KR20130066003A - 죽초액을 포함하는 식물병 방제용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물병에 우수한 방제 효능을 갖는 식물병 방제용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산도 조절된 죽초액 또는 상기 죽초액 및 길항세균을 포함하는 식물병 방제용 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 식물병 방제용 조성물은 래 친환경 복합 살균제 개발에 가장 문제가 되었던 죽초액의 길항세균 생장억제 문제를 산도 조정을 통하여 해결함으로써, 최근 전 세계적으로 피해가 확산되고 있는 참다래궤양병 등을 비롯한 다양한 식물병에 대한 탁월한 예방 및 치료 효과를 나타내면서도 환경친화적이라는 장점을 갖는다. 또한, 항균 활성이 있는 천연물질로 이루어진 죽초액에 식물병의 원인균에 탁월한 활성을 보이는 길항세균을 혼합함으로써 식물병 방제에 보다 효과적으로 적용 가능하다.
Description
본 발명은 식물병에 우수한 방제 효능을 갖는 식물병 방제용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산도 조절된 죽초액 또는 상기 죽초액 및 길항세균을 포함하는 식물병 방제용 조성물에 관한 것이다.
식물병 원인균을 방제하여 식물병을 예방 또는 치료하기 위해, 국내에서는 합성농약이 96.5%, 생물농약이 0.5%, 그리고 친환경농자재가 3.0%씩 작물보호제로 이용되고 있다.
그러나 이러한 작물보호제 중 합성농약은 그 독성이 매우 강하여 생산자나 사용자가 이를 취급함에 상당한 주의를 필요로 하며, 이러한 주의에도 불구하고 사용자에게 치명적인 약해를 줄 수 있다. 나아가, 농약에 오염된 농산물을 섭취하는 소비자와 가축에 큰 피해를 줄 뿐 아니라 국민건강도 크게 위협하며, 화학농약의 살포로 인한 수질과 토양의 오염으로 인해 생태계 파괴 등의 심각한 문제가 대두되고 있으며, 저항성 병해충 또한 증가하고 있다.
또한, 친환경농자재의 경우에도 성분 및 약효 발현 정도를 전혀 알 수 없는 것들이 많아 이로 인한 농민의 피해가 증가하고 있다.
한편, FTA와 같은 국제 경제교류협약 등이 잇달아 발효될 것임에 따라, 외국 농산물에 대한 경쟁력을 확보하고, 미국, 유럽 및 아시아 주변국 등에 대한 농산물 수출을 증대시키기 위해서는 친환경, 저농약, GAP 시스템을 향한 작물의 병해충 방제 기술의 개발 보급이 시급하고, 2013년까지 농약 및 화학비료 사용량 40%를 절감하기 위한 정부의 친환경농업 정책에 따라 유기합성농약 사용 감소 요구가 증대되고 있어 친환경 농산업기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 나아가, 국내에서는 친환경 농산물 재배면적이 연 80% 이상의 고도성장을 지속하고 있고, 이러한 친환경 농산물에 대한 소비자 인식이 많이 변하고 있어 친환경 농업의 필수 자재인 생물농약 시장의 성장 가능성은 매우 높다고 전망된다.
그러나, 농약 사용량은 2000년 12.4kg/ha에서 2006년 12.9kg/ha, 화학비료는 2000년 382kg/ha에서 2006년 기준 257kg/ha로 사용량이 전혀 줄어들지 않고 있으며, 전 세계적으로도 기존의 화학농약을 대체할 천연물 원료의 친환경 물질개발이 미진한 상태이다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 몇몇 생물농약들이 개발되었으나, 국내에서 시판되고 있는 기존의 생물농약은 대부분은 미생물을 이용한 생균제제나 BT 단백질과 같은 대사산물 또는 식물체 추출물을 이용하여 개발된 완제품으로 특정 병해충을 대상으로 하고 있으며, 해당 균주의 특허권 문제가 명료하지 않고 주원제나 종균을 수입하여 제품을 제조하거나 완제품 형태로 수입하여 판매하고 있는 등 다양한 용도로 이용될 수 있는 작물보호제 소재로의 개발은 아직까지 확립되어 있지 않은 상태이다. 또한, 생물체를 이용한다는 점에 있어 사용상의 문제가 있으므로 아직 방제와 치료보다는 예방제로 많이 소개되어 있고 실제 작물에 병해가 나타나면 결국 속효성인 화학농약을 사용하는 것을 더 선호하게 된다는 문제점을 가지고 있다.
