KR20050040285A

KR20050040285A - 페니바실러스 폴리믹사 ｈ２１０ 균주 및 식물의 생장촉진방법 및 토양병방제 방법

Info

Publication number: KR20050040285A
Application number: KR1020030075449A
Authority: KR
Inventors: 박창석
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-03

Abstract

본 발명은 토양으로부터 순수하게 분리한 신규한 페니바실러스 폴리믹사 H210(Paenibacillus polymyxa H210) 균주, 식물의 생산촉진 및 토양병 방제 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 신규한 페니바실러스 폴리믹사 (Paenibacillus polymyxa H210)균주 및 이 균주의 근권 정착능력, 종자 발아촉진 능력, 작물 생장촉진 능력 및 곰팡이 및 세균에 대한 향균성을 이용하여 종자 발아촉진 방법, 작물 생장촉진 방법 및 세균성 토양병 억제 방법을 제공하는 것이다.

Description

페니바실러스 폴리믹사 Ｈ２１０ 균주 및 식물의 생장촉진 방법 및 토양병 방제 방법{Penibacillus polymyxa H210 and Method of enhancement of plant growth and Controlling soil pest using the same}

본 발명은 신규한 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주 및 식물의 생장촉진 및 토양병 방제 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 신규한 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주 및 이 균주의 근권 정착능력, 식물 생장촉진 능력 및 곰팡이 및 세균에 대한 향균성을 이용한 작물 생장촉진 방법 및 세균성 토양병 억제 방법에 관한 것이다.

종래에 종자발아를 촉진하는 방법으로는 무기염류나 삼투압 조절물질 용액 등의 화학물질에 종자를 침지하여 종자가 발아 직전까지 이르게 하는 방법 또는 용액대신 삼투압이 조절된 고형물질(solid matrix priming)로 종자의 발아를 촉진하는 방법이 사용되었다. 즉, 종래 기술은 무생물로 단순히 종자의 수분 퍼텐셜 (potential)을 조절하여 발아를 준비하도록 하는 것이었다. 그러나 화학 물질을 이용하여 종자발아를 촉진하는 경우 작물이 스스로 생장한 것이 아니므로 도장하거나 생장의 불균형을 이루기 쉽고 유해한 환경에 대한 저항력이 떨어지는 문제점이 발생한다. 본 발명자는 대한민국 특허 제220402호에서 바실러스 폴리믹사 E681균주 및 그를 이용한 식물 생장 촉진 방법을 제안하였다. 이러한 미생물을 이용하는 방법은 미생물이 종자 내부에 침투하여 증식하는 동안에 분비하는 물질에 의해서 종자의 발아를 촉진하고 나아가 작물 자체가 유묘기에는 토양병을 방제하고 안정된 입모를 유도하는 효과를 제공할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 신규한 페니바실러스 폴리믹사H210 (Paenibacillus polymyxa H210) 균주를 제공하고 이 균주의 근권 정착능력, 종자 발아촉진 능력, 작물 생장촉진 능력 및 곰팡이 및 세균에 대한 향균성을 이용하여 종자 발아촉진, 작물 생장촉진 및 세균성 토양병 억제 방법을 제공한다.

즉, 본 발명의 한 측면은 신규한 페니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa H210) 균주(KACC 91014)에 관한 것이다.

본 발명의 다른 한 측면은 상기 균주를 침지처리 또는 관주 처리하여 식물생장의 촉진 및 토양병 방제방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 한 측면은 상기 균주를 포함하는 미생물 제재를 제공하는 것이다.

[H210 균주의 분리 및 기탁]

본 발명의 미생물 균주는 경남 거제시 둔덕면 보리 뿌리에서 분리하여 생리실험과 MIDI 검정(Microbial ID, Inc., Newark, Del., USA), 16S rRNA 염기서열 검사 등을 거처 페니바실러스 폴리믹사로 동정하였고 페니바실러스 폴리믹사 H210 (Paenibacillus polymyxa H210)으로 명명하였다. 이 균주는 2002년 10월 7일 자로 농업생명 공학원 유전자은행에 기탁하고 기탁번호 KACC 91014를 부여받았다.

