KR101042070B1

KR101042070B1 - 신규 미생물 및 이를 포함하는 친환경 비료 첨가제

Info

Publication number: KR101042070B1
Application number: KR1020080087349A
Authority: KR
Inventors: 김국진
Original assignee: 김국진
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2011-06-16
Also published as: KR20100028351A

Abstract

본 발명은 신규 미생물 및 이를 포함하는 친환경 비료 첨가제에 관한 것으로서, 광합성 세균 중 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila) KKJ(기탁번호: KCTC 18131P) 및 이를 이용하여 식물의 성장 촉진, 면역 증강, 잡초 제거, 토양 개선의 효과를 갖는 비료 첨가제에 관한 것이다.

로도슈도모나스 루티라, 비료, 제초

Description

신규 미생물 및 이를 포함하는 친환경 비료 첨가제{New Microorganism and Additive for Environmentally Freindly Fertilizer Containing It}

본 발명은 신규 미생물 및 이를 포함하는 친환경 비료 첨가제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광합성 세균 중 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila) KKJ(기탁번호: KCTC 18131P) 및 이를 이용하여 식물의 성장 촉진, 면역 증강, 잡초 제거, 토양 개선의 효과를 갖는 비료 첨가제에 관한 것이다.

현재 농업에서는 농산물 생산을 증가시키기 위하여 화학 비료, 살균제, 살충제, 제초제가 과다하게 사용되고 있다. 이는 질소 기아와 같은 영양 결핍, 토양 오염과 같은 환경 악화, 농업 종사자의 건강 문제, 새로운 병균, 해충의 유입 및 출현, 내성균, 내성 해충의 출현과 같이 농업에 악영향을 주고 있다.

그리하여 근래에는 식물의 면역성을 증강시키고 성장을 촉진하며 친환경적인 비료첨가제에 대하여 연구가 행해지고 있다. 한 예로, 광합성 세균을 이용한 새로운 농업용 비료 첨가제의 개발이 진행되고 있다.

광합성 세균은 자연계의 물질 순환 회로에서 일군을 이루는 중요한 미생물로서, 사람이나 동물의 배설물 같은 오물을 종속영양 세균과 같이 정화하며, 무기물 이 분해되어 나오는 유화수소나 질소 화합물 등 농업에 해로운 물질들을 섭취 제거하면서 탄산 가스와 태양 에너지를 이용하여 광합성을 행하여 증식하고, 토양에서는 유산균, 방선균과 같은 유익한 미생물의 증식을 촉진하며, 수중에서는 클로렐라와 같은 녹색 미생물의 발생과 증식을 늘리며, 토양에서는 탁월한 질소 고정 능력을 가진다.

자연계에서 홍색을 띠는 광합성 세균의 종류는 약 37여종이 되고, 그 중에서 작물, 가축, 양어 등을 위해 이용되고 있는 홍색 광합성 세균의 종류는 약 16여종이 된다. 이러한 홍색 광합성 세균은 종류에 따라 영양물질, 항균 물질 생성 능력, 악취 제거 능력, 무기물 분해 능력 등의 특성이 서로 상이하다.

한편, 미국등록특허 제6311426호는 로도슈도모나스 캡슐라투스(Rhodopseudomonas capsulatus)와 같은 로도슈도모나스속(Rhodopseudomonas)을 포함하는 비료를 개시한다.

본 발명은 식물의 성장 촉진, 면역 증강, 잡초 제거, 토양 개선의 효과를 갖는 비료 첨가제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 식물 생장 증진, 잡초 제거 활성이 우수한 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila) KKJ(기탁번호: KCTC 18131P)를 제공한다.

또한, 본 발명은 비료에 첨가되는 친환경 비료 첨가제로서, 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila) KKJ(기탁번호: KCTC 18131P)를 포함하고, 선택적으로 무기 게르마늄(GeO₂), 또는 로즈마리, 페퍼민트, 체리세이지 중 하나 이상, 또는 마늘 추출물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 비료 첨가제를 제공한다.

본 발명에 따른 미생물 및 친환경 비료 첨가제는, 영양분 공급, 질소 고정, 수질 정화, 항균의 효과를 가지고, 식물의 생장, 잡초 제거를 도와주며 수확량을 증대시킨다. 또한 무기 게르마늄을 더 첨가하여 면역력과 내병성을 증대시켜 준다.

