KR100976060B1 - 항진균 활성을 가지는 세균 Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｏｌｙｍｙｘａ ＫＣ０２８ - Google Patents

항진균 활성을 가지는 세균 Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｏｌｙｍｙｘａ ＫＣ０２８ Download PDF

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Abstract

본 발명은 병원성 진균에 대해 항진균 활성을 가지는 패니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) KC028 (수탁번호: KCCM10974P)에 관한 것으로 이는 환경 보전 및 정화 작용이 있는 다기능적 미생물제제로서 식물 곰팡이병 방제용 미생물 농약, 미생물제제, 엽면살포제 또는 관주살포제 등 환경친화형 제제로 이용될 수 있다.
패니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) KC028, 미생물 농약, 항진균 활성

Description

항진균 활성을 가지는 세균 Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｏｌｙｍｙｘａ ＫＣ０２８{The novel antifungal bacterial Paenibacillus polymyxa KC028}
본 발명은 환경 보전 및 정화 작용이 있는 다기능적 미생물제제로서 식물 곰팡이병 방제용 미생물 농약, 미생물제제, 엽면살포제 또는 관주살포제 등 환경친화형 제제로 이용될 수 있는, 병원성 진균에 대해 항진균 활성을 가지는 패니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) KC028 (수탁번호 : KCCM10974P) 및 이를 포함하는 미생물 농약에 관한 것이다.
화학농약은 작물의 생산성을 증대시킬 목적으로 재배할 때 발생하는 병이나 해충을 방제하는데 크게 기여하였다. 화학농약은 정확하고 신속한 약효로 농민들의 신뢰를 얻게 되었고 병충해 문제는 모두 농약으로 해결 가능하다는 인식이 생겨났다. 이로 인해 필요 이상의 농약을 사용하거나 적정농도를 초과하는 일이 빈번해졌다.
그러나 이러한 효과 이면에 화학농약의 사용은 많은 문제점이 발생했다. 첫 째, 화학농약을 사용하는 농민의 피해가 상당하였다. 많은 농민들이 농사일 중에서 가장 꺼여하는 것이 농약살포 작업이다. 보호장비를 갖춘다고 하여도 살포할 때 피해를 입을 위험성이 매우 높기 때문이다. 둘째, 화학농약은 살충의 대상인 병균, 해충, 잡초만 죽이는 것이 아니라 천적이나 누에나 꿀벌 같은 익충에 피해를 주고, 뿐만 아니라 강이나 하천으로 유입되어 수서 곤충이나 어류에도 큰 피해를 준다. 실제로 과수원, 시설재배단지 그리고 골프장 주변의 생태계는 지속적인 농약사용으로 크게 변화되고 있으며 더욱이 농산물에 잔류된 농약이 식품을 통해 인체에 피해를 주고, 뿐만 아니라 토양이나 다른 생물에 축적된 농약이 만성적인 생태계에 부작용을 유발한다. 셋째, 화학농약 살포 후에 살아남은 병원균이나 해충은 농약에 저항성을 갖게 되어 오히려 병, 해충이 증가하는 경우가 생긴다. 또한, 흔히 나타나는 현상으로 종전까지는 문제가 되지 않던 새로운 병, 해충이나 잡초가 등장하여 이전보다 더 어려운 상황을 초래하기도 한다.
한편, 1992년 UN 환경개발회의 리우선언 이후 지구 환경보호를 위한 노력이 계속되었고 WTO가 창립되면서 환경과 무역을 연계시킨 국제무역 다자간 협상 즉, 그린라운드(Green Round)가 본격적으로 진행되면서 인류에게 먹거리를 제공하는 농업도 환경친화적 농업으로의 전환이 시급하게 되었다. 또, 그 일환으로 작물보호 분야에서도 화학농약 사용량의 제한 및 잔류허용량 강화를 통한 저독성, 저약량 제품 또는 생물농약의 개발과 보급이 시급하게 되었다. 이에 우리나라도 정부차원에서 1997년도 12월에는 환경농업육성법을 공포한 이후 실행되고 있으며, 최근에는 친환경 농업육성 5개년 계획을 수립하여 화학농약 사용량을 원제 기준으로 30%를 감소시키고 저농약 재배 이사의 친환경 농업 재배면적을 현재 1만헥타로 확대시켜 친환경 농업을 구현한다는 야심 찬 계획을 세우고 있다. 이러한 계획이 실효성을 갖기 위해서는 무공해·무독성 생물농약의 개발과 보급이 필수적이다.
