KR20180007244A - 바실러스 아밀로리쿼파시엔스를 이용한 식물의 생육촉진용 조성물 및 그 용도 - Google Patents

바실러스 아밀로리쿼파시엔스를 이용한 식물의 생육촉진용 조성물 및 그 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바실러스 아밀로리쿼바시엔스 생균을 포함하는 식물의 생육촉진제 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 식물의 생육촉진방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 생육촉진제는 다양한 식물과 농작물, 과수 등에 적용할 수 있고, 생육초기의 살포만으로 우수한 근권 정착 및 생육촉진 효과를 제공하며, 수년간 보관하여도 생균의 활성이 유지되어 저장안정성도 우수하다.

Description

바실러스 아밀로리쿼파시엔스를 이용한 식물의 생육촉진용 조성물 및 그 용도 {COMMPOSITION FOR ACCELERATING GROWTH OF PLANTS USING BACILLUS AMYLOLIQUEFACIENS AND USE THEREOF}
본 발명은 바실러스 아밀로리쿼파시엔스를 이용한 식물의 생육촉진용 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4 (Bacillus amyloiquefaciens strain GYL4)를 유효성분으로 하는 조성물을 이용하여, 다양한 농산물의 생육을 촉진할 수 있는 유기농 생육촉진제 및 이를 이용한 유기농 생육촉진방법에 관한 것이다.
식물은 기후, 토양, 생물, 환경 등의 요인에 의하여 자연적으로 성장하지만, 식물, 특히 농산물의 생산량을 증가시키기 위하여 상기 요인 및 이들 요인의 상호 연관성에 대하여 다각도의 연구가 이루어지고 있다.
최근에는 화학 제품의 남용에 따른 농업 생태계 및 농산물의 오염이 큰 문제로 대두되고 있다. 특히 안전한 농산물에 대한 사회적인 관심이 높아지면서 친환경적으로 농산물의 생산량을 늘릴 수 있는 생육촉진제 및 방법이 화두가 되고 있으며, 화학 제품에 대한 대안으로서 미생물을 이용한 유기농업자재에 대한 연구가 활발하다.
유기농업은, 사료용 초지와 곡물을 돌려짓기하거나 일정한 작물을 곡물과 일정한 순서로 교차 재배하는 윤작, 녹색식물의 줄기나 잎을 비료로 사용하는 녹비, 짚이나 낙엽의 퇴적물을 이용한 퇴비, 미생물에 의한 질병 제어와 같은 방법에 의하여, 토양의 효율을 유지하면서 최적, 최대의 생산량을 얻는 농업의 방법이다.
유기농업에 있어서 미생물은 일반적으로 식물 병원균에 대한 방제용도로 사용되며, 주로 항균제로 이용된다. 이러한 용도로 가장 일반적인 것은 바실러스 섭틸리스(Bacillus subtilis)가 있으며, 기타 진균이나 바이러스에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있으며, 소위 미생물 농약의 시대가 열렸다고 평가되고 있다.
이와 관련하여 미생물 바실러스 아밀로리쿼파시엔스에 대한 연구 (Soumitra Paul Chowdhury et al., Effects of Bacillus amyloliquefaciens FZB42 on Lettuce Growth and Health under Pathogen Pressure and Its Impact on the Rhizosphere Bacterial Community, PLOS ONE Vol. 8 No.7: 1932-6203)에 따르면, 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 ZB42 균주가 근권에 미치는 영향에 대하여 검토된 바 있다. 다른 연구(Kim JD et al., Evaluation of the endophytic nature of Bacillus amyloliquefaciens strain GYL4 and its efficacy in the control of anthracnose, Pest Management Sci. 2016. 8; 72(8): 1529-36)의 경우, 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4 F균주의 탄저병에 대한 효과에 대하여 검토된 바 있다.
