KR102456371B1 - Method of increasing activity of a plat growth-promoting bacteria using non-thermal plasma - Google Patents

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Abstract

본 발병은 비열 플라즈마를 이용한 식물 생장 촉진 박테리아의 활력 및 활성을 증가시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for increasing the vitality and activity of plant growth promoting bacteria using non-thermal plasma.

Description

비열 플라즈마를 이용한 식물 생장 촉진 박테리아의 활성을 증가시키는 방법 {Method of increasing activity of a plat growth-promoting bacteria using non-thermal plasma}Method of increasing activity of a plat growth-promoting bacteria using non-thermal plasma

본 발병은 비열 플라즈마를 이용한 식물 생장 촉진 박테리아의 활성을 증가시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for increasing the activity of plant growth promoting bacteria using non-thermal plasma.

급속하게 증가하는 인구, 지구 온난화 및 환경오염은 현대 농업에 대한 새로운 위협이 되어 전 세계의 식량 부족을 초래한다. 세계는 농업 생산성을 향상시키기 위해 지속 가능하고 환경 친화적인 방법을 개발할 필요가 있다. 생물학적 비료로 식물 생장 촉진 박테리아 (plant growth promoting bacteria; PGPB)를 사용하는 것은 살충제, 제초제 및 살균제와 같은 기존 방법의 대체품으로 제안되었다. PGPB는 식물 뿌리 근권부에 살거나 식물 내부에 사는 박테리아로서 질소 고정, 식물에 의한 효율적인 영양소 사용, 호르몬 조절 및 해로운 미생물의 성장 억제와 같은 다양한 식물 생장 촉진 활동을 통해 식물 생산성을 향상시킨다. Bacillus, EnterobacterCorynebacterium은 식물과 공생하여 식물 성장과 건강을 향상시키는 질소 고정 PGPB로 알려져 있다. Rapidly growing populations, global warming and environmental pollution pose new threats to modern agriculture, leading to global food shortages. The world needs to develop sustainable and environmentally friendly ways to improve agricultural productivity. The use of plant growth promoting bacteria (PGPB) as a biological fertilizer has been proposed as an alternative to conventional methods such as pesticides, herbicides and fungicides. PGPB is a bacterium that lives in the rhizome of a plant or lives inside a plant, and improves plant productivity through various plant growth promoting activities such as nitrogen fixation, efficient use of nutrients by plants, hormonal regulation, and growth inhibition of harmful microorganisms. Bacillus, Enterobacter and Corynebacterium are known as nitrogen-fixing PGPBs that symbiotically improve plant growth and health.

농업에서의 생물 비료로서의 PGPB의 실용화 및 상업화는 1950년대에 전 세계적으로 시작되었다. 현재의 바이오 비료 시작은 전체 화학 비료 시장의 약 5%를 점유하고 있으며, 질소 고정 미생물은 생물 비료의 주요 구성 요소이다. PGPB를 사용하는 생물학적 비료는 환경 진화적인 영양, 토양 다산 개선 및 생물학적 및 비생물적 스트레스의 규제와 같은 농업 관행에서 몇 가지 장점을 입증하였다. 그러나 PGPB의 능률적인 사용은 PGPB의 일관성 없는 효율성과 활력으로 인해 때때로 농업 적용에 어려움을 겪는다. PGPB는 많은 식물 종에 광범위하게 효율적이지 않으므로, 현장 적용은 일관성 없는 결과를 가져올 수 있다. 특히 주변 환경과 기존 미생물 군이 PGPB의 활동에 영향을 줄 수 있다. PGPB의 균체 형성화가 항상 안정적으로 유지되는 것은 아니며, 변화 가능한 환경과 식물 종들이 PGPB 정착의 성공에 영향을 주기 때문이다. 마지막으로 자연 서식지와 비교하여 배양 시스템의 성장이 좋지 않아 많은 PGPB 종의 대량 생산이 어려울 수 있다. PGPB 활용의 한계를 개선하기 위해 유전 공학 도구가 적용되고는 있으나 유전자 조작된 균주는 토양 미생물 군락에 바람직하지 않은 영향을 미출 수 있으며, 일부 유전자는 성공적으로 식물의 정착하는 것에 대해서 여전히 문제가 되고 있다. The practical use and commercialization of PGPB as a biofertilizer in agriculture began worldwide in the 1950s. The current biofertilizer startups account for about 5% of the total chemical fertilizer market, and nitrogen-fixing microorganisms are a major component of biofertilizers. Biological fertilizers using PGPB have demonstrated several advantages in agricultural practices such as environmental evolutionary nutrition, improvement of soil fertility, and regulation of biotic and abiotic stress. However, efficient use of PGPB sometimes suffers from agricultural applications due to the inconsistent efficiency and vigor of PGPB. Since PGPB is not broadly efficient for many plant species, field application may lead to inconsistent results. In particular, the surrounding environment and the existing microbiome can influence the activity of PGPB. Cell formation of PGPB is not always stable, because the changeable environment and plant species influence the success of PGPB settlement. Finally, poor growth in culture systems compared to their natural habitats can make mass production of many PGPB species difficult. Although genetic engineering tools are being applied to improve the limitations of PGPB utilization, genetically engineered strains can have undesirable effects on soil microbial communities, and some genes are still problematic for successful plant colonization. .

대기압 비열 플라즈마는 PGPB의 활성을 향상시키는 잠재적인 도구로 제안되었다. 플라즈마는 물질의 4번째 상태, 즉 이온화된 가스로 알려져 있다. 플라즈마는 환경 친화적이고 지속 가능한 신기술 중 하나이며 최근 몇 년 동안 다양한 농업 분양에 적용되었다. 연구 결과에 따르면 플라즈마는 종자의 발아, 식물의 성장 및 식물 저항성에 긍정적인 영향을 미친다. 예를 들어 한국출원번호 제 10-2016-0018678호에는 비열 플라즈마를 이용한 종자의 살균 및 발아 촉진방법을 개시하고 있다. 또한 비열 플라즈마로 활성화된 물(non-thermal plasma-activated water, PAW)은 다양한 미생물을 비활성화 시켜 비료로 사용될 수 있다. 플라즈마는 플라즈마로부터 생성된 반응성 종 및 투여량에 따라, 생물학적 표적 샘플에서 광범위한 영향(활성화에서 불활성화)을 나타냈다. 그러나 유익한 미생물의 활성화에서 플라즈마의 가능성은 거의 검토되지 않았다. 분리된 PGPB의 활력과 기능적 활동의 향상은 농업 지속 가능성에 필수적이다. 이용 가능한 미생물의 활동 개선이 그 어느 때보다 중요해지고 있다. Atmospheric pressure non-thermal plasma has been proposed as a potential tool to enhance the activity of PGPB. Plasma is known as the fourth state of matter, or ionized gas. Plasma is one of the environmentally friendly and sustainable new technologies and has been applied to various agricultural applications in recent years. Studies have shown that plasma has a positive effect on seed germination, plant growth and plant resistance. For example, Korean Application No. 10-2016-0018678 discloses a method for sterilizing seeds and promoting germination using non-thermal plasma. In addition, non-thermal plasma-activated water (PAW) can be used as a fertilizer by inactivating various microorganisms. Plasma exhibited a wide range of effects (activation to inactivation) in biological target samples, depending on the dose and reactive species generated from the plasma. However, the potential of plasma in the activation of beneficial microorganisms has been rarely explored. Improving the vitality and functional activity of isolated PGPB is essential for agricultural sustainability. Improving the activity of available microorganisms is more important than ever.

본 발명자들은 PGPB의 활력과 기능적 활동을 향상시키기 위해 연구한 결과, 플라즈마를 처리한 PGPB는 식물의 생장 발달 및 병 저항성을 증진시킨다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다. As a result of studies to improve the vitality and functional activity of PGPB, the present inventors confirmed that PGPB treated with plasma enhances plant growth development and disease resistance, and completed the present invention.

본 발명자들은 식물에 유용한 미생물인 PGPB의 활성을 향상시키기 위해 연구한 결과, 플라즈마를 처리한 PGPB는 식물의 생장발달 및 병 저항성을 증진한다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다. 더 자세하게는 플라즈마를 식물 생장 촉진 박테리아인 Bacillus subtilis CB-R05에 처리한 결과, 박테리아의 증식과 운동성이 증가하였다. 플라즈마를 처리한 박테리아를 벼에 접종한 결과, 벼의 생장 및 곡물 수확량이 유의하게 증가하고, 곰팡이 병원균에 대한 저항성이 증가되었다. 다른 식물 생장 촉진 박테리아, Klebsiella pneumonia KW7-S06에 플라즈마를 처리한 결과, 박테리아의 증식 속도가 증가하고, 벼 및 보리에 접종한 결과 발아율과 생장이 증가하였다. 따라서 플라즈마를 식물 생장 촉진 박테리아에 처리하면, 박테리아의 성장과 운동성이 촉진되며, 플라즈마에 의해 활성이 증가된 박테리아는 식물의 생장 발달, 수확량 및 곰팡이 병원균에 대한 저항성이 증가된다는 것을 확인하였다. As a result of studies to improve the activity of PGPB, a microorganism useful for plants, the present inventors confirmed that PGPB treated with plasma promotes plant growth and development and disease resistance, and completed the present invention. In more detail, when plasma was treated with Bacillus subtilis CB-R05, a bacterium that promotes plant growth, the proliferation and motility of the bacteria were increased. As a result of inoculating rice with plasma-treated bacteria, rice growth and grain yield were significantly increased, and resistance to fungal pathogens was increased. As a result of plasma treatment with another plant growth promoting bacterium, Klebsiella pneumoniae KW7-S06, the bacterial growth rate increased, and as a result of inoculation on rice and barley, the germination rate and growth increased. Therefore, when plasma is treated with plant growth promoting bacteria, growth and motility of bacteria are promoted, and it was confirmed that bacteria whose activity was increased by plasma increased plant growth development, yield, and resistance to fungal pathogens.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 유용 미생물의 활성을 증가시키는 방법을 제공할 수 있다:In order to achieve the above object, the present invention may provide a method for increasing the activity of useful microorganisms comprising the following steps:

(a) 플라즈마 발생 장치에 플라즈마를 발생시켜 유용 미생물에 처리하는 단계;(a) generating plasma in a plasma generating device and treating useful microorganisms;

(b) 상기 플라즈마 처리된 유용 미생물의 배양 배지를 교환하는 단계; 및(b) exchanging the culture medium of the plasma-treated useful microorganisms; and

(c) 상기 교환된 배지에서 유용 미생물을 재배양하는 단계.(c) culturing useful microorganisms in the exchanged medium.