이에 따라 환경친화적인 방제용 항균활성제제의 개발은 기술집약적 농업 측면과 환경 생태계의 보호에 있어 핵심사항으로 부각되고 있으며, 국내에서 경쟁력이 있는 생물농약 제품을 개발하지 못할 경우 선진국으로부터 생물농약을 수입할 수밖에 없으며, 이는 국내 생물 농약산업의 선진국 종속화 결과를 초래할 수 있다. 따라서 경쟁력이 높은 생물농약을 개발하여 그에 대한 원천기술을 확보하는 것이 시급히 요구되고 있다.
이에, 본 발명자들은 산도가 조절된 죽초액 또는 상기 죽초액 및 길항세균을 포함하는 조성물이 식물병의 원인균에 대해 우수한 방제효과를 나타내어, 이들 조성물을 다양한 식물병 방제에 효과적으로 사용할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 진균 및 세균성 식물병의 원인균 대한 살균 효과가 우수한 식물병 방제용 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 산도 조절된 죽초액 또는 상기 죽초액 및 길항세균을 포함하는 식물병 방제용 조성물, 상기 식물병 방제용 조성물을 병해가 발생하였거나 발생할 수 있는 식물에 적용시키는 것을 포함하는 식물병 방제 방법 및 상기 식물병 방제용 조성물의 제조방법을 제공한다. 이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 산도 조절된 죽초액 또는 상기 죽초액 및 길항세균을 함유하는 식물병 방제용 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 "죽초액"은 대나무를 직접 탄화시킬 때 발생하는 연기를 포집하여 냉각·응축시켜 얻어진 조죽초액(粗竹酢液)을 정치시킨 후 유성층인 상층(테르핀유 등의 경질유층)과 하층(타르층)을 버리고 얻어지는 중층의 죽초액을 의미하거나, 이 중층의 죽초액으로부터 정치법, 증류법(감압증류법 또는 상압증류법), 또는 여과법(여과지 및/또는 활성탄을 이용)에 의하여 타르 성분이 더 제거된 정제 죽초액을 의미한다. 이러한 죽초액을 얻는데 사용될 수 있는 대나무의 종류에 제한이 없다. 따라서 왕대속(Phyllostachys)에 속하는 대나무이든지, 해장죽속(Arundinaria)에 속하는 대나무이든지, 조릿대속(Sasa)에 속하는 대나무이든지 또는 이대속(Pseudosasa)에 속하는 대나무이든지를 불문하고, 식물분류학상 대나무로 분류되는 식물(즉 벼목 대나무과)이라면 모두 상기 죽초액에 사용되어 질 수 있다. 상기에서 "직접 탄화시킨다"는 것의 의미는 하기에서 설명되는 화죽력과는 다르게 열 전달 매체, 예컨대 옹기, 금속제 용기 등의 매개 없이 탄화된다는 의미이다. 다음 "화죽력(火竹瀝)"이란 대나무를 간접적으로 탄화시킬 때 얻어지는 대나무 진액인 화죽력 원액을 정치시킨 후 유성층인 상층과 하층을 버리고 얻어지는 중층의 화죽력을 의미하거나, 이 중층의 화죽력으로부터 상기 정치법, 증류법 또는 여과법에 의하여 타르 성분이 더 제거된 정제된 화죽력을 의미한다. 여기서 "간접적으로 탄화시킨다"는 것의 의미는 열 전달 매체, 예컨대 세절된 대나무가 포함된 옹기, 금속제 용기 등을 통하여 그 대나무에 열이 전달됨으로써 대나무가 탄화된다는 의미이다. 마찬가지로 화죽력을 얻는 데 사용될 수 있는 대나무의 종류에는 제한이 없다. 다음 "생죽력(生竹瀝)"이란 대나무에 상처를 내어 얻어지는 대나무의 진액을 말한다. 통상 생죽력은 이른 봄에 대나무의 성장이 왕성할 때 대나무 끝을 잘라 나오는 대나물 진액을 채취하여 얻는다. 마찬가지로 생죽력을 얻는 데 사용될 수 있는 대나무의 종류에는 제한이 없다.
이러한 죽초액은 갈색의 투명한 액체의 성상을 가지며, 강산성(pH 2.8 ~ 3.1)으로 주성분이 아세트산과 포름산 등의 다양한 유기산이며, 폴리페놀과 같은 페놀 성분도 다량 포함되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 조성물에 포함되는 죽초액은 산도가 pH 6 내지 8로 조절된 것이 바람직하다. 이러한 산도의 조절은 하기에서 설명하는 별도의 pH 조절제가 본 발명의 조성물에 포함되어 상기 죽초액의 산도를 조절할 수 있으며, 또한 본 발명의 조성물에 포함되기 전에 하기 pH 조절제를 이용하여 상기 죽초액의 산도를 조절할 수 있다.