생물농약은 농작물의 해충, 병원미생물 및 잡초를 방제하기 위하여 자연환경에서 분리 채집된 병원균, 기주 저항성 미생물, 천연물 농약 및 천적을 제품화한 것이다. 그 역사는 1888년도 Califonia에서 호주산 베다리아 무당벌레(Vedalia beetle)를 수입 방사하여 감귤 이세리아깍지벌레 방제에 성공한 이후 영국에서는 1920년대 온실가루이좀벌을 수입하여 토마토 온실가루이에 방제하였고 1926년에는 길항미생물을 이용하여 병원균 생장억제 효과를 얻었으며 1960년대에는 European spruce sawfly(잎벌류)를 virus로, 나방류는 Bacillus thueringiensis를 이용하여 방제에 성공하였고 1991년도에는 식물저항성 유도미생물을 미생물 종자처리제로 개발하여 유도저항성을 유발시켜 식물 병의 발생을 억제하는 수준에 도달하였다. 현재 세계적으로 상품화되어 보고된 것을 보면 크게 미생물, 페로몬을 포함한 생화학 농약, 식물농약, 천적 및 기타로 구분하여 145종의 생물농약이 있다.(Biopesiticide Manual, 1998). 우리나라는 1930년대 사과면충좀벌을 이용하여 사과면충 방제에 성공한 이후 1976년도에 제주도 감귤에 발생하는 루비깍지벌레를 방제시킨 예가 있으며 1897년에는 인삼뿌리썩음병을 방제하기 위하여 바이코나를 개발, 1994년에는 역병방제용 AC-1을 개발하는 등 여러 종류의 길항 미생물들이 개발되어 소개되었다. 2003년 3월 첫 제품이 등록된 이후 2008년 12월 현재까지 살균 제 16품목 살충제 14품목 제초제1 품목으로 총 31품목의 약제가 미생물농약으로 정식 등록되었다. 이와 별도로 현재 국내 친환경농자재 시장에는 농약의 효과가 있다고 주장하는 백여종 이상의 미생물자재가 판매되고 있다.
우리나라는 2000년도 6월에 미생물 농약의 등록 기준과 방법이 고시되어 토양 미생물제제들 중에서 살균 및 살충 효과가 인정되는 제품들도 미생물 농약의 범주에 들어오도록 제도적 뒷받침을 마련하게 되면서 본격적인 생물농약 시대에 접어드는 계기를 마련하였다.
이상에서와 같이 미생물 농약이 토양처리 분야에서는 몇몇 성공사례가 있지만 약효지속성, 살충 활성범위 등을 고려할 때 이제 겨우 개척단계에 불과하고 엽면 살포 분야에서는 커다란 성공사례가 아직 보고된 바가 없는 실정이다. 한편, 상업화에 있어서 무엇보다 중요한 것은 미생물제제의 효능, 상업성, 경제성 그리고 해충억제에 유리한 첨가물의 양과 가격 등을 고려하여 생산, 저장, 처리가 용이한 상태로 제품화하는 것이다.
이에, 본 발명자들은 환경 보전 및 정화 작용이 있는 다기능적 미생물제제를 개발하던 중 패니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) KC028 (수탁번호: KCCM10974P)가 다양한 병원성 진균류에 대해 항진균 활성이 뛰어나며 곰팡이병 방제용 미생물농약 등 환경친화형 제제로 이용될 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 병원성 진균에 대해 항진균 활성을 가지는 패니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) KC028 (수탁번호 : KCCM10974P) 및 이를 포함하는 미생물 농약을 제공하기 위한 것이다.
