KR20220047590A - 토양 건강 회복 및 해충 방제용 미생물 기반 조성물 - Google Patents

토양 건강 회복 및 해충 방제용 미생물 기반 조성물 Download PDF

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Abstract

토양 건강 및/또는 식물 건강을 향상시키기 위한 조성물 및 방법이 제공된다. 특히, 본 발명은 비옥도, 염도, 수분 보유력 및 기타 토양 특성을 개선할 뿐만 아니라 해충을 방제하고 식물의 성장을 자극하는데 사용하기 위한 미생물 및/또는 그의 성장 부산물을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 특정 구현예에서, 상기 성장 부산물은 바이오계면활성제이다.

Description

토양 건강 회복 및 해충 방제용 미생물 기반 조성물
본 출원은 2019년 8월 12일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/885,455 및 2019년 12월 26일에 출원된 제62/953,632에 대한 우선권을 주장하며, 이들 두 출원 모두는 전문이 여기에 참조로 포함된다.
농업 산업에서, 특정한 공통의 문제는 농부들이 비용을 낮게 유지하면서 생산량을 극대화하는 능력을 방해한다는 점이다. 여기에는 박테리아, 진균, 기타 해충 및 병원체에 의한 감염 및 침입; 환경 및 건강에 미치는 영향을 포함하여 화학 비료 및 제초제의 높은 비용; 식물이 다른 유형의 토양에서 영양분과 물을 효율적으로 흡수하기 어려운 점 등;이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.
특히 작물 재배에 부적합한 특성을 가진 토양 유형이 있는 다양한 지리적 영역에서 번성하는 작물을 생산하기 위해서는 효율적인 양분과 수분 흡수가 중요하다. 그 안에 존재하는 점토, 미사 또는 모래 입자의 양에 따라 결정되는 몇 가지 다른 유형의 토양이 있다.
점토 토양(clay soil)은 높은 비율의 점토와 미사질(silt)을 함유한다. 입자들이 작고 서로 달라붙어야 물과 영양분을 잘 유지하는데, 점토 토양은 압축되기 쉬우며, 광물 입자들이 그 위에 놓인 퇴적물의 무게에 의해 함께 압착되어 토양의 다공성을 감소시킨다. 이는 식물의 뿌리가 토양에 침투하는 것을 방해할 수 있을 뿐만 아니라 수분과 영양분이 뿌리에 도달하는 능력을 방해할 수 있다. 또한, 점토 토양은 다른 토양 유형보다 배수가 느리고, 춥고 영하의 온도를 경험하는 지역에서는 봄에 따뜻하게 하여 해동되는 데 더 오래 걸릴 수 있다. 점토 토양은 끈적이고 미끄러운 점조성과 정원 도구에 달라붙으려는 경향으로 식별할 수 있다.
모래 토양(sandy soil)은 점토 토양보다 크고 거친 입자로 구성된다. 모래 토양은 수분과 양분 보유 능력이 낮기 때문에 다른 종류의 토양보다 시비와 관수를 더 자주 해야 한다. 모래 토양은 입자 사이에 큰 틈이 있기 때문에 일반적으로 다른 토양 유형보다 비옥하지 않다. 이러한 틈으로 인해 물과 영양분이 더 쉽게 빠져나갈 수 있다. 이러한 유형의 토양은 거친 질감과 붙잡았을 때 서로 달라붙지 않고 떨어져 나가는 경향으로 식별할 수 있다.
양토(Loam soil)는 점토, 미사, 모래 및 유기물이 균형을 이루고 있어 원예용으로 가장 이상적인 토양이며 농업용으로 가장 비옥한 토양이다. 양토는 수분과 영양을 잘 보존할 수 있다. 양토는 또한, 통기성이 있어 공기가 토양을 통해 순환할 수 있고 물이 더 쉽게 배수될 수 있다. 가볍게 눌렀을 때 모양을 유지하는 능력으로 식별할 수 있으며, 다른 유형의 토양들보다 파헤치기가 쉽다.
다른 두 가지 유형의 토양인 미사질 토양(silty soils)과 이탄(peaty soils) 토양은 배수가 어려운 것으로 알려졌다. 미사질 토양은 일반적으로 양토와 유사한 수분 보유 능력을 갖추고 있다. 그러나 점토 대 미사 비율에 따라 물이 더 천천히 배수되게 할 수 있다. 이탄 토양은 습하고 축축한 기후 지역에서 가장 흔하게 발견된다. 이탄 토양은 영양분으로 가득 차 있지만 침수되기가 쉽다.
토양의 유형과 구성은 특정 식물 및/또는 작물이 번성할지 여부에 중요한 요소이다. 때로는 특정 요구 사항에 따라 특정 유형의 작물에 대해 토양을 개선하기 위해 토양개량제라는 첨가제가 필요하다. 토양개량제는 적용되는 토양의 물리적 및/또는 화학적 특성을 개선하는 조성물이다. 토양개량제는 압축을 줄이고 토양에 공기를 공급하며 물과 영양소가 토양을 통해 식물 뿌리에 더 쉽게 이동할 수 있도록 한다. 일부 토양개량제는 또한 토양에 영양분을 추가하고 염분을 조절하며 수분을 유지하는 데 도움이 된다.
토양개량제는 물이끼, 부식질, 거름, 퇴비, 표토, 다양한 광물 및 모래와 같은 유기물을 포함할 수 있다. 현재는 토양에 물질을 첨가할 때에 토양에 적절한 양의 수분 보유량을 제공하고 식물 성장을 더 잘 가능하게 하기 위해 토양 내에 원하는 양의 통기를 제공하도록 물질의 균형을 맞춰야 한다. 예를 들어, 토양은 충분한 양의 수분을 유지하는 물질이 있어야 하지만 동시에 과도한 물이 식물 성장을 손상시키고 방해하는 것을 방지할 수 있도록 충분히 배수 가능해야 한다.
토양은 또한 뿌리 구조를 유지하고 식물을 지지할 만큼 충분히 조밀해야 하지만 동시에 뿌리가 확장되고 식물 성장을 지원할 수 있도록 충분히 느슨하게 채워져야 한다. 또한, 토양에는 질소, 인산염, 칼슘, 구리 및 철과 같은 미네랄뿐만 아니라 적절한 양의 염이 포함되어야 한다.
토양의 특성 외에도 해충의 방제는 작물 생산의 중요한 측면이다. 그러나 살충제의 사용은 토양 및 농산물의 오염 및 오염의 위험이 있지만 인간에게 해로울 수 있고 의도하지 않게 유익한 종에 해를 끼칠 수 있다. 또한, 특정 화학 살충제의 과도 의존 및 장기간 사용은 토양 생태계를 변화시키고 스트레스 내성을 감소시키며 해충 저항성을 증가시키고 동식물의 성장과 활력을 방해할 수 있다.
환경에 대한 피해를 최소화하면서 생산되는 잔류물이 없고 지속 가능하게 재배된 식품에 대한 소비자 요구뿐만 아니라 화학 물질 및/또는 항생제의 가용성과 사용을 통제하는 규제 의무가 증가는 해충 구제 산업에 영향을 미치며 수많은 문제를 어떻게 해결할 것인지에 관한 사고의 진화가 이루어지고 있다. 더욱 안전한 살충제 및 대체 해충 방제 전략에 대해 요구가 증가하고 있다. 화학 물질을 전면적으로 제거하는 것이 현재로서는 불가능하지만 농부들은 통합 영양소 관리 및 통합 해충 관리 프로그램(Integrated Nutrient Management and Integrated Pest Management programs)의 실행 가능한 구성 요소로서의 생물학적 조치를 점점 더 많이 수용하고 있다.
식품 및 소비재를 생산하는 지속 가능한 방법에 대한 전 세계적인 요구를 해결하기 위하여, 박테리아, 효모 및 곰팡이와 같은 미생물과 그 부산물이 화학 농업 응용 분야에서 점점 더 유용한 대체품이 되고 있다. 예를 들어, 농부들은 토양개량제, 생물 농약 및 생물비료로서 살아있는 미생물, 이러한 미생물에서 파생된 바이오 제품 및 이들의 조합과 같은 생물학적 제제의 사용을 수용하고 있다. 이러한 생물학적 제제는 기존 화학 물질에 비해 덜 해롭고 더 효율적이고 구체적이며 종종 빠르게 생분해되어 토양 및 환경 오염을 줄인다.
기존의 작물 생산 방법의 경제적 비용과 건강 및 환경에 대한 부정적인 영향은 식품 및 기타 작물 기반 소비재 생산의 지속 가능성과 노력에 계속 부담을 주고 있다. 환경 인식과 소비자 요구는 예를 들어, 토양 특성을 향상시키고/하거나 해충을 통제하기 위하여 더 개선된 제품들에 대한 탐색을 촉진하였다.
본 발명은 토양의 건강뿐만 아니라 토양에서 자라는 식물의 건강을 향상시키기 위한 다기능 농업 조성물 및 이의 사용 방법을 제공한다. 유리하게는, 본 발명의 미생물 기반 제품 및 방법은 환경 친화적이고 무독성이며 비용 효율적이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명은 토양의 비옥도 및/또는 건강을 향상시키기 위한 조성물을 제공한다. 일부 구현예에서, 상기 조성물은 또한 예를 들어 살충제, 식물 면역 조절제, 및/또는 식물 성장 자극제로서 작용할 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 하나 이상의 유익한 미생물 및/또는 하나 이상의 미생물 성장 부산물, 예컨대 바이오계면활성제, 효소 및/또는 기타 대사산물을 포함한다. 상기 조성물은 또한 미생물(들)이 생산된 발효 배지를 포함할 수 있다.
상기 조성물은 토양 및/또는 지상 및 지하 식물 부분에 적용하기 위해 제형화될 수 있다. 예를 들어, 특정 구현예에서, 상기 조성물은 물과 혼합될 수 있고 관개 시스템을 통해 식물 및/또는 토양에 적용될 수 있다.
미생물은 살아 있거나 비활성화되어 있을 수 있다. 바람직한 구체 예에서, 유익한 미생물은 효모 및/또는 박테리아이다. 특정 구현예에서, 상기 조성물은 스타메렐라 봄비콜라(Starmerella bombicola)효모를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 미생물 분야에 공지된 방법에 의해 생성된 효모 추출물 및/또는 기타 미생물 가수분해물이 조성물에 포함된다.
특정 구현예에서, 미생물 성장 부산물은 예를 들어, 당지질(예: 소포로지질, 셀로비오스 지질, 람노지질, 만노실에리트리톨 지질 및 트레할로스 지질), 리포펩티드(예: 서팩틴, 이투린, 펜지신 및 리헨로파틴), 플라보지질, 지방산 에스테르, 인지질(예: 카디오리핀), 및 지질단백질, 지질다당류-단백질 복합체 및 다당류-단백질-지방산 복합체와 같은 고분자량 중합체로부터 선택되는 바이오계면활성제이다.
상기 조성물은, 예를 들어, 0.001 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.05 중량% 내지 2 중량%, 및/또는 0.1 중량% 내지 1 중량%의 농도로 하나 이상의 바이오계면활성제를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 바이오계면활성제는 당지질 및/또는 리포펩티드이다.
본 발명의 미생물 기반 조성물은 소규모에서 대규모에 이르는 배양 공정을 통해 얻을 수 있다. 이러한 배양 공정은 침지형 배양/발효, 고체 상태 발효(SSF) 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
바람직한 구체 예에서, 본 발명은 토양 및/또는 식물의 건강을 향상시키는 방법을 제공하며, 여기서 하나 이상의 미생물 및/또는 하나 이상의 미생물 성장 부산물, 예컨대 바이오계면활성제, 효소 및/또는 기타 대사산물을 포함하는 조성물은 토양 및/또는 식물과 접촉한다. 상기 조성물은 또한 미생물(들)이 생성된 발효 배지, 예컨대 침지된 발효액 또는 고체 상태 기질을 포함할 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 성장 부산물은 당지질 및/또는 리포펩티드와 같은 바이오계면활성제이다.
미생물은 적용 시점에 살아 있거나 휴면 상태이거나 비활성 상태일 수 있다. 일부 구현예에서, 미생물은 효모 추출물 및/또는 다른 미생물 가수분해물의 형태이다.
미생물 성장 부산물은 미생물(들)에 의해 생성된 것일 수 있고/있거나 조성물의 미생물(들)에 의해 생성된 성장 부산물에 추가로 적용될 수 있다.
상기 방법은 적용 전, 적용 중 및/또는 적용 후에 미생물 성장을 향상시키기 위한 물질을 추가하는 단계(예를 들어, 영양소 및/또는 프리바이오틱스 추가)를 추가로 포함할 수 있다. 따라서 살아있는 미생물은 제자리에서 자랄 수 있고 현장에서 활성 화합물을 생성할 수 있다. 결과적으로, 고농도의 미생물 및 그 성장 부산물은 토양에서 쉽고 지속적으로 달성될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 하나 이상의 미생물 성장 부산물을 미생물 없이 토양 및/또는 식물에 적용하는 것을 포함한다. 구체적으로, 일 구현예에서, 방법은 정제된 당지질 및/또는 리포펩티드 바이오계면활성제를 포함하는 조성물을 토양 및/또는 식물에 적용하는 것을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 토양 건강을 회복하기 위해 사용되며, 여기서 처리되는 토양은 한때 건강했지만 일정 기간 악화하였다. 복원으로 토양을 이전의 건강 상태 및/또는 강화된 건강 상태로 되돌릴 수 있다.
특정 구현예에서, 토양 건강을 향상시키는 것은 예를 들어 토양으로부터 오염물질을 제거하고, 토양의 영양 함량 및 이용가능성을 개선하고, 토양의 배수 및/또는 수분 보유 특성을 개선하고, 토양의 염도를 개선하고, 토양 미생물군집의 다양성 개선 및/또는 토양 매개 해충 방제하는 것 중 하나 이상을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 지상 및 지하 해충을 방제하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 상기 방법은 절지동물, 선충류, 원생동물, 박테리아, 진균 및/또는 바이러스와 같은 해충을 방제하는데 유용할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 식물의 성장을 자극하고/하거나 잡초 및 기타 유해한 식물을 능가하는 식물의 능력을 개선하는 데 사용된다.
미생물 기반 제품은 단독으로 또는 토양 및/또는 식물 건강을 효율적으로 향상시키기 위해 다른 화합물과 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 방법은 제초제, 비료, 살충제 및/또는 기타 토양개량제와 같은 추가 성분을 토양 및/또는 식물에 적용하는 것을 포함한다. 정확한 재료 및 이의 양은 예를 들어 본 발명의 혜택을 받는 재배자 또는 토양 과학자에 의해 결정될 수 있다.