상기 죽초액은 전술한 바의 죽초액, 즉 조죽초액에서 정치 숙성되거나 여과 정제되거나 증류된 것 등이 바람직하지만, 조죽초액이라도 무방하다. 죽초액이 조죽초액으로부터 정제된 것이 이상, 세균에 대한 방제 효과를 지닌다면, 효과의 정도에 있어서는 차이가 있을지라도 당업자라면 그의 통상의 능력 범위안에서 본 발명의 하기 실시예에 기초하는 한 충분히 조죽초액 또한 위 효과를 지닐 것이라 예상할 수 있으며, 그의 통상의 능력을 활용하는 한 위 효과를 확인할 수 있을 것이다.
그러므로 상기에서 그리고 청구범위를 포함하는 이하에서, 상기 "죽초액"이란 조죽초액으로부터 정치 숙성되거나 여과 정제되거나 증류된 것들뿐만 아니라 그 전단계의 조죽초액을 포함하는 의미로서 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 조성물에 포함되는 죽초액의 함량에는 제한이 없고, 당업자는 방제하고자 하는 식물병원균의 종류, 방제 대상 식물 등의 다양한 조건에 따라 그 농도를 적절히 조절할 수 있다. 바람직한 하나의 예로서, 본 발명의 식물병 방제용 조성물은 조성물 전체 부피에 대해 10 내지 30%의 죽초액을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 죽초액의 pH를 조절하기 위한 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 이러한 pH 조절제는 산성에 매우 민감한 길항세균이 생장할 수 있도록, 강산성인 죽초액의 pH를 6 내지 8, 바람직하게는 7로 조정하기 위해 포함되는 것으로, 염기성을 나타내며, 식물의 생육에 문제를 일으키지 않는 방제용으로 허용가능한 물질이라면 제한없이 사용될 수 있다. 이러한 예로는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 암모니아수, 중탄산나트륨 등이 있다. pH 조절제의 함량은 조성물 내의 죽초액의 함량, 및/또는 길항세균의 함량, 종류 등에 따라 적절히 조절될 수 있으나, 조성물 전체 부피에 대해 2% 내지 10%, 바람직하게는 2% 내지 5%로 포함될 수 있다.
상술한 본 발명의 식물병 방제용 조성물은 천연물질인 죽초액의 산도가 조절된 경우 식물에 유용한 미생물의 생장을 저해하지 않으면서 식물병의 원인이 되는 세균 및 진균에 항균 활성을 나타내어 친환경 방제제로 유용하게 사용 가능하다. 여기서, 식물병의 원인이 되는 세균 및 진균은 반드시 이로 제한되는 것은 아니지만, 고추탄저병균(Colletotricum acutatum), 벼도열병균(Magnaporthe grisea), 채소덩굴쪼김병균(Fusarium oxysporum), 잔디마름병균(Rhizoctonia solani), 과일검은점무늬병(Alternaria alternata), 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinera), 참다래궤양병균(Pseudomonas syringae), 과실그을음병균(Cladosporium cladosporioides) 등이 있다.
본 발명에서 사용되는 "길항세균"이란, 다른 세균 또는 곰팡이의 성장을 억제하는 세균을 의미한다. 바람직한 일 양태로서, 본 발명에 따른 조성물은 상기 길항세균으로서 바실러스 속(Bacillus) 세균을 포함할 수 있으며, 바람직하게, 상기 세균은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 또는 바실러스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)에 속하는 세균이고, 더욱 바람직하게는 죽초액에서 분리한 바실러스 서브틸리스와 바실러스 아밀로리퀘파시엔스이다.