일 양태로 본 발명은 병원성 진균에 대해 항진균 활성을 가지는 패니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) KC028 (수탁번호 : KCCM10974P)를 제공한다.
본 발명의 미생물은 선발된 세균을 순수배양하여 그람염색(Gram stain)을 행하고, 형태적 특성과 생화학적 특성을 파악하여 동정하였다. 그 결과, 본 발명의 미생물은 패니바실러스 폴리믹사로 판명되었으며, 상기 미생물을 Paenibacillus polymyxa KC028로 명명하고 사단법인 한국종균협회 한국미생물 보존센터에 2008년 12월 9일자로 기탁하였다(수탁번호: KCCM10974P).
패니바실러스 폴리믹사 KC028는 광범위한 항진균 활성을 가지며, 특히, Rhizoctonia solani(벼잎집무늬마름병), Gibberella fujikuroi (벼키다리병), Cercospora kikuchii (콩자주무늬병), Phytophthora capsici (고추역병), Colletotrichum acutatum (고추탄저병), Colletotrichum gloeosporioides (고추탄 저병), Pyricularia grisea (벼도열병), Botryosphaeria dothidea (사과겹무늬썩음병) 및 Fusarium oxysporum f. sp. Cucumerinum (오이덩굴쪼김병)으로 이루어진 병원성 진균으로 이루어진 군에서 선택되는 1이상에 현저한 항진균 활성을 보인다.
패니바실러스 폴리믹사 KC028의 항진균 활성을 조사한 결과, 상기 병원성 진균류 모두에 대하여 광범위한 활성 스펙트럼을 나타냈다(실시예 1).
그러므로 패니바실러스 폴리믹사 KC028는 미생물 농약, 종자코팅제, 버섯의 곰팡이병 방제용 생물농약, 미생물제제, 토양개량제, 퇴비부숙제, 엽면살포제 또는 관주살포제의 유효성분으로 이용될 수 있다.
다른 양태로 본 발명은 제1항의 패니바실러스 폴리믹사 KC028 또는 이의 배양액을 포함하는 미생물 농약을 제공한다.
바람직하게는 상기 미생물 농약에는 항진균 활성 및 농약에 대한 저항성을 가지는 다른 미생물 담체를 추가로 포함할 수 있다. 미생물 담체는 식물자원 고분자 재료, 미생물 기원 생체 고분자 재료, 영양제, 보조 재료, 및 첨가제 등이 포함될 수 있다. 식물자원 고분자 재료로는 감자가루, 콩가루 및 전분가루, 미생물기원 생체 고분자로는 뮤코폴리사카라이드, 폴리-베타하이드록시-알카노에이트 및 응집제, 영양제로는 포도당, 펩톤 및 무기염류, 보조 재료로는 질석 및 왕겨 태운가루, 첨가제로는 증량제, UV 차단제 및 계면활성제 등이 있다.
본 발명의 미생물 농약은 항진균 활성이 뛰어나며 화학 물질 대신에 미생물 을 사용하기 때문에 환경 보전 및 정화에 유용한 환경친화적인 다기능제재로 미생물 농약으로 이용될 수 있다.
본 발명은 넓은 항진균 스펙트럼을 보여 다양한 진균에 의한 병을 방제하는데 효과적이므로 환경 보전 및 정화 작용이 있는 다기능적 미생물제제로서 미생물 농약, 토양개량제, 퇴비부숙제, 환경정화제 등 환경친화형 제제로 이용될 수 있다.
<실시예 1> Paenibacillus polymyxa KC028 분리 및 동정
항진균 활성을 가지는 새로운 미생물을 탐색하기 위하여 경북일원의 토양시료를 수집하고, 수집한 시료로부터 NA 배지(nutrient agar medium, Difco) 및 PDA(potato dextrose agar medium, Difco)를 이용하여 희석평판법으로 50여 후보균주를 분리하였으며, 후보균주를 대상으로 식물병원성 진균류인 고추탄저병균(Colletotrichum gloeosporioides) 이 도말된 PDA배지에 NB배지, 35℃에서 전 배양된 후보균주를 직경 8㎜ paper disc(ADVANTEC, Toyo, Japan)에 접종, paper disc diffusion method을 통하여 1차 항진균 활성균주를 선별한 후, 선별된 균주를 다양한 식물병원성 진균류에 대한 항진균 활성시험을 통하여 최종 균주를 선별하였다.
