잔디를 짧게 잘라 준 다음, 미생물 처리 한다. 미생물의 OD값을 0.5로 조절하여 총 20 ml을 1주일 간격으로 3번 처리한 후, 일주일의 잔디 생장 차이를 본다.

뿌리 성장 촉진의 결과를 알기 위해서 너스리에 대조구, 양성대조구인 KLP, 미생물 제재 파인필드, 그리고 실험구인 PPK003를 처리하였다.

(2) 결과

PPK003 (Burkholderia sp) 를 처리한 처리구와 이미 잔디 활성 촉진의 효과가 있는 것으로 알려진 KLP 그리고 아무것도 처리 하지 않았던 대조구의 성장 차이를 알 수 있었다 (도 1 참조).

특히 PPK003 (Burkholderia sp) 의 잔디 생장 촉진의 효과는 기존에 알려진 미생물 KLP보다 뛰어나다는 것을 알 수 있었다.

대조구의 성장이 거의 없었던 거에 비해서 잔디 지상부의 성장이 두드러지게 촉진되었으며, 뿌리 길이 또한 많이 촉진되었다는 것 또한 알 수 있었다(도 2 참조).

게다가 클로로필 함량 측정 결과, 대조구에 비해 클로로필 함량도 높아진 것으로 보아, 색상도 더 좋아진 것을 알 수 있었다.

이 실험 결과, 잔디의 생장을 촉진하여 조금은 까다로울 수 있는 잔디의 관리를 더 용이하게 할 수 있는 가능성을 제시하였고, 게다가 잔디의 사용이 대부분 심미적인 역할이 많다는 것을 감안하였을 때, 잔디를 더 높은 품질의 상태로 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다.

<실시예 3> PPK003 (Burkholderia sp) 의 잔디 병원균에 대한 길항력

(1) 실시 방법

신균주 PPK003 (Burkholderia sp) 의 잔디 병원균 엘로우패치(yellow -patch), 브라운패치(brown-patch) 및 잔디 동전마름병(dollar-spot)에 대한 길항력을 시험하기 위해 3개의 병원균과 미생물을 PDA 배지(감자 추출액 300g, 포도당 20g, 아가 15g, 증류수 1l)에 대치 배양하였다. 이때, 이미 병원균들에 대한 길항력이 알려진 KLP 균주를 양성대조구로 이용하였다.

(2) 결과

배양 24시간 후 관찰하였을 때, 그 PPK003 (Burkholderia sp)이 자라나 있는 부분에는 병원균들의 균사가 자라나지 못하는 것을 알 수 있었다(도 3 참조).

이것은 미생물이 병원균보다 우점을 차지하는 것을 뜻하는 것으로, 미생물이 먼저 자라나 있는 곳은 잔디 병원균이 자라나지 못할 것이라는 것 또한 예측할 수 있었다. 이것은 잔디병의 예방에 효과적인 방법이 될 수 있을 것이다. 즉, 잔디병이 발생하기 전 이 미생물을 정기적으로 처리하여, 토양에 미생물이 항시 존재하게 한다면, 잔디병을 예방할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 신균주 PPK003 ( Burkholderia sp)은 잔디의 생장을 촉진하였다. 이 뿐 아니라, 이 미생물을 잔디 병원균들과 같이 대치 배양하였을 때, 그 병원균들에 대하여 길항력을 가지는 것을 알게 되었다. 이것으로 이 미생물을 이용하면, 잔디의 품질을 높일 뿐 아니라, 잔디 관리가 용이해 지고, 잔디 질병을 예방 할 수 있다.

Claims (4)

1. 잔디 생장 촉진 및 잔디병 발생을 억제하는 미생물 신균주 버크홀데리아 종 PPK003 (수탁번호: KCCM 10712P).
2. 제 1 항에 따른 미생물을 포함하는 잔디 생장 촉진 및 잔디병 발생 억제용 미생물제제.
3. 제 1 항에 따른 미생물을 이용하여 잔디 생장 촉진 및 잔디병 발생을 억제하는 방법.
4. 삭제

Images