[H210 균주의 배양학적, 생태학적 특성]

페니바실러스 폴리믹사 H210 (KACC 91014)은 그람 양성균으로서 생장온도의 범위가 아주 넓어 10℃부터 40℃의 환경에 걸쳐 생장하며 다양한 탄소원과 질소원을 영양물질로 이용하고 생장속도는 중간정도로서 28℃에서 접종 후, 24시간이 지나면 대수기(log-phase)에 이른다. 액체 배양기에서는 포자를 잘 형성하지 않지만 고체 배양기에서는 접종 2일 후부터 내생포자를 형성한다.

본 균주를 분리하기 위하여 채집한 보리 뿌리를 막자사발에서 완전히 분쇄하여 0.1M MgSO₄ 용액 10ml에 분산시킨 다음 95℃ 항온 수조에서 10분간 열처리하여 포자를 형성하지 못하는 세균을 제거하였다. 열처리한 시료를 희석하여 TSA배지 (Tryptic Soy Agar ; Difco)에 나타난 바실러스 타입의 세균을 선발하였다.

일차로 선발한 세균들을 피씨움(Pythium), 푸사리움(Fusarium), 라이족토니아(Rhizoctonia)등 주요 식물 병원균에 대한 길항능력을 아가 플레이트에서, 식물 뿌리의 정착능력을 오이유묘를 이용한 DLF방법(double layered-filter paper method: Bae,Y.D., H.K.Kim, and C.S.Park.1990. An improved method for rapid screening and analysis of root colonizing biocontrol agents. Kor.J. Plant Pathol. 6: 325-332)으로, 10℃ 와 20℃에서 생장 능력을 평가하여 유망한 균주를 선발하였다.

실내에서 선발한 미생물들은 온실의 폿트 실험으로 모잘록병, 역병, 시들음병 등 식물병 억제 능력을 평가하고 고추, 오이, 배추, 토마토 등의 유묘를 사용하여 작물의 생장촉진 능력을 검정하였다. 이러한 선발과정에서 H210은 항상 상위 순위에 있었다.

하기 표 1에서 바실러스인 E681과 H210 균주의 생리학적 특성을 버기스 매뉴얼(Bergey's Manual^R)에 기초하여 비교하였다.

특징		P. polymyxaH210	E 681
그람염색		+	+
포자		_	_
카탈라제 생산		+	+
혐기성 생육		+	+
산 생성	D-글루코오스	+	+
산 생성	D-자일로오스	+	+
가수분해	카세인	+	+
	젤라틴	+	+
	스타치	+	+
생육온도	5℃	_	_
	10℃	+	+
	30℃	+	+
	40℃	+	+

상기 표 1에서 나타나는 바와 같이 본 발명의 페니바실러스 폴리믹사 H210은 바실러스 폴리믹사 E681과 분류학적으로 매우 유사하나 이하의 실험예와 실시예를 통해 본 발명의 균주 H210이 벼와 잔디에서 E681 균주에 비해 탁월한 정착능력을 나타내면서 토양병 방제효과와 생장 촉진 효과를 제공하였고(도 1), 양파의 종자에 처리한 경우는 본 발명의 균주 H210을 처리한 경우가 발아율 향상에 보다 큰 효과를 나타내었다(도 2). 또한 E681 균주가 액체 배양기에서 포자형성을 잘 하지 못하는 반면, H210은 액체 배양기내에서도 포자를 형성하고, 배양과정에서 E681은 콜로니 형태가 변하는 돌연변이가 빈번하게 발생하는 한편, 본 발명의 H210 균주는 그 콜로니 특성이 유지되는 장점이 있다.

본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210(KACC 91014)은 보리, 밀, 벼 같은 작물의 근권에 잘 정착한다. 한번 정착한 균은 뿌리가 활력을 갖고 있는 동안 지속적으로 증식하며 새로운 뿌리로 이동하여 정착하는 능력을 가지고 있다.