이러한 길항세균의 억제 대상이 되는 상기 다른 세균 또는 곰팡이는 다앙한 식물병에 대한 원인균일 수 있으며, 이러한 식물병의 원인균은 고추탄저병균(Colletotricum acutatum), 벼도열병균(Magnaporthe grisea), 채소덩굴쪼김병균(Fusarium oxysporum), 잔디마름병균(Rhizoctonia solani), 과일검은점무늬병(Alternaria alternata), 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinera), 참다래궤양병균(Pseudomonas syringae) 또는 과실그을음병균(Cladosporium cladosporioides)일 수 있다. 상기 길항세균은 생균상태로 성장을 하는 영양세포 또는 내생포자 형태 어느 쪽으로든 포함될 수 있으나, 바람직하게는 내생포자 형태로 조성물에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에서, 상기 길항세균은 상기한 식물병 원인균의 방제에 유효한 농도로 포함된다. 이러한 농도는 대상 원인균의 종류, 식물병의 중등도 및 함께 포함된 죽초액의 함량 등의 다양한 요소를 고려하여 당업자가 용이하게 결정할 수 있으나, 바람직하게는 상기 길항세균이 유효미생물농도로 108 CFU/mL 이상, 보다 바람직하게는 108 CFU/mL 내지 109 CFU/mL으로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 식물병 방제용 조성물은 상기 구성성분 이외에, 농업적으로 허용가능한 부형제로, 적당한 고체 담체, 액체 담체 또는 기타 적당한 보조제, 예를 들면 계면활성제, 접착제 등을 추가로 포함할 수 있다. 즉, 상기 식물병 방제용 조성물은 활성 성분과 상기 부형제를 혼합하여 농업용 조성물로 제제화시켜 사용할 수 있다. 상기와 같이 농업용 조성물로 제제화하는 방법은 일반적으로 사용되는 방법은 모두 사용할 수 있다. 이때 사용 가능한 고체 담체로는 활석, 점토, 벤토나이트, 피로필라이트, 카올린, 규조토, 실리카 등이 있고, 액체 담체로는 크실렌, 톨루엔, 메틸나프탈렌, N-알킬피롤리돈 등이 있고, 계면활성제로는 비이온계면활성제(예를 들면, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐에테르 및 폴리옥시에틸렌 지방산에스테르), 음이온 계면활성제(예를 들면, 알킬벤젠술폰산염, 리그닌술폰산염 및 디나프틸메탄술폰산염)등이 있고, 접착제로는 폴리비닐알코올, 카르복시메틸 셀룰로오스, 아라비아고무 등이 사용될 수 있다.
이외에도 상기의 조성물에 살충제, 살균제, 제초제, 식물생장조절제 등과 같은 기타의 농화학물질과 배합하거나, 이들을 영양물질과 혼합할 수도 있다.
이러한 본 발명의 식물병 방제용 조성물은 식물병의 원인균에 탁월한 활성을 보이는 길항세균과 항균활성이 있는 천연물질로 이루어진 죽초액을 별도로 또는 함께 포함하되, 종래 친환경 복합 살균제 개발에 가장 문제가 되었던 죽초액의 길항세균 생장억제 문제를 산도 조정을 통하여 해결함으로써, 최근 전 세계적으로 피해가 확산되고 있는 참다래궤양병 등을 비롯한 다양한 식물병원성 세균에 대해서도 탁월한 예방 및 치료 효과를 나타내면서도 환경친화적이라는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명은 상기 식물병 방제용 조성물을 식물에 적용하는 단계를 포함하는 식물병 방제 방법에 관한 것이다. 본 발명의 적용대상이 되는 식물은 상기 언급된 식물병 원인균에 의해 병해를 입었거나, 추후 병해의 위험이 있는 것이면 제한이 없다. 상기 식물에 본 발명의 조성물을 적용함에 있어서는 식물체 주위 또는 식물체에 살포, 도포, 도말 등을 하거나 식물체에 직접 주입하는 것을 비롯한 당업계에서 공지된 다양한 방법을 사용할 수 있고, 적용 농도 또한 당업자가 식물의 크기, 종류, 생육조건, 병해의 정도, 원인균의 종류 등을 고려하여 적절히 설정할 수 있다.
또한, 본 발명은 a) 죽초액을 제조하는 단계, b) 제조된 죽초액에 pH 조절제를 혼합하여 죽초액의 산도를 pH 6 내지 8로 조절하는 단계를 포함하는 상기 식물병 방제용 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로, 죽초액을 제조하는 a) 단계는 상기와 같은 공지의 죽초액 제조방법에 의해 수행될 수 있다.
다음 b) 단계로 상기 a) 단계에서 제조된 죽초액과 pH 조절제를 혼합하여 죽초액의 산도를 pH 6 내지 8로 조절하는 단계이다. pH 조절제에 의하여 죽초액의 산도를 조절하는 경우에 상술한 길항세균의 혼합 시에도 길항세균의 생장을 저해하지 않으면서 식물 병원균의 방제 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 여기서, 상기 죽초액의 pH 조절제는 상술한 바와 같다.