또한, 특허공개공보 제2013-0008673호에는 식물병원성 진균에 항균 활성을 갖는 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4 균주를 포함하는 식물 탄저병 방제용 조성물이 기재되어 있다. 특허공개공보 제2008-0095652호에는 식물병원성 세균 및 진균에 대하여 방제 효과를 가지는 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 A-7 균주를 포함하는 방제용 조성물이 기재되어 있다. 특허공개공보 제2013-0005592호에는 식물병원세균 및 진균을 방제하는 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 EML-JUN11 균주를 포함하는 방제용 조성물이 기재되어 있다. 특허공개공보 제2016-0059296호에는 식물 병원균에 대한 항진균 활성화 기능이 있는 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 Ba3 균주가 기재되어 있다. 특허공개공보 제2008-0095652호에는 식물병원성 세균 또는 진균 방제 효과를 갖는 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 A-7 균주가 기재되어 있다. 특허공개공보 제2014-0010639호에는 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 EML-CAP3가 항균 또는 항진균 효과가 있는 펩타이드를 생산하는 것이 기재되어 있다. 한편 바실러스 아밀로리쿼파시엔스의 항균 효과와 관련하여, 영돈과 양계산업에서 이용되는 돼지 위축성비염 원인균 및 가금 티퓨스 원인균에 대하여 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 EBN-TK3 균주가 방제효과가 있다고 기재되어 있는 특허문헌 (등록특허 제1390457호)도 있다.
이와 같이 종래 바실러스 아밀로리쿼파시엔스의 유용성에 대한 연구는 항균 및 방제 효과에 집중되어 있었다.
유기농업에 있어서, 먼저, 녹비나 퇴비와 같은 비료는 토지를 기름지게 하고 이로써 식물의 생육을 촉진시키는 것을 의미한다. 생육은 식물, 특히 농작물의 생장과 발육으로서, 성숙기, 즉 수확기까지 달하는 과정을 하는 것으로 서로 구별되는 개념이다.
다음으로, 항균 및 항진균 작용은 식물, 특히 농산물의 수확량과 품질에 악영향을 미치는 식물 병원균을 억제 및 제거하는 것으로, 바실러스균은 약66종의 펩타이드계 항생 물질이나 항진균 물질 (예를 들어, 바실로마이신, 마이코바실린)을 분비한다고 알려져 있다. 이 중 서팩틴 (surfactin), 이투린 (iturin), 펜기신(fengycin) 등의 물질은 근권에서 콜로니화 (colonization) 및 길항작용 (antagonism)을 통해 토양 병원균을 억제하며 작물체의 병저항성을 유도함으로써 병원균의 감염 및 확산을 억제하는 것으로 알려져 있으며, 이와 같이 항균 작용은 생육과는 구별되는 개념이다.
한편, 식물의 생육에 있어서 근권 (Rhizosphere)은 식물의 뿌리 주위에 둘러싸여 있는 환경을 일컫는 용어로서, 식물의 건강성이나 생산성에 매우 중요한 영향을 미친다. 근권에는 식물생육촉진근권세균 (Plant growth promoting rhizobacteria, PGPR)이나 균근균 (Mycorrhizae), 토양 병원균 등과 같은 다양한 토양 미생물들이 서식하며 군집을 형성한다.
이 중 식물생육촉진근권세균 (PGPR)은 대기 중의 질소를 고정하고, 식물 생장 호르몬을 생산하는 등 다양한 효소 활성을 통해 식물의 생장을 촉진하고, 다양한 질병으로부터 식물을 보호하는 기능을 한다. PGPR은 또한 쿼럼센싱(quorum-sensing)의 자가유도물질 (autoinducer)인 AHLs N-acyl homoserine lactones)을 생산하여 PGPR 균주 자신의 밀도를 조절함과 동시에 식물과 상호작용을 하는데, 특히 근권 착생능을 통해 작물의 뿌리에 생물막을 형성한다. 이러한 작용을 통해 식물의 저항성 유도나 생장촉진에 직접적으로 관여하는 것으로 알려져 있다. 또한 이들은 지베렐린 (gibberellin), 오옥신 (auxin), 사이토키닌 (cytokinin), ABA, 에틸렌 등과 같은 식물생장촉진 물질을 분비하며, 이들이 생산하는 쟈스몬산 류 (Jasmonates), 브라시노스테로이드 류 (Brassinosteroids), 살리실릭산 (Salicyclic acid), 터고린 류 (Turgorins), 스트리골 (Strigol) 등과 같은 저항성 관련 물질에 대해서도 많은 연구가 이루어지고 있다.