실험예 1: 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주의 작물근권 정착능력

본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주의 근권 정착 능력을 시험하기 위하여 페니바실러스 폴리믹사 H210을 벼(Oryzae sativa L.) 종자에 침지하여 재배실험을 행하였다. 도 3의 그래프를 통해서 확인되는 바와 같이 초기의 근권 정착밀도는 대조구로서 그람 음성균인 슈도모나스 플루레슨스 B16에 비하여 낮지만 지속적인 밀도 유지 능력은 오히려 높다. 도 3에 벼(Oryzae sativa L.)의 근권에 정착한 균의 밀도변화를 그래프로 나타내었다.

본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210(KACC 91014)은 다양한 식물 병원균과 곰팡이에 대하여 강한 길항력을 갖는 것으로 나타났다.

실험예 2: 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주의 항균성 물질의 생산

본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주의 모잘록병균(Pythium), 시들음병균(Fusarium oxysporum), 뿌리썩음병균(Rhizoctonia), 역병균 (Phytophthora infestans)외 8종의 식물 병원균과 곰팡이에 대한 억제능력을 고추 식물(Capscum annum L.)에 대하여 테스트하였다. 즉, TSA(Tryptic Soy Agar)배지에 피씨움, 라이족토니아, 푸사리움 등의 균사 절면을 중앙에 접종하고 중심으로부터 4cm 떨어진 곳에 길항능력이 있다고 생각하는 균주를 접종하여 무처리의 균사가 4cm 정도 자랐을 때에 길항균을 처리한 피씨움, 라이족토니아, 푸사리움 등의 균사의 생장 직경을 무처리한 경우와 비교하여 저지원(clean zone)의 크기를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타나 있다. H210 균주는 표 2에 나타난 병원균 모두에 대한 길항력이 우수한 것으로 나타났다. E681균주는 바실러스 폴리믹사 E681이고, A21-4는 세레시아 플라이뮤티카(Serratia plymuthica)로 고추 역병균에 대해 특별히 강한 향균력을 갖는 균주이며, B2-13은 채소종자 발아를 촉진하는 바실러스속 균주이다.

본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210은 작물의 생장을 촉진하는 능력이 우수한 것으로 밝혀졌다.

실험예 3: 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주의 작물생장촉진 능력 테스트

본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210의 작물 생장 촉진 능력을 시험하기 위해 본 발명의 균주의 현탁액에 벼(Oryzae sativa L.) 종자를 침지하여 파종하고, 벼(Oryzae savita L.)의 발아율을 관찰하였다. 도 4에 페니바실러스 폴리믹사 H210과 몇몇 대조구인 균주에 처리한 결과에 따른 발아율을 나타내었다. 도 4를 통해서 확인되는 바와 같이 본 발명의 균주 처리시 벼의 발아율은 현저히 향상되었는데 특히 초기 발아율에서 두드러지게 나타났다. 즉, 처리 후 4일째에 무처리(CK) 종자의 발아율은 아직 20%정도에 머물고 있는데 반해, H210 처리주의 발아율은 60%에 근접하였다. 이러한 효과는 벼의 생육이 불리한 조건인 간척지에서 보다 현저하게 나타났다. H210을 처리한 볍씨를 간척지 논에 파종하였을 때 입묘율이 현저히 향상되었을 뿐 아니라 유묘의 생장도 향상되었다(도 5 및 표 3). 도 5에서 L22균주는 슈도모나스 플로레슨스 균주(Pseudomonas fluorescence)로 식물생장촉진 균주이고, 표 3에서 88-7-2는 바실러스 속의 세균으로 식물생장 촉진 균주이며 B16은 슈도모나스 플로레슨스 B16(Pseudomonas fluorescence B16) 균주이다.

이하의 실시예에서 H210의 세균 부유액에 각종 채소종자에 처리하였을 때 종자의 외부에 오염된 식물병원균 및 부생균을 현저하게 억제하는 효과, 생장 촉진 효과, 발아율 상승 효과를 시험하였다.