상기 플라즈마는 글로우 디스차지(glow discharge), 코로나 디스차지(corona discharge), 아크 디스차지(Arc discharge), 타운센드 디스차지(Townsend discharge), 디일렉트릭 배리어 디스차지(dielectric barrier discharge), 할로우 캐소드 디스차지(hollow cathode discharge), 라디오-프리퀀시 디스차지(radiofrequency (RF) discharge), 마이크로웨이브 디스차지(microwave discharge) 및 일렉트론 빔(electron beams)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 생성될 수 있다. The plasma includes a glow discharge, a corona discharge, an arc discharge, a townsend discharge, a dielectric barrier discharge, and a hollow cathode discharge. (hollow cathode discharge), radio-frequency discharge (radiofrequency (RF) discharge), microwave discharge (microwave discharge), and may be generated by any one selected from the group consisting of electron beams.

상기 플라즈마는 1 내지 60 mW/cm2 의 에너지를 갖는 장치에 생성될 수 있다. The plasma may be generated in a device having an energy of 1 to 60 mW/cm 2 .

상기 처리하는 조건은 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 발생원으로부터 박테리아의 거리를 0.5 내지 5cm로 셋팅하고, 1분 내지 10분 및 1회 내지 3회 플라즈마를 처리할 수 있다. The conditions for the treatment include setting the distance of the bacteria from the plasma generating source of the plasma generating device to 0.5 to 5 cm, and treating the plasma for 1 minute to 10 minutes and 1 to 3 times.

상기 유용 미생물은 식물 생장 촉진 미생물일 수 있다. The useful microorganism may be a plant growth promoting microorganism.

상기 식물 생장 촉진 미생물은 식물 생장 촉진 박테리아, 식물 생장 촉진 바이러스 및 식물 생장 촉진 곰팡이로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The plant growth promoting microorganism may be any one selected from the group consisting of plant growth promoting bacteria, plant growth promoting viruses, and plant growth promoting fungi.

상기 식물 생장 촉진 박테리아는 종류가 락토바실러스(Lactobacillus), 오에노코커스(Oenococcus), 아세토박터(Acetobacter), 키티노파가 (Chitinophaga), 오크로박트럼(Ochrobactrum), 페디오코커스(Pediococcus), 바이셀라(Weissella), 글루콘아세토박터(Gluconacetobacter), 산토모나스(Xanthomonas), 바실러스(Bacillus), 스핑고박테리움(Sphingobacterium), 슈도모나스(Pseudomonas), 스포롤락토바실러스(Sporolactobacillus), 박테리아_유씨_지(Bacteria_uc_g), 패니바실러스(Paenibacillus), 스트렙토미세스(Streptomyces) 및 크렙시엘라(Klebsiella)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The plant growth promoting bacteria are Lactobacillus ( Lactobacillus ), Oenococcus ( Oenococcus ), Acetobacter ( Acetobacter ), Chitinophaga ( Chitinophaga ), Ochrobactrum ( Ochrobactrum ), Pediococcus ( Pediococcus ), by Cella ( Weissella ), Gluconacetobacter ( Gluconacetobacter ), Xanthomonas ( Xanthomonas ), Bacillus ( Bacillus ), Sphingobacterium ( Sphingobacterium ), Pseudomonas ( Pseudomonas ), Sporolactobacillus , Sporolactobacillus ( Bacteria_uc_g ), Panibacillus ( Paenibacillus ), Streptomyces ( Streptomyces ) and Klebsiella ( Klebsiella ) may be any one selected from the group consisting of.

본 발명은 또한 상기의 방법으로 제조된 활성화된 미생물을 식물 종자에 접종하는 단계; 를 포함하는 식물병 저항성 증가 또는 식물 생장을 촉진시키는 방법을 제공할 수 있다. The present invention also comprises the steps of inoculating a plant seed with the activated microorganism prepared by the above method; It can provide a method of increasing plant disease resistance or promoting plant growth comprising a.

상기 식물은 밀, 보리, 수단그라스, 벼, 배추, 오이, 토마토 및 인삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. The plant may be any one selected from the group consisting of wheat, barley, Sudangrass, rice, Chinese cabbage, cucumber, tomato and ginseng.

본 발명은 플라즈마를 식물 생장 촉진 박테리아인 Bacillus subtilis CB-R05에 처리한 결과, 박테리아의 증식과 운동성이 증가하는 효과가 있었다. 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 벼에서 식물의 생장 발달 및 곡물 수확량이 유의하게 증가하는 효과가 있다. 또한 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 벼 식물체는 곰팡이 병원균에 대한 저항성이 증가하였다. 다른 식물 생장 촉진 박테리아인 Klebsiella pneumonia KW7-S06에 플라즈마를 처리한 결과, 박테리아의 증식 속도가 증가하고, 플라즈마를 처리한 박테리아를 벼 및 보리에 접종한 결과 종자 발아율 및 식물생장이 증가하였다. 플라즈마를 식물 생장 촉진 박테리아에 처리하면, 박테리아의 성장과 운동성이 촉진되며, 박테리아의 활력이 증가하여 식물의 생장 발달과 수확량 및 곰팡이 병원균에 대한 저항성이 증가하는 효과가 있다. In the present invention, as a result of treating the plasma with Bacillus subtilis CB-R05, which is a bacterium that promotes plant growth, there was an effect of increasing the proliferation and motility of the bacteria. Plasma-treated bacteria inoculated rice have the effect of significantly increasing plant growth development and grain yield. Also, rice plants inoculated with plasma-treated bacteria showed increased resistance to fungal pathogens. As a result of plasma treatment with another plant growth promoting bacterium, Klebsiella pneumonia KW7-S06, the bacterial growth rate increased, and as a result of inoculating rice and barley with plasma-treated bacteria, seed germination rate and plant growth were increased. When the plasma is treated with the plant growth promoting bacteria, the growth and motility of the bacteria are promoted, and the vitality of the bacteria is increased, thereby increasing the growth development and yield of the plant and the resistance to fungal pathogens.

도 1은 플라즈마를 이용하여 식물 생장 촉진 미생물의 활성을 증가시키기 위한 방법을 도식화 한 것으로, (a)는 플라즈마로 식물 생장 촉진 미생물에 처리하는 단계이고, (b)는 플라즈마 처리된 식물 생장 촉진 미생물의 배양 배지를 교환하는 단계이며, (c)는 교환된 배지에서 식물 생장 촉진 미생물을 재배양하는 단계이다.
도 2는 플라즈마 처리 후 B. subtilis CB-R05 박테리아의 증식을 확인한 결과로서, (a)는 질소 및 공기 플라즈마 처리 후의 박테리아의 CFU 수를 확인한 결과이고, (b)는 배양 시간에 따른 세포 농도(600 nm에서의 흡광도)를 측정하여 박테리아의 성장을 비교한 결과이며, (c)는 표시된 시간 동안 30℃에서 Swarm assay 배지 (LB 배지, 0.5 % 한천을 포함하는 1 % TTC 용액)에서 배양한 박테리아 (왼쪽)와 유영층(swimming zone)의 직경(오른쪽)을 비교한 결과이다.
도 3은 플라즈마 처리된 박테리아, 미처리된 박테리아 또는 탈 이온수의 현탁액을 이용하여 벼 종자의 발아를 확인한 결과로서, (a)는 9일 동안 매일의 종자 발아율 결과이이고, (b)는 9일 후 발아된 종자의 수를 백분율로 비교한 결과이고, (c)는 발아된 종자로부터 자란 뿌리의 길이를 보여주는 결과이다.
도 4는 플라즈마 처리된 박테리아, 미처리된 박테리아 또는 탈 이온수의 현탁액을 이용하여 벼의 생장 및 곡물 수확량을 확인한 결과로서, (a)는 발아한 종자로부터 6주 동안 자란 각 종자의 평균 길이 결과이고, (b)는 발아한 종자에서 6주 동안 자란 각 종자의 평균 건조 중량 결과이며, (c)는 16주 후에 개별 식물에서 수확한 평균 곡물 수를 나타내는 결과이다.
도 5는 곰팡이 병원균 감염으로부터 벼 식물체의 저항성을 비교한 결과로서, (a)는 플라즈마 미처리 및 플라즈마를 처리한 B. subtilis CB-R05를 접종한 종자에서 재배한 모종 (2 주령)에서 방제 관련 유전자 (OsPR3, OsPR5LOX)의 발현 수준을 확인한 결과이고, (b)는 4주 후에 R. solani를 접종한 개별 모종의 질병 중증도의 평균 수준을 확인한 결과이며, (c)는 4 주 후에 R. solani를 접종 한 개별 모종의 평균 죽은 잎 수를 나타내는 결과이다.
도 6은 플라즈마 처리 시간에 따른 Klebsiella pneumonia KW7-S06 박테리아의 활성을 확인한 결과로서, (a)는 플라즈마 처리 후 박테리아의 CFU 수를 비교한 결과이고, (b)는 배양시간 동안 세포 밀도로서 박테리아 성장의 비교를 측정한 결과이고, (c)는 LIVE /DEAD BacLight 박테리아 생존 키트를 사용하여 염색된 KW7-S06의 공 초점 레이저 스캐닝 현미경 이미지를 확인함으로써 박테리아의 생존율을 비교한 결과이고, (d)는 상이한 현미경 이미지로부터 정량화 된 각 처리의 살아있는 세포 및 죽은 세포의 수의 상대 비율 결과이다.
도 7은 플라즈마로 활성화된 박테리아를 접종한 벼 종자의 발아 및 생장을 비교한 결과로서, (a)는 각 처리로부터 7일간 매일 검사된 일일 벼 종자 발아율 결과이고, (b)는 벼 묘목의 잎과 뿌리의 전체 건조 중량 결과이다.
도 8은 플라즈마로 활성화된 박테리아를 접종한 보리 종자의 발아를 비교한 결과로서, (a)는 매일 보리 종자의 발아율의 결과이고, (b)는 발아 시기별 보리 종자의 형태 변화를 실체현미경을 통해 확인한 결과이다.
1 is a schematic diagram of a method for increasing the activity of plant growth promoting microorganisms using plasma, (a) is a step of treating plant growth promoting microorganisms with plasma, (b) is plasma-treated plant growth promoting microorganisms It is a step of exchanging the culture medium of, (c) is a step of culturing plant growth promoting microorganisms in the exchanged medium.
2 is a result of confirming the proliferation of B. subtilis CB-R05 bacteria after plasma treatment, (a) is the result of confirming the number of CFU of bacteria after nitrogen and air plasma treatment, (b) is the cell concentration according to the culture time ( Absorbance at 600 nm) was measured to compare the growth of bacteria, and (c) shows bacteria cultured in Swarm assay medium (LB medium, 1% TTC solution containing 0.5% agar) at 30°C for the indicated time. (Left) is the result of comparing the diameter of the swimming zone (right).
3 is a result of confirming the germination of rice seeds using a suspension of plasma-treated bacteria, untreated bacteria or deionized water, (a) is the daily seed germination rate for 9 days, (b) is the germination after 9 days It is a result of comparing the number of seeds grown in percentage, and (c) is a result showing the length of roots grown from germinated seeds.
Figure 4 is the result of confirming the growth and grain yield of rice using a suspension of plasma-treated bacteria, untreated bacteria or deionized water, (a) is the average length result of each seed grown for 6 weeks from germinated seeds, (b) is the average dry weight result of each seed grown for 6 weeks from germinated seeds, and (c) is the result showing the average number of grains harvested from individual plants after 16 weeks.
5 is a result of comparing the resistance of rice plants from fungal pathogen infection, (a) is a control-related gene in seedlings (2 weeks old) grown in seeds inoculated with B. subtilis CB-R05 treated with plasma and untreated with plasma ( OsPR3, OsPR5 and LOX ) is the result of confirming the expression level, (b) is the result of confirming the average level of disease severity of individual seedlings inoculated with R. solani after 4 weeks, (c) is the result of confirming the expression level of R. solani after 4 weeks. Results showing the average number of dead leaves of individual seedlings inoculated with solani .
6 is a result of confirming the activity of Klebsiella pneumonia KW7-S06 bacteria according to the plasma treatment time, (a) is a result of comparing the number of CFU of bacteria after plasma treatment, (b) is the cell density during the culture time Bacterial growth is the result of measuring the comparison of, (c) is the result of comparing the survival rate of bacteria by checking the confocal laser scanning microscope image of KW7-S06 stained using LIVE / DEAD BacLight bacterial survival kit, (d) is Results of the relative proportions of the number of live and dead cells of each treatment, quantified from different microscopic images.
7 is a result of comparing the germination and growth of rice seeds inoculated with plasma-activated bacteria, (a) is the daily rice seed germination rate results tested daily for 7 days from each treatment, (b) is the leaf of rice seedlings and the total dry weight result of the roots.
8 is a result of comparing the germination of barley seeds inoculated with plasma-activated bacteria. (a) is the result of the germination rate of barley seeds every day, (b) is a stereoscopic microscope showing the change in the shape of barley seeds by germination period. This is the result of checking