바실러스 아밀로리쿼파시엔스에 대한 종래의 연구 및 문헌은 "항균"에만 치우쳐져 있었고, 식물이나 농작물의 생육에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 전무하였다. 이와 같은 배경에서 본 발명의 발명자들은, 항생 물질을 생산하는 것으로 알려진 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GLY4 균주가 놀랍게도 "항균"과 전혀 다른 기작과 원리가 관여하는 "생육"에 더욱 유용하다는 것을 실험을 통해 확인하였고, 이에 따라 상기 균주를 이용한 유기농 생육촉진제 조성물 및 유기농 생육촉진방법을 제공하게 되었다.
본 발명은 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4의 생균을 유효성분으로 포함하는 액상의 농작물 생육촉진제를 제공한다. 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4는 농촌진흥청 국립농업과학원 농업유전자원센터에 수탁번호 KACC91655P로 기탁되어 있다.
유효성분인 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4는 작물의 근권 주변에 정착할 뿐 아니라, 내생균주로서 뿌리를 통해 식물체의 조직 내로 이동한다. 따라서 근권미생물보다 생존률이 우수하여, 본 발명에 따른 생육촉진제는 지속적으로 식물이나 농작물에 작용한다.
본 발명에 따른 생육촉진제는 식물의 종류에 제한 없이 적용할 수 있으며, 농작물, 과실수에도 적용할 수 있다. 바람직하게 청경채, 토마토, 양배추, 고추, 수박, 오이, 애호박의 생장과 발육을 효과적으로 촉진할 수 있다.
본 발명에 따른 생육촉진제는, 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4의 생균을 1 내지 3일 동안 20 내지 40℃에서 100-200rpm으로 진탕 배양하고, 이에 따라 얻어지는 배양액을 물과의 부피비가 1:0.5 ~ 1:2가 되도록 혼합하여 제조된다.
바람직한 배양 조건은 TSB 배지(tryptic soy broth; MBcell Co., Korea)에서 30℃, 180rpm으로 2일간 진탕 배양하는 것이다. 또한 바람직하게 발효기를 이용하여 2% TSB 배지에서 30℃, 150rpm으로 2일간 배양하여 배양액을 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 배양액에 물을 부피비로 1:0.5 ~ 1:2가 되도록 혼합하거나, 바람직하게는 부피비로 1:1가 되도록 혼합하여 생육촉진제를 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 생육촉진제는 54℃에서 6주간 고온 경시변화 시험을 거쳐 안정적인 생균수가 확보되는 것이 확인되었고, 적어도 3년간 (고온경시 2주차당 1년 유통기한으로 산정) 생균수가 유지되는 안정한 제제이다.
Figure pat00001
본 발명은 또한 이러한 생육촉진제를 농작물에 도포하는 단계를 포함하는 농작물의 생육촉진방법을 제공한다. 농작물 생육의 초기에 1회 또는 2회의 살포만으로 효과적으로 근권에 정착하며, 농작물의 체내로 이동한다. 바람직하게 1회 살포후 7 내지 10일 후에 2회 살포할 수 있다. 본 발명에 따른 생육촉진제는 또한 육묘기에도 적용 가능하며, 육묘기 사용시 예를 들어, 물조리개를 이용하여 농작물을 흠뻑 적셔줌으로써 생육촉진효과를 얻을 수 있다.
도 1a, 도 1b는 대조군과 비교하여, 본 발명의 생육촉진제를 사용한 오이 생산량 및 누적 생산 수량을 나타낸다.
도 2는 대조군과 비교하여, 본 발명의 생육촉진제를 사용한 수박의 정성적 비교를 위한 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 생육촉진제를 다양한 농작물에 적용한 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 단지 본 발명을 더 구체적으로 설명하기 위한 것이다.
실시예 1: 생육촉진제의 제조
바실러스 아밀로쿼파시엔스 GYL4를 tryptic soy broth (TSB; MBcell Co., Korea) 배지에서 30℃, 180rpm으로 2일간 진탕 배양하여 배양액을 얻었다. 배양액과 물을 1:1로 혼합하여 본발명의 생육촉진제를 제조하였다.