한편, 상기 b) 단계 전 또는 후, 바람직하게는 상기 b) 단계 후에 길항세균을 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 혼합되는 길항세균은 당업자가 길항세균의 종류에 따라 적절히 배양 조건을 설정하여 공지의 방법에 따라 배양한 후에 이를 혼합할 수 있다. 또한, 상기 혼합되는 길항세균은 생균상태로 성장하는 영양세포보다는 내생포자 형태로 포함되는 것이 길항세균의 생장 및 그로 인한 항균 활성면에서 바람직하므로, 상기 b) 단계 전 또는 후에 혼합되는 길항세균을 내생포자 형태로 배양하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 내생포자 형태의 길항세균을 배양시키기 위해서는 탄소원으로서 말토오스, 질소원으로서 이스트 익스트랙트(yeast extract)를 사용하는 것이 바람직하다. 배양 온도는 25 내지 35℃, 바람직하게는 30℃이며, pH는 6 내지 8, 바람직하게는 7이다. 또한, 내생포자의 충분한 생성을 위해 일반적인 배양시간과는 달리, 길항세균의 최대 생장을 유도한 후, 2 내지 3일 정도 추가 배양을 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 식물병 방제용 조성물은 산도 조절된 죽초액 또는 상기 죽초액과 길항세균을 포함함으로써, 산도 조절된 죽초액만으로도 식물 병원균에 대한 항균 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 상기 산도 조절된 죽초액에 길항세균이 포함되는 경우에는 상기 죽초액의 항균 활성과 길항세균의 항균 활성이 융화되어 상승적인 탁월한 2중 항균활성 효과를 나타낸다. 특히, 길항세균이 단독으로 포함되는 방제용 제품의 경우 처리 후 식물에 정착하여 항균작용을 발휘하는데 어느 정도 시간이 필요하여, 병 발생 이전에 예방적 차원에서 주로 사용하고 있지만, 실제 병이 발생된 경우 치료제로 사용하는데 많은 문제점이 있는 반면, 죽초액과 길항세균의 혼합액의 경우, 죽초액의 항균활성에 의해 즉각적으로 식물병원균의 생장을 억제할 수 있는 치료 효과에 의해 예방제와 치료제의 두 가지 기능을 모두 지니는바, 다양한 식물병에 대한 예방 및 치료 효과를 나타낸다.
도 1은 죽초액 원액에서 분리한 바실러스 서브틸리스 균주의 분자동정결과를 나타낸 것이다.
도 2는 죽초액의 산도 조정을 통한 죽초액의 길항세균 생장억제 완화효과를 확인한 결과이다.
도 3은 죽초액과 길항세균을 혼합한 친환경 복합 살균제 시제품(우측)이 산도 조정에 따라 죽초액의 색깔이 갈색(좌측 2번)에서 진한 갈색(좌측 3번)으로 변하는 것을 확인한 사진이다. 여기에 길항세균(좌측)을 첨가하여 시제품을 제조한다.
도 4는 키위 궤양병균에 대한 산도 보정된 죽초액의 항균활성 효과를 확인한 사진이다.
도 5는 산도 무보정 죽초액과 pH 7로 산도 보정된 죽초액 처리에 따른 참다래 나무의 약해 유형과 정도를 확인한 사진이다.
도 2는 죽초액의 산도 조정을 통한 죽초액의 길항세균 생장억제 완화효과를 확인한 결과이다.
도 3은 죽초액과 길항세균을 혼합한 친환경 복합 살균제 시제품(우측)이 산도 조정에 따라 죽초액의 색깔이 갈색(좌측 2번)에서 진한 갈색(좌측 3번)으로 변하는 것을 확인한 사진이다. 여기에 길항세균(좌측)을 첨가하여 시제품을 제조한다.
도 4는 키위 궤양병균에 대한 산도 보정된 죽초액의 항균활성 효과를 확인한 사진이다.
도 5는 산도 무보정 죽초액과 pH 7로 산도 보정된 죽초액 처리에 따른 참다래 나무의 약해 유형과 정도를 확인한 사진이다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통하여 상세하게 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
<실시예 1> 식물병원성 진균에 대한 죽초액의 항균활성 평가
길항세균과 죽초액을 혼합한 친환경 방제제 개발을 하기 위하여 여러 식물병원성 진균을 대상으로 죽초액 농도에 따른 항균효과를 살펴보았다 이를 위하여 죽초액의 농도를 3, 5, 7, 9, 10, 30, 50, 100% 조정하여 대치배양을 실시하였다.
실험결과(표 1), 죽초액 농도 30% 이상에서 10~20%이상의 항균력을 보였으며, Rhizoctonia solani 의 경우 30% 이상의 항균 활성을 보였다. 하지만 기대했던 것과는 달리 대체적으로 죽초액의 식물병원균에 대한 항균력은 낮은 것을 알 수 있었다. 따라서 죽초액 농도 10%의 경우 식물병원균에 대한 항균활성을 크게 기대할 수 없으며, 항균활성이 인정되는 30% 이상의 죽초액 농도에서는 길항세균의 생장이 현저하게 억제되는 현상이 발생하게 됨으로서 이에 대한 근본적인 해결 방법 도출이 필요하다.