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

분리된 PGPB의 활력과 기능적 활동의 향상은 농업 지속 가능성에 필수적이며, 식물 생장 촉진 박테리아의 활력 및 활성을 향상시키는 연구가 그 어느 때 보다 중요해지고 있다. 발명자들은 PGPB의 활력과 기능적 활동을 향상시키기 위해 연구한 결과, 플라즈마를 처리한 PGPB는 식물의 생장 발달 및 병 저항성을 증진시킨다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다. Improving the vitality and functional activity of isolated PGPB is essential for agricultural sustainability, and research to improve the vitality and activity of plant growth promoting bacteria is becoming more important than ever. As a result of research to improve the vitality and functional activity of PGPB, the inventors confirmed that PGPB treated with plasma enhances plant growth development and disease resistance, and completed the present invention.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 유용 미생물의 활성을 증가시키는 방법을 제공할 수 있다:In order to achieve the above object, the present invention may provide a method for increasing the activity of useful microorganisms comprising the following steps:

(a) 플라즈마 발생 장치에 플라즈마를 발생시켜 유용 미생물에 처리하는 단계;(a) generating plasma in a plasma generating device and treating useful microorganisms;

(b) 상기 플라즈마 처리된 유용 미생물의 배양 배지를 교환하는 단계; 및(b) exchanging the culture medium of the plasma-treated useful microorganisms; and

(c) 상기 교환된 배지에서 유용 미생물을 재배양하는 단계. (c) culturing useful microorganisms in the exchanged medium.

본 명세서에서 언급하는 플라즈마는 비열 플라즈마이며,“비열 플라즈마(Non-thermal atmospheric pressure plasma)"란 열적 변화 없이 대상 물체에 대한 화학적 반응성은 크면서 비교적 에너지가 안정하고 반응하는 물질의 표면에서만 작용하기 때문에 상호 작용하는 물질의 상태를 변화시키거나, 손상시키지 않는 장점을 가지고 있다. The plasma referred to in this specification is a non-thermal plasma, and the term “non-thermal atmospheric pressure plasma” is because it has a large chemical reactivity to a target object without thermal change, is relatively stable in energy, and acts only on the surface of the reacting material. It has the advantage of not changing the state of the interacting substances or damaging them.

본 발명자들은 1 내지 60mW/cm2 이하의 비교적 낮은 에너지의 DBD (배리어 유전체 방전; dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치를 사용하였다 (도 1a). The present inventors used a relatively low energy DBD (dielectric barrier discharge) plasma device of 1 to 60 mW/cm 2 or less ( FIG. 1A ).

상기 플라즈마는 글로우 디스차지(glow discharge), 코로나 디스차지(corona discharge), 아크 디스차지(Arc discharge), 타운센드 디스차지(Townsend discharge), 디일렉트릭 배리어 디스차지(dielectric barrier discharge), 할로우 캐소드 디스차지(hollow cathode discharge), 라디오-프리퀀시 디스차지(radiofrequency (RF) discharge), 마이크로웨이브 디스차지(microwave discharge) 및 일렉트론 빔(electron beams)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 생성될 수 있으며, 바람직하게는 디일렉트릭 배리어 디스차지(dielectric barrier discharge) 에 의해 생성될 수 있다. The plasma includes a glow discharge, a corona discharge, an arc discharge, a townsend discharge, a dielectric barrier discharge, and a hollow cathode discharge. (hollow cathode discharge), radio-frequency discharge (radiofrequency (RF) discharge), microwave discharge (microwave discharge) and may be generated by any one selected from the group consisting of electron beams (electron beams), preferably For example, it can be generated by a dielectric barrier discharge.

유전체 장벽 방전 (dielectric barrier discharge, DBD)은 고-전압 정현파를 형성하거나 절연 처리된 양 전극 사이에 짧은 펄스 폭이 인가될 때 공기나 다른 종류의 가스 하에서 저온 상압 플라즈마 발생을 위해 특화된 교류전원을 이용한 고리형(annular type) 방식이다(도 1a 참조).Dielectric barrier discharge (DBD) is a high-voltage sinusoidal wave or short pulse width applied between insulated electrodes using a specialized AC power source to generate low-temperature atmospheric plasma under air or other types of gas. It is an annular type (see Fig. 1a).

상기 플라즈마는 1 내지 60mW/cm2 의 에너지를 갖는 장치에 생성될 수 있다. The plasma may be generated in a device having an energy of 1 to 60 mW/cm 2 .

상기 플라즈마 발생 장치에 0.1 내지 10 lpm (Liter Per Minute), 0.1 내지 10 kV 및 0.1 kHz 내지 100 kHz의 주파수를 공급하여 플라즈마를 발생할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3 lpm (Liter Per Minute), 0.1 내지 3 kV 및 0.1 kHz 내지 30 kHz일 수 있으며, 가장 바람직하게는 1.5 lpm (Liter per minute), 1.2 kV 입력 전압 및 15 kHz의 주파수를 공급하여 플라즈마를 발생할 수 있다. Plasma may be generated by supplying frequencies of 0.1 to 10 lpm (Liter Per Minute), 0.1 to 10 kV, and 0.1 kHz to 100 kHz to the plasma generating device, more preferably 0.1 to 3 lpm (Liter Per Minute), It may be 0.1 to 3 kV and 0.1 kHz to 30 kHz, and most preferably 1.5 lpm (Liter per minute), 1.2 kV input voltage, and a frequency of 15 kHz may be supplied to generate plasma.

상기 처리하는 조건은 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 발생원으로부터 박테리아의 거리를 0.5cm 내지 5cm로 셋팅하고, 1분 내지 10분 및 1회 내지 3회 플라즈마를 처리할 수 있다. The conditions for the treatment include setting the distance of the bacteria from the plasma generating source of the plasma generating device to 0.5 cm to 5 cm, and treating the plasma for 1 minute to 10 minutes and 1 to 3 times.

상기 캐리어 가스는 질소, 헬륨, 아르곤, 공기 및 산소로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 가장 바람직하게는 공기 또는 질소 일 수 있다. The carrier gas may be any one or more selected from the group consisting of nitrogen, helium, argon, air and oxygen, and most preferably air or nitrogen.

상기 유용 미생물은 식물 생장 촉진 미생물일 수 있다. 유용 미생물은 토양개량, 자연 유기농업에 이용을 목적으로 개발한 미생물 자재의 명칭이다. 일반적으로 효모, 유산균, 누룩균, 광합성 박테리아, 방선균 등 인류가 오래 전부터 식품의 발효 등에 이용해 왔던 미생물들이 포함되어 있다. 이러한 미생물들은 항산화, 또는 항산화물질을 생성하며 이를 통해 서로 공생하며 부패를 억제한다. The useful microorganism may be a plant growth promoting microorganism. Useful microorganisms are the names of microbial materials developed for the purpose of soil improvement and natural organic farming. In general, microorganisms such as yeast, lactic acid bacteria, yeast, photosynthetic bacteria, and actinomycetes that have been used by mankind for a long time are included in the fermentation of food. These microorganisms produce antioxidants, or antioxidants, through which they coexist and inhibit spoilage.