이하에서는 본 발명을 보다 상세하게 기술하도록 한다.

본 발명의 미생물의 분리

백선(일명 봉황산삼) 주위에는 잡초가 쉽게 자라지 않아서 백선은 쉽게 찾을 수 있다. 백선 주변의 흙을 물에 담아 체로 걸러주고 홍색을 띄우는 미생물을 채취한다. 채취한 미생물을 최소 액체 배지에 현탁시킨 후 20 내지 30℃, 빛이 조사되는 무산소 조건에서 1차 배양한다. 1차 배양액을 도말 평판법이나 주입 평판법을 이용하여 2 내지 3일간 배양한 후 콜로니 중에서 홍색을 띄는 콜로니를 분리한다. 분리된 균주는 홍색 비유황 세균(Purple non-sulfur bacteria)의 일종으로 Gram 음성 반응을 나타내며 편모 운동을 한다. 모양은 간형이 많은 클러스터를 형성하고 세포들은 서로 접합하는 성질이 강하다. 본 균주는 시약 시험에 의해 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila)로 동정되었고, 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila) KKJ로 명명되었으며, 한국생명공학연구원에 2008년 4월 21일 제3448호로 기탁 신청하였고, 기탁 번호는 KCTC18131P이다.

로도슈도모나스 루티라 KKJ 의 배양

로도슈도모나스 루티라 KKJ를 대량으로 배양하기 위해 다음과 같은 배지를 구성하였다:

증류수 1ℓ에 대하여, 콩(메주) 1.00~2.00g, 효모 추출물 1.00~2.00g, 에탄올 0.50~1.00㎖, Na₂-succinate 1.00~2.00g, Fe(III) citrate 용액(0.5%) 1.00~2.00 ㎖, KH₂PO₄ 0.10~1.00g, MgSO₄·7H₂O 0.10~1.00g, NaCl 0.10~1.00g, NH₄Cl 0.10~1.00g, CaCl₂·2H₂O 0.10~1.00g, 비타민 B12 용액(물 100㎖에 10mg) 0.10~1.00㎖. 습윤 멸균(121℃, 1.2기압, 15분)을 하여 콜로니 세포를 추출하는 것을 용이하게 한다.

배지 원가 절감을 위해 배지 조성 성분 중 무기 영양 물질 성분은 미네랄 0.10~10.00g을 첨가해서 대치할 수 있다. 이러한 미네랄로는 무기 게르마늄 등의 광물질을 이용한다.

상기 배지 0.5 내지 1.5ℓ를 물 17ℓ에 넣은 후 1 내지 3ℓ의 로도슈도모나스 루티라 KKJ를 접종하여 투명 비닐 팩에 채우고, 25 내지 30℃ 혐기성 조건 하에서 빛을 조사하여 배양함으로써 비료 첨가제를 제조한다.

필요한 경우 7~8차 계대 배양을 더 실시하여 고농도의 로도슈도모나스 루티라 KKJ를 얻을 수 있다.

상기와 같은 조건 하에서 배양시 얻어진 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 균체수는 4~6×10⁹ cells/㎖이다.

로도슈도모나스 루티라 KKJ 의 특성

상기의 방법으로 배양된 로도슈도모나스 루티라 KKJ는 표 1에서 볼 수 있듯이 다른 단백질원에 비해 단백질의 함양이 높다.

구분	조단백질(%)	조지방(%)	가용성당류(%)	조섬유(%)	회분(%)
R. rutila KKJ	58.25	7.64	23.15	3.75	4.21
R. capsulatus	52.12	7.35	33.21	2.95	4.37
R. palustris	54.36	7.23	31.98	3.12	3.31
클로렐라	53.76	6.31	28.08	10.33	1.52
쌀	7.48	0.94	90.51	0.35	0.72
콩	38.99	19.33	30.93	5.11	5.64

표 1에서 R. capsulatus는 로도슈도모나스 캡슐라투스(Rhodopseudomonas capsulatus)이고, R. palustris는 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris)이다. 로도슈도모나스 캡슐라투스 및 로도슈도모나스 팔루스트리스는 로도슈도모나스속에서 가장 대표적으로 이용되는 미생물들이다.