<실시예 2> 죽초액의 길항세균 생장억제 효과 개선 기술 개발
2-1. 죽초액으로부터 길항세균의 분리 및 동정
실시예 1에서 살펴본 바와 같이 죽초액의 농도가 높을수록 식물병원균에 대한 항균활성은 증가하는 반면, 길항세균의 생장 억제가 뚜렷하게 나타났다. 이에 길항세균과 죽초액을 혼합한 친환경살균제 개발을 위한 근본적인 문제 해결 방법을 도출해야 하는 필요성이 대두되었다. 이러한 문제해결을 위하여 죽초액 원액으로부터 내성이 강한 Bacillus 길항세균의 분리를 실시하였다.
이를 위하여 첨단환경사(社)에서 제조한 죽초액 원액으로부터 Bacillus 세균 분리를 실시하였다. Bacillus 세균이 죽초액에서 생존할 수 있는 방법인 내생포자를 형성할 것으로 판단하고, 70oC에서 10분간 멸균하는 방법을 3회에 걸쳐 실시하고 평판희석법을 이용하여 출현하는 세균의 유무를 2개월 동안 확인한 결과, 3개의 균주를 재분리 할 수 있었다. 분리된 세균의 동정을 위하여 16S rRNA의 염기서열 분석을 실시한 결과, 모두 Bacillus에 속하는 세균으로 최종 동정이 되었다(도 1).
2-2. 분리된 Bacillus 균주들의 식물병원균에 대한 항균활성
여러 식물병원균에 대하여 분리된 Bacillus 3개 균주의 항균활성 조사를 실시에 1에서 실시한 방법과 동일한 방법을 이용하여 실시하였다. 그 결과, C.a(Colletotricum acutatum, 고추탄저병균), M.g(Magnaporthe grisea, 벼도열병균), F.o(Fusarium oxysporum, 채소덩굴쪼김병균), R.s(Rhizoctonia solani, 잔디마름병균), A.a(Alternaria alternata, 과일검은점무늬병), B.c(Botrytis cinera, 잿빛곰팡이병균), C. c(Cladosporium cladosporioides, 과실그을음병균)의 모든 식물병원균에 대해 우수한 항균활성을 보였으며, 특히 딸기를 비롯한 다양한 과채류에 잿빛곰팡이병을 일으키는 Botrytis cinera에 대해서는 매우 강한 항균 활성을 보였다(표 2).
2-3. 분리된 Bacillus 균주들의 죽초액에 대한 감수성 조사
죽초액 원액에서 분리하여 여러 식물병원균에 대하여 우수한 항균활성을 보인 Bacillus 3개 균주에 대하여 죽초액에 대한 감수성 조사를 실시하였다. 이를 위하여 5, 10, 30% 농도로 조절된 영양배지를 3개 균주를 도말하여 생장억제 정도를 살펴본 결과, 실시예 1과 동일하게 실험한 모든 농도에서 분리된 길항균주의 생장이 현저하게 억제되는 것을 알 수 있었다. 따라서 죽초액에 분리된 균주조차도 죽초액에 대하여 내성을 지니고 있지 않았으며, 죽초액으로부터 내성을 지닌 길항균주를 분리하여 문제를 해결하려고 한 시도는 성공하지 못한 것으로 판정되었다.
2-4. 죽초액에 대한 길항세균의 감수성 원인 분석 및 개선 방법 도출
죽초액 원액에서 분리한 길항세균도 생균상태로 성장을 할 경우에는 죽초액에 매우 민감한 것으로 판단되며, 죽초액 내에서는 내생포자 형태로 존재함으로서 내생을 지니고 있을 것으로 여겨진다. 이러한 원인은 죽초액이 pH 2~3의 강산성 용액이고, 일반적으로 세균은 산성에 매우 민감하여 pH 5 이하에서는 생장이 어렵기 때문인 것으로 고려되었다. 따라서, 죽초액에서 분리된 Bacillus sp.는 강한 내산성을 지녔을 것으로 생각되나 생균 자체는 생장이 어렵고 내생포자를 생성하여 생존하고 있을 것으로 추측되었. 이에 죽초액의 산도(pH) 조정을 통한 죽초액의 길항세균 생장억제 효과를 완화하는 방법을 시도하였다. 이를 위하여 죽초액의 산도를 0.1N NaOH를 이용하여 pH 7로 조정하고 실시예 1 등과 동일한 방법으로 길항세균의 생장 정도를 살펴보았다.
죽초액의 산도를 pH 7로 조정한 경우, 동일한 죽초액의 농도에서 산도를 조정하지 않은 경우보다 길항균주의 생장 억제 정도가 현저하게 감소하는 것을 알 수 있었다(도 2 참조). 특히 식물병원균에 항균활성이 인정되는 죽초액 30% 농도에서 산도보정을 하지 않을 경우 생균이 전혀 생장하지 못한 반면, 산도 조정을 한 경우, 상당수의 생균이 출현하는 것을 확인되어 죽초액의 산도 조정을 통한 길항세균과 죽초액의 혼합 친환경 살균제 개발이 가능할 것으로 판단되었다.