상기 식물 생장 촉진 미생물은 식물 생장 촉진 박테리아, 식물 생장 촉진 바이러스 및 식물 생장 촉진 곰팡이로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. The plant growth promoting microorganism may be any one or more selected from the group consisting of plant growth promoting bacteria, plant growth promoting viruses, and plant growth promoting fungi.

1 내지 60mW/cm2 이하의 비교적 낮은 에너지의 전력을 갖는 공기 또 질소 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시켜, 벼에서 분리된 식물 생장 촉진 박테리아(plant growth-promoting bacteria; PGPB)인 Bacillus subtilis CB-R05 및 Klebsiella pneumoniae KW7-S06에 처리하였다. 플라즈마를 처리한 Bacillus subtilis CB-R05의 콜로니 형성 단위 (CFU)는 플라즈마를 미처리한 Bacillus subtilis CB-R05보다 유의하게 증가하였다 (도 2a). 배양 시간에 걸쳐 박테리아의 세포의 농도를 모니터한 결과, 플라즈마 처리한 박테리아의 농도가 시간이 지남에 따라 더 빠르게 증가하는 것을 확인 하였다 (도 2b). 플라즈마를 처리한 박테리아의 편모 운동성은 미처리 박테리아와 비교하여 저 농도의 한천 배지에서 유의하게 증가하였다 (도 2c). 플라즈마의 처리는 식물 생장 촉진 박테리아의 성장을 촉진한다는 것을 확인하였다. 플라즈마를 처리한 Klebsiella pneumoniae KW7-S06의 콜로니 형성 단위 (CFU)는 3분 동안 질소 플라즈마를 처리한 박테리아의 CFU가 가장 높았다 (도 6). 그러나 10분 동안 플라즈마를 처리한 KW7-S06 박테리아는 3분 동안 플라즈마를 처리한 KW7-S06 박테리아에 비해 박테리아가 감소하였다. 이를 통해 플라즈마에 의해 전달되는 에너지에 따라 박테리아가 활성화 또는 비활성화 되는 임계 값이 있음을 확인하였다. Bacillus subtilis CB-R05, a plant growth-promoting bacteria (PGPB) isolated from rice, by generating plasma using air or nitrogen gas having a relatively low energy of 1 to 60 mW/cm2 or less, and It was treated with Klebsiella pneumoniae KW7-S06. Colony forming units (CFU) of Bacillus subtilis CB -R05 treated with plasma were significantly increased compared to Bacillus subtilis CB-R05 treated with plasma ( FIG. 2A ). As a result of monitoring the concentration of bacterial cells over the incubation time, it was confirmed that the concentration of plasma-treated bacteria increased more rapidly over time ( FIG. 2b ). Flagellar motility of plasma-treated bacteria was significantly increased in low concentration agar medium compared to untreated bacteria (Fig. 2c). It was confirmed that the treatment of plasma promotes the growth of plant growth promoting bacteria. The colony forming unit (CFU) of Klebsiella pneumoniae KW7-S06 treated with plasma had the highest CFU of bacteria treated with nitrogen plasma for 3 minutes ( FIG. 6 ). However, KW7-S06 bacteria treated with plasma for 10 minutes showed a decrease in bacteria compared to KW7-S06 bacteria treated with plasma for 3 minutes. Through this, it was confirmed that there is a threshold value at which bacteria are activated or deactivated depending on the energy delivered by the plasma.

상기 식물 생장 촉진 박테리아는 락토바실러스(Lactobacillus), 오에노코커스(Oenococcus), 아세토박터(Acetobacter), 키티노파가 (Chitinophaga), 오크로박트럼(Ochrobactrum), 페디오코커스(Pediococcus), 바이셀라(Weissella), 글루콘아세토박터(Gluconacetobacter), 산토모나스(Xanthomonas), 바실러스(Bacillus), 스핑고박테리움(Sphingobacterium), 슈도모나스(Pseudomonas), 스포롤락토바실러스(Sporolactobacillus), 박테리아_유씨_지(Bacteria_uc_g), 패니바실러스(Paenibacillus), 스트렙토미세스(Streptomyces) 및 크렙시엘라(Klebsiella) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 Bacillus, Enterobacter, KlebsiellaCorynebacterium으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 가장 바람직하게는 Bacillus 또는 Klebsiella pneumonia일 수 있다. The plant growth promoting bacteria are Lactobacillus ( Lactobacillus ), Oenococcus ( Oenococcus ), Acetobacter ( Acetobacter ), Chitinophaga ( Chitinophaga ), Ochrobactrum ), Pediococcus ( Pediococcus ), Weissella ( Weissella ), Gluconacetobacter ( Gluconacetobacter ), Xanthomonas , Bacillus ( Bacillus ), Sphingobacterium , Pseudomonas ( Pseudomonas ), Sporolactobacillus ( Sporolactobacillus ) g), Panibacillus ( Paenibacillus ), Streptomyces ( Streptomyces ) and Klebsiella ( Klebsiella ) may be any one selected from the group consisting of, preferably any one selected from the group consisting of Bacillus, Enterobacter, Klebsiella and Corynebacterium It may be one, and most preferably may be Bacillus or Klebsiella pneumonia .

본 발명은 또한 상기 서술한 방법으로 제조된 박테리아를 식물 종자에 접종하는 단계를 포함하는 식물생장 촉진 및 식물병 저항성을 증진하는 방법을 제공할 수 있다. The present invention may also provide a method for promoting plant growth and promoting plant disease resistance, comprising the step of inoculating plant seeds with the bacteria prepared by the above-described method.

플라즈마를 처리한 Bacillus subtilis CB-R05를 벼의 접종한 결과, 각 처리구별 발아율에는 유의미한 차이가 없었다(도 3a 및 도 3b). 1차 뿌리의 길이는 플라즈마를 미처리한 박테리아를 접종한 종자 및 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 종자에서 물 처리된 대조 종자 또는 플라즈마로 직접 처리한 종자보다 유의하게 더 컸으나, 플라즈마를 미처리한 박테리아를 접종한 종자 및 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 종자 사이에서는 유의한 차이가 관찰되지 않았다 (도 3c). As a result of inoculating rice with plasma-treated Bacillus subtilis CB-R05, there was no significant difference in germination rate for each treatment group ( FIGS. 3a and 3b ). The length of the primary root was significantly greater in the seeds inoculated with the bacteria untreated with plasma and the seeds inoculated with the bacteria treated with plasma than the water-treated control seeds or the seeds directly treated with plasma, but the No significant difference was observed between the inoculated seeds and the seeds inoculated with plasma-treated bacteria ( FIG. 3c ).

플라즈마를 처리한 Klebsiella pneumoniae KW7-S06를 벼 및 보리에 접종하였다. 벼에 접종한 결과 3분 동안 질소 플라즈마 처리된 박테리아로 접종된 종자의 경우 벼 종자 발아율 및 건조 중량이 더 높았다. 7 일 후, 3분 동안 질소 플라즈마 처리된 박테리아로 접종된 종자의 약 98 %가 발아되는 반면 미처리 대조군 종자는 약 81% 발아되었다 (도 7a). 3분 동안 플라즈마 처리된 박테리아 그룹의 묘목에서 가장 높은 건조 중량이 관찰되었다 (도 7b). 보리 종자에 대해서도 플라즈마 처리된 박테리아에 의한 종자 발아율이 개선되었다. 보리 종자의 형태학적 관찰은 각각의 처리 후 3 일 및 5 일에 수행되었다 (도 8B). 도 8a와 같이, 보리 종자 발아율은 각 처리 후 3일 및 5일에 가장 큰 차이를 나타냈다.Plasma-treated Klebsiella pneumoniae KW7-S06 was inoculated into rice and barley. As a result of inoculation on rice, the germination rate and dry weight of rice seeds were higher in the case of seeds inoculated with bacteria treated with nitrogen plasma for 3 minutes. After 7 days, about 98% of the seeds inoculated with bacteria treated with nitrogen plasma for 3 minutes germinated while the untreated control seeds germinated about 81% (Fig. 7a). The highest dry weight was observed in the seedlings of the bacterial group treated with plasma for 3 min ( FIG. 7b ). The seed germination rate by plasma-treated bacteria was also improved for barley seeds. Morphological observations of barley seeds were performed on days 3 and 5 after each treatment ( FIG. 8B ). As shown in Fig. 8a, the barley seed germination rate showed the greatest difference at 3 days and 5 days after each treatment.

개별 벼의 생육 및 수확량은 6주 및 16주 후에 각각 분석한 결과, 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 종자에서 자란 벼 종자는 처리 중 가장 높은 높이, 건조 중량 및 곡물 수확량을 나타내었다 (도 4). 질소와 공기 플라즈마 처리된 박테리아를 접종한 종자의 높이가 미처리된 박테리아에 접종된 종자 및 직접적인 플라즈마 처리된 종자의 높이보다 더 높았다 (도 4a). 질소 및 공기 플라즈마 처리된 박테리아에 접종된 종자의 평균 건조중량은 다른 처리된 그룹보다 훨씬 더 컸다 (도 4b). 질소 (550 종자/식물) 및 공기 (624 종/식물) 플라즈마 처리된 박테리아를 사용하면 곡물 수율(식물 당 수확한 종자 수)이 크게 증가하였다 (도 4c).As a result of analyzing the growth and yield of individual rice after 6 and 16 weeks, respectively, the rice seeds grown in the seeds inoculated with bacteria treated with plasma showed the highest height, dry weight and grain yield during the treatment (FIG. 4) . The height of seeds inoculated with nitrogen and air plasma-treated bacteria was higher than that of seeds inoculated with untreated bacteria and directly plasma-treated (Fig. 4a). The average dry weight of seeds inoculated with nitrogen and air plasma-treated bacteria was significantly greater than that of the other treated groups (Fig. 4b). The use of nitrogen (550 seeds/plant) and air (624 species/plant) plasma treated bacteria significantly increased the grain yield (number of seeds harvested per plant) ( FIG. 4c ).