또한, 표 2에서와 같이 양질의 필수 아미노산을 함유하고 있다.

구분	R. rutila KKJ(g/100g건조중)	클로렐라(g/100g건조중)	효모(g/100g건조중)
Histidine	1.38	1.06	0.90
Arginine	3.31	3.24	2.50
Threonine	2.73	2.28	2.65
Proline	2.75	2.12	1.77
Glycine	2.40	2.28	2.18
Alanine	4.68	2.98	2.86
Valine	3.36	3.02	3.20
Methionine	1.42	0.27	0.51
Isoleucine	2.71	2.44	2.63
Leucine	4.63	4.46	3.54
Tyrosine	1.74	0.96	1.30
Tryptophaan	1.12	0.64	0.66

비타민 함량은 표 3에 나타내었다.

비타민	R. rutila KKJ(㎍/100g)	효모(㎍/100g)
B₂	3,800	2,900
B₆	3,400	2,400
Folic acids	2,000	1,700
B₁₂	400	1
C	20,000	-
D	10,000 IU	300,000 IU
E	31200	-

로도슈도모나스 루티라 KKJ는 질소 고정력이 뛰어나 토지 내의 암모니아나 아질산과 같은 질소 화합물을 신속하게 제거하며, 유기 오염물 자체를 먹이로 흡수, 제거하여 토질을 좋게 한다. 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 배양 조건에 따른 질소 고정량은 표 4에 나타내었다.

배양조건	질소 고정량(mg/100ml)
배양조건	R. rutila KKJ	R. capsulatus	R. palustris
anaerobic, light	6.00	3.84	3.95
aerobic, light	1.01	0.85	0.97
aerobic, dark	0.20	0.13	0.11
anaerobic, dark	0.01	0.01	0.01

표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 로도슈도모나스 루티라 KKJ는 다른 로도슈도모나스속에 속하는 미생물에 비하여 질소고정량이 많은 것을 알 수 있고, 특히 무산소(anaerobic)이고 빛이 있는(light) 환경에서 그러하다.

로도슈도모나스 루티라 KKJ는 오염 물질이 분해되는 과정에서 발생하는 암모니아 및 아질산 등을 이용하여 질소를 고정하고, 유기 영양 미생물과 공존하여 그의 활성을 돕고 유기 영양 미생물에 의해 분해되는 나오는 유기산 아미노산, 유화 수소 등은 균체가 먹이로 사용함으로써 유독 물질을 제거 또는 감소시켜 토양을 정화한다. 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 정화력은 표 5에 나타내었다.

구분	암모니아량(ppm)	B.O.D.(ppm)
유기영양세균생육시	10,000	20,000
R. rutila KKJ	200~600	200~500
R. capsulatus	800~1000	500~800
R. palustris	700~900	400~700

상기 표 1 내지 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 로도슈도모나스 루티라 KKJ는 다른 광합성 세균에 비해 단백질의 함량이 풍부하고, 인공 비료로만 자란 농산물에 부족하기 쉬운 라이신, 히스티딘, 아르기닌 등의 아미노산이 풍부하며, 비타민 B군을 포함하여 비타민 C, D, E의 양이 풍부하여, 농산물에 균형 있는 영양을 공급한다.

또한 상기 표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 로도슈도모나스 루티라 KKJ는 질소 고정 능력이 뛰어나며, 표 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 정화력이 매우 우수함을 알 수 있다.

상술한 특징 외에도, 로도슈도모나스 루티라 KKJ는 DNA와 RNA를 많이 함유하고 있고, 박테리오클로로필, 카로테노이드를 비롯한 유비퀴논, 메나퀴논 등의 생리 물질을 풍부하게 함유하고 있어, 로도슈도모나스 루티라 KKJ를 갖는 비료 첨가제가 첨가된 비료로 자란 농산물은 성장이 빠르고 활력이 우수하며 색상 물질의 색상이 선명하고 세균성, 바이러스성 질병에 대한 항병성이 뛰어나다.

또한, 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 세포벽과 세포막은 클로렐라 등의 조류와는 다르게 탄력성 있는 점액 다당류를 포함하고, 이는 토양의 모관수를 더 흡착시켜 주고 지지율도 높힌다. 그리하여, 작물이 생장할 때 필요한 질소를 고정하고 작물을 쓰러지지 않게 하며 작물의 영양 및 크기를 향상시킨다.