2-5. 식물병원균에 대한 산도 조정된 죽초액의 항균활성 조사
죽초액의 산도 조정을 통하여 길항세균의 생장 억제 완화가 가능하다는 것을 확인하였지만, 산도 조정된 죽초액이 식물병원균에 대한 항균효과를 지니고 있는지에 대해서는 확인할 필요가 있어, 실시예 1에서 실시한 동일한 방법을 이용하여 식물병원균에 대한 항균효과 조사를 실시하였다.
식물병원균에 대한 항균활성은 실시예 1에서 살펴본 결과와 마찬가지로 길항세균만큼 높지 않은 것으로 나타났다(표 3). 죽초액 농도 10%에서는 조사한 6개의 식물병원균에 대하여 6 - 20% 정도의 항균활성을 보였으며, 죽초액 농도 30%에서는 13 내지 44%의 항균활성을, 죽초액 농도 100%에서는 23 내지 70% 정도의 항균활성을 보였다. 이에 반하여 산도 조정이 된 죽초액의 경우, Cladosporium cladosporioides(과실그을음병균)과 Alternaria alternata(과일검은점무늬병균)에는 100%에서도 항균효과가 전혀 나타나지 않았지만 다른 식물병원균에 대하여 죽초액 농도 10%에서는 5 내지 15%, 죽초액 농도 30%에서는 11 내지 39%, 죽초액 농도 100%에서는 25 내지 53% 정도의 항균활성을 보여 식물병원균에 대한 죽초액의 항균활성에 낮은 산도가 어느 정도 관여하고 있음을 알 수 있었다. 죽초액은 다양한 유기산과 폴리페놀성분을 다량 함유하고 있는 것으로 알려지고 있어 산도가 조정된 죽초액의 항균활성은 이들 페놀성분이 관여하고 있을 것으로 여겨진다. 따라서 방제 대상 식물병원균에 따라 신도 조정된 죽초액을 사용할 경우, 충분히 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
2-6. 산도 조정된 죽초액의 식물병원성 세균에 대한 길항효과
길항세균에 대한 죽초액의 강한 항균활성에 착안하여, 식물에 병을 유발하는 식물병원성 세균의 방제에 죽초액을 활용할 수 있음에 착안하여 최근 유럽과 호주에서 대발생되고 있는 참다래(키위) 궤양병을 유발하는 Pseudomonas syringae에 대하여 산도 조정된 죽초액의 항균활성을 살펴보았다. 국내에서 분리한 병원성균주 2개(KW11, KBE9)와 일본 균주 (11-SYS-Lh1)를 순천대학교 식물의학과에서 분양받아 실시하였다. 위의 병원성 세균 3균주를 영양배지에 도말하고 산도 무보정 죽초액과 pH7로 산도 보정된 죽초액의 농도를 각각 5, 10, 30, 50, 100%로 조정하여 paper disc(직경 8mm)에 0.2ml씩을 흡습시켜 세균이 도말된 배지에 치상하고, 25oC에서 3일간 배양하면서 나타난 생장저지대(clear zone)의 크기를 조사하여 항균활성을 조사하였다(도 4). 산도가 조정되지 않은 죽초액의 경우, 10% 농도에서부터 거의 100%에 가까운 항균활성을 보인 반면, 산도 조정된 죽초액의 경우, 30% 농도에서부터 우수한 항균활성이 인정되어, 산도 조정을 통하여 식물병원성 세균에 대한 항균활성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 산도 조정된 죽초액의 경우에도 여전히 우수한 항균활성을 보여, 식물병 방제에 충분히 활용 가능한 것으로 나타났다. 따라서 현재 구미 선진국의 경우 세균성 식물 병해 방제를 위하여 항생제 사용을 엄격하게 금하고 있어 항생제를 대체할 수 있는 새로운 개념의 천연물 항생제 개발이 절실한 상황에서 산도 조절된 죽초액과 길항세균의 혼합제는 항생제를 대체할 수 있는 친환경 방제제로 이용 가능하며, 특히 최근 유럽과 호주에서 대발생되고 있는 참다래(키위) 궤양병을 방제할 수 있는 약제 개발이 되어 있지 않는 상황에서 참다래 궤양병균인 Pseudomonas syringae에 대하여 매우 우수한 항균효과를 보여 향후 이들 지역에 수출도 가능할 것으로 기대된다.