상기 처리한 종자(플라즈마 처리된 박테리아, 플라즈마 미처리된 박테리아 또는 탈 이온수)에서 재배한 2주된 종자의 Rhizoctonia solani에 의한 곰팡이 병에 대한 저항성을 확인하였다. 벼에서 대표적인 3개의 PR (Pathogen Resistant) 유전자인 OsPR3, OsPR5 LOX의 전사 수준은 공기 플라즈마 처리된 박테리아를 접종한 벼 식물체에서 미처리 박테리아를 접종한 벼 식물체와 비교하여 유의미하게 증가하였다 (도 5a). 특히, PR3PR5 유전자는 플라즈마 처리된 박테리아를 접종한 벼 식물체에서 미처리 박테리아를 접종한 벼 식물체에 비해 10배 이상 발현양이 증가되었다 (도 5a). 주 후, 플라즈마 처리된 박테리아에 접종된 벼 식물은 미처리 박테리아를 접종한 벼 식물은 비교하면 질병 감염이 덜 심각하였다 (도 5b). 처리되지 않은 대조군 식물(물 접종)은 3가지 처리 중 가장 심각한 질병의 중증도를 나타내었다 (도 5b). 죽은 잎의 수는 미처리 박테리아를 접종한 식물 및 미처리 대조군과 비교하여 플라즈마 처리된 박테리아에 접종된 식물에서 감소하였다 (도 5c). 이와 같이, 플라즈마 처리된 박테리아를 접종하면 벼가 R. solani 병원균에 저항성을 갖는 것을 확인하였다. Resistance to fungal diseases caused by Rhizoctonia solani of 2 week-old seeds grown in the treated seeds (plasma-treated bacteria, non-plasma-treated bacteria or deionized water) was confirmed. Transcription levels of three representative PR (Pathogen Resistant) genes in rice, OsPR3, OsPR5 and LOX , were significantly increased in rice plants inoculated with air plasma-treated bacteria compared with rice plants inoculated with untreated bacteria (FIG. 5a) . In particular, the expression levels of PR3 and PR5 genes were increased 10-fold or more in rice plants inoculated with plasma-treated bacteria compared to rice plants inoculated with untreated bacteria ( FIG. 5A ). After a week, rice plants inoculated with plasma-treated bacteria had less severe disease infection compared to rice plants inoculated with untreated bacteria ( FIG. 5b ). Untreated control plants (water inoculation) showed the most severe disease severity of the three treatments ( FIG. 5B ). The number of dead leaves was reduced in plants inoculated with plasma-treated bacteria compared to plants inoculated with untreated bacteria and untreated controls ( FIG. 5c ). As such, when inoculated with plasma-treated bacteria, it was confirmed that rice had resistance to the R. solani pathogen.

상기 식물은 밀, 보리, 수단그라스, 벼, 배추, 오이, 토마토 또는 인삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다. 가장 바람직하게는 벼 일 수 있다. The plant may be any one selected from the group consisting of wheat, barley, Sudangrass, rice, Chinese cabbage, cucumber, tomato or ginseng. Most preferably, it may be rice.

이하에서는 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시 예는 본 발명의 바람직한 일 구체적인 예일 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 하기 실시 예의 범위로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. The following examples are only preferred specific examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the scope of the following examples.

<실시예 1> Bacillus subtilis CB-R05의 효과 확인 <Example 1> Confirmation of the effect of Bacillus subtilis CB-R05

1.1 플라즈마 장치1.1 Plasma device

1 내지 60mW/cm2 이하의 비교적 낮은 에너지의 DBD (배리어 유전체 방전; dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치를 사용하였다 (도 1a) A relatively low energy DBD (dielectric barrier discharge) plasma device of 1 to 60 mW/cm 2 or less was used (FIG. 1A).

1.2 플라즈마의 박테리아 처리 및 박테리아 성장 측정1.2 Bacterial treatment of plasma and measurement of bacterial growth

벼 뿌리에서 분리된 식물 생장 촉진 박테리아(plant growth-promoting bacteria; PGPB)인 Bacillus subtilis CB-R05를 DBD plasma로 처리하였다. DBD 플라즈마로 박테리아를 처리하기 위해 박테리아 현탁액을 tryptic soy broth (TSB)에서 37℃에서 16시간 동안 배양한 다음 3,134 xg에서 5분 동안 원심 분리하였다. 상기 박테리아 세포 펠렛을 새로운 TSB에 현탁시키고, 농도를 600nm에서 1.0의 광학 밀도로 조정하였다. 박테리아 현탁액 (5 ml)을 35 mm 페트리 접시에 넣고, DBD 플라즈마에 노출시켰다. 플라즈마 처리된 박테리아 현탁액을 3,134 xg에서 5분 동안 원심 분리하고 박테리아 펠릿을 멸균 증류수로 세척하였다. 박테리아 세포 펠렛을 5 ml의 새로운 TSB에 재현 탁하고 1시간 동안 재생시켰다. 박테리아 성장을 측정하기 위해 재생된 박테리아를 tryptic soy agar (TSA) 플레이트에 깔고 CFU 수를 측정하였다. Bacillus subtilis CB-R05, a plant growth-promoting bacteria (PGPB) isolated from rice roots, was treated with DBD plasma. To treat the bacteria with DBD plasma, the bacterial suspension was incubated in tryptic soy broth (TSB) at 37°C for 16 hours and then centrifuged at 3,134×g for 5 minutes. The bacterial cell pellet was suspended in fresh TSB and the concentration was adjusted to an optical density of 1.0 at 600 nm. The bacterial suspension (5 ml) was placed in a 35 mm Petri dish and exposed to DBD plasma. The plasma treated bacterial suspension was centrifuged at 3,134 x g for 5 minutes and the bacterial pellet was washed with sterile distilled water. The bacterial cell pellet was resuspended in 5 ml of fresh TSB and regenerated for 1 hour. To measure bacterial growth, regenerated bacteria were spread on tryptic soy agar (TSA) plates and the number of CFUs was counted.

B. subtilis CB-R05의 콜로니 형성 단위 (CFU)는 1시간 동안 새로운 배지에서 재생시킨 후, 3분 및 10분 동안 질소 플라즈마 처리한 박테리아 및 1분 및 3분 동안 공기 플라즈마 처리한 박테리아의 CFU는 플라즈마 미처리 박테리아의 CFU보다 유의하게 높았다 (도 2a). 이와 같이 박테리아의 증식은 질소 및 공기의 플라즈마 처리에 의해 촉진되었다. 배양 시간에 따른 박테리아 세포의 농도를 모니터할 때, 플라즈마 처리된 박테리아 세포의 농도는 3분간 공기 플라즈마 미처리된 박테리아의 농도보다 시간이 지남에 따라 더 빠르게 증가하였다 (도 2b). B. subtilis CB-R05의 플레이트상의 분홍빛을 띠는 헤일로 구역은 비 운동성 박테리아 S. aureus에서 관찰되지 않기 때문에, B. subtilis CB-R05의 움직임을 나타낸다(도 2c). 분홍빛을 띠는 헤일로 지역의 직경은 접종으로부터 16 시간 후에 플라즈마 미처리 박테리아보다 플라즈마 처리 박테리아의 플레이트에서 약간 더 커졌다 (도 2c). 36시간 후, 헤일로 지름의 직경은 플라즈마를 처리한 박테리아의 플레이트 보다 플라즈마를 미처리한 박테리아의 판보다 현저히 더 커졌다 (도 2c). 배양기간이 길수록, 플라즈마 처리된 미생물과 처리되지 않은 박테리아 사이의 후광 지대의 크기 차이가 커졌다. 플라즈마를 처리한 박테리아의 편모 운동성은 미처리 박테리아와 비교하여 저 농도의 한천 배지에서 유의하게 증가하였다. Colony forming units (CFU) of B. subtilis CB-R05 were regenerated in fresh medium for 1 hour, then the CFU of bacteria treated with nitrogen plasma for 3 and 10 minutes and air plasma treated for 1 minute and 3 minutes were It was significantly higher than the CFU of plasma untreated bacteria (Fig. 2a). As such, the proliferation of bacteria was promoted by plasma treatment of nitrogen and air. When monitoring the concentration of bacterial cells over incubation time, the concentration of plasma-treated bacterial cells increased more rapidly over time than that of untreated bacteria in air plasma for 3 min (Fig. 2b). The pinkish halo zone on the plate of B. subtilis CB-R05 is not observed in the non-motile bacterium S. aureus, indicating movement of B. subtilis CB-R05 (Fig. 2c). The diameter of the pinkish halo regions was slightly larger in the plate of plasma-treated bacteria than in plasma-untreated bacteria 16 h after inoculation (Fig. 2c). After 36 hours, the diameter of the halo diameter was significantly larger than that of the plasma-treated bacterial plate than that of the non-plasma-treated plate ( FIG. 2c ). The longer the incubation period, the greater the difference in the size of the halo zone between the plasma-treated microorganisms and the untreated bacteria. The flagellar motility of the plasma-treated bacteria was significantly increased in the low concentration agar medium compared to the untreated bacteria.