실시예 1: 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주의 여러 곰팡이에 대한 억제 효과

농가에서 생산한 고추(Capscum annum L.)에 본 발명에 의한 신균주 H210을 처리(10⁸cell/ml)하였을 때 여러 가지 곰팡이에 대한 억제효과가 나타났는데 이를 표 4에 나타내었다. H210 처리시 세균 및 곰팡이 콜로니 발생빈도가 현저히 낮아짐을 확인할 수 있었다.

실시예 2 : 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주의 토양병원균 억제 효과

본 발명에 의한 신균주 H210을 고추 종자(Capscum annum L.)에 침지처리(10⁸cell/ml))하여 토양병원균 라이족토니아 솔라니(Rhizoctonia solani)가 오염된 토양에 파종하고 그 결과를 관찰하였다. 각 균주 처리에 따른 발아율을 도 6에 그래프로 나타내었다. 도 6에 나타나는 바와 같이 본 발명의 H210균주를 처리한 경우, 무처리구에 비하여 발아율이 현저하게 향상될 뿐만 아니라 발아 속도 역시 빨라서 병원균이 오염되지 않은 토양에 심었을 때와 동등하거나 보다 향상된 발아 속도를 나타냈다. 도 6에서 H210-P는 피씨움(Pythium)균만 처리하고 길항균 처리를 하지 않은 군이며, H-C는 피씨움(Pythium)균 및 길항균을 모두 처리하지 않은 군이다.

실시예 3: H210 균주의 양파(Allium cepa L.)에 대한 발아율 및 초기생장 촉진 효과

실시예 2와 같은 방법으로 양파(Allium cepa L.) 종자에 H210을 처리하여 토양병균 피씨움 울티멈(Pythium ultimum)이 오염된 토양에 파종하고 발아율 및 초기생장을 관찰하였다. 도 7에 그 결과를 사진으로 나타내었다. 도 7에서 H210은 본 발명의 균주만 처리한 경우이고, H210-P는 피씨움(Pythium)균만 처리하고 길항균 처리를 하지 않은 군이며, 무처리구(Control)는 피씨움(Pythium)균 및 길항균을 모두 처리하지 않은 군이다. 도 7에 나타나는 바와 같이 본 발명의 H210 균주를 처리하였을 때 발아율과 초기 생장이 현저하게 차이가 났다.

실시예 4: H210 균주의 서양 잔디(Bentgrass)에 대한 토양병 방제 및 생장 촉진 효과

본 발명에 의한 신균주 H210은 잔디의 토양병 방제에도 효과를 시험하기 위해, 토양병균 피씨움 울티멈(Pythium ultimum)이 오염된 토양에 서양 잔디 (Bentgrass)를 옮겨 심고 대조구인 E681, B16 및 본 발명의 H210 균주의 부유액 (10⁸cell/ml)을 관주하고 28℃에서 생장시키고 그 결과를 관찰하였다. 그 결과를 도 8에 사진으로 나타내었는데 좌로부터 E681, B16, H210, 무처리구이며, E681균주는 바실러스 폴리믹사 E681이고, B16은 채소종자 발아를 촉진하는 슈도모나스속 균주이다. 도 8에 나타나는 바와 같이 H210을 처리하였을 때가 무처리시에 비하여 잔디의 토양병 방제 효과가 뚜렷하게 나타났다.

또한 본 발명의 신규한 균주 H210의 잔디에 대한 생장 촉진 효과를 시험하기 위해 멸균된 토양에 서양 잔디를 발아시켜 제제화된 H210을 농도별로 처리하였고 그 결과를 관찰하였다. 도 9에 무처리구와 본 발명의 균주를 농도별(좌로부터 무처리, 1.0 X 10⁵CFU/ml, 9.9 X 10⁶CFU/ml, 1.0 X 10⁷CFU/ml)로 처리한 경우의 생장 결과를 사진으로 나타내었다. 도 9에서 보는 바와 같이 본 발명의 균주 H210을 1.0 X 10⁵CFU/ml ~ 9.9 X 10⁶CFU/ml의 밀도로 처리한 경우 무처리한 잔디에 비해 현저한 생장촉진 효과를 나타냈다. 다만 처리한 균주의 밀도가 10⁷CFU/ml를 초과하는 경우는 생장촉진 효과가 나타나지 않았고, 오히려 생장을 억제하는 경우도 있었다.