선발된 세균을 순수 배양하여 1차적으로 그람염색(Gram stain), 전자현미경( Hitachi, Japan) 검경 등을 통하여 형태적 특징과 VITEK2 자동동정기(Biomerieux, France)을 이용하여 생화학적 특징을 분석한 후, 최종적으로 Bergey's manual of systematic Bacteriology를 이용하여 확인결과, 본 발명의 미생물은 패니바실러스 폴리믹사로 동정되었으며, 상기 미생물을 Paenibacillus polymyxa KC028로 명명하고 사단법인 한국종균협회 한국미생물 보존센터에 2008년 12월 9일자로 기탁하였다(수탁번호 : KCCM10974P).
< 실시예 2> 항진균 활성균주의 활성 분석
식물 병원성 진균류 9종 Rhizoctonia solani(벼잎집무늬마름병), Gibberella fujikuroi (벼키다리병), Cercospora kikuchii (콩자주무늬병), Phytophthora capsici (고추역병), Colletotrichum acutatum (고추탄저병), Colletotrichum gloeosporioides (고추탄저병), Pyricularia grisea (벼도열병), Botryosphaeria dothidea (사과겹무늬썩음병) 또는 Fusarium oxysporum f. sp. Cucumerinum (오이덩굴쪼김병)등에 대한 항진균 활성은 진균류가 도말된 PDA(Difco Co.) 배지에 종이 디스크 (직경 6mm)를 이용하여 영양배지에서 전 배양된 세포 배양액을 접종하고 30℃에서 2~3일간 배양함으로서 조사하였다.
상기 세균을 대상으로 항진균 활성을 조사한 결과, 상기 병원성 진균류 모두에 대하여 광범위한 활성 스펙트럼을 나타냈다.
식물병원성 진균류에 대한 Paenibacillus polymyxa KC028의 항진균 활성 스펙트럼
식물병명 학명 항진균활성
벼키다리병(馬塵苗病) Gibberella fujikuroi
(불완전세대:Fusarium moniliforme)		 ○
콩자주무늬병(紫斑病) Cercospora kikuchii ○
고추역병(疫病) Phytophthora capsici ○
고추탄저병(炭疽病) Colletotrichum acutatum ○
고추탄저병(炭疽病) Colletotrichum gloeosporioides ○
벼도열병(稻熱病) Pyricularia grisea ○
콩탄저병(炭疽病) Glomerella glycines ○
생강잎집무늬마름병(紋枯病) Rhizoctonia solani ○
사과겹무늬썩음병(輪紋病) Botryosphaeria dothidea ○
오이덩굴쪼김병(蔓割病) Fusarium oxysporum f. sp. Cucumerinum ○
< 실시예 3> 항진균 활성 세균의 최적조건 확립
상기 실시예에서 선별한 항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028을 대상으로 배양 최적 조건을 조사한 결과, 표 2와 같이 NA(Difco Co.)와 PDA(Difco Co.)배지를 각각 동량 혼합하여 35℃, 72시간 배양한 조건에서 우수한 생장률을 나타내었다.
항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028 균주의 배양조건
구분 25℃ 30℃ 35℃ 42.5℃
YMA ++ +++ +++++ -
NA+PDA ++ +++ +++++ -
NA - + ++ -
* +++++ : 매우우수, +++ : 우수, ++ : 보통, + : 불량
<실시예 4> 항진균 활성 세균의 내생포자 형성 최적 조건 확립
상기 실시예에서 선별한 항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028을 대상으로 내생포자 형성 최적 조건을 조사한 결과, 도 5에서 나타나는 바와 같이 NA(Difco Co.)와 PDA(Difco Co.)을 혼합한 배지에서 35℃, 5일간 배양시에는 80%. 7일간 배양시 100% 포자가 형성되는 것을 알 수 있었다.