1.4 벼 종자에 박테리아 접종 및 식물 활력의 평가 1.4 Bacterial Inoculation on Rice Seeds and Evaluation of Plant Vitality

플라즈마 처리된 박테리아를 벼 종자에 접종하기 위해 먼저 70% 에탄올에 1분간 담가 벼 종자를 표면 살균한 다음 1.2 % (w/v) 차아염소산 나트륨 (NaOCl) 용액에서 15 분간 진탕시켰다. 벼 종자를 흔들어서 멸균 탈 이온수로 3번 세척하였다(각각 15 분). 접종을 위해, 30개의 표면 살균된 벼 종자 (품종 Ilpum)를 30℃에서 1시간 동안 플라즈마 처리된 박테리아, 미처리된 박테리아 또는 탈 이온수의 현탁액 10 ml에 담갔다. 탈 이온수는 미처리 대조군의 접종원으로 사용되었다. 또한 비교를 위해 가스와 플라즈마 (질소 및 공기)만으로 50개의 벼 종자를 직접 처리했다. 벼 종자의 발아율을 평가하기 위해 각 처리에서 50개의 종자를 90 ㎜ 페트리 접시의 습식 여과지 2 겹에 놓고 페트리 접시를 식물 성장 챔버 (25 ℃, 50 % 수분, 16시간 빛 및 8시간 어둠)에서 배양 하였다. 발아된 종자의 수는 매일 9일 동안 기록되었다. 발아율 (GR)은 다음과 같이 계산 하였다: GR (%)= h(1 접시 당 발아 종자 수/전체 종자 수)×100. 각 실험에서 3 번의 반복 측정을 수행하였고, 실험을 3 번 반복하였다. 식물 생장 및 수확량을 측정하기 위해, 발아 종자 (처리 후 3 일)를 플러그 트레이 (5 x 10 구멍, 직경 5 cm, 57 mm ×37 mm)에 놓인 토양에 심었고, 성장 챔버에서(25 °수분 50 %, 빛 16 시간, 어둠 8 시간) 배양 하였다. 6주 후에 식물을 수확하고 개별 식물의 높이를 측정하였다. 수확된 식물을 오븐 (60 ℃)에서 3일 동안 건조시키고 개별 식물의 건조 중량을 측정 하였다. 쌀 수확량은 숙성된 곡물을 16 주 후에 수확하고 개별 식물 당 수확한 곡물 수를 세었다. 각 실험은 처리 당 50 개의 식물을 포함하고 3번 반복하였다. In order to inoculate the rice seeds with plasma-treated bacteria, the rice seeds were first sterilized by soaking them in 70% ethanol for 1 minute and then shaken in 1.2% (w/v) sodium hypochlorite (NaOCl) solution for 15 minutes. The rice seeds were shaken and washed 3 times with sterile deionized water (15 min each). For inoculation, 30 surface-sterilized rice seeds (cultivar Ilpum) were immersed in 10 ml of a suspension of plasma treated bacteria, untreated bacteria or deionized water at 30° C. for 1 hour. Deionized water was used as an inoculum for untreated controls. Also, for comparison, 50 rice seeds were directly treated with only gas and plasma (nitrogen and air). To evaluate the germination rate of rice seeds, 50 seeds from each treatment were placed on 2 layers of wet filter paper in a 90 mm Petri dish, and the Petri dish was incubated in a plant growth chamber (25 °C, 50% moisture, 16 h light and 8 h dark). did. The number of germinated seeds was recorded daily for 9 days. Germination rate (GR) was calculated as follows: GR (%) = h (number of germinated seeds per dish/total number of seeds)×100. Three replicate measurements were performed in each experiment, and the experiment was repeated three times. To measure plant growth and yield, germinated seeds (3 days after treatment) were planted in soil placed in plug trays (5 x 10 holes, 5 cm diameter, 57 mm x 37 mm) and in a growth chamber (25 ° moisture). 50%, light 16 hr, dark 8 hr). Plants were harvested after 6 weeks and the height of individual plants was measured. The harvested plants were dried in an oven (60° C.) for 3 days and the dry weight of the individual plants was measured. Rice yield was determined by harvesting aged grains after 16 weeks and counting the number of grains harvested per individual plant. Each experiment included 50 plants per treatment and was repeated 3 times.

벼 종자의 발아는 모든 처리에서 시간이 지남에 따라 증가하였다. 9일 째 모든 처리에서 약 50.77%의 발아율이 관찰되었고, 그 차이는 처리 간에 유의하지 않았다 (도 3). 1차 뿌리의 길이는 플라즈마를 미처리한 박테리아를 접종한 종자(B) 및 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 종자(PB)에서 물 처리된 대조 종자(UC) 또는 플라즈마로 직접 처리한 종자(P)보다 유의하게 더 컸다 (도 3c). 그러나 플라즈마를 미처리한 박테리아를 접종한 종자 및 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 종자 사이에 유의한 차이가 관찰되지는 않았다 (도 3c). Germination of rice seeds increased over time in all treatments. On day 9, a germination rate of about 50.77% was observed in all treatments, and the difference was not significant between treatments ( FIG. 3 ). The length of the primary root was determined from the seed inoculated with bacteria (B) that was not treated with plasma and the seed inoculated with the bacteria treated with plasma (PB), the control seed (UC) treated with water or the seed directly treated with plasma (P). was significantly larger than that (Fig. 3c). However, no significant difference was observed between the seed inoculated with the bacteria untreated with plasma and the seed inoculated with the bacteria treated with plasma ( FIG. 3c ).

벼의 생육 및 수확량은 6주 및 16주 후에 각각 분석하였다. 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 종자에서 자란 벼 식물체는 처리 중 가장 높은 높이, 건조 중량 및 곡물 수확량을 나타내었다 (도 4). 질소와 공기 플라즈마 처리된 박테리아를 접종한 식물체의 높이가 미처리된 박테리아에 접종된 식물체 및 직접적인 플라즈마 처리된 식물체의 높이보다 더 높았다 (도 4a). 질소 및 공기 플라즈마 처리된 박테리아에 접종된 식물체의 평균 건조중량은 다른 처리된 그룹보다 훨씬 더 컸다 (도 4b). 질소 (550 종자/식물) 및 공기 (624 종/식물) 플라즈마 처리된 박테리아를 사용하면 곡물 수율(식물 당 수확한 종자 수)이 크게 증가하였다 (도 4c). 플라즈마를 미처리한 박테리아와 비교하여 질소 및 공기 플라즈마로 처리되었을 때 평균 수율이 10%이상 증가하였다 (도 4c). Rice growth and yield were analyzed after 6 and 16 weeks, respectively. The rice plants grown on the plasma-treated bacteria-inoculated seeds showed the highest height, dry weight and grain yield during the treatment ( FIG. 4 ). The height of plants inoculated with nitrogen and air plasma-treated bacteria was higher than that of plants inoculated with untreated bacteria and plants directly plasma-treated (FIG. 4a). The average dry weight of plants inoculated with nitrogen and air plasma-treated bacteria was significantly greater than that of the other treated groups (Fig. 4b). nitrogen The use of (550 seeds/plant) and air (624 species/plant) plasma treated bacteria significantly increased the grain yield (number of seeds harvested per plant) ( FIG. 4c ). The average yield increased by more than 10% when plasma was treated with nitrogen and air plasma compared with bacteria that were not treated with plasma (FIG. 4c).

1.5 질병 저항 분석 1.5 Disease resistance analysis

Rhizoctonia solani에 의한 곰팡이 병원균에 대한 저항성을 알아보기 위해 상기 처리한 종자(플라즈마 처리된 박테리아, 미처리된 박테리아 또는 탈 이온수)에서 재배한 2주된 종자를 사용하였다. 질병 저항성은 질병의 중증도 및 방어 유전자 발현 수준을 측정하여 평가하였다. 질병의 심각성을 측정하기 위해 R. solani AG-1에 감염된 보리 종자를 토양에 꽂아 2 주된 벼 종자에 곰팡이를 접종하였다. 4 주 동안 성장한 후에 벼의 감염과 질병의 심각성을 평가하였다. 질병 증상의 정도는 접종 2주 후에 육안 검사에 의해 결정되었다. 질병의 심각성은 다음의 척도로 결정되었다 : 1 = 병변이 있는 잎 면적의 10% 미만, 2 = 병변이 있는 잎 면적의 10-25%, 3 = 병변이 있는 잎 면적의 25-50%, 4 = 병변이 있는 잎 면적의 50-75%, 5 = 75% 이상의 중증 병변 또는 죽은 잎. 분석은 3 회 반복 배치 (20 회/복제)에서 처리 당 총 60개의 식물에 대해 수행하였다. 벼 식물에서 병원성 관련 유전자 (PR)의 발현을 RT-qPCR로 분석 하였다 (표 1). Two-week-old seeds grown in the treated seeds (plasma-treated bacteria, untreated bacteria or deionized water) were used to examine resistance to fungal pathogens caused by Rhizoctonia solani . Disease resistance was assessed by measuring disease severity and defense gene expression levels. To measure the severity of the disease, barley seeds infected with R. solani AG-1 were inserted into the soil, and two-week-old rice seeds were inoculated with the fungus. After growing for 4 weeks, the severity of infection and disease in the rice was evaluated. The severity of disease symptoms was determined by visual examination 2 weeks after inoculation. Disease severity was determined on the following scale: 1 = less than 10% of leaf area with lesions, 2 = 10-25% of area with lesions, 3 = 25-50% of area with lesions, 4 = 50-75% of leaf area with lesions, 5 = more than 75% of severe lesions or dead leaves. Analysis was performed for a total of 60 plants per treatment in 3 replicate batches (20 reps/replica). Expression of pathogenic related genes (PR) in rice plants was analyzed by RT-qPCR (Table 1).

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잎은 플라즈마 처리 박테리아, 플라즈마 미처리 박테리아 또는 탈 이온수를 접종한 식물체에서 채취하였다. TRIZOL(Invitrogen)을 사용하여 수집된 잎에서 총 RNA를 추출하고 cDNAs의 합성을 위해 5μg RNA를 사용하였다. SMARTTM MMLV Reverse Transcriptase (Clontech)를 사용하여 cDNA를 합성하였다. 합성된 cDNA 1μl를 qPCR의 주형으로 사용하였다. qPCR은 iQ SYBR Green Supermix (Biorad) 및 Real-Time PCR 검출 시스템 (CFX96)을 사용하여 수행하였다. 유비퀴틴 유전자는 하우스 키핑 유전자 (GenBank 수탁 번호 CA763279)로 사용되었다. 유비퀴틴 유전자 RT-PCR의 프라이머 서열은 다음과 같다: 정방향 5'-CTCCCTGAGATTGCCCACAT-3 ' 및 역방향 5'-CACGACTGGCAGCAACAAAT-3'. PCR을 위한 사이클은 2 단계 프로토콜로 수행되었다; 95 ℃에서 3 분간 활성화시킨 후, 95 ℃에서 10 초간 변성시키고, 60 ℃에서 30 초간 어닐링/연장 (extension)을 40회 반복하였다. Leaves were harvested from plants inoculated with plasma-treated bacteria, non-plasma-treated bacteria, or deionized water. Total RNA was extracted from collected leaves using TRIZOL (Invitrogen) and 5 μg RNA was used for the synthesis of cDNAs. cDNA was synthesized using SMART(TM) MMLV Reverse Transcriptase (Clontech). 1 μl of the synthesized cDNA was used as a template for qPCR. qPCR was performed using iQ SYBR Green Supermix (Biorad) and Real-Time PCR detection system (CFX96). The ubiquitin gene was used as a housekeeping gene (GenBank accession number CA763279). The primer sequences of the ubiquitin gene RT-PCR are as follows: forward 5'-CTCCCTGAGATTGCCCACAT-3' and reverse 5'-CACGACTGGCAGCAACAAAT-3'. The cycle for PCR was performed in a two-step protocol; After activation at 95°C for 3 minutes, denaturation at 95°C for 10 seconds, and annealing/extension at 60°C for 30 seconds were repeated 40 times.