특정 구현예에서, 본 발명의 조성물은 전체 미생물 배양물의 사용이 사용될 때, 예를 들어 바이오계면활성제 단독에 비해 이점을 갖는다. 이러한 장점은 하기의 효모 세포벽의 외부 표면의 일부로 높은 농도의 만노단백질; 효모 세포벽에 베타-글루칸의 존재; 조성물에 발효액 및/또는 고체 기질의 포함; 및 예를 들어, 조성물 내 단백질, 효소, 영양소, 기타 대사물의 존재 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명은 다량의 오염 화합물을 환경으로 방출하지 않고 사용될 수 있다. 사실, 일부 구현예에서, 본 발명은 개선된 농업 관행을 통해 온실 가스 및 기타 대기 오염 물질의 배출을 줄이는 데 사용될 수 있다. 추가로, 상기 조성물 및 방법은 생분해성 및 독성학적으로 안전한 성분을 이용한다. 따라서, 본 발명은 "녹색" 농산물로 사용될 수 있다.
본 발명은 미생물, 생물 계면활성제와 같은 미생물의 성장 부산물, 그뿐만 아니라 이들 미생물 및 그의 부산물의 사용 방법을 제공한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 토양 및/또는 식물의 건강을 향상시키기 위한 미생물 기반 조성물 및 그의 사용 방법을 제공한다. 유리하게는, 본 발명의 미생물 기반 제품 및 방법은 환경 친화적이고 무독성이며 비용 효율적이다.
선택된 용어 정의
본 발명은 미생물 또는 다른 세포 배양물의 성장의 결과로 생성된 성분을 포함하는 조성물을 의미하는 "미생물 기반 조성물"을 활용한다. 따라서, 미생물 기반 조성물은 미생물 자체 및/또는 미생물 성장의 부산물을 포함할 수 있다. 미생물은 영양 상태, 포자 또는 분생자 형태, 균사 형태, 다른 형태의 번식체 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 미생물은 플랑크톤 또는 바이오필름 형태 또는 둘 다의 혼합물일 수 있다. 성장 부산물은 예를 들어 대사산물, 세포막 성분, 발현된 단백질 및/또는 기타 세포 성분일 수 있다. 미생물은 온전하거나 용해된 것일 수 있다. 일부 구현예에서, 미생물은 미생물 기반 조성물에 그들이 성장한 성장 배지와 함께 존재한다. 미생물은 예를 들어 조성물의 그램당 또는 ml당 적어도 1x 104, 1x 105, 1x 106, 1x 107, 1x 108, 1x 109, 1x 1010, 1x 1011, 1x 1012 또는 1x 1013 또는 그 이상의 CFU의 농도로 존재할 수 있다.
본 발명은 원하는 결과를 달성하기 위해 실제로 적용되는 제품인 "미생물 기반 제품"을 추가로 제공한다. 미생물 기반 제품은 단순히 미생물 배양 과정에서 수확된 미생물 기반 조성물일 수 있다. 대안적으로, 미생물 기반 제품은 첨가된 추가 성분을 포함할 수 있다. 이러한 추가 성분은 예를 들어 안정제, 완충제, 적절한 담체, 예를 들어 물, 염 용액, 추가 미생물 성장을 지원하기 위해 첨가된 영양소, 비-영양소 성장 촉진제 및/또는 미생물이 적용되는 환경에서 미생물 및/또는 조성물의 추적을 용이하게 하는 제제를 포함할 수 있다. 미생물 기반 제품은 또한 미생물 기반 조성물의 혼합물을 포함할 수 있다. 미생물 기반 제품은 또한 여과, 원심분리, 용해, 건조, 정제 등과 같은 일부 방식으로 처리된 미생물 기반 조성물의 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "바이오필름"은 미생물의 복잡한 집합체이며, 여기서 세포는 서로 및/또는 표면에 부착된다. 일부 구현예에서, 세포는 전체 응집체를 둘러싸는 다당류 장벽을 분비한다. 바이오필름의 세포는 동일한 유기체의 플랑크톤 세포와 생리학적으로 구별되며, 단일 세포는 액체 매질에서 뜨거나 수영할 수 있다.
본원에 사용된 "단리된" 또는 "정제된" 화합물, 예를 들어 폴리뉴클레오티드 또는 폴리펩티드는 세포 물질, 유전자, 유전자 서열, 아미노산 또는 아미노산 서열과 같은 다른 화합물이 실질적으로 없으며, 자연 및/또는 그것이 생산된 곳과 관련이 있다. 미생물 균주의 맥락에서 "분리된"은 균주가 자연에 존재하는 환경 및/또는 재배되는 환경에서 제거됨을 의미한다. 따라서, 분리된 균주는 예를 들어 생물학적으로 순수한 배양물 또는 포자(또는 균주의 다른 형태)로 존재할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "생물학적으로 순수한 배양물"은 자연에서 관련되고/되거나 배양되는 물질로부터 분리된 배양물이다. 바람직한 구체 예에서, 배양물은 다른 모든 살아있는 세포로부터 단리되었다. 추가의 바람직한 구현예에서, 생물학적으로 순수한 배양물은 자연에 존재하는 것과 동일한 미생물의 배양물과 비교하여 유리한 특성을 갖는다. 유리한 특성은 예를 들어 하나 이상의 성장 부산물의 향상된 생산일 수 있다.
특정 구현예에서, 정제된 화합물은 관심 화합물의 중량으로 적어도 60%이다. 바람직하게는, 제제는 관심 화합물의 중량을 기준으로 75% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상이다. 예를 들어, 정제된 화합물은 중량 기준으로 원하는 화합물의 적어도 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 98%, 99% 또는 100%(w/w)인 것이다. 순도는 적절한 표준 방법, 예를 들어 컬럼 크로마토그래피, 박층 크로마토그래피 또는 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 분석에 의해 측정된다.
"대사산물"은 대사에 의해 생성되는 모든 물질(예: 성장 부산물) 또는 특정 대사 과정에 참여하는 데 필요한 물질을 의미한다. 대사산물의 예에는 바이오계면활성제, 생물 고분자, 효소, 산, 용매, 알코올, 단백질, 비타민, 미네랄, 미량원소 및 아미노산이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "조절하다"라는 변경(예를 들어, 증가 또는 감소)을 야기하는 것을 의미한다.
본 명세서에 제공된 범위는 범위 내의 모든 값에 대한 약칭으로 이해된다. 예를 들어, 1 내지 20의 범위는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 뿐만 아니라 앞서 언급한 정수 사이의 모든 중간 소수점 값(예: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8 및 1.9로 구성된 그룹의 임의의 수, 숫자의 조합 또는 하위 범위를 포함하는 것으로 이해된다. 하위 범위와 관련하여, 범위의 어느 한 끝점에서 확장되는 "중첩된 하위 범위"가 구체적으로 고려된다. 예를 들어, 1에서 50까지의 예시적인 범위의 중첩된 하위 범위는 한 방향으로 1에서 10, 1에서 20, 1에서 30, 1에서 40, 또는 50에서 40, 50에서 30, 50에서 20 그리고 다른 방향으로 50에서 10을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "감소"는 음성 변경을 의미하고 "증가"는 긍정적 변경을 각각 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 또는 100%로 나타낸다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "기준"은 표준 또는 제어 조건을 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "계면활성제"는 두 액체 사이, 액체와 기체 사이, 또는 액체와 고체 사이의 표면 장력(또는 계면 장력)을 낮추는 화합물을 의미한다. 계면활성제는 예를 들어 세제, 습윤제, 유화제, 발포제 및 분산제로 작용한다. "바이오계면활성제"는 살아있는 유기체에 의해 생성되는 계면활성제이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "농업"은 식품, 섬유, 바이오연료, 의약품, 화장품, 보충제, 관상용 및 기타 용도를 위한 식물, 조류 및/또는 진균의 재배 및 육종을 의미한다. 본 발명에 따르면, 농업은 또한 원예, 조경, 원예, 식물 보존, 과수원 및 수목 재배를 포함할 수 있다. 농업에는 토양 관리, 모니터링 및 유지 관리가 더 포함된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 상황 또는 사태의 "방지" 또는 "예방"은 상황 또는 사태의 개시, 확장 또는 진행을 지연, 억제, 억제, 예방 및/또는 최소화하는 것을 의미한다. 예방에는 무기한, 절대 또는 완전한 예방이 포함될 수 있지만 필수는 아니다. 즉, 상황이나 사태가 나중에 계속 발생할 수 있다. 예방은 그러한 상황 또는 사태의 발병 심각성을 감소시키는 것 및/또는 더 심각하거나 광범위한 것으로의 진행을 억제하는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 해충과 관련하여 사용된 용어 "방제"는 해충의 개체수를 죽이거나, 무력화시키거나, 고정하거나, 감소시키거나, 그렇지 않으면 해충을 실질적으로 해를 입히고/거나 번식시킬 수 없도록 만드는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "해충"은 인간 또는 인간의 관심사(예: 농업, 원예)에 파괴적, 유해 및/또는 유해한 인간 이외의 임의의 유기체이다. 모든 경우는 아니지만 일부에서는 해충이 병원성 유기체일 수 있다. 해충은 감염, 침입 및/또는 질병을 유발하거나 매개체가 될 수 있으며, 단순히 살아있는 조직을 먹고살거나 다른 물리적 손상을 일으킬 수 있다. 해충은 바이러스, 진균, 박테리아, 기생충, 절지동물, 원생동물 및/또는 선충을 포함하지만 이에 국한되지 않는 단세포 또는 다세포 유기체일 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "토양개량제" 또는 "토양 컨디셔너"는 토양의 물리적 및/또는 화학적 특성을 향상시키기 위해 토양에 첨가되는 임의의 화합물, 물질, 또는 화합물 또는 물질의 조합이다. 토양개량제는 유기물 및 무기물을 포함할 수 있으며, 예를 들어 미생물, 비료, 살충제 및/또는 제초제를 추가로 포함할 수 있다. 영양분이 풍부하고 배수가 잘되는 토양은 식물의 성장과 건강에 필수적이며 따라서 토양개량제는 예를 들어 토양의 양분 및 수분 함량을 변경함으로써 식물의 성장과 건강을 향상시키는 데 사용할 수 있다. 토양개량제는 토양 건강 및/또는 비옥도 향상을 위해 사용될 수도 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "향상"은 개선 또는 증가를 의미한다. 예를 들어, 향상된 토양 건강은 개선된 물리적 구조(예: 다공성, 투과성, 부피), 개선된 비옥도(예: 무기물 함량, 영양소 함량, 유기물 함량), 개선된 습윤성 및/또는 배수성, 개선된 염도, 개선된 토양 생물다양성, 및/또는 오염물질 및/또는 해충의 제거 또는 감소를 의미한다. 일부 구현예에서, 강화된 토양 건강은 토양에서 재배될 특정 작물에 필요한 특성에 의존한다. 예를 들어, 일부 식물은 높은 배수를 선호하는 반면 다른 식물은 습한 토양을 선호한다.
또 다른 예로서, 강화된 식물 건강은 종자 발아 및/또는 출현 증가, 해충 및/또는 질병을 퇴치하는 개선된 능력, 가뭄 및/또는 과도한 물주기, 원하는 크기 및/또는 질량에 도달하는 능력 향상, 식물당 과일, 잎, 뿌리, 추출물 및/또는 괴경의 양 및/또는 크기 증가, 및/또는 과일, 잎, 뿌리, 추출물 및/또는 품질 개선 또는 괴경(예: 맛, 질감, 브릭스, 엽록소 함량 및/또는 색상 개선)을 의미한다.
"구비하는(including)" 또는 "함유하는(containing)"과 동의어인 이행적인 용어 "포함하는(comprising)"은 포괄적(inclusive)이거나 개방형(open-ended)이며 추가의 인용되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 대조적으로, 이행구 "구성된(consisting of)"은 청구범위에 명시되지 않은 요소, 단계 또는 성분을 배제한다. "본질적으로 구성되는(consisting essentially of)"이라는 이행구는 청구된 발명의 "기본적이고 새로운 특성(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는" 특정 재료 또는 단계에 대한 청구 범위를 제한한다. 용어 "포함하는(comprising)"의 사용은 인용된 구성요소(들)로 본질적으로 이루어지거나 본질적으로 이루어질 수 있는 다른 실시예를 고려한다.
구체적으로 언급되거나 문맥상 명백하지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 용어 "또는"은 포괄적인 것으로 이해된다. 구체적으로 언급되거나 문맥상 명백하지 않은 한, 본 명세서에 사용된 용어 "a", "and" 및 "the"는 단수 또는 복수로 이해된다.
구체적으로 언급되지 않거나 문맥상 명백하지 않는 한, 본원에 사용된 용어 "약(about)"은 예를 들어 평균의 2개 표준 편차 내에서 당업계의 정상 허용 범위 내로 이해된다. 약(about)은 상술한 값의 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05% 또는 0.01% 이내로 이해될 수 있다.
여기에서 변수의 정의에 있는 화학 그룹 목록의 인용은 그 변수를 임의의 단일 그룹 또는 나열된 그룹의 조합으로 정의하는 것을 포함한다. 여기에서 변수 또는 양태에 대한 실시예의 언급은 임의의 단일 실시예로서 또는 임의의 다른 실시예 또는 이의 부분과 조합하여 그 실시예를 포함한다.
여기에 인용된 모든 참고 문헌은 그 전체가 참고로 여기에 포함된다.
조성물
바람직한 구체예에서, 본 발명은 토양의 건강 및/또는 그 안에서 자라는 식물의 건강을 향상시키기 위한 조성물을 제공한다. 일부 구현예에서, 상기 조성물은 또한, 예를 들어 살충제, 식물 면역 조절제 및/또는 식물 성장 자극제로서 작용할 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 하나 이상의 유익한 미생물 및/또는 하나 이상의 미생물 성장 부산물, 예컨대 바이오계면활성제, 효소 및/또는 기타 대사산물을 포함한다. 조성물은 또한 미생물(들)이 생산된 발효 배지를 포함할 수 있다.
미생물은, 예를 들어, 박테리아, 효모 및/또는 진균을 포함할 수 있다. 이들 미생물은 천연 또는 유전자 변형된 미생물일 수 있다. 예를 들어, 미생물은 특정 유전자로 형질 전환되어 특정 특성을 나타낼 수 있다. 미생물은 또한 원하는 균주의 돌연변이체일 수 있다. 본원에 사용된 "돌연변이체(mutant)"는 참조 미생물의 균주, 유전자 변이체 또는 하위 유형을 의미하며, 여기서 돌연변이체는 참조 미생물에 비해 하나 이상의 유전자 변형(예: 점 돌연변이, 미스센스 돌연변이, 넌센스 돌연변이, 결실, 복제, 프레임 시프트 돌연변이 또는 반복 확장)을 갖는다. 돌연변이체를 만드는 절차는 미생물학 분야에 널리 공지되어 있다. 예를 들어, UV 돌연변이 유발 및 니트로소구아니딘이 이 목적을 위하여 광범위하게 사용된다.