2-7. 산도 조정된 죽초액의 수간 주입을 통한 약해 실험
식물체 표면에 살포하여 방제를 실시하는 진균성 병원균과 달리 세균성 병원균은 식물체 내에서 병을 일으키는 경우, 해당 방제제를 식물체 내에 직접 주입하여야한다. 하지만 pH가 조정되지 않은 죽초액의 경우 매우 낮은 산도로 식물세포에 피해를 유발할 가능성이 매우 높다. 따라서 본 발명에서 개발한 pH 보정된 죽초액을 식물병원성 세균 방제에 이용 가능한지를 알아보기 위하여 가장 문제가 되고 있는 참다래 궤양병 방제를 목적으로 참다래 나무에 대한 약해 검증을 실시하였다. 산도를 보정하지 않은 죽초액과 pH 7로 보정된 죽초액 10, 30, 50, 100%를 동일 나무 양쪽에 각각 50ml씩 수간 주입을 실시한 후, 시간 경과에 따른 피해 발생 여부를 육안으로 판정하였다 (도 5). 산도가 보정되지 않은 죽초액을 처리한 나무에서는 30% 죽초액 농도부터 40시간 이내에 엽맥이 보라색으로 변하면서, 급격히 시들기 시작하였으며, 100%에서는 완전 고사되는 것을 볼 수 있었지만, 산도가 조정된 죽초액의 경우 100% 농도에서도 40시간이 경과해도 아무런 피해 증상이 유발되지 않았다. 따라서 산도 조정된 죽초액과 길항세균 혼합액은 식물세균성 병해 방제를 위하여 사용하는데 전혀 문제가 없는 것으로 조사되어 항생제 사용이 금지된 세균성 식물병 방제제로 사용할 수 있다.
결론적으로 산도조정된 죽초액과 길항세균을 혼합한 친환경 방제제는 기본적으로 길항세균이 주요 항균활성원으로 이용되며, 죽초액이 보조 항균활성원으로 작용하는 2중 항균활성 작용을 지닌 제품이 될 것이다. 길항세균의 단독 제품의 경우, 처리 후 식물에 정착하여 항균작용을 발휘하는데 어느 정도 시간이 필요함으로 병발생 이전에 예방적 차원에서 주로 사용하고 있지만, 실제 병이 발생된 경우 치료제로 사용하는데 많은 문제점이 있는 반면, 죽초액과 혼합한 길항세균 방제제의 경우, 죽초액의 항균활성에 의해 즉각적으로 식물병원균의 생장을 억제할 수 있는 치료 효과에 의해 예방제와 치료제의 두 가지 기능을 모두 지닌 제품이 될 것으로 기대된다.
Claims (12)
- 죽초액 또는 죽초액과 길항세균, 및 pH 조절제를 포함하는 식물병 방제용 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 죽초액의 pH가 6 내지 8인 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 pH 조절제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 암모니아수 및 중탄산나트륨 이루어진 군으로부터 선택되어지는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 길항세균은 죽초액에서 분리한 바실러스 서브틸리스 또는 바실러스 아밀로퀘파시엔스인 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 죽초액은 전체 조성물에 대하여 10% 내지 30%로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 길항세균은 유효미생물농도로 108 CFU/mL 내지 109 CFU/mL로 포함되는 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 식물병은 고추탄저병균(Colletotricum acutatum), 벼도열병균(Magnaporthe grisea), 채소덩굴쪼김병균(Fusarium oxysporum), 잔디마름병균(Rhizoctonia solani), 과일검은점무늬병(Alternaria alternata), 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinera), 참다래궤양병균(Pseudomonas syringae) 또는 과실그을음병균(Cladosporium cladosporioides)에 의하여 발생하는 식물병인 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제1항의 식물병 방제용 조성물을 식물에 적용하는 단계를 포함하는 식물병 방제 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 식물병은 고추탄저병균(Colletotricum acutatum), 벼도열병균(Magnaporthe grisea), 채소덩굴쪼김병균(Fusarium oxysporum), 잔디마름병균(Rhizoctonia solani), 과일검은점무늬병(Alternaria alternata), 잿빛곰팡이병균(Botrytis cinera), 참다래궤양병균(Pseudomonas syringae) 또는 과실그을음병균(Cladosporium cladosporioides)에 의하여 발생하는 식물병인 것을 특징으로 하는 방법.
- a) 죽초액을 제조하는 단계, 및 b) 상기 죽초액에 pH 조절제를 혼합하여 상기 죽초액의 pH를 6 내지 8로 조절하는 단계를 포함하는 제1항에 따른 식물병 방제용 조성물의 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 b) 단계의 전 또는 후에 길항세균을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 길항세균은 길항세균을 최대 생장시킨 후, 추가로 2 내지 3일 배양시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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