[실시예]

물 17ℓ에 로도슈도모나스 루티라 KKJ를 배양하기 위해 아래의 성분으로 구성된 배지 1ℓ를 혼합하였다:

증류수 1ℓ에 대하여, 콩(메주) 1.00~2.00g, 효모 추출물 1.50g, 에탄올 0.75㎖, Na₂-succinate 1.50g, Fe(III) citrate 용액(0.5%) 1.50㎖, KH₂PO₄ 0.55g, MgSO₄·7H₂O 0.55g, NaCl 0.55g, NH₄Cl 0.55g, CaCl₂·2H₂O 0.55g, 비타민 B12 용액(물 100㎖에 10mg) 0.55㎖.

그리고 로도슈도모나스 루티라 KKJ 2ℓ를 물과 배지 혼합액에 접종하여 20ℓ의 투명 배양팩 또는 투명 용기에 채워 25℃의 온도, 혐기성 조건 하에서 빛을 조사하여 20ℓ의 비료 첨가제를 제조하였다. 비료 첨가제의 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 균체 수는 5×10⁹ cells/㎖였다.

1. 제 1 실험예: 정화 능력

실시예에 따른 비료 첨가제의 정화 능력을 보기 위해 단백질 분해 과정에서 생성되는 악취의 원인 물질인 푸트레신(putrescine), 카다베린(cadaverine), 황화수소(H₂S), 메르캅탄(merkaptan)의 제거 시험을 하였다. 실험구는 딸기가 재배되는 흙 1kg을 떠서 한천막에 거른 후 거른 물 100㎖를 채취하여 실시예의 비료 첨가제 0.001㎖를 첨가하였고, 대조구는 첨가하지 않았다. 그 결과는 다음의 표 6 및 7과 같다.

구분	대조구(mg/100㎖)		실험구(mg/100㎖)
구분	암흑	조명	암흑	조명
푸트레신	5.0	5.0	1.8	0.1
카다베린	5.0	5.0	2.1	0.1
황화수소	5.0	5.0	3.8	0.8

7일 후 푸트레신, 카다베린, 황화수소의 제거

구분	대조구(ppm)	실험구(ppm)
CH₃SH	1,000	1
CH₃SCH₃	800	0
(CH₃)₂S₂	3,400	3

4일 후 메르캅탄의 제거

표 6 및 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 악취의 원인 물질은 본 발명에 따른 비료 첨가제를 투여한 실험구에서 대조구에 비하여 현저하게 감소한 것을 알 수 있다. 또한, 어두운 환경에서보다 밝은 환경에서 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 악취 물질 제거 능력에 대한 효과가 증가하는 것을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이, 로도슈도모나스 루티라 KKJ를 포함하는 본 발명에 따른 비료 첨가제는 재배 환경의 개선에 상당한 효과가 있다. 특히, 오염된 물에 의한 영향이 큰 수경 재배시에 물에 포함된 오염 물질을 감소시켜 농작물의 재배 환경을 개선할 수 있다.

2. 제 2 실험예: 항균 능력

실시예에 따른 비료 첨가제의 항균 능력을 보기 위해 대장균 O-157 및 살모넬라 엔테리티디스(Salmonella enteritidis)에 대하여 항균 활성 실험을 하였다. 실험구는 상기 균주를 식염수에 접종한 후 실시예에 따른 비료 첨가제 1% 수용액을 첨가하여 24시간 동안 배양시킨 후 선택 배지에 도말하고, 도말 후 48시간 동안 배양한 후에 각 균주의 개체수를 측정하였다. 대조구는 비료 첨가제 수용액을 첨가하지 않았다. 그 결과는 다음의 표 8과 같다.

균주	구분	48시간경과후(cells/㎖)	감소율(%)
살모넬라(SE)	대조구	4580±120	-
살모넬라(SE)	실험구	1568±85	65.8
O-157	대조구	4825±100	-
O-157	실험구	1450±73	70

표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 비료 첨가제는 병원성 세균의 증식을 효과적으로 억제시켜 항균 효과가 우수함을 알 수 있다.

3. 제 3 실험예: 식물의 생장, 잡초 제거 및 병충해 실험

실시예에 따른 비료 첨가제의 효용성을 조사하기 위해 식물의 생장 및 잡초 제거 실험을 하였다.