일 구현예에서, 미생물은 효모 또는 진균이다. 본 발명에 따라 사용하기에 적합한 효모 및 진균 종은 아우레오바시디움(Aureobasidium)(예: A. pullulans), 블레이크슬리(Blakeslea), 칸디다(Candida)(예: C. apicola, C. bombicola, C. nodaensis), 크립토코커스(Cryptococcus), 데바리오마이세스(Debaryomyces)(예: D. hansenii), 엔토모프토라(Entomophthora), 한세니아스포라(Hanseniaspora)(예: H. uvarum), 한세눌라(Hansenula), 이사첸키아(Issatchenkia), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces)(예: K. phaffii), 모르티에렐라(Mortierella), 미코리자(Mycorrhiza), 메이로자이마 길리에몬디(Meyerozyma guilliermondii), 페니실럼(Penicillium), 피코미세스(Phycomyces), 피치아(Pichia)(예: P. anomala, P. guilliermondii, P. occidentalis, P. kudriavzevii), 플루로투스 종(Pleurotus spp.)(예: P. ostreatus), 슈도지마(Pseudozyma)(예: P. aphidis), 사카로마이세스(Saccharomyces)(예: S. boulardii sequela, S. cerevisiae, S. torula), 스타메렐라(Starmerella)(예: S. bombicola), 토룰롭시스(Torulopsis), 트리코더마(Trichoderma)(예: T. reesei, T. harzianum, T. hamatum, T. viride), 우스틸라고(Ustilago)(예: U. maydis), 위커하모미세스(Wickerhamomyces)(예: W. anomalus), 윌리오프시스(Williopsis)(예: W. mrakii), 지고사카로미세스(Zygosaccharomyces)(예: Z. bailii) 등을 포함한다.
특정 구현예에서, 미생물은 그람-양성 및 그람-음성 박테리아를 포함하는 박테리아이다. 상기 박테리아는 예를 들어, 아그로박테리움(Agrobacterium)(예: A. radiobacter), 아조토박터(Azotobacter)(A. vinelandii, A. chroococcum), 아조스피릴룸(Azospirillum)(예: A. brasiliensis), 바실러스(Bacillus)(예: B. amyloliquefaciens, B. circulans, B. firmus, B. laterosporus, B. licheniformis, B. megaterium, B. mojavensis, B. mucilaginosus, B. subtilis), 부르크홀데리아(Burkholderia)(예: B. thailandensis), 프라튜리아(Frateuria)(예: F. aurantia), 마이크로막테리움(Microbacterium)(예: M. laevaniformans), 믹소박테리아(myxobacteria)(예: Myxococcus xanthus, Stignatella aurantiaca, Sorangium cellulosum, Minicystis rosea), 파에니바실러스 폴리믹사 (Paenibacillus polymyxa), 판토에아(Pantoea)(예: P. agglomerans), 슈도모나스(Pseudomonas)(예: P. aeruginosa, P. chlororaphis subsp. aureofaciens (Kluyver), P. putida), 리조비움 종(Rhizobium spp.), 로도스피릴룸 (Rhodospirillum)(예: R. rubrum), 스핑고모나스(Sphingomonas)(예: S. paucimobilis), 및/또는 티오바실러스 티오옥시단스(Thiobacillus thiooxidans)(Acidothiobacillus thiooxidans) 등이다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 소포로지질과 같은 당지질 바이오계면활성제의 효과적인 생산자인 스타메렐라 봄비콜라(Starmerella bombicola)를 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 소포로지질 및/또는 람노지질과 같은 당지질 바이오계면활성제를 생성하도록 영향을 받을 수 있는 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)를 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 바이오유화 화합물, 프로테아제, 뿐만 아니라 펜지신 및/또는 서팩틴 바이오계면활성제를 생성할 수 있는 바실러스 모하벤시스(Bacillus mojavensis)와 같은 리포펩티드-생성 박테리아를 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 리포펩티드-생산 토양 박테리아인 믹소코커스 크산투스(Myxococcus xanthus)를 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 토양에서 영양소를 가용화하는 데 도움이 되는 유기산에 더하여 서팩틴, 이투린, 리체니신 및 펜지신을 생성할 수 있는 B. 아밀로리퀘파시엔스(B. amyloliquefaciens) NRRL B-67928을 포함한다.
특정 구현예에서, 상기 조성물은 람노지질 바이오계면활성제를 생성하도록 영향을 받을 수 있는 부르크홀데리아 싸일란덴시스(Burkholderia thailandensis) 를 포함한다.
예를 들어, 세포벽에 고농도의 만노단백질 및/또는 베타글루칸을 가지거나 바이오계면활성제, 효소, 영양소 및 토양 건강 증진, 해충 방제 및/또는 식물 건강 증진에 유용한 기타 대사산물을 포함하는, 기타 미생물 균주가 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
본 발명의 미생물 기반 조성물은 소규모에서 대규모에 이르는 배양 공정을 통해 얻을 수 있다. 이러한 배양 공정에는 침지 배양/발효, 고체 상태 발효(SSF) 및 이들의 조합이 포함되지만 이에 국한되지 않는다.
특정 구현예에서, 미생물 기반 조성물은 미생물 배양물 및/또는 미생물에 의해 생성된 미생물 대사산물 및/또는 임의의 잔류 영양소를 함유하는 발효액 및/또는 고체 상태 기질을 포함할 수 있다. 발효산물은 대사산물을 추출하거나 정제하지 않고 그대로 사용할 수 있다. 원하는 경우 표준 추출 및/또는 문헌에 설명된 정제 방법 또는 기술을 사용하여 추출 및 정제를 쉽게 수행할 수 있다.
상기 조성물은 중량 기준으로 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 또는 100% 발효액 및/또는 고체 기질일 수 있다. 상기 조성물 중 바이오매스의 양은 중량 기준으로, 그 사이의 모든 백분율을 포함하여 0% 내지 100%, 예를 들어 5 g/l 내지 180 g/l 또는 그 이상, 또는 10 g/l 내지 150 g/l 일 수 있다.
미생물은 살아 있거나 비활성화되어 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 조성물은 예를 들어 효모 추출물 및/또는 다른 미생물 가수분해물의 형태로 비활성비활성화된 미생물을 포함한다. 본 발명에 따르면, 미생물의 "가수분해물"은 그로부터 방출된 세포 내용물과 함께 비활성화된 미생물의 파괴된 세포벽/막을 포함한다. 비활성화 또는 가수분해 과정은 종종 대사산물, 효소, 단백질, 펩티드, 유리 아미노산, 비타민, 미네랄 및 미량 원소와 같은 세포 및 세포벽/막에서 화합물의 방출을 유발한다.
바람직하게는, 미생물을 비활성화시키는 방식은 배양 동안 생성된 생화학물질(들)을 또한, 비활성화시키거나 변성시키지 않는다. 예를 들어, 비등, 건열 오븐, 고압멸균, 저온살균, 냉장, 냉동, 고압 처리, 고압 산소 요법, 건조, 동결건조, 방사선, 초음파 처리, HEPA(고효율 미립자 공기) 여과, 또는 막 여과를 사용하여 비활성화를 달성할 수 있다.
특정 구현예에서, 본 조성물의 미생물 성장 부산물은 예를 들어 당지질(예를 들어, 소포로지질, 셀로비오스 지질, 람노지질, 만노실에리트리톨 지질 및 트레할로스 지질), 리포펩티드(예를 들어, 서팩틴, 이투린, 펜지신, 아쓰로팩틴 및 리체니신), 플라보지질, 지방산 에스테르, 인지질(예: 카디오리핀, 포스파티딜글리세롤) 및 고분자량 중합체, 예를 들어 지단백질, 지질다당류-단백질 복합체 및 다당류-단백질-지방산 복합체로부터 선택되는 바이오계면활성제이다.
특정 구현예에서, 바이오계면활성제는 소포로지질이다. 소포로지질은 예를 들어 스타메렐라(Starmerella) 계통의 다양한 효모에 의해 생성되는 당지질 바이오계면활성제이다. SLP는 장쇄 하이드록시 지방산에 연결된 이당류 소포로스로 구성된다. 이들은 17-L-히드록시옥타데칸산 또는 17-L-히드록시-Δ9-옥타데센산에 β-글리코시드로 부착된 부분적으로 아세틸화된 2-O-β-D-글루코피라노실-D-글루코피라노스 단위를 포함할 수 있다. 하이드록시 지방산은 일반적으로 16 또는 18개의 탄소 원자이며 하나 이상의 불포화 결합을 포함할 수 있다. 또한, 소포로스 잔기는 6- 및/또는 6'-위치(들)에서 아세틸화될 수 있다. 지방산 카르복실기는 유리(산성 또는 선형 형태)이거나 4"-위치(락톤 형태)에서 내부적으로 에스테르화될 수 있다.
일부 구현예에서, SLP, S. 봄비콜라, 및 SLP가 생성되는 기질은 식품 의약청에 의해 GRAS(일반적으로 안전한 것으로 간주됨) 상태를 부여받았다. 일 구현예에서, SLP의 독성 용량은 체중의 >375mg/kg이다.
특정 구현예에서, 바이오계면활성제는 람노지질(RLP)이다. RLP는 람노스 모이어티 및 3-(하이드록시알카노일옥시)알칸산 지방산 꼬리를 포함하는 당지질이다. 람노지질의 두 가지 주요 부류는 모노-람노지질 및 디-람노지질이며, 각각 1개 또는 2개의 람노오스 그룹을 갖는다. 지방산 꼬리의 분지 길이와 정도는 RLP 분자마다 다를 수 있다. 가장 일반적으로 RLP는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 박테리아를 사용하여 생산된다. 그러나 녹농균은 인간과 일부 식물에 알려진 병원체이다.
특정 구현예에서, 바이오계면활성제는 만노실에리트리톨 지질(MEL)이다. MEL은 친수성 부분으로서 4-O-B-D-만노피라노실-메조-에리트리톨 또는 1-O-B-D-만노피라노실-메조-에리트리톨을 포함하고 소수성 부분으로서 지방산 기 및/또는 아세틸기를 포함하는 당지질 바이오계면활성제이다. 전형적으로 만노스 잔기의 C4 및/또는 C6에 있는 1개 또는 2개의 히드록실이 아세틸화될 수 있다. 또한, 사슬 길이가 8개 내지 12개 또는 그 이상인 1개 내지 3개의 에스테르화 지방산이 있을 수 있다.
MEL 분자는 합성 또는 자연에서 변형될 수 있다. 예를 들어, MEL은 상이한 탄소 길이 사슬 또는 상이한 수의 아세틸 및/또는 지방산 기를 포함할 수 있다. 분자는 그에 따라 그룹화될 수 있다: MEL A(디아세틸화), MEL B(C4에서 모노아세틸화), MEL C(C6에서 모노아세틸화), MEL D(비아세틸화), 트리아세틸화 MEL A, 트리아세틸화 MEL B/C. 유사한 구조 및 유사한 특성을 나타내는 다른 MEL-유사 분자는 만노실-만니톨 지질(MML), 만노실-아라비톨 지질(MAL) 및/또는 만노실-리비톨 지질(MRL)을 포함할 수 있다. MEL은 일반적으로 효모 슈도지마 아피디스(Pseudozyma aphidis)에 의해 생성된다.
특정 구현예에서, 바이오계면활성제는 리포펩티드이다. 리포펩티드는 큰 다중 효소 복합체를 사용하여 박테리아에 의해 합성되는 올리고펩티드이다. 그들은 항생제 화합물로 자주 사용되며 계면 활성제 활성 외에도 광범위한 항균 작용 스펙트럼을 나타낸다. 모든 리포펩티드는 펩티드 모이어티에 통합된 β-아미노 또는 β-하이드록시 지방산으로 구성된 공통 고리 구조를 공유한다. 많은 바실러스 종 박테리아는 예를 들어, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 및 바실러스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)와 같은 리포펩티드를 생산할 수 있다.
가장 일반적으로 연구된 리포펩티드 계열인 서팩틴 계열은 13개 내지 15개의 탄소 원자를 가진 β-하이드록시 지방산을 포함하는 헵타펩티드로 구성된다. 서팩틴은 가장 강력한 바이오계면활성제로 간주된다. 그것들은 항바이러스 활성과 항진균 활성이 있으며 다른 리포펩티드인 이투린 A와 함께 사용할 때 강력한 시너지 효과를 나타낸다. 또한, 서팩틴은 그람 음성 박테리아를 포함한 다른 박테리아의 바이오필름 형성을 저해하면서도 안정한 바이오필름을 형성하는 핵심 요소일 수 있다.
플리파스타틴을 포함하는 펜지신 계열은 β-하이드록시 지방산과 함께 데카펩티드를 포함한다. 펜지신은 펩티드 부분에 오르니틴이 존재하는 것과 같은 몇 가지 특이한 특성을 나타낸다. 사상균에 더 특이적이지만 항진균 활성을 나타낼 수 있다.
예를 들어, 이투린 A, 미코서브틸린 및 바실로마이신으로 대표되는 이투린 패밀리는 β-아미노 지방산을 갖는 헵타펩티드이다. 이투린은 또한, 강력한 항진균 활성을 나타낸다.
다양한 유용한 특성을 나타내는 다른 리포펩티드가 확인되었다. 여기에는 쿠르스타킨스, 아쓰로팩틴, 비스코신, 글로모스포린, 암피신 및 시린고마이신이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.
유리하게는, 일부 구현예에서, 바이오계면활성제는 응집성 및/또는 접착성 표면 장력을 낮추는 능력으로 인해 소수성 토양에서도 습윤제로서 작용한다. 이렇게 하면 물이 더 고르게 분산되고 토양에 침투할 수 있다. 또한, 바이오계면활성제는 예를 들어 특정 유형의 바이오계면활성제의 항박테리아, 항바이러스, 항선충 및/또는 항진균 능력으로 인해 생물학적 살충제 역할을 할 수 있다. 또한, 바이오계면활성제는 생분해성이므로 화학적 습윤제, 살충제 및/또는 기타 화학적 농업 처리제의 적용으로 인한 부정적인 부작용을 줄이거나 제거한다.
조성물은 예를 들어, 0.001 중량% 내지 10 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 0.05 중량% 내지 2 중량%, 및/또는 0.1 중량% 내지 1 중량%의 농도로 하나 이상의 바이오계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 조성물의 효과를 향상시키거나 안정화시키기 위해 적절한 보조제와 혼합한 다음 그대로 사용하거나 필요에 따라 희석하여 사용할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 조성물은 글루코스(예를 들어, 당밀 형태), 글리세롤 및/또는 글리세린을 삼투 물질로서, 또는 이에 추가하여, 제품이 건조한 형태로 사용되는 경우 저장 및 수송 동안 삼투압을 촉진하기 위해 포함할 수 있다.
상기 조성물은 단독으로 또는 다른 화합물 및/또는 토양 건강 및/또는 식물 건강, 성장 및/또는 수확량을 효율적으로 향상시키는 방법과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 구현예에서, 상기 조성물은 마그네슘, 포스페이트, 질소, 칼륨, 셀레늄, 칼슘, 황, 철, 구리 및 아연과 은 식물 및/또는 미생물 성장을 향상시키기 위한 영양소 및/또는 미량 영양소; 및/또는 다시마 추출물, 풀빅산, 키틴, 부식산 및/또는 부식산과 같은 하나 이상의 프리바이오틱스를 포함할 수 있고/있거나 이와 동시에 적용될 수 있다. 정확한 재료 및 이의 양은 본 개시내용의 이익을 갖는 재배자 또는 농업 과학자에 의해 결정될 수 있다.