이상과 같은 실험예와 실시예의 결과는 본 발명의 신규한 균주 페니바실러스 폴리믹사 H210이 종자에 침지처리하거나 관주처리 하였을 때 발아촉진, 생장 촉진 및 토양병에 대한 방제 효과를 제공함을 보여주고 있다.

상기와 같은 효과를 갖는 본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210은 통상의 방법을 이용하여 액상 또는 고상의 미생물 제재로 제재화될 수 있다. 즉, 균주를 시드(seed) 접종하여 배양 후, 배양액을 건조매체와 혼합하여 건조하고 건조가 완료되면 분쇄하여 다른 부형제와 혼합한 후 분말제형, 입제 또는 액상 제형으로 제재화될 수 있다.

본 발명은 이상의 실험예를 통하여 확인되는 바와 같이 본 발명의 신규한 균주는 종자의 발아율을 향상시키고 발아한 작물의 초기 생장을 촉진하며 나아가 본 발명의 균주가 작물의 근권에 정착하면서 유묘기에 발생하는 토양병에 대한 방제 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주 등을 논에서 종자처리한 후, 벼 뿌리에서 정착한 균주의 밀도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주 등을 포트에서 종자 처리한 후, 양파의 발아율 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3은 실험 재배지에서 종자처리한 후, 벼 뿌리에 정착한 본 발명의 신균주의 균의 밀도변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210 균주 등의 처리에 따른 발아율의 향상을 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210을 처리한 볍씨를 간척지 토양에 파종시 입묘율과 초기 생장 촉진 효과를 보인 사진이다.

도 6은 라이족토니아 솔라니(Rhizoctonia. solani) 감염토양에서의 H210균주 등과 함께 파종시 건강한 식물의 출현 빈도를 나타낸 그래프이다.

도 7은 피씨움 울티멈(Pythium ultimum)이 접종된 토양에 본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210을 처리한 양파 종자 파종시의 입묘율과 초기 생장 촉진 효과를 보인 그래프이다.

도 8은 피씨움 울티멈(Pythium ultimum)이 접종된 토양에 본 발명에 의한 페니바실러스 폴리믹사 H210 등의 미생물 처리시의 병방제와 생장 촉진 효과를 보인 그래프이다.

도 9는 서양 잔디에 본 발명에 의한 H210을 처리한 경우의 농도별 생장촉진 효과를 비교한 사진이다.

Claims

식물생장 촉진 및 토양병 방제용 페니바실러스 폴리믹사 H210(Paenibacillus polymyxa H210) 균주(KACC 91014).
제 1항에 있어서, 상기 식물은 오이, 참깨, 고추, 토마토, 딸기, 벼, 보리 또는 잔디인 것을 특징으로 하는 신규한 페니바실러스 폴리믹사 H210 (Paenibacillus polymyxa H210) 균주.
제 1항의 균주를 파종 전 침지처리 또는 관주 처리하는 단계를 포함하는 식물생장 촉진 및 토양병 방제 방법.
제 3항에 있어서, 상기 침지처리 또는 관주 처리시 처리 균주의 농도가 1.0 X 10⁵CFU/ml ~ 9.9 X 10⁶CFU/ml인 것을 특징으로 하는 생장 촉진 및 토양병 방제 방법.
제 3항에 있어서, 상기 식물은 오이, 참깨, 고추, 토마토, 딸기, 벼, 보리 또는 잔디인 것을 특징으로 하는 식물생장 촉진 및 토양병 방제 방법.
제 1항에 따른 균주를 포함하는 미생물 제재.