실험구 1은 일반 배합 비료 20kg에 실시예에 따른 비료 첨가제 250㎖를 첨가한 비료를 30일 동안 투여한 것이고, 실험구 2는 실시예의 비료 첨가제에 로즈마리, 페퍼민트, 체리 세이지 중에서 선택되는 하나 이상의 허브를 더 첨가한 것을 사용한 것이고, 실험구 3은 실시예의 비료 첨가제에 마늘 추출물을 더 첨가한 것을 사용한 것이다.

본 실험예에서 식물은 딸기이다. 딸기들을 같은 종류의 모종 그룹으로 분류하여 비료 첨가제를 첨가한 비료를 투여하였다. 대조구는 일반 배합 비료만을 사용한 것이다.

실험을 위해 온도는 17~20℃를 유지하였고, 같은 종류의 모종과 개수 조건을 유지하였으며, 수정시 벌을 각각 1통씩 입식하여 실험하였다(충매법). 또한, 수분, 빛 등의 기본적인 조건을 같게 하였다. 각 실험구와 대조구는 흙과 비료의 유입 가능성을 막기 위해 서로 약 20m 거리를 두었다. 포기 나누기는 하지 않았고, 동일한 간격으로 심었다. 각각 16.5m²(5평)으로 대지를 조성하였다.

30일 동안의 결과는 다음과 표 9와 같다.

구분		평균수확량(개)	평균생장(cm)	잡초발생(개)	병충해(%)
모종 그룹	실험구 1	337	57	75	3
	실험구 2	343	63	72	1
	실험구 3	361	58	35	0
	대조구	210	48	324	21

평균 수확량, 평균 생장, 잡초 발생 및 병충해 실험에서, 실험구 1 내지 3은 모두 대조구에 비하여 모두 양호한 것을 볼 수 있다. 실험구 1 내지 3 사이에서는 커다란 차이를 보이지 않는다. 평균 수확량 및 평균 생장의 결과는 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 질소 고정 능력과 영양 공급 능력 등의 효과가 작용한 결과이다. 잡초 발생 저하의 결과는 로도슈도모나스 루티라 KKJ가 채취된 백선 주위의 토양에서 잡초가 드문 것에서 예측될 수 있다. 로도슈도모나스 루티라 KKJ가 종자의 발아를 억제하는 것으로 예측되나 정확한 기작은 알려지지 않고 있다. 또한, 실험구 1 내지 3은 딸기 재배시 자주 발생하는 위황병, 흰가루병, 딸기잎선충, 진딧물류, 나방류 등이 대조구에 비하여 드물었다. 특히, 마늘 추출물을 더 첨가한 실험구 3에서는 발생하지 않았다.

한편, 상술한 실시예의 비료 첨가제는 무기 게르마늄(GeO₂)을 더 포함할 수 있다. 무기 게르마늄은 게르마늄을 포함하는 광석 중 이물질이 없는 것을 선별하여 200 내지 250℃에서 고온 건조한 후 200 내지 300 메시로 분쇄하여 사용한다. 무기 게르마늄은 토양에 미네랄을 공급하고 토양의 산성화를 방지하며 통기성을 증대시킬 수 있다.

또한, 상술한 실시예의 비료 첨가제는 로즈마리, 페퍼민트, 체리 세이지 중에서 선택되는 하나 이상의 허브, 또는 마늘 추출물을 더 포함할 수 있다. 상기 허브 및 마늘 추출물은 로도슈도모나스 루티라 KKJ의 항균 효과를 증진시킬 수 있다.

비록 본 발명이 상술한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims

식물 생장 증진, 잡초 제거 활성, 질소 고정력, 토양 정화력, 향균 능력이 우수한 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila) KKJ(기탁번호: KCTC 18131P).
제1항에 기재된 로도슈도모나스 루티라(Rhodopseudomonas rutila) KKJ(기탁번호: KCTC 18131P)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비료에 첨가되는 친환경 비료 첨가제.
제 2 항에 있어서,

무기 게르마늄(GeO₂)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 비료 첨가제.
제 2 항에 있어서,

로즈마리, 페퍼민트, 체리세이지 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 비료 첨가제.
제 2 항에 있어서,

마늘 추출물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 비료 첨가제.