3개의 PR 유전자의 전사 수준은 공기 플라즈마 처리된 박테리아에 접종된 2주된 식물체에서 미처리 박테리아를 접종한 식물체와 비교하면 유의하게 증가하였다 (도 5a). 특히, PR3PR5 유전자는 플라즈마 처리된 박테리아를 접종한 식물체가 플라즈마 미처리된 박테리아를 접종한 식물체에 비해 10배 이상 발현되었다 (도 5a). 곰팡이 병원체인 R. solani AG-1을 2주 된 종자의 뿌리에 접종한 후, 식물의 질병 발달을 분석하였다. 4주 후, 플라즈마 처리된 박테리아에 접종된 벼 식물은 플라즈마 미처리 박테리아를 접종한 식물체와 비교하면 질병 발달이 덜 심각하였다 (도 5b). 박테리아를 미처리한 대조군 식물(물 접종)은 3가지 처리 중 가장 심각한 질병의 중증도를 나타내었다 (도 5b). 죽은 잎의 수는 박테리아를 미처리한 대조군 및 플라즈마를 미처리 박테리아를 접종한 식물체에 비해 플라즈마를 처리한 박테리아를 접종한 식물체에서 감소하였다 (도 5c). 이와 같이, 플라즈마 처리된 박테리아를 접종하면 벼가 R. solani 병원균에 내성을 갖는 것을 확인하였다. 3 The transcription level of the PR gene was significantly increased in two-week-old plants inoculated with air plasma-treated bacteria compared to plants inoculated with untreated bacteria ( FIG. 5A ). In particular, the PR3 and PR5 genes were expressed more than 10-fold in plants inoculated with plasma-treated bacteria compared to plants inoculated with non-plasma-treated bacteria (FIG. 5a). After inoculation with the fungal pathogen R. solani AG-1 into the roots of two-week-old seeds, the disease development of the plants was analyzed. After 4 weeks, rice plants inoculated with plasma-treated bacteria had less severe disease development compared to plants inoculated with plasma-untreated bacteria ( FIG. 5b ). Control plants untreated with bacteria (inoculated with water) showed the most severe disease severity among the three treatments (Fig. 5b). The number of dead leaves was reduced in the plants inoculated with the bacteria treated with plasma compared to the control group and the plants inoculated with the bacteria not treated with the bacteria (FIG. 5c). As such, when inoculated with plasma-treated bacteria, it was confirmed that rice had resistance to the R. solani pathogen.

실시예 2. Klebsiella pneumonia KW7-S06의 효과 확인 Example 2. Confirmation of the effect of Klebsiella pneumonia KW7-S06

2.1 플라즈마 처리에 의한 박테리아의 증가 속도 확인 2.1 Confirmation of the increase rate of bacteria by plasma treatment

KW7-S06 (Klebsiella pneumoniae)은 이전 연구에서 다양한 한국 벼 품종에서 PGPB로 분리되었다. KW7-S06 박테리아 현탁액을 600 nm에서 광학 밀도 1.0으로 조정하였다. 실시예 1.1에 개시되어 있는 플라즈마 장치를 이용하여, 각 박테리아 현탁액으로부터 5 ml를 35 mm 페트리 디쉬 상에 플레이팅한 후 DBD 플라즈마에 노출시켰다. 플라즈마에 의해 박테리아를 활성화시키기 위한 최적의 조건을 결정하기 위해, 플라즈마 처리 시간을 변화시킴으로써 (1, 3 및 10 분), 박테리아 활성화 정도를 비교 하였다. 플라즈마 처리는 한 번만 수행되었다. 멸균 처리 된 증류수로 세척한 후 플라즈마 처리된 박테리아 현탁액을 5분 동안 4,000 rpm으로 원심 분리한 후 새로운 TSB 배지로 이동하였다. 박테리아 현탁액을 30 ℃ 진탕 배양기에서 1 시간 동안 배양하였다. 플라즈마를 미처리 박테리아 현탁액을 대조군으로 사용 하였다. 박테리아 활성은 CFU (Colony Forming Units)에 의해 측정하였다. 3분 동안 질소 플라즈마를 처리한 박테리아의 CFU가 가장 높았다 (도 6). 플라즈마 처리에 의해 박테리아를 활성화시키기 위한 최적의 처리시간은 3분으로 확인되었다. 질소 플라즈마는 KW7-S06의 증식 속도를 증가시켰다. 또한 10분 동안 플라즈마를 처리한 KW7-S06는 3분 동안 플라즈마를 처리한 KW7-S06에 비해 박테리아가 감소하는 것으로 확인되어, 10분 이상 플라즈마를 처리하는 것은 KW7-S06의 성장을 억제할 수 있을 것으로 사료되었다. 플라즈마 처리에 의해 활성화된 KW7-S06는 동일한 배양 시간동안 플라즈마를 미처리한 대조군과 비교하여 증식 속도가 증가하였다. 3분 동안 플라즈마를 처리한 박테리아의 증식은 증가한 반면에 10분 동안 플라즈마를 처리한 박테리아의 증식은 억제되었다. 이는 플라즈마에 의해 전달되는 에너지에 따라 박테리아가 활성화 또는 비활성화 되는 임계 값이 있음을 의미한다. 특정 임계값을 초과하는 과도한 수준은 박테리아 활동을 억제할 수 있다. KW7-S06 ( Klebsiella pneumoniae ) was isolated as PGPB from various Korean rice cultivars in a previous study. The KW7-S06 bacterial suspension was adjusted to an optical density of 1.0 at 600 nm. Using the plasma apparatus described in Example 1.1, 5 ml from each bacterial suspension were plated onto a 35 mm Petri dish and then exposed to DBD plasma. To determine the optimal conditions for activating bacteria by plasma, by varying the plasma treatment time (1, 3 and 10 min), the degree of bacterial activation was compared. Plasma treatment was performed only once. After washing with sterile distilled water, the plasma-treated bacterial suspension was centrifuged at 4,000 rpm for 5 minutes, and then transferred to a new TSB medium. The bacterial suspension was incubated for 1 hour in a shaking incubator at 30°C. Plasma was used as an untreated bacterial suspension as a control. Bacterial activity was measured by CFU (Colony Forming Units). nitrogen for 3 minutes Plasma-treated bacteria had the highest CFU ( FIG. 6 ). The optimal treatment time for activating bacteria by plasma treatment was confirmed to be 3 minutes. nitrogen Plasma increased the proliferation rate of KW7-S06. In addition, it was confirmed that the KW7-S06 treated with plasma for 10 minutes showed a decrease in bacteria compared to KW7-S06 treated with plasma for 3 minutes. was presumed to be KW7-S06 activated by plasma treatment increased the proliferation rate compared to the control group not treated with plasma for the same incubation time. The proliferation of bacteria treated with plasma for 3 minutes was increased, whereas the proliferation of bacteria treated with plasma for 10 minutes was inhibited. This means that there is a threshold at which bacteria are activated or deactivated depending on the energy delivered by the plasma. Excessive levels above a certain threshold can inhibit bacterial activity.

2.2 플라즈마를 처리한 박테리아를 감염된 종자의 발아율 및 식물 성장 측정2.2 Measurement of germination rate and plant growth of seeds infected with plasma-treated bacteria