상기 조성물은 또한 다른 농업 화합물 및/또는 작물 관리 시스템과 조합하여 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 조성물은 예를 들어 천연 및/또는 화학적 살충제, 기피제, 제초제, 비료, 수처리제, 비이온성 계면활성제 및/또는 토양개량제를 임의로 포함하거나 이와 함께 적용될 수 있다.
미생물 기반 제품은 본 개시내용의 이점을 갖는 당업자에 의해 이해될 수단에 의해 액체, 고체, 과립, 분진 또는 서방성 제품을 포함하는 다양한 방식으로 제형화될 수 있다.
본 발명의 고체 제형은 실린더, 로드, 블록, 캡슐, 정제, 알약, 펠릿, 스트립, 스파이크 등과 같은 상이한 형태 및 형상을 가질 수 있다. 고체 제형은 또한 밀링, 과립화 또는 분말화될 수 있다. 과립 또는 분말 물질은 정제로 압축되거나 미리 제조된 젤라틴 캡슐 또는 껍질을 채우는 데 사용할 수 있다. 반고체 제제는 페이스트, 왁스, 젤 또는 크림 제제로 제조할 수 있다.
본 발명의 고체 또는 반고체 조성물은 폴리에틸렌 글리콜, 젤라틴, 소르비톨, 검, 당 또는 폴리비닐 알코올과 같은 필름 코팅 화합물을 사용하여 코팅될 수 있다. 이것은 특히 정제 또는 캡슐에 필수적이다. 필름 코팅은 핸들러가 제형의 활성 성분과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 데나토늄 벤조에이트 또는 쿠아신과 같은 고미제가 제형, 코팅 또는 둘 다에 포함될 수도 있다.
본 발명의 조성물은 또한 분말 제형으로 제조될 수 있고 그대로 사용되거나, 선택적으로 미리 제조된 젤라틴 캡슐에 충전될 수 있다.
제형 내 성분의 농도 및 조성물의 적용 비율은 토양, 식물 또는 처리된 영역, 또는 적용 방법에 따라 광범위하게 변할 수 있다.
미생물 기반 조성물은 추가 안정화, 보존 및 저장 없이 사용될 수 있다. 유리하게는, 이러한 미생물 기반 조성물의 직접적인 사용은 미생물의 높은 생존력을 보존하고, 이물질 및 바람직하지 않은 미생물로부터의 오염 가능성을 감소시키고, 미생물 성장의 부산물의 활성을 유지한다. 또한, 세포, 영양소, 기질 및/또는 대사산물을 함유하는 미생물 배양물의 직접적인 사용은 예를 들어 추출 및 정제된 대사산물에 의해 부여되는 이점을 넘어 농업 목적을 위해 조성물이 제공하는 이점의 수를 증가시킨다.
다른 구체예에서, 조성물(미생물, 성장 부산물, 성장 배지, 또는 이들의 조합)은 예를 들어 의도된 용도, 고려되는 적용 방법, 발효 용기 및 미생물 성장 시설에서 사용 위치까지의 모든 운송 방식을 고려하여 적절한 크기의 용기에 넣을 수 있다. 따라서, 미생물 기반 조성물이 배치되는 용기는 예를 들어 1 파인트 내지 1,000 갤런 또는 그 이상일 수 있다. 특정 구현예에서 용기는 1갤런, 2갤런, 5갤런, 25갤런 또는 그 이상이다.
추가 성분, 예를 들어 완충제, 담체, 동일하거나 상이한 시설에서 생산된 기타 미생물 기반 조성물, 점도 조절제, 방부제, 미생물 성장을 위한 영양소, 추적제, 살생물제, 기타 미생물, 계면활성제, 유화제, 윤활제, 용해도 조절제, pH 조절제, 방부제, 안정제 및 자외선 차단제 등이 조성물에 추가될 수 있다.
미생물 기반 조성물의 pH는 관심 미생물 및/또는 미생물 성장 부산물에 적합해야 한다. 바람직한 구현예에서, 조성물의 pH는 약 3.5 내지 7.0, 약 4.0 내지 6.8, 또는 약 5.0 내지 6.5이다.
선택적으로, 조성물은 사용 전에 보관할 수 있다. 보관 시간은 짧은 것이 바람직하다. 따라서, 저장 시간은 60일, 45일, 30일, 20일, 15일, 10일, 7일, 5일, 3일, 2일, 1일 또는 12시간 미만일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 살아있는 세포가 제품에 존재하는 경우, 제품은 예를 들어 20℃, 15℃, 10℃ 또는 5℃ 미만과 같은 차가운 온도에서 저장된다.
특정 구현예에서, 본 발명의 조성물은 예를 들어, 효모 세포벽의 외부 표면의 일부로서 고농도의 만노단백질; 효모 세포벽에 베타-글루칸의 존재; 및 단백질, 폴리뉴클레오타이드, 지질, 아미노산, 비타민, 바이오계면활성제 및 배양물 내의 기타 대사물의 존재; 중 하나 이상을 포함하는 바이오계면활성제 단독에 비해 이점을 갖는다.
토양 건강 및/또는 식물 건강을 향상시키는 방법
바람직한 구현예에서, 본 발명은 하나 이상의 미생물 및/또는 하나 이상의 미생물 성장 부산물을 포함하는 조성물이 토양 및/또는 식물에 적용되는 토양 건강 및/또는 식물 건강을 향상시키는 방법을 제공한다. 특정 구현예에서, 성장 부산물은 당지질 및/또는 리포펩티드와 같은 바이오계면활성제를 포함한다.
바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 조성물은 전술한 바와 같이 토양 및/또는 식물에 적용된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 조성물 또는 제품을 "적용하는", 또는 환경을 "처리하는"은 조성물 또는 제품이 표적 또는 부위에 영향을 미칠 수 있도록 조성물 또는 제품을 표적 또는 부위와 접촉시키는 것을 지칭한다. 그 효과는 예를 들어 미생물 성장 및/또는 대사산물, 효소, 바이오계면활성제 또는 기타 성장 부산물의 작용으로 인한 것일 수 있다.
일부 구현예에서 적용은 본 발명의 조성물을 토양 표면에 살포함으로써 수행된다. 이것은 표준 살포기 또는 분무 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 일부 구현예에서, 단일 도포 단계는 적용 과정을 완료할 수 있으며, 여기서 모든 성분은 단일 제제에 포함된다. 2- 또는 다중-파트 제형을 사용하는 다른 구현예에서, 다중 스프레딩 단계가 사용될 수 있다.
한 구현예에서, 상기 조성물은 예를 들어 경작과 같은 기계적 작용을 사용하여 흙 속으로 문지르거나, 솔질하거나, 작업할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 조성물의 적용은 후속적으로 물과 같은 액체의 적용이 뒤따를 수 있다. 물은 당업자에게 공지된 표준 방법을 사용하여 스프레이로 적용될 수 있다. 다른 액체 습윤제 및 습윤 제제도 사용할 수 있다.
특정 구현예에서, 본원에 제공된 조성물은 기계적 혼입 없이 토양 표면에 적용된다. 토양 시비의 유익한 효과는 강우, 스프링클러, 홍수 또는 점적 관개에 의해 활성화될 수 있으며, 이후에 예를 들어 식물의 뿌리에 전달되어 뿌리 미생물군집에 영향을 미치거나 미생물 제품이 적용되는 작물 또는 식물 혈관계로 미생물 생성물이 흡수되는 것을 촉진할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 본원에 제공된 조성물은 중심 피봇 관개 시스템을 통해 또는 종자 고랑에 스프레이로 효율적으로 적용될 수 있다..
일부 구현예에서, 건조 또는 액체 제제로 본원에 제공된 조성물은 종자 처리제로서 또는 토양 표면에, 또는 식물 또는 식물 부분(예를 들어, 식물의 잎 또는 뿌리)의 표면에 적용된다.
상기 방법은 예를 들어 농경지, 목초지, 과수원, 대초원, 구획 및/또는 숲에서 사용될 수 있다. 이 방법은 또한 식물이 살 수 없는 토양이 포함된 지역, 예를 들어, 과도하게 경작된 토양 및/또는 윤작이 시행되지 않았거나 토양의 비옥도를 유지하기에 불충분한 토양, 살충제, 비료 및/또는 제초제로 과도하게 처리하여 오염된 토양; 염분이 높은 토양; 투기, 화학물질 또는 탄화수소 유출로 오염된 토양; 및/또는 화재, 홍수, 해충 침입, 개발(예: 상업, 주거 또는 도시 건물), 굴착, 채광, 벌목, 가축 사육 및 기타 원인을 포함한 자연적 또는 인위적 원인으로 인해 손상된 지역의 토양을 포함하는 지역에서도 사용할 수 있다.
유리하게는, 상기 방법은 고갈되거나 손상된 토양에서도 농업 수확량을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다. 목초지, 숲, 습지 및 초원과 같은 고갈된 녹지 복원 경작할 수 없는 토지를 복원하여 농업, 재조림 및/또는 식물 생태계의 자연적 재성장에 사용할 수 있다. 또한, 개선된 농업 관행을 통해 이 방법은 온실 가스 배출로 인한 오염을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
적용된 미생물은 적용 시점에 살아 있거나(또는 생존 가능) 비활성 상태일 수 있다. 일부 구현예에서, 미생물은 효모 추출물 및/또는 다른 미생물 가수분해물의 형태이다.
미생물 성장 부산물은 미생물(들)에 의해 생성된 것일 수 있고/있거나 조성물의 미생물(들)에 의해 생성된 성장 부산물에 추가로 적용될 수 있다.
상기 방법은 적용 동안 미생물 성장을 향상시키기 위한 물질을 추가하는 단계(예를 들어, 영양소 및/또는 프리바이오틱스 추가)를 추가로 포함할 수 있다. 따라서 살아있는 미생물은 제자리에서 자랄 수 있고 현장에서 활성 화합물을 생산할 수 있다. 결과적으로, 고농도의 미생물 및 그 성장 부산물은 토양에서 쉽고 지속적으로 달성될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 하나 이상의 미생물 성장 부산물을 미생물 없이 토양 및/또는 식물에 적용하는 것을 포함한다. 구체적으로, 일 구현예에서, 상기 방법은 조질 또는 순수한 형태의 당지질 및/또는 리포펩티드 바이오계면활성제를 포함하는 조성물을 토양 및/또는 식물에 적용하는 것을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 침지 또는 고체 상태 발효 배지에서 비활성비활성화된 세포를 포함하는 전체 미생물 배양물을 적용하는 것을 포함한다. 유리하게는, 이는 미생물 대사산물의 추출 및/또는 정제 단계를 제거함으로써 생산 효율을 증가시키면서 대상 조성물의 생산 동안 생성된 폐기물의 양을 감소시킨다. 또한, 비활성 세포와 잔류 발효 배지를 포함하면 토양 및/또는 식물 건강을 지원하는 데 필수적인 유기 및 무기 영양소의 풍부한 공급원을 제공한다.
미생물 기반 조성물의 적용은 단독으로 또는 토양 건강 및/또는 식물 건강을 향상시키기 위한 다른 화합물의 적용과 조합하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상업용 및/또는 천연 비료, 살충제, 제초제 및/또는 기타 토양개량제가 미생물 기반 조성물과 함께 적용될 수 있다. 특정 구현예에서, 미생물 기반 조성물은 예를 들어 토양에서 화합물의 보유를 촉진하거나 토양 전체에 화합물이 보다 균일하게 분산되도록 함으로써 다른 화합물의 유효성을 향상시키는 데 사용될 수 있다.
다른 적용에서, 원하는 토양 속성은 예를 들어, 골분, 알팔파, 옥수수 글루텐, 칼리 및/또는 말, 소, 돼지, 닭, 박쥐, 양을 비롯한 다양한 동물의 분뇨를 포함하는 다양한 재료를 토양에 혼합하여 얻을 수 있다. 첨가될 수 있는 다른 추가적인 요소에는 마그네슘, 인산염, 질소, 칼륨, 셀레늄, 칼슘, 황, 철, 구리 및 아연과 같은 미네랄 영양소가 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 정확한 재료와 그 양은 토양 과학자가 결정할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명의 미생물-기재 조성물은 담체 상에 지지되는 동안 토양 및/또는 식물에 분산된다. 담체는 미생물을 비교적 온화하게 보유할 수 있고 따라서 증식된 미생물의 용이한 방출을 허용할 수 있는 물질로 제조될 수 있다. 담체는 바람직하게는 저렴하고 이와 같이 적용된 미생물, 특히 점진적으로 방출될 수 있는 영양 공급원으로 작용할 수 있다. 바람직한 생분해성 담체 물질은 옥수수 껍질, 제당 산업 폐기물, 또는 임의의 농업 폐기물을 포함한다. 담체의 물 함량은 전형적으로 1 중량% 내지 99 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 10 중량% 내지 85 중량%로 다양하다.
미생물의 성장과 바이오계면활성제의 생산을 향상시키는 물질이 미생물 기반 제품 및/또는 처리 부위에 추가될 수도 있다. 이러한 물질에는 기름, 글리세롤, 설탕 또는 기타 영양소가 포함되지만 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 바이오계면활성제-생산 미생물의 성장을 지원하는 탄소 기질이 조성물 또는 표적 영역에 첨가될 수 있다. 바이오계면활성제를 생산하는 유기체는 기질 위에서 자라서 제자리에 바이오계면활성제를 생산할 수 있다.
반드시 필요한 것은 아니지만, 유화 과정을 시작하고 바이오계면활성제 생산 유기체에 대한 다른 경쟁 유기체의 성장을 억제하거나 감소시키기 위해 충분한 양의 특정 바이오계면활성제로 탄소 기질을 스파이크하거나 수정하는 것이 바람직할 수 있다.
특정 구현예에서, 토양 건강을 향상시키는 것은 토양의 하나 이상의 품질을 개선하는 것을 포함한다. 이것은 예를 들어, 토양의 오염 물질 제거 및/또는 감소, 토양의 영양 함량 및 영양 가용성 개선, 토양의 배수 및/또는 수분 보유 특성 개선, 토양의 염도 개선, 토양 미생물군집 다양성 개선, 및/또는 토양 매개 해충 방제를 포함할 수 있다. 다른 개선 사항에는 바람 및/또는 물에 의해 침식된 토양에 벌크 및/또는 구조를 추가하고 바람 및/또는 물에 의한 토양 침식을 방지 및/또는 지연시키는 것이 포함될 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 방법은 대상 방법에 따라 토양을 처리하기 전에 토양 유형 및/또는 토양 건강 상태를 특성화하는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 방법은 또한 특정 토양 유형 및/또는 토양 건강 요구를 충족시키기 위해 조성물을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 토양을 특성화하는 방법은 농경학 분야에 알려져 있다.