대조군 1의 생육촉진제는, (주)팜한농에서 제조 판매하고, 바실러스 발리스모르티스 (Bacillus vallismortis)를 유효성분으로 하는 EXTN-1을 사용하였다. EXTN-1을 물에 부피비로 1000배 희석, 혼합하여 대조군 1을 준비하였다.
실시예 2: 오이의 생육 촉진 및 수량 평가
삼동청장 오이를 관행에 따라 그린하우스에서 재식하고, 실시예 1에서 얻어진 본 발명의 생육촉진제와 대조군 1의 생육촉진제를 정식 시에 1회 관주하고 7일 후에 1회 관주처리 하였다. 대조군 2는 생육촉진제 처리를 하지 않은 것이다. 각 시험군을, 총면적 360m2에 구당 면적 40m2으로 처리구당 3회 반복하여 난괴법으로 배치하였다. 정식후 60일, 90일에 엽색과 초장을 조사하여 생육을 평가하였고, 과장과 과중을 조사하여 수량을 평가하였다. 그 결과는 아래 표 1과 같다. 오이 생산량과 누적수량은 각기 도 1a와 도 1b에 나타내었다.
Figure pat00002
표 1에 나타난 것과 같이, 본 발명이 대조군 1, 2와 비교하여 정식후 60일, 90일 모두에서 엽색도가 우수하며, 60일 초장 또한 대조군보다 우수하고, 과장 및 과중은 정식후 60일, 90일에서 월등히 우수하다. 2015년 5월부터 6월까지의 총 수확량은 대조군 2 대비 49%, 대조군 1 대비 33% 증가하였다.
본발명과 대조군 1은 대조군 2에 대비 5월 초 초기 수확이 빠르지만, 본 발명만 작기 후반기인 6월 이후까지 수확량이 떨어지지 않고 지속적으로 유지되었다. 이상으로부터, 대조군 1의 경우 근권미생물로 초기에는 생육 및 수량에 영향을 미치지만, 작기 후반기로 갈수록 근권 내 생존율이 떨어져 약효 지속력이 감소하는 것이 확인할 수 있고, 본 발명은 대조군 1에 비하여 식물내생균으로서 생육 및 수확량 증가에 월등한 효과를 나타내므로, 토양개량 및 작물생육용 약제로서의 우수성이 확인되었다.
실시예 3: 수박의 생육 촉진 및 수량 평가
스피드 플러스종 수박을 관행에 따라 그린하우스에서 재식하고, 실시예 2와 같이 생육촉진제를 각 시험군에 정식 시에 1회 관주하고 7일 후에 1회 관주처리 하였다. 대조군 2는 생육촉진제 처리를 하지 않은 것이다. 각 시험군을, 총면적 450m2에 구당 면적 50m2으로 처리구당 3회 반복하여 난괴법으로 배치하였다. 정식후 30일, 60일, 92일에 엽색과 초장을 조사하여 생육을 평가하였고, 과중과 당도를 조사하여 수량을 평가하였다. 그 결과는 아래 표 2와 같고, 각 시험군에서 수확된 수박과 수박잎을 도 2에 (A) 본 발명, (B) 대조군 1, (C) 대조군 2의 순서로 나타내었다.
Figure pat00003
표 2에 나타난 것과 같이, 생육 평가 결과 엽색도는 조사 30일, 60일에서 본 발명이 대조군 1, 2 보다 우수하였다. 초장에서는 시험약제 모두 초기 생육 결과가 비슷하게 나타났다. 수량 평가 결과 본 발명은 대조군 2보다 13% 과중이 증가하였으며 대조군 1과 비교하여 8% 이상 과중이 증가하였다. 특히 본발명에 의한 처리군은 잎이 두꺼워져 병저항성도 우수한 것으로 평가되었다.
실시예 4: 고추의 생육 촉진 및 수량 평가
독야청청종 고추를 관행에 따라 노지멀칭 재식하고, 실시예 1에 따른 생육촉진제를 정식 시에 1회 관주하고 7일 후에 1회 관주처리 하였다. 대조군 2는 생육촉진제 처리를 하지 않은 것이다. 각 시험군을, 총면적 180m2에 구당 면적 15m2으로 처리구당 3회 반복하여 난괴법으로 배치하였다. 정식 후 30일, 40일에 엽색과 초장을 조사하여 생육을 평가하였다. 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.