벼 및 보리 종자를 1분 동안 70 % 에탄올로 표면 멸균시켰다. 1.2 % (w/v) 차아염소산 나트륨 (NaClO) 용액에서 15 분 동안 진탕시켰다. 벼와 보리 종자를 멸균 증류수로 3 회 흔들었다 (각각 15 분). 50 ℃의 표면 멸균된 Ilpum 벼 및 종자를 30 ℃ 인큐베이터에서 1 시간 동안 10 ml의 DBD 플라즈마 처리된 박테리아 현탁액에 접종하였다. 처리되지 않은 대조군의 접종원으로서 증류수를 사용 하였다. DBD 플라즈마 처리된 박테리아로 접종된 종자의 발아 종자 발아율을 비교하기 위해, 50 종의 종자를 90 mm 페트리 디쉬상에서 건조된 여과지 2 층상에 규칙적인 간격으로 놓고 식물 성장 챔버 (25 ℃, 50 % 습도, 16 시간 빛 및 8 시간 암주기)에서 배양하였다. 각각의 실험은 3반복으로 DBD 플라즈마 처리된 박테리아 당 50개의 종자를 포함하였다. 플라즈마 처리된 박테리아로 감염된 벼 및 보리 종자의 발아율을 비교하기 위해, 발아 종자의 수를 플라즈마 처리일로부터 7일 동안 매일 기록 하였다. 발아된 벼 종자를 토양이 있는 플러그 트레이 (5 x10 구멍, 직경 5 cm, 57 x 37 mm)에 놓고, 14 시간 빛/10 시간 어두운 주기로 25 ℃에서 챔버에서 성장 시켰으며, 묘목 성장을 모니터링 하였다. 6주 후 수확된 식물의 건조 중량을 측정하기 위해, 수확된 식물을 3일 동안 오븐(60℃)에서 건조시키고, 각각의 개별 식물의 건조 중량을 측정하였다. 각 실험은 처리 당 50개의 식물을 포함하였고 3번 반복되었다. 발아 동안 보리 종자의 형태학적 변화를 입체 현미경 (S8APO, 독일 라이카)으로 5일 동안 모니터링하고 사진을 찍었다. 3분 동안 질소 플라즈마 처리된 박테리아로 접종된 종자의 경우 벼 종자 발아율 및 건조 중량이 더 높았다. 7 일 후, 3분 동안 질소 플라즈마 처리된 박테리아로 접종된 종자의 약 98 %가 발아되는 반면 플라즈마 미처리 대조군 종자는 약 81% 발아되었다 (도 7A). 각 처리에 대한 성장 발달을 비교하기 위해, 발아 후 묘목 성장을 건조 중량으로 평가하였다. 3분 동안 플라즈마 처리된 박테리아 그룹의 묘목에서 가장 높은 건조 중량이 관찰되었다 (도 7b). 묘목의 평균 건조 중량은 미처리 박테리아 그룹보다 플라즈마 처리된 박테리아 그룹에서 증가하였다. 보리 종자에 대해서도 플라즈마 처리된 박테리아에 의한 종자 발아율이 개선되었다. 보리 종자의 형태학적 관찰은 각각의 처리 후 3 일 및 5 일에 수행되었다 (도 8B). 도 8a와 같이, 보리 종자 발아율은 각 처리 후 3일 및 5일에 가장 큰 차이를 나타냈다. 결과적으로, 미처리 대조군 종자를 제외하고, 박테리아 및 플라즈마를 처리한 박테리아 감염된 종자의 종자 코트의 코너에 1차 뿌리가 나타났다. 5 일된 종자의 모든 처리에서 1 차 뿌리가 관찰되었고, 특히 플라즈마를 처리한 박테리아에 감염된 종자의 1차 뿌리가 가장 발달되었다. 대조군, 플라즈마 박테리아 미처리된 및 플라즈마 처리된 박테리아 그룹의 발아율은 각각 16 %, 28 % 및 38 %였다. 최종 발아율은 대조군, 플라즈마를 미처리한 박테리아 및 플라즈마를 처리한 박테리아 군에서 각각 74 %, 91 % 및 100 %였다. 플라즈마를 처리한 박테리아에서 다른 발아 처리와 비교하여 매일 발아 된 종자의 수는 증가했다. 즉, 플라즈마 처리에 의해 활성화 된 박테리아는 종자 발아 속도 및 발아율이 증가하였다. 플라즈마 처리로 인하여 활성화된 KW7-S06은 묘목의 종자 발아 및 성장 발달을 촉진 시켰으며, 이 효과는 보리 종자 발아에서 동일한 패턴을 보여 주었다. Rice and barley seeds were surface sterilized with 70% ethanol for 1 minute. Shake in 1.2% (w/v) sodium hypochlorite (NaClO) solution for 15 minutes. Rice and barley seeds were shaken 3 times with sterile distilled water (15 min each). Surface-sterilized Ilpum rice and seeds at 50° C. were inoculated into 10 ml of DBD plasma-treated bacterial suspension in an incubator at 30° C. for 1 hour. Distilled water was used as the inoculum for the untreated control group. To compare the germination rate of seeds inoculated with DBD plasma-treated bacteria, 50 seeds were placed at regular intervals on two layers of dried filter paper on a 90 mm Petri dish and placed in a plant growth chamber (25 °C, 50% humidity, 16 h light and 8 h dark cycle). Each experiment included 50 seeds per bacterium treated with DBD plasma in triplicate. To compare the germination rates of rice and barley seeds infected with plasma-treated bacteria, the number of germinated seeds was recorded daily for 7 days from the day of plasma treatment. The germinated rice seeds were placed in a plug tray with soil (5 x 10 holes, 5 cm in diameter, 57 x 37 mm), grown in a chamber at 25 °C with a 14 h light/10 h dark cycle, and seedling growth was monitored. To determine the dry weight of the harvested plants after 6 weeks, the harvested plants were dried in an oven (60° C.) for 3 days, and the dry weight of each individual plant was measured. Each experiment included 50 plants per treatment and was repeated 3 times. Morphological changes of barley seeds during germination were monitored and photographed for 5 days with a stereomicroscope (S8APO, Leica, Germany). Seeds inoculated with bacteria treated with nitrogen plasma for 3 minutes had higher rice seed germination rate and dry weight. After 7 days, about 98% of the seeds inoculated with the bacteria treated with nitrogen plasma for 3 minutes germinated while about 81% of the non-plasma-treated control seeds germinated ( FIG. 7A ). To compare growth development for each treatment, seedling growth after germination was assessed by dry weight. The highest dry weight was observed in the seedlings of the bacterial group treated with plasma for 3 min ( FIG. 7b ). The average dry weight of seedlings was increased in the plasma-treated bacterial group than in the untreated bacterial group. The seed germination rate by plasma-treated bacteria was also improved for barley seeds. Morphological observations of barley seeds were performed on days 3 and 5 after each treatment ( FIG. 8B ). As shown in Fig. 8a, the barley seed germination rate showed the greatest difference at 3 days and 5 days after each treatment. As a result, with the exception of untreated control seeds, primary roots appeared in the corners of the seed coats of bacteria-infected seeds treated with bacteria and plasma. Primary roots were observed in all treatments of the 5-day-old seeds, and in particular, the primary roots of the plasma-treated bacteria-infected seeds were most developed. The germination rates of the control, plasma bacteria untreated and plasma treated bacteria groups were 16%, 28% and 38%, respectively. The final germination rates were 74%, 91%, and 100% in the control group, bacteria not treated with plasma, and bacteria treated with plasma, respectively. In bacteria treated with plasma, the number of seeds germinated each day was increased compared to other germination treatments. That is, the bacteria activated by plasma treatment increased the seed germination rate and germination rate. KW7-S06 activated by plasma treatment promoted seed germination and growth development of seedlings, and this effect showed the same pattern in barley seed germination.

Claims (10)

(a) 1 내지 60mW/cm2 의 에너지를 갖는 플라즈마 발생 장치에 플라즈마를 발생시켜 식물생장 촉진 박테리아인 바실러스(Bacillus) 및/또는 클렙시엘라(Klebsiella)에 1분 내지 10분 및 1회 내지 3회 플라즈마를 처리하는 단계;
(b) 상기 플라즈마 처리된 바실러스(Bacillus) 및/또는 클렙시엘라(Klebsiella)의 배양 배지를 교환하는 단계; 및
(c) 상기 교환된 배지에서 바실러스(Bacillus) 및/또는 클렙시엘라(Klebsiella)를 재배양하는 단계;
를 포함하는, 바실러스(Bacillus) 및/또는 클렙시엘라(Klebsiella)의 생존 및 성장을 증진시키는 방법.
(a) 1 to 60 mW/cm 2 By generating plasma in a plasma generating device having an energy of Bacillus ( Bacillus ) and / or Klebsiella ( Klebsiella ), which are bacteria promoting plant growth, 1 minute to 10 minutes and 1 to 3 times treating the ash plasma;
(B) exchanging the culture medium of the plasma-treated Bacillus ( Bacillus ) and / or Klebsiella ( Klebsiella ); and
(c) culturing Bacillus and/or Klebsiella in the exchanged medium;
A method for enhancing the survival and growth of Bacillus and / or Klebsiella comprising a.
제 1항에 있어서, 상기 플라즈마는 글로우 디스차지(glow discharge), 코로나 디스차지(corona discharge), 아크 디스차지(Arc discharge), 타운센드 디스차지(Townsend discharge), 디일렉트릭 배리어 디스차지(dielectric barrier discharge), 할로우 캐소드 디스차지(hollow cathode discharge), 라디오-프리퀀시 디스차지(radiofrequency (RF) discharge), 마이크로웨이브 디스차지(microwave discharge) 및 일렉트론 빔(electron beams)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 생성되는, 바실러스(Bacillus) 및/또는 클렙시엘라(Klebsiella)의 생존 및 성장을 증진시키는 방법. The method of claim 1, wherein the plasma is a glow discharge, a corona discharge, an arc discharge, a townsend discharge, a townsend discharge, the electric barrier discharge (dielectric barrier discharge) ), hollow cathode discharge, radio-frequency discharge (radiofrequency (RF) discharge), microwave discharge (microwave discharge) and electron beams by any one selected from the group consisting of A method of enhancing the survival and growth of the resulting, Bacillus and/or Klebsiella . 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 처리하는 조건은 플라즈마 발생 장치의 플라즈마 발생원으로부터 박테리아의 거리를 0.5cm 내지 5cm로 셋팅하는, 바실러스(Bacillus) 및/또는 클렙시엘라(Klebsiella)의 생존 및 성장을 증진시키는 방법. According to claim 1, wherein the treatment condition is to set the distance of the bacteria from the plasma generating source of the plasma generating device to 0.5 cm to 5 cm, Bacillus ( Bacillus ) and / or Klebsiella ( Klebsiella ) To promote survival and growth Way. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항의 방법으로 제조된 바실러스(Bacillus) 및/또는 클렙시엘라(Klebsiella)를 식물 종자에 접종하는 단계;를 포함하는, 식물병 저항성 또는 식물 생장을 촉진시키는 방법. The method of claim 1, wherein the Bacillus ( Bacillus ) and / or Klebsiella ( Klebsiella ) prepared by the method comprising the step of inoculating the plant seeds; Plant disease resistance or method of promoting plant growth. 제 8항에 있어서, 상기 식물은 밀, 보리, 수단그라스, 벼, 배추, 오이, 토마토 또는 인삼으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인, 식물병 저항성 또는 식물생장을 촉진시키는 방법. The method of claim 8, wherein the plant is any one selected from the group consisting of wheat, barley, Sudangrass, rice, Chinese cabbage, cucumber, tomato or ginseng. 제 8항에 있어서, 상기 식물병 저항성 또는 식물 생장 촉진은 식물 전주기 동안 효과가 있는, 식물병 저항성 또는 식물생장을 촉진시키는 방법.
The method of claim 8, wherein the plant disease resistance or plant growth promotion is effective during the entire plant cycle.
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