활성이든 비활성이든 미생물 바이오매스는 토양의 물리적 구조를 개선하는 유기물을 제공한다. 물과 바람에 의한 토양 침식을 줄이는 데 도움이 된다. 토양, 특히 다공성 모래 토양의 수분 보유 능력을 증가시킬 수 있다. 또한, 활성 및 부패 미생물 바이오매스는 통기를 개선하여 무겁고 압축된 토양의 물/영양소 침투를 개선한다.
토양에 대한 미생물 바이오매스의 다른 이점은 식물 및 기타 토양 미생물에 영양 공급원(예: 질소, 인, 칼륨, 황 등)을 제공하는 것과, 예를 들어, 유리한 양이온 교환 능력, 토양 온도 조절, 살충제, 제초제 및 기타 중금속 잔류물의 완충 등으로 인하여 식물 뿌리에 대한 생체 이용률을 증가시키기 위한 불용성 토양 미네랄의 용해하는 것을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 토양 건강을 복원하기 위해 사용되며, 여기서 처리되는 토양은 한때 건강했지만 일정 기간 동안 악화된 것이다. 복원으로 토양이 이전의 건강 상태 및/또는 강화된 건강 상태로 되돌아갈 수 있다.
바람직한 구현예에서, 상기 방법은 하나 이상의 바이오계면활성제를 토양에 적용하는 것을 포함한다. 미생물 바이오계면활성제는 박테리아, 곰팡이 및 효모와 같은 다양한 미생물에 의해 생성되는 화합물이다. 특정 구현예에서, 이들은 미생물 기반 조성물의 미생물에 의해 생성된다.
바이오계면활성제는 액체, 고체 및 기체 분자 사이의 표면 및 계면 장력을 감소시킨다. 바이오계면활성제는 생분해성이고 독성이 낮고 토양에서 불용성 화합물을 용해 및 분해하는 데 효과적이며 재생 가능한 자원을 사용하여 생산할 수 있기 때문에 토양 생물학에서 큰 잠재력을 가지고 있다. 또한, 바이오계면활성제는 강력한 유화 및 해유화 특성을 가질 수 있으며 토양 습윤성을 얻고 토양에 비료, 영양소 및 물을 균일하게 분포시키는 데 사용할 수 있다.
바이오계면활성제는 미생물 발효를 통해 생산된다는 점에서 독특하지만 합성 유사체에는 없는 다른 속성 외에도 화학적 계면활성제가 가지고 있는 특성을 가지고 있다. 바이오계면활성제는 물이 고이는 경향을 감소시키고 표면의 접착력 또는 습윤성을 개선하여 토양의 더 완전한 수화를 초래하며 물방울 및 미세 관개 시스템 에 의해 형성된 미세 채널을 통해 뿌리 영역 아래로 배수되거나 빠져나갈 수 있는 물의 양을 줄인다. 이 습윤성은 또한 적절한 뿌리 성장을 억제하는 건조(또는 극도의 건조) 영역이 더 적기 때문에 더 나은 뿌리 시스템 건강을 촉진하고 화학적 및 미량 영양소가 보다 철저하게 이용 가능하고 분배됨에 따라 적용된 영양소의 이용 가능성을 높인다.
향상된 습윤성에 의해 가능해진 토양에서 물의 보다 균일한 분포는 또한 최적의 침투 수준 이상으로 물이 축적되거나 갇히는 것을 방지하여 산소와 탄소의 자유 교환을 억제하는 혐기성 조건을 완화한다. 일단 바이오계면활성제가 적용되면 더 다공성이거나 통기성이 있는 토양이 만들어진다. 적절하게 수화되고 통기된 토양의 조합은 또한 해충 방제제에 대한 토양 해충 및 병원체(예: 선충류 및 토양 매개 진균 및 그 포자)의 감수성을 증가시킨다. 또한 일부 바이오계면활성제는 항균, 항바이러스 및/또는 항진균 특성을 가지고 있다. 따라서 바이오계면활성제는 질병 및 해충 방제를 포함하여 광범위하고 유용한 응용에 사용될 수 있다.
특정 구현예에서, 방법은 탄화수소로 오염된 토양의 복원을 포함하여 토양으로부터 오염물의 제거 및/또는 감소를 초래한다. 일부 구현예에서, 오염물질은 조성물의 적용된 미생물에 의해 직접 분해된다. 일부 구현예에서, 미생물의 성장 부산물, 예를 들어 바이오계면활성제는 오염물질의 분해를 촉진하고 이온성 및 비이온성 금속과 착물을 킬레이트화하고 형성하여 토양으로부터 방출할 수 있다. 토양 오염 물질에는 예를 들어 잔류 비료, 살충제, 제초제, 살균제, 탄화수소, 화학 물질(예: 드라이클리닝 처리, 도시 및 산업 폐기물), 벤젠, 톨루엔, 에틸벤젠, 크실렌 및 중금속이 포함된다.
일부 구현예에서, 바이오계면활성제는 유화제로서 작용하여 탄화수소 오염물질과 함께 안정한 마이크로에멀젼을 형성함으로써 탄화수소 오염물질의 오일-물 계면을 증가시킨다. 그 결과 미생물 분해를 위한 오염 물질의 이동성과 생체 이용률이 증가한다.
상기 방법은 토양을 통해 수용액을 순환시켜 미생물에 산소 및/또는 영양소를 공급함으로써 적용된 미생물 및 자연 발생 토양 미생물을 자극하여 -제품. 일부 구현예에서, 오염된 토양은 분뇨 또는 농업 폐기물과 같은 무해한 유기 개량제와 조합된다. 이러한 유기 물질의 존재는 풍부한 미생물 개체군의 발달과 퇴비화의 고온 특성을 지원한다. 따라서 생물학적 정화 속도를 높일 수 있다.
특정 구현예에서, 상기 방법은 토양 영양소 함량 및 식물 뿌리에 대한 이용가능성의 개선을 가져온다. 바이오계면활성제는 토양에서 식물로의 금속 이동성을 향상시킨다. 또한, 살아있는 바이오매스 및 비활성 바이오매스를 포함한 미생물 바이오매스는 질소, 인 및 칼륨(NPK), 아미노산, 비타민, 단백질 및 지질과 같은 영양소의 공급원을 제공한다.
특정 구현예에서, 상기 방법은 건조, 침수, 다공성, 고갈, 압축된 토양 및/또는 이들의 조합의 토양의 배수 및/또는 수분 보유 특성을 개선시킨다. 일 구현예에서, 상기 방법은 침수된 토양에서 물의 배수 및/또는 분산을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 방법은 건조한 토양에서 수분 보유를 개선하기 위해 사용될 수 있다. 유리하게는, 일부 구현예에서, 상기 방법은 가뭄에서도 농업용수 소비를 줄이는 데 도움이 된다.
일 구현예에서, 이 방법은 배수가 높은 모래 및 소수성 토양에서 수분 보유력을 개선하는 데 유용하다. 바이오계면활성제는 응집성 및/또는 접착성 표면 장력을 낮추어 이러한 토양을 적셔 물이 더 고르게 퍼지고 토양에 침투하도록 한다.
특정 구현예에서, 방법은 염 함량을 감소시켜 토양의 염도를 개선시킨다. 염분 토양은 대부분의 작물의 성장에 악영향을 미치기에 충분한 중성 용해성 염을 함유하고 있다. 가장 일반적으로 존재하는 가용성 염은 나트륨, 칼슘 및 마그네슘의 염화물 및 황산염이다. 질산염은 드물게 존재할 수 있지만 많은 염분 토양에는 상당한 양의 석고 (CaSO4, 2H2O)가 포함되어 있다.
저염수로 침출되면 일부 염분 토양이 분산되는 경향이 있어 특히 토양이 무거운 점토인 경우 물과 공기에 대한 투과성이 낮다. 미생물 및/또는 바이오계면활성제의 존재는 염 및/또는 이온의 이동성을 향상시켜 식물 뿌리 영역 아래 깊이로 염의 배수를 용이하게 한다.
특정 구현예에서, 방법은 또한 유익한 토양 미생물로 토양 및 그 안에서 성장하는 식물 뿌리의 집락화를 촉진함으로써 토양 미생물 군집 다양성을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 근경 및/또는 균근과 같은 영양 고정 미생물의 성장은 물론 기타 내인성 미생물 및 적용 미생물의 성장을 촉진할 수 있으므로 토양 미생물 군집 내의 다양한 종의 수를 증가시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 방법은 지상 및 지하 해충을 방제하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 방법은 절지동물, 선충류, 원생동물, 박테리아, 진균 및/또는 바이러스와 같은 해충을 방제하는데 유용할 수 있다. 일부 구현예에서, 방법은 식물의 면역계를 조절하여 해충에 대한 식물의 선천적 방어를 활성화하는 데 유용할 수 있다.
일부 구현예에서, 방법은 식물의 성장을 자극하고, 식물 건강 및/또는 수확량을 향상시키고, 및/또는 잡초 및 기타 유해한 식물을 능가하는 식물의 능력을 개선하는 데 사용된다.
미생물의 성장
본 발명은 미생물의 배양 및 미생물 대사산물 및/또는 미생물 성장의 다른 부산물의 생성을 위한 방법을 이용한다. 본 발명은 미생물의 배양 및 원하는 규모의 미생물 대사산물의 생산에 적합한 배양 방법을 추가로 이용한다. 이러한 배양 공정은 침지 배양/발효, 고체 상태 발효(SSF), 및 변형, 잡종 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 "발효"는 조절된 조건하에서 세포의 배양 또는 성장을 지칭한다. 성장은 호기성 또는 혐기성일 수 있다. 특정 구현예에서, 미생물은 SSF 및/또는 그의 변형된 버전을 사용하여 성장된다.
일 구현예에서, 본 발명은 바이오매스(예를 들어, 생존 세포 물질), 세포외 대사물(예를 들어, 소분자 및 배설된 단백질), 잔류 영양소 및/또는 세포내 성분(예를 들어, 효소 및 기타 단백질)의 생산을 위한 물질 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따라 사용되는 미생물 성장 용기는 산업적 사용을 위한 임의의 발효기 또는 배양 반응기일 수 있다. 한 구체예에서, 용기는 기능적 제어/센서를 가질 수 있거나 기능적 제어/센서에 연결되어 pH, 산소, 압력, 온도, 습도, 미생물 밀도 및/또는 대사산물 농도와 같은 배양 과정의 중요한 요소를 측정할 수 있다.
추가 구현예에서 용기는 용기 내부의 미생물 성장을 모니터링(예: 세포 수 및 성장 단계의 측정)할 수도 있다. 대안적으로, 매일 샘플을 용기에서 채취하여 희석 도금 기술과 같은 당업계에 공지된 기술로 계수할 수 있다. 희석 플레이팅은 샘플의 유기체 수를 추정하는 데 사용되는 간단한 기술이다. 이 기술은 또한 다양한 환경이나 치료를 비교할 수 있는 지표를 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 방법은 질소 공급원으로 배양물을 보충하는 것을 포함한다. 질소 공급원은 예를 들어 질산칼륨, 질산암모늄 암모늄 설페이트, 인산암모늄, 암모니아, 요소 및/또는 염화암모늄일 수 있다. 이들 질소원은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 방법은 성장하는 문화에 산소를 제공할 수 있다. 일 실시예는 저산소 함유 공기를 제거하고 산소화된 공기를 도입하기 위해 공기의 슬로우 모션을 이용한다. 침지 발효의 경우, 산소화된 공기는 액체의 기계적 교반을 위한 임펠러 및 액체로의 산소 용해를 위해 액체에 기포를 공급하는 공기 스파저를 포함하는 메커니즘을 통해 매일 보충되는 주변 공기일 수 있다.
상기 방법은 탄소원으로 재배를 보충하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탄소원은 전형적으로 글루코스, 수크로스, 락토스, 프룩토스, 트레할로스, 만노스, 만니톨 및/또는 말토스와 같은 탄수화물; 아세트산, 푸마르산, 시트르산, 프로피온산, 말산, 말론산 및/또는 피루브산과 같은 유기산; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 이소부탄올 및/또는 글리세롤과 같은 알코올류; 대두유, 카놀라유, 쌀겨유, 올리브유, 옥수수유, 참기름 및/또는 아마인유와 같은 유지; 등일 수 있다. 이들 탄소원은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 미생물에 대한 성장 인자 및 미량 영양소가 배지에 포함된다. 이것은 필요한 모든 비타민을 생산할 수 없는 미생물을 키울 때 특히 선호된다. 철, 아연, 구리, 망간, 몰리브덴 및/또는 코발트와 같은 미량 원소를 포함한 무기 영양소도 배지에 포함될 수 있다. 또한, 비타민, 필수 아미노산 및 미량원소의 공급원은 예를 들어 옥수수 가루와 같은 가루 또는 식사의 형태로, 또는 효모 추출물, 감자 추출물, 쇠고기 추출물과 같은 추출물의 형태로 포함될 수 있다. 대두 추출물, 바나나 껍질 추출물 등, 또는 정제된 형태. 예를 들어, 단백질의 생합성에 유용한 것과 같은 아미노산도 포함될 수 있다.
일 구현예에서는, 무기 염도 포함될 수 있다. 사용가능한 무기염은 인산이수소칼륨, 인산수소이칼륨, 인산수소이나트륨, 황산마그네슘, 염화마그네슘, 황산철, 염화철, 황산망간, 염화망간, 황산아연, 염화납, 황산구리, 염화칼슘, 염화나트륨, 탄산칼슘, 및/또는 탄산나트륨일 수 있다. 이들 무기염은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
일부 구현예에서, 배양 방법은 배양 공정 전 및/또는 동안 배지에 추가의 산 및/또는 항균제를 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 항균제 또는 항생제는 오염으로부터 배양물을 보호하는 데 사용된다.
추가적으로, 소포제를 첨가하여 침지 재배의 경우 거품의 형성 및/또는 축적을 방지할 수도 있다.
혼합물의 pH는 관심 미생물에 적합해야 한다. 완충제 및 탄산염 및 인산염과 같은 pH 조절제를 사용하여 pH를 선호하는 값 근처로 안정화할 수 있다. 금속 이온이 고농도로 존재하는 경우 매질에 킬레이트제의 사용이 필요할 수 있다.