Figure pat00004
표 3에 나타난 것과 같이, 생육 평가 결과, 엽색도는 조사 40일에서 본 발명이 대조군 1, 2보다 우수하였고, 초장은 30일에서 본 발명이 대조군 1, 2에 비하여 우수하였다.
실시예 5: 양배추의 생육 촉진 촉진 및 수량 평가
YR-고을종 양배추를 관행에 따라 노지멀칭 재배하였다. 관행에 따라 재식하였다.
대조군 3으로 사용할 생육촉진제를 준비하였다. 대조군 3의 생육촉진제는 국내에서 상품명 "옥천"으로 판매되는 미생물 생육촉진 제품으로서, 주성분을 바실러스 아밀로리퀴파시엔스(B. amyloliquefaciens) KB3를 유효성분으로 하는 유기농업자재이다. 공시된 사용량을 준수하며 옥천을 부피비로 물에 1000배 희석하여 시험군에 관주처리하였다.
실시예 2와 같은 생육촉진제와, 대조군 3의 생육촉진제를 각기 시험군에 정식 시에 1회 관주하고 7일 후에 1회 관주처리 하였다. 대조군 2는 생육촉진제 처리를 하지 않은 것이다. 각 시험군을, 총면적 180m2에 구당 면적 15m2으로 처리구당3회 반복처리하여 난괴법으로 배치하였다. 정식후 20일, 30일에 엽색과 엽장을 조사하여 생육을 평가하였고, 정식후 78일, 즉 수확기에 구폭과 생체중을 조사하여 수량을 평가하여, 그 결과를 하기 표 4에 정리하였다.
Figure pat00005
표 4에 나타난 것과 같이, 본 발명은 대조군 1-3에 비하여 30일 엽색도가 우수하고, 엽장 또한 우수하여 생육이 우월하였다. 또한 수량적으로는, 본 발명이 대조군 1, 2에 비하여 구폭과 생체중이 우수하였다.
실시예 6: 토마토의 생육 평가
핑크자이언트종 토마토를 하우스멀칭 재배하였다. 실시예 5와 같은 생육촉진제를 사용하여 정식 시 관주하고, 14일 후 추가 관주 처리하였다. 대조군 2는 생육촉진제 처리를 하지 않았다. 정식 후 21일의 본 발명 생체중이 30.1g이었고, 대조군 1-3의 순서대로, 23.8g, 21.0g, 24.7g으로 측정되었다. 본 발명은 대조군에 비하여 초기 생육이 가장 우수하였다.
실시예 7: 청경채의 생육 평가
찐겐사이종 청경채를 하우스멀칭 재배하였다. 실시예 5와 같은 생육촉진제를 사용하여 정식 시 관주하고, 14일 후 추가 관주 처리하였다. 대조군 2는 생육촉진제 처리를 하지 않았다. 정식 후 21일의 본 발명의 생체중은 178.6g이었고, 대조군 1-3의 순서대로, 170.8g, 142.6g, 178.8g, 으로 측정되었다. 초기 생육의 경우에는, 본 발명이 대조군 1-3에 비하여 우수하였다.

Claims (5)

  1. 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4 (수탁번호: KACC91655P)의 생균을 포함하는 액상의 농작물 생육촉진제.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 생균은 농작물의 체내로 이동하며, 적어도 3년의 보관 안정성을 가지는 것을 특징으로 하는 생육촉진제.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 농작물은 청경채, 토마토, 양배추, 고추, 수박, 오이, 또는 애호박에서 선택되는 것을 특징으로 하는 생육촉진제.
  4. 바실러스 아밀로리쿼파시엔스 GYL4 (수탁번호: KACC91655P)의 생균을 1-3일 동안 20-40℃에서 100-200rpm으로 상기 생균을 진탕 배양하는 단계; 및
    상기 배양에 의하여 얻어지는 배양액을 물과 부비피로 1:0.5 ~ 1:2의 비율로 혼합하는 단계를 더 포함하는 생육촉진제의 제조방법.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 따르는 액상의 농작물 생육촉진제를 물과 혼합하는 단계; 및
    이에 따라 얻어지는 혼합물을 농작물에 도포하는 단계를 포함하는 농작물의 생육촉진방법.
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