<실시예 5> 항진균 활성 세균의 배지별, 시기별 세균 균체수 조사
항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028을 대상으로 배지별, 시기별 세균 균체수를 조사한 결과, 표 3과 같이 NA(Difco Co.)와 PDA(Difco Co.)을 혼합한 배지에서 가장 우수한 성장률을 나타내었다.
Paenibacillus polymyxa KC028 균주의 배지별, 시기별 균밀도 조사
구분 3일 5일 7일 9일 11일
NB 4.13×105 3.04×105 1.24×106 2×106 3.37×107
PDB 3.11×105 4.00×105 3.50×104 1.5×107 9.6×106
NB+PDB 5.62×106 2.76×107 2.39×107 2.70×107 2.10×107
단위 : CFU(colony forming unit)
<실시예 6> 항진균 활성 세균을 함유한 미생물살균제의 제조
1차적으로 항진균 활성세균을 배양한 후 배양액을 농축하여 액상 또는 동결건조하여 분말화시켜 원제를 제조하였다. 조제된 원제를 전착제, 자외선차단제, 미생물영양원, 증량제 등이 포함된 바이오 기질에 원제가 그람당 세포 수가 108-109 정도 되도록 조제한 다음, 호모지나이저(homogenizer)속에서 원제와 바이오기질이 골고루 혼화되도록 하여 미생물살균제를 제조하였다.
항진균 활성 세균을 함유하는 미생물살균제에 대한 개요도를 도 1에 나타내었다. 구체적으로 본 발명의 미생물살균제는 3가지 형태(원제, 수화제, 입제)로 제조되었다.
도 1은 항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028 (KCCM10974P) 균주를 함유하는 미생물살균제 제조과정을 도시화하여 나타낸 것이다.
도 2은 Paenibacillus polymyxa KC028 (KCCM10974P) 균주의 병원성 진균에 대한 항진균 활성을 나타낸 것이다. 각각의 진균은 다음과 같다.
a: 벼잎집무늬마름병균(Rhizoctonia solani), b: 벼도열병균(Pyricularia grisea), c: 고추탄저병균(Colletotrichum gloeosporioides), d: 고추역병균(Phytophthora capsici)
도 3은 항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028의 전자현미경 사진을 나타낸 것으로 a는 투과전자현미경(TEM) 사진이고 b는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028의 동정결과를 나타낸 것이다.
도 5은 항진균 활성세균 Paenibacillus polymyxa KC028의 포자형성사진을 나타낸 것이다. a는 5일 배양한 결과를 나타낸 것이고, b는 7일 배양한 결과를 나타낸 것이다.

Claims (4)

  1. 병원성 진균에 대해 항진균 활성을 가지는 패니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) KC028 (수탁번호: KCCM10974P).
  2. 제1항에 있어서, 상기 패니바실러스 폴리믹사 KC028은 미생물 농약, 미생물제제, 엽면살포제 또는 관주살포제의 유효성분으로 이용되는 것을 특징으로 하는 패니바실러스 폴리믹사 KC028.
  3. 제1항에 있어서, 상기 병원성 진균은 Rhizoctonia solani(벼잎집무늬마름병), Gibberella fujikuroi (벼키다리병), Cercospora kikuchii (콩자주무늬병), Phytophthora capsici (고추역병), Colletotrichum acutatum (고추탄저병), Colletotrichum gloeosporioides (고추탄저병), Pyricularia grisea (벼도열병), Botryosphaeria dothidea (사과겹무늬썩음병) 또는 Fusarium oxysporum f. sp. Cucumerinum (오이덩굴쪼김병)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1이상인 것을 특징으로 하는 패니바실러스 폴리믹사 KC028.
  4. 제1항의 패니바실러스 폴리믹사 KC028 또는 이의 배양액을 포함하는 미생물 농약.
KR1020090038094A 2009-04-30 2009-04-30 항진균 활성을 가지는 세균 Ｐａｅｎｉｂａｃｉｌｌｕｓ ｐｏｌｙｍｙｘａ ＫＣ０２８ KR100976060B1 (ko)

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