미생물은 플랑크톤 형태 또는 바이오필름으로 성장할 수 있다. 바이오필름의 경우 용기 내부에 미생물이 바이오필름 상태로 성장할 수 있는 기질이 있을 수 있다. 시스템은 또한 예를 들어 바이오필름 성장 특성을 장려 및/또는 개선하는 자극(예: 전단 응력)을 적용하는 능력을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 미생물의 배양 방법은 약 5 내지 약 100℃, 바람직하게는 15 내지 60℃, 더욱 바람직하게는 25 내지 50℃에서 수행된다. 추가의 구현예에서, 배양은 수행될 수 있다. 일정한 온도에서 지속적으로 또 다른 구현예에서, 배양은 온도 변화에 종속될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 방법 및 배양 공정에 사용된 장비는 멸균되어 있다. 반응기/용기와 같은 배양 장비는 멸균 유닛, 예를 들어 오토클레이브로부터 분리될 수 있지만 이에 연결될 수 있다. 재배 장비에는 접종을 시작하기 전에 현장에서 살균하는 살균 장치가 있을 수도 있다. 공기는 당업계에 공지된 방법에 의해 살균될 수 있다. 예를 들어, 주변 공기는 용기로 유입되기 전에 적어도 하나의 필터를 통과할 수 있다. 다른 구현예에서, 배지는 저온 살균되거나 선택적으로 열이 전혀 첨가되지 않을 수 있으며, 여기서 낮은 수분 활성 및 낮은 pH의 사용은 바람직하지 않은 박테리아 성장을 제어하기 위해 이용될 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명은 미생물 대사산물, 예를 들어, 바이오계면활성제, 효소, 단백질, 에탄올, 젖산, 베타-글루칸, 펩티드, 대사 중간체, 고도불포화 지방산 및 지질을 배양함으로써 생성하는 방법을 추가로 제공한다. 성장 및 대사산물 생산에 적합한 조건 하에 본 발명의 미생물 균주; 및 선택적으로 대사산물을 정제하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 의해 생성된 대사산물 함량은 예를 들어, 적어도 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 90%일 수 있다.
관심 미생물에 의해 생성된 미생물 성장 부산물은 미생물에 보유되거나 성장 배지로 분비될 수 있다. 배지에는 미생물 성장 부산물의 활성을 안정화시키는 화합물이 포함될 수 있다.
발효 배지의 바이오매스 함량은 예를 들어 5 g/l 내지 180 g/l 또는 그 이상, 또는 10 g/l 내지 150 g/l일 수 있다.
세포 농도는 예를 들어, 적어도 1 x 106 CFU/ml 내지 1 x 1012 CFU/ml, 1 x 107 CFU/ml 내지 1 x 1011 CFU/ml, 1 x 108 CFU/ml 내지 1 x 1010 CFU/ml, 또는 1 x 109 CFU/ml 일 수 있다.
미생물 배양 및 미생물 부산물의 생산을 위한 방법 및 장비는 회분식(batch), 준연속(quasi-continuous), 또는 연속 공정(continuous process)으로 수행될 수 있다.
일 구현예에서, 모든 미생물 배양 조성물은 배양 완료 시(예를 들어, 원하는 세포 밀도, 또는 특정 대사물의 밀도 달성 시) 제거된다. 이 회분식 절차에서는 제1회차 수확시 완전히 새로운 회차가 시작된다.
또 다른 구현예에서는, 발효 생성물의 일부만이 한번에 제거된다. 이 구체예에서, 생존 가능한 세포, 포자, 분생포자, 균사 및/또는 균사체를 갖는 바이오매스는 새로운 배양 회차를 위한 접종제로서 용기에 남아 있다. 제거되는 조성물은 무세포 배지일 수 있거나 세포, 포자, 또는 기타 생식성 번식체, 및/또는 이들의 조합을 함유할 수 있다. 이러한 방식으로 준 연속 시스템이 생성된다.
유리하게는, 이 방법은 복잡한 장비나 높은 에너지 소비를 필요로 하지 않는다. 관심 미생물은 현장에서 소규모 또는 대규모로 배양할 수 있으며 배지와 혼합된 상태에서도 활용할 수 있다.
유리하게는, 미생물 기반 제품은 원격 위치에서 생산될 수 있다. 미생물 성장 시설은 예를 들어 태양열, 풍력 및/또는 수력 발전을 활용하여 그리드에서 작동할 수 있다.
미생물 기반 제품의 준비
본 발명의 미생물 기반 제품 중 하나는 단순히 미생물 및/또는 미생물에 의해 생성된 미생물 대사산물 및/또는 임의의 잔류 영양소를 함유하는 발효 배지이다. 발효산물은 추출 또는 정제하지 않고 그대로 사용할 수 있다. 원하는 경우 표준 추출 및/또는 문헌에 설명된 정제 방법 또는 기술을 사용하여 추출 및 정제를 쉽게 수행할 수 있다.
미생물 기반 제품의 미생물은 활성 또는 비활성 형태이거나 영양 세포, 생식 포자, 분생포자, 균사체, 균사 또는 기타 미생물 번식체 형태일 수 있다. 미생물 기반 제품은 이러한 미생물 형태의 조합을 포함할 수도 있다. 바람직한 구체예에서, 미생물 및/또는 번식체는 비활성화된다.
일 구현예에서, 상이한 균주의 미생물을 별도로 성장시킨 다음 배양물을 함께 혼합하여 미생물 기반 생성물을 생성한다. 미생물은 선택적으로 그들이 성장하고 혼합 전에 건조되는 배지와 혼합될 수 있다.
일 구현예에서, 상이한 균주는 함께 혼합되지 않고 별개의 미생물 기반 생성물로서 토양에 적용된다.
미생물 기반 제품은 추가 안정화, 보존 및 보관 없이 사용할 수 있다. 유리하게는, 이러한 미생물 기반 제품의 직접적인 사용은 미생물의 높은 생존력을 보존하고, 이물질 및 바람직하지 않은 미생물로부터의 오염 가능성을 감소시키며, 미생물 성장의 부산물의 활성을 유지한다.
그러나, 일부 구체예에서, 바이오계면활성제 및/또는 다른 대사산물은 배양물로부터 추출될 수 있고, 선택적으로 정제될 수 있다. 추가 구현예에서, 2종 이상의 추출된 바이오계면활성제 및/또는 기타 대사산물을 함께 혼합하여 바이오계면활성제 칵테일을 형성할 수 있다.
성장 용기로부터 미생물 기반 조성물을 수확할 때, 수확된 제품이 용기에 놓이거나 사용을 위해 운송될 때 추가 성분이 첨가될 수 있다. 첨가제는 예를 들어 완충제, 담체, 동일하거나 다른 시설에서 생산된 기타 미생물 기반 조성물, 점도 조절제, 방부제, 미생물 성장을 위한 영양소, 계면활성제, 유화제, 윤활제, 용해도 조절제, 추적제, 용매, 살생물제, 항생제, pH 조절제, 킬레이트제, 안정제, 자외선 내성제, 기타 미생물 및 이러한 제제에 통상적으로 사용되는 기타 적합한 첨가제일 수 있다.
일 구현예에서, 유기 및 아미노산 또는 그의 염을 포함하는 완충제가 첨가될 수 있다. 적합한 완충제는 시트레이트, 글루코네이트, 타르타르레이트, 말레이트, 아세테이트, 락테이트, 옥살레이트, 아스파르테이트, 말로네이트, 글루코헵토네이트, 피루베이트, 갈락타레이트, 글루카레이트, 타트로네이트, 글루타메이트, 글리신, 라이신, 글루타민, 메티오닌, 진시스테인 및 이들의 혼합물을 포함한다. 인산 및 아인산 또는 이들의 염이 또한 사용될 수 있다. 합성 완충액을 사용하는 것이 적합하지만, 상기 열거한 유기산 및 아미노산 또는 이들의 염과 같은 천연 완충액을 사용하는 것이 바람직하다.
추가적인 구현예에서, pH 조정제는 수산화칼륨, 수산화암모늄, 탄산칼륨 또는 중탄산염, 염산, 질산, 황산 또는 혼합물을 포함한다.
미생물 기반 조성물의 pH는 관심 미생물에 적합해야 한다. 바람직한 구현예에서, 조성물의 pH는 약 3.5 내지 7.0, 또는 약 4.0 내지 6.8, 또는 약 5.0 내지 6.5이다.
일 구현예에서, 중탄산나트륨 또는 탄산염, 황산나트륨, 인산나트륨, 중인산나트륨과 같은 염의 수성 제제와 같은 추가 성분이 제제에 포함될 수 있다.
일 구현예에서, 글루코스, 글리세롤 및/또는 글리세린은 미생물 기반 제품에 첨가되어 예를 들어 저장 및 수송 동안 삼투압으로서 작용할 수 있다. 일 구현예에서, 당밀이 포함될 수 있다.
일 구현예에서, 프리바이오틱스는 미생물 성장을 향상시키기 위해 미생물 기반 제품에 첨가 및/또는 동시에 적용될 수 있다. 적합한 프리바이오틱스는 예를 들어 다시마 추출물, 풀빅산, 키틴, 부식산염 및/또는 부식산을 포함한다. 특정 구현예에서, 적용된 프리바이오틱스의 양은 약 0.1 L/에이커 내지 약 0.5 L/에이커, 또는 약 0.2 L/에이커 내지 약 0.4 L/에이커이다.
선택적으로 제품을 사용하기 전에 보관할 수 있다. 보관 시간은 짧은 것이 바람직하다. 따라서, 저장 시간은 60일, 45일, 30일, 20일, 15일, 10일, 7일, 5일, 3일, 2일, 1일 또는 12시간 미만일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 살아있는 세포가 제품에 존재하는 경우, 제품은 예를 들어 20℃, 15℃, 10℃ 또는 5℃ 미만과 같은 차가운 온도에서 저장된다.
미생물 기반 제품의 현지 생산
본 발명의 특정 구체예에서, 미생물 성장 시설은 원하는 규모로 관심의 대상이 되는 새로운 고밀도 미생물 및/또는 미생물 성장 부산물을 생산한다. 미생물 성장 시설은 적용 장소 또는 근처에 위치할 수 있다. 이 시설은 회분식, 준연속 또는 연속 배양으로 고밀도 미생물 기반 조성물을 생산한다.
본 발명의 미생물 성장 시설은 미생물 기반 제품이 사용될 위치(예: 감귤 과수원)에 위치할 수 있다. 예를 들어, 미생물 성장 시설은 사용 위치에서 300, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 15, 10, 5, 3 또는 1마일 미만일 수 있다.
미생물 기반 제품은 기존 미생물 생산의 미생물 안정화, 보존, 저장 및 운송 공정에 의존하지 않고 국부적으로 생성될 수 있기 때문에 훨씬 더 높은 밀도의 미생물이 생성될 수 있으므로 더 적은 부피의 미생물 기반 제품이 필요하다. 현장 적용에 사용하거나 원하는 효능을 달성하기 위해 필요한 경우 훨씬 더 높은 밀도의 미생물 적용을 허용한다. 이를 통해 규모를 축소한 생물반응기(예: 더 작은 발효 용기, 더 적은 양의 출발 물질, 영양소 및 pH 조절제 공급)를 허용하여 시스템을 효율적으로 만들고 세포를 안정화하거나 배양 배지에서 세포를 분리할 필요성을 제거할 수 있다. 미생물 기반 제품의 국부적 생성은 또한 제품에 성장 배지의 포함을 용이하게 한다. 배지는 발효 중에 생산되는 약제를 포함할 수 있으며, 이는 특히 현지에서 사용하기에 적합하다.
현지에서 생산된 고밀도의 강력한 미생물 배양은 한동안 공급망에 남아 있던 것보다 현장에서 더 효과적이다. 본 발명의 미생물 기반 제품은 발효 성장 배지에 존재하는 대사산물 및 영양소로부터 세포가 분리된 전통적인 제품에 비해 특히 유리하다. 운송 시간이 단축되어 현지 수요가 요구하는 시간과 양으로 미생물 및/또는 그 대사산물의 신선한 배치를 생산하고 전달할 수 있다.
본 발명의 미생물 성장 시설은 미생물 자체, 미생물 대사산물, 및/또는 미생물이 성장하는 배지의 기타 성분을 포함하는 신선한 미생물 기반 조성물을 생산한다. 원하는 경우, 조성물은 고밀도의 영양 세포 또는 번식체, 또는 영양 세포와 번식체의 혼합물을 가질 수 있다.
유리하게는, 조성물은 특정 위치에서 사용하도록 맞춤화될 수 있다. 일 구현예에서, 미생물 성장 시설은 미생물 기반 제품이 사용될 장소(예: 감귤 숲) 위 또는 근처에 위치한다.
유리하게는, 이러한 미생물 성장 시설은 업스트림 처리 지연, 공급망 병목 현상, 부적절한 보관, 예를 들어 생존 가능하고 세포 수가 많은 제품과 세포가 원래 성장하는 관련 배지 및 대사산물의 적시 전달 및 적용을 방해하는 기타 비상 사태로 인한, 멀리 떨어진 산업 규모의 생산자에 의존하는 현재 문제에 대한 솔루션을 제공한다.
미생물 성장 시설은 대상 지역과의 시너지를 향상시키기 위해 미생물 기반 제품을 맞춤화할 수 있는 능력으로 제조 다양성을 제공한다. 유리하게는, 바람직한 구체예에서, 본 발명의 시스템은 자연 발생 지역 미생물 및 이들의 대사 부산물의 힘을 이용하여 농업 생산을 개선한다.
개별 용기에 대한 재배 시간은 예를 들어 1일 내지 7일 또는 그 이상일 수 있다. 재배 제품은 다양한 방법으로 수확할 수 있다.
예를 들어, 발효 24시간 이내의 현지 생산 및 배송은 순수하고 높은 세포 밀도 조성물을 생성하고 운송 비용을 실질적으로 낮춘다. 보다 효과적이고 강력한 미생물 접종제의 개발이 급속하게 발전할 것이라는 전망을 감안할 때 소비자는 미생물 기반 제품을 신속하게 제공할 수 있는 이러한 능력으로부터 큰 이익을 얻을 것이다.
실시예
본 발명 및 이의 많은 이점에 대한 더 큰 이해는 예시로서 제공된 하기 실시예로부터 얻을 수 있다. 하기 실시예는 본 발명의 방법, 응용, 실시예 및 변형의 일부를 예시한다. 그것들은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 발명과 관련하여 수많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있다.
실시예 1 - 침지 발효를 사용한 소포로리피드를 포함하는 조성물의 제조
소포로지질의 혼합물은 100 g/L 포도당, 10 g/L 효모 추출물, 1 g/L 요소, 100 ml/L 수중 카놀라유 및 0.01 g/L 내지 0.5 g/L의 미량 원소를 포함하는 발효 배지에서 S. 봄비콜라를 발효시켜 합성된다. 발효 배지의 모든 구성 요소는 GRAS이다. 발효 5일 내지 7일 후, 약 500 g/L의 소포로지질이 발효 용기 바닥에 갈색 층으로 침전된다.
소포로지질 층을 수집하고 125 g/L의 SLP 농도로 4배 희석한다. SLP는 에틸 아세테이트와 같은 독성 용매를 사용하여 정제할 필요가 없다. 생성되는 조 바이오계면활성제의 모든 성분이 농업 목적에 유익하거나 무해하기 때문이다.
조 제품에서 SLP의 비율은 65% 내지 90%이며 미미한 양의 잔류 포도당과 지방산이 있다. 락토닉 대 산성 형태 SLP의 비율은 약 70:30이다. 이러한 제품의 표면 장력 감소는 CMC≤100ppm 에서 ≤35mN/m 이다. pH는 수산화나트륨을 사용하여 예를 들어 6.5 내지 7.0으로 조정할 수 있다.
실시예 2 - 토양 습윤성, 비옥도, 염도 및 삼투압 개선을 위한 SLP
토양 습윤성
토양 소수성은 물이 땅으로 스며들지 않고 토양 표면에 모이게 한다. 토양 발수성은 토양 입자에 소수성 코팅의 존재로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 산불은 특정 식물 재료의 연소로 인해 생성되는 토양 입자를 코팅하는 왁스 같은 물질로 인해 토양 발수성을 유발할 수 있다. 이는 발수성, 물과 영양분의 유출, 화상 후 부위의 침식을 증가시킨다.
일 구현예에서, 소수성 SLP(예를 들어, 락톤성 SLP 및/또는 디- 또는 모노-아세틸화 산성 SLP)를 포함하는 조성물로 소수성 토양을 처리하면 소수성 토양의 발수성이 감소되어 토양으로의 물의 침투가 증가되고 토양에 물과 영양분이 더 고르게 분산된다.
토양 비옥도
일 구현예에서, 소수성 SLP(예를 들어, 락톤성 SLP 및/또는 디- 또는 모노-아세틸화 산성 SLP)를 포함하는 조성물은 식물 뿌리(예를 들어, NPK, 붕소, 염소, 코발트, 구리, 철, 망간, 마그네슘, 몰리브덴, 황, 아연, 칼슘, 니켈, 규소 및 나트륨), 따라서 식물 성장을 촉진하고 작물 수확량을 높인다. 또한 토양의 습윤성을 증가시켜 토양 전체에 영양분을 더욱 균일하게 분산시킬 수 있어 식물 뿌리에 대한 영양분의 가용성을 높일 수 있다.
토양 염도
염분 토양은 화학 개량제, 조절제 또는 비료로 재생될 수 없으며 대신 식물 뿌리 영역에서 염분을 침출한다. 일 구현예에서, 소수성 SLP(락톤성 SLP 및/또는 디- 또는 모노-아세틸화 산성 SLP)를 포함하는 조성물은 토양에서 물의 습윤성, 분산 및 침투를 증가시킨다. 따라서 시간이 지남에 따라 조성물은 염분을 토양 내부와 근권 아래로 더 깊이 "밀어내"므로 표면에 더 가까운 토양 층이 농업 목적으로 사용될 수 있다.
삼투압
삼투압은 이온 또는 용질 농도가 다른 용액이 반투막으로 분리될 때 발생한다. 물과 용질 분자의 무작위 운동은 평형에 도달할 때까지 더 높은 용질 농도를 가진 구획으로 물의 순 이동을 생성한다. 농도 차이에 의한 이러한 순 이동(net movement)을 확산이라고 한다.
토양 수분 함량이 낮을 때 식물의 뿌리와 지상 부분 모두에서 조직액의 삼투압은 시간이 지남에 따라 증가하여 식물 성장 속도가 낮아지고 기공이 변형되며 전분 매장량이 고갈되고 겉보기 광합성이 감소하고 호흡 증가한다.
일 구현예에서, 소수성 SLP(예를 들어, 락톤성 SLP 및/또는 디- 또는 모노-아세틸화 산성 SLP)를 포함하는 조성물은 토양에서 물의 습윤성, 분산 및 침투를 증가시킨다. 따라서 시간이 지남에 따라 식물 조직의 삼투압이 감소 및/또는 평형에 접근하여 식물이 더 빠르고 더 크게 자랄 수 있으며 어떤 경우에는 다른 침입 식물 또는 잡초 식물을 능가한다.
실시예 3 - 해충 방제를 위한 SLP
SLP는 강력한 항균, 항진균 및/또는 항바이러스 기능을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 생물농약 활성에 대한 효과적인 SLP 농도는 0.009 mg/L 내지 10 mg/L이지만, 대부분의 경우 3 mg/L을 초과하지 않는다.
SLP는 예를 들어, 액시도보락스 카로토보룸(Acidovorax carotovorum), 에르위니아 아밀로보라(Erwinia amylovora), 슈도모나스 치초리(Pseudomonas cichorii), 슈도모나스 시링가에(Pseudomonas syringae), 펙토박테리움 카로토보룸(Pectobacterium carotovorum), 랄스토니아 솔라나세아룸(Ralstonia solanacearum), 크실렐라 파스티디오사(Xylella fastidiosa) 및 크산토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas campestris)와 같은 세균성 식물 병원체;
예를 들어, 알터나리아 종(Alternaria spp.), 아스페르길루스 종(Aspergillus spp.), 푸사리움 종(Fusarium spp.), 페니실리움 종(Penicillium spp.), 페니실리움 종(Penicillium spp.), 사카로마이세스 종(Saccharomyces spp.), 클라도스포리움 종(Cladosporium spp.), 글로오필룸 종(Gloeophyllum spp.) 및 쉬조필룸 종(Schizophyllum spp.), 헤밀리아 종(Hemileia spp.)(예: H. vastatrix), Botrytis cineria 및 Phytopthora 종과 같은 진균 식물 병원체; 헤르페스 바이러스(herpesviruses)와 같은 일부 식물 바이러스; 그리고 일부 선충류;에 대하여 효과적이다.
일 구현예에서, 상기 조성물은 락톤성 SLP를 포함한다. 락톤성SLP는 세포벽의 용해에 유용할 수 있으므로 조성물을 항균 및 항진균 적용에 유리하게 만든다.
일 구현예에서, 상기 조성물은 항바이러스 적용에 더 유리한 산성 SLP를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 조성물은 약 70%의 락톤성 SLP 및 30%의 선형 SLP를 포함하여 박테리아, 진균, 바이러스 및 선충을 비롯한 다양한 식물 병원체에 대한 효과를 제공한다.
실시예 4 - 고체 발효를 사용한 람노지질을 포함하는 조성물의 제조
람노지질(RLP)의 가장 높은 축적은 기회주의적 병원균인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 침지 배양에 의해 나타났다. P. aeruginosa 의 병원성은 또한 작업자가 미생물에 노출될 위험 때문에 RLP 생산을 제한한다.
특정 구현예에서, 본 발명은 RLP를 생산하기 위해 비병원성 박테리아, 부르크홀데리아 타일란덴시스(Burkholderia thailandensis)를 이용한다. 옥수수 겨가 고체 기질로 사용되는 고체 상태 또는 매트릭스 발효 방법이 사용된다. 글리세롤, 효모 추출물, 감자 포도당 및 소량의 미량 원소를 옥수수 겨와 혼합한다.
기질을 B. 타일란덴시스 로 접종하고 7일 내지 8일 동안 배양하고 선택적으로 건조시킨다. 이로써 건조된 분쇄기/기질 킬로그램당 약 20g 내지 30g의 RLP가 생성된다.
유리하게는, 이 방법은 박테리아 세포의 건조 및 비활성화를 제외하고는 어떠한 추가 추출 또는 정제 단계도 필요로 하지 않는다. 그 이유는 일부 구현예에서 옥수수 겨, 부르크홀데리아(Burkholderia) 세포 및 RLP를 포함하는 생성된 덩어리가 RLP 단독보다 토양 및 식물에 더 유익하기 때문이다.
특정 구현예에서, 이는 옥수수 겨에 존재하는 비타민, 아미노산, 단백질 및 미네랄(예: 베타인, 콜린, 엽산, 엽산, 니아신, 리보플라빈, 비타민 A, 카로틴, 비타민 B, 비타민 K, 구리 칼슘, 철, 망간, 마그네슘, 인, 셀레늄, 칼륨, 아연 및 기타 비활성화된 박테리아 세포에 존재하는 영양소(예: 유기 질소, 탄소, 황, 인, 칼륨, 구리, 마그네슘 등)로 인한 것이다.
실시예 5 - 토양 비옥도 향상을 위한 RLP
토양과 비료 화합물에 존재하는 아연, 구리, 철, 망간 및 기타 미량 원소는 식물 뿌리가 흡수하기 어려운 경우가 많다. 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 및 디에틸렌트리아민 펜타아세테이트(DTPA)와 같은 킬레이트제의 사용은 토양에서 미량 원소의 지속성을 증가시키기 위해 일반적으로 사용되지만 금속-EDTA 및 DTPA 복합체는 식물 뿌리에 쉽게 흡수되지 않아 비료 효능을 제한한다.
일 구현예에서, RLP를 포함하는 조성물은 식물 뿌리에 의해 토양에서 아연 및 기타 미량 원소의 흡수를 촉진함으로써 토양의 비옥도를 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 일 구현예에서, RLP는 아연, 구리, 철 및/또는 망간과 친유성 착물을 형성하여 식물 뿌리에 대한 이러한 미량 원소의 생체이용률을 향상시킬 수 있다.
실시예 6 - 토양 오염 물질 제거를 위한 RLP
농경지의 생산성은 작물에 비생물적 스트레스를 주는 유기 및 무기 오염물질의 존재에 의해 영향을 받을 수 있다.
일 구현예에서, 부피 기준으로 0.05% 내지 0.5%, 또는 약 0.1% RLP를 포함하는 조성물은 이들 물질과 착물을 형성하고 식물 뿌리 영역 토양 층에서 이들의 방출 및/또는 배수 를 촉진할 수 있는 킬레이트제로서 작용함으로써 토양으로부터 비소 및/또는 중금속 오염물질의 제거를 향상시킨다. 따라서 오염된 토양은 토지를 농업 목적으로 사용할 수 있도록 이러한 방식으로 처리될 수 있다.
실시예 7 - 해충 방제를 위한 RLP
일 구현예에서, 약 0.04 mg/L 내지 35 mg/L, 또는 0.1 mg/L 내지 25 mg/L, 또는 0.5 mg/L 내지 15 mg/L의 RLP를 포함하는 조성물은 두 가지 방식으로 해충 구제에 유용할 수 있다.
첫째, 일부 구현예에서, 상기 조성물은 RLP의 살충 특성으로 인해 해충에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 람노지질은 예를 들어 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 엔테로박터 에어로제네스(Enterobacter aerogenes), 세라티아 마르세센스(Serratia marcescens), 클렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumonia), 마이크로코쿠스 종(Micrococcus spp.), 스트렙토코쿠스 종(Streptococcus spp.), 스타필로코쿠스 종(Staphylococcus spp.) 및 바실러스 종(Bacillus spp.), 크실렐라 종(Xylella spp.)을 포함하는 박테리아; 및 예를 들어 보트리티스 종(Botrytis spp.) (e.g., B. cinerea), 리족토니아 종(Rhizoctonia spp.), 피티움 종(Pythium spp.), 피토프토라 종(Phytophtora spp.) 및 플라스모파라 종(Plasmopara spp.), 무코르 미에헤이(Mucor miehei) 및 뉴로스포라 크라사(Neurospora crassa)를 포함하는 특정 진균;에 대해 활성이다.
람노지질은 특정 절지동물, 예를 들어, 아이데스 아에집티 (Aedes aegypti) 애벌레, 녹색 복숭아 진딧물(Myzus persicae), 거미류, 메뚜기 및 상자 장로 벌레(box-elder bugs) 등에 대해서도 활성이다.
둘째, RLP를 포함하는 조성물은 또한 해충 방제를 위해 간접적인 효과를 가질 수 있으며, 여기서 RLP는 식물의 면역 체계를 조절하여 방어 반응을 유도하고 해충(예: 반생물성 박테리아)은 물론 다른 생물적 및/또는 비생물적 스트레스 요인에 대한 질병 저항성을 유도하는 데 도움이 된다.
실시예 8 - 고체 발효를 사용한 만노실레리트리톨 지질을 포함하는 조성물의 제조
일 구현예에서, MEL은 고체 상태 반응기에서 슈도지마 아피디스(Pseudozyma aphidis)를 사용하여 생산된다. 고체 기질은 대두, 효모 추출물, 에리스리톨 및 약간의 미량 원소의 혼합물로 구성된다.
고체 상태 반응기에서 원하는 세포 수 및/또는 대사물 농도에 도달하면 전체 배양물을 건조하여 MEL, 기질 및 비활성화된 사이도자임 세포를 포함하는 생성물을 생성한다. 대두와 비활성화 효모 세포 모두 유기 질소, 인 및 칼륨과 같은 영양소의 좋은 공급원이기 때문에 이 제품은 MEL 단독보다 토양과 식물에 더 유익하다.
실시예 9 - 해충 방제용 MEL
MEL을 포함하는 조성물은 MEL의 광범위한 살충 활성을 고려할 때 해충 방제에 유리하다. 특정 구현예에서, MEL은 다음의 미생물 해충을 방제하는 데 사용할 수 있는 것으로,
예를 들어,　피토프토라 메가스페르마 sp. 글리시니아(Phytophthora megasperma　sp.　glycinea), 마크로포미나 파세올리나 (Macrophomina phaseolina), 리조토니아 솔라니(Rhizoctonia solani), 스클레로티나아 스클레로티오룸(Sclerotinia sclerotiorum), 푸사리움 종(Fusarium spp.)(예: F. oxysporum, F. semitectum, F. roseum, F. solani), 디아포르테 종(Diaporthe spp.)(예: D. phaseolorum　var.　sojae　(Phomopsis sojae),　D. phaseolorum　var.　caulivora), 알터나리아 종(Alternaria spp.)(예: A. brassicae, A. alternate), Sclerotium rolfsii, Cercospora 종( spp.)(예: C. kikuchii, C. sojina), 피티움 종(Pythium spp.)(예: P. aphanidermatum, P. ultimum, P. debaryanum), 페로노스포라 종(Peronospora spp.)(예: P. manshurica, P. parasitica), 콜레토트리쿰 데마튬(Colletotrichum dematium)(C. truncatum),　코리네스포라 카시콜라(Corynespora cassiicola), 셉토리아 글리신(Septoria glycines), 필로스틱타 소지콜라(Phyllosticta sojicola), 슈도모나스 시링가에 p.v. 글리시니에(Pseudomonas syringae　p.v.　glycinea), 크산토모나스 캄페스트리스 p.v. 파세올리(Xanthomonas campestris　p.v.　phaseoli), 마이크로스파에라 디퓨사(Microsphaera diffusa), 필로포라 그레가타(Phialophora gregata), 글로메렐라 글리신(Glomerella glycines), 파콥소라 파키리지(Phakopsora pachyrhizi), 헤테로데라 글리신 렙토스파에리아 마쿨란스(Heterodera glycines Leptosphaeria maculans), 미코스파에렐라 브라시콜라(Mycosphaerella brassiccola), 알부고 칸디다(Albugo candida), 대두 모자이크 바이러스, 담배 링 스팟 바이러스, 담배 스트리크 바이러스,　및 토마토 반점 위조 바이러스(Tomato spotted wilt virus)를 포함하는 대두 및/또는 카놀라;
예를 들어, 클라비박터 미시가넨스 아종 인시디오숨(Clavibacter michiganense　subsp.　Insidiosum), 피티움 종(Pythium spp.)(예: P. ultimum, P. irregulare, P. splendens, P. debaryanum, P. aphanidermatum), 피토프토라 메가스페르마(Phytophthora megasperma), 페로노스포라 트리롤리오룸(Peronospora trifoliorum), 포마 메디카지니스 var. 메디카지니스(Phoma medicaginis　var.　medicaginis), 세르코스포라 메디카지니스 (Cercospora medicaginis), 슈도페지자 메디카지니스(Pseudopeziza medicaginis), 렙토트로칠라 메디카지니스(Leptotrochila medicaginis), 푸사리움 종(Fusarium spp.), 크산토모나스 캄페스트리스 p.v.　알팔파(Xanthomonas campestris　p.v.　alfalfae), 아파노마이세스 유테이체스(Aphanomyces euteiches), 및 스템필리움 종(Stemphylium spp.) (예: S. herbarum, S. alfalfa)를 포함하는 알팔파류;
예를 들어,　슈도모나스 종(Pseudomonas spp.)(예: P syringae　p.v.　atrofaciens, P. syringae p. v. syringae), 우로시스티스 아그로피리(Urocystis agropyri), 크산토모나스 캄페스트리스 p.v.　트랜스루슨스(Xanthomonas campestris　p.v.　translucens), 알터나리아 알터나타(Alternaria alternata), 클라도스포리움 허바룸(Cladosporium herbarum), 푸사리움 종(Fusarium spp.)(예: F. graminearum, F. avenaceum, F. culmorum), 아스코키타 트리티치(Ascochyta tritici), 세팔로스포리움 그라미늄(Cephalosporium gramineum), 콜로테트리쿰 그라미니콜라 (Collotetrichum graminicola), 에리시페 그라미니스 fsp. 트리티치(Erysiphe graminis　fsp. tritici),　푸치니아 종(Puccinia spp.)(예: P. recondita　fsp.　tritici, P. striiformis, P.　graminis fsp. tritici), 파이레노포라 트리티치-리펜티스(Pyrenophora tritici-repentis), 셉토리아 종(Septoria spp.)(예: S. nodorum, S. tritici, S. avenae), 슈도세르코스포렐라 헤르포트리코이데스(Pseudocercosporella herpotrichoides), Rhizoctonia 종(spp.)(예: R. solani, R. cerealis), Gaeumannomyces graminis　var.　tritici, Pythium 종(spp.)(예: P. aphanidermatum, P. arrhenomanes, P. ultimum, P. arrhenomanes, P. gramicola, P. aphanidermatum), Bipolaris sorokiniana, Claviceps purpurea, Tilletia 종(spp.)(예: T. tritici, T. laevis, T. indica), Ustilago tritici, 보리 황색 왜성 바이러스, 참새귀리 모자이크 바이러스, 토양성 밀 모자이크 바이러스, 밀 스트리크 모자이크 바이러스, 밀 스핀들 스트리크 바이러스, 미국 밀 줄무늬 바이러스,　하이 플레인스 바이러스, 및 유럽 밀 줄무늬 바이러스를 포함하는 밀류;
예를 들어, 플라스모파라 할스테디(Plasmophora halstedii), 스클레로티니아 스클레로티오럼(Sclerotinia sclerotiorum), 셉토리아 헬리안티(Septoria helianthin), 포모프시스 헬리안티(Phomopsis helianthin), 알터나리아 종(Alternaria spp.)(예: A. helianthi, A. zinnia), 보트리티스 시네레아(Botrytis cinerea), 포마 맥도날디(Phoma macdonaldii), 마크로포미나 파세올리나(Macrophomina phaseolina), 에리시페 치코라세아룸(Erysiphe cichoracearum), 리조푸스 종(Rhizopus spp.)(예: R. oryzae, R. arrhizus, R. tolonifera), 푸치니아 헬리안티(Puccinia helianthin), 버티실리움 달리아(Verticillium dahlia), 에르위니아 카로토보룸 p.v.　카로토보라(Erwinia carotovorum　p.v.　carotovora), 세팔로스포리움 아크레모니움(Cephalosporium acremonium), 피토프토라 크립토기아(Phytophthora cryptogea), 알부고 트라고포고니스 (Albugo tragopogonis), 및 애스터 옐로우를 포함하는 해바라기류;
예를 들어, 푸사리움 종(Fusarium spp.)(예: F. moniliforme　var.　subglutinans, F. verticilloides, F. moniliforme, Gibberella zeae　(F. graminearum)),　스테노카펠라 메이디스(Stenocarpella maydis)　(Diplodia maydis),　피티움 종(Pythium spp.)(예: P. irregulare, P.debaryanum, P. graminicola, P. splendens, P. ultimum, P. aphanidermatum), 아스페르길루스 플라부스(Aspergillus flavus), 바이폴라리스 메이디스 O (Bipolaris maydis O), T　(Cochliobolus heterostrophus),　헬민토스포리움 종(Helminthosporium spp.) (예: H. carbonum I, II　&　III　(Cochliobolus carbonum),　H. pedicellatum), 엑세로힐룸 투르시쿰(Exserohilum turcicum) I, II　&　III, 피소더마 메이디스(Physoderma maydis), 필로스틱타 메이디스(Phyllosticta maydis), 카바티엘라 메이디스(Kabatiella maydis), 세르코스포라 소르히(Cercospora sorghi), 우스틸라고 메이디스(Ustilago maydis), 푸치니아 종(Puccinia spp.)(예: P. sorghi, P. polysora), 마크로포미나 파세올리나(Macrophomina phaseolina), 페니실리움 옥살리쿰(Penicillium oxalicum), 니그로스포라 오리자에(Nigrospora oryzae), 클라도스포리움 허바룸(Cladosporium herbarum), 커브라리아 종(Curvularia spp.)(예: C. lunata, C. inaequalis, C. pallescens), 클라비박터 미시가넨스 아종 네브라스켄스(Clavibacter michiganense　subsp.　nebraskense), 트리코더마 비리데(Trichoderma viride), 클라비셉스 소르히 (Claviceps sorghi), 슈도모나스 아베나에(Pseudomonas avenae), 에르위니아 종(Erwinia spp.)(예: E. carotovora, E. stewartii, E. chrysanthemi　pv.　Zea), Diplodia macrospora, Sclerophthora macrospora, 노균병 종(Peronosclerospora spp.)(예: P. sorghi, P. philippinensis, P. maydis, P. sacchari), 스파셀로테카 레이리아나 (Sphacelotheca reiliana), 피소펠라 지아(Physopella zeae), 세팔로스포리움 종 (Cephalosporium spp.)(예: C. maydis, C. acremonium), 옥수수 왜성 모자이크 바이러스 A와 B, 밀 스트리크 모자이크 바이러스, 옥수수 백화 왜성 바이러스, 콘 스턴트 스피로플라스마,　옥수수 백화 모틀 바이러스, 하이 플레인스 바이러스, 옥수수 모자이크 바이러스, 옥수수 라야도 피노 바이러스, 옥수수 스트리크 바이러스, 옥수수 스트라이프 바이러스, 및 옥수수 러프 왜성 바이러스를 포함하는 옥수수류;　
예를 들어, 엑세로힐룸 투르시쿰(Exserohilum turcicum), 콜레토트리쿰 그라미니콜라(Colletotrichum graminicola)(Glomerella graminicola),　세르코스포라 소르히(Cercospora sorghi), 글로세르코스포라 소르히(Gloeocercospora sorghi), 아스코키타 소르히나(Ascochyta sorghina), 슈도모나스 종(Pseudomonas spp.)(예: P avenae(P. alboprecipitans), P. syringae p.v. syringae, P. andropogonis), 크산토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas campestris) p.v. 홀시콜라(holcicola), 푸치니아 푸르푸레아(Puccinia purpurea), 마크로포미나 파세올리나(Macrophomina phaseolina), 페리코니아 서시나타(Periconia circinate), 푸사리움 종(Fusarium spp.) (예: P. moniliforme, F. graminearum, F. oxysporum), 알터나리아 알터나타(Alternaria alternata), 바이폴라리스 소르히콜라(Bipolaris sorghicola), 헬민토스포리움 소르히콜라(Helminthosporium sorghicola), 커브라리아 루나타(Curvularia lunata), 포마 인시디오사(Phoma insidiosa), 라물리스포라 종(Ramulispora spp.)(예: R. sorghi, R. sorghicola), 필라차라 사카리(Phyllachara sacchari), 스포리소리움 종(Sporisorium spp.)(예: S. reilianum　(Sphacelotheca reiliana),　S. sorghi), 스파셀로테카 크루엔타(Sphacelotheca cruenta), 클라비셉스 소르히(Claviceps sorghi), 리조토니아 솔라니(Rhizoctonia solani), 아크레모니엄 스트릭툼(Acremonium strictum), 스클레로프토라 마크로스포라(Sclerophthora macrospora), 페로노스클레로스포라 종(Peronosclerospora spp.) (P. sorghi, P. philippinensis), 스클레로프토라 그라미니콜라 (Sclerospora graminicola), 피티움 종(Pythium spp.) (P. arrhenomanes, P. graminicola), 사탕수수 모자이크 H, 및 옥수수 왜성 모자이크 바이러스 A 와 B를 포함하는 사탕수수류;　및
예를 들어, Magnaporthe grisea 및 Rhizoctonia solani를 포함하는 쌀류; 등의 미생물 해충을 방제하는 데 사용할 수 있다.
특정 구현예에서, MEL을 포함하는 조성물은 예를 들어, 다음과 같은 선충류 해충들: 디틸렌쿠스 딥사시(Ditylenchus dipsaci), 아펠렌코이데스 리체마보시 (Aphelenchoides ritzemabosi), 헤테로데라 종(Heterodera spp.)(예: H. trifolii, H. schachtii), 시피네마 아메리카넘(Xiphinema Americanum), 프라틸렌쿠스 종 (Pratylenchus spp.)(예: P. vulnus, P. neglectus, P. penetrans, P. hamatus), 롱기도루스 종(Longidorus　spp.), 로틸렌쿨루스 종 (Rotylenchulus spp.),　멜로이도진 종(Meloidogyne　spp.)(예: M. arenaria, M. chitwoodi, M. hapla, M. incognita, M. javanica), 헬리코틸렌쿠스 종(Helicotylenchus　spp.),　프리코도루스 종(Paratrichodorus　spp.), 틸렌코린쿠스 종(Tylenchorhynchus　spp.)(예: T. semipenetrans), 벨로놀라이무스 롱기우다투스(Belonolaimus longicaudatus), 및 크리코네멜라 제노플락스(Criconemella xenoplax)를 방제하기 위해 사용될 수 있다.
특정 구현예에서, MEL을 포함하는 조성물은 예를 들어, 다음과 같은 절지동물 해충들: 아칼리마(Acalymma), 아클레리스 바리에가나(Acleris variegana), 아프리카거미벌레, 아프리카화된 벌, 굴파리류(Agromyzidae), 아그로티스 문다 (Agrotis munda), 아그로티스 포르피리콜리스(Agrotis porphyricollis), 알루로칸투스 워글루미(Aleurocanthus woglumi), 알레로드 프롤레텔라 (Aleyrodes proletella), 아나사 트리스티스(Anasa tristis), 아니소플리아 오스트리아카(Anisoplia austriaca), 안토노무스 포모룸(Anthonomus pomorum), 안토노무스 시그나투스(Anthonomus signatus), 아오니디엘라 아우란티(Aonidiella aurantia), 진딧물, 아피스 파바에(Aphis fabae), 목화 진딧물(Aphis gossypii), 사과 구더기, 아르헨티나 개미, 군검충, 아로트로포라 아르쿠아탈리스(Arotrophora arcuatalis), 아스테롤레카늄 커피(Asterolecanium coffeae), 호주 페스트 메뚜기, 박테리세라 코커렐리(Bactericera cockerelli), 박트로세라 코렉타(Bactrocera correcta), 바그라다 힐라리스(Bagrada hilaris), 줄무늬 히코리 천공충, 뱅크시아 천공나방, 사탕무 지렁이, 보공 나방, 볼(voll) 바구미, 브레비코리네 브라시카에(Brevicoryne brassicae), 갈색 메뚜기, 갈색 마모된 노린재, 갈색 벼멸구, 양배추 나방, 양배추 벌레, 칼로소브루쿠스 마쿨라투스 (Callosobruchus maculatus), 지팡이 딱정벌레, 당근 파리, 맹금류과(Cecidomyiidae), 세라티티스 카피타타(Ceratitis capitata), 곡물 잎 딱정벌레, 클로로프스 푸밀리오니스(Chlorops pumilionis), 감귤 긴뿔 딱정벌레, 코쿠스 비리디스(Coccus viridis), 코들링 나방, 커피 구멍 딱정벌레, 콜로라도 감자 딱정벌레, 갈색 소맥분 딱정벌레, 크램버스(Crambus), 오이 딱정벌레, 커큘리오 누컴(Curculio nucum), cutworm, 검은 검풀, 데이트 스톤 딱정벌레, 델리아(속), 델리아 안티쿠아(Delia antiqua), 델리아 플로랄리스(Delia floralis), 델리아 라디쿰(Delia radicum), 사막 메뚜기, 디아브로티카(Diabrotica), 다이아몬드 등 나방, 디아파니아 인디카 (Diaphania indica), 디아파니아 니티달리스(Diaphania nitidalis), 디아포리나 시트리(Diaphorina citri), 디아프레페스 어브레비아투스(Diaprepes abbreviates), 차동 메뚜기, 도시오스타우루스 마로카누스(Dociostaurus maroccanus), 드로소필라 스즈키(Drosophila Suzukii), 에리오노타 트락스(Erionota thrax), 에리오소마티네(Eriosomatinae), 유메토피나 플라비페스(Eumetopina flavipes), 유럽 옥수수 천공벌레, 유리데마 올레라시아(Eurydema oleracea), 에우리가스터 인테그리셉스(Eurygaster integriceps), 숲 곤충(forest bug), 프랭클리니엘라 옥시덴탈리스 (Frankliniella occidentalis), 프랭클리니엘라 트라이어드(Frankliniella triad), 갤러리아 멜로넬라(Galleria mellonella), 정원 곤충 침(garden dart), 온실 가루이(greenhouse whitefly), 그릴로탈파 오리엔탈리스(Gryllotalpa orientalis), 그릴러스 펜실베니쿠스(Gryllus pennsylvanicus), 집시 나방, 헬리코베르파 아르미게라(Helicoverpa armigera), 헬리코버파 지아(Helicoverpa zea), 헤노세필라크나 비진티옥토펑크타타(Henosepilachna vigintioctopunctata), 헤시안 파리, 일본 딱정벌레, 카프라 딱정벌레(Khapra beetle), 람피데스 보에티쿠스(Lampides boeticus), 잎굴파리 (leaf miner), 레피디오타 콘소브리나(Lepidiota consobrina), 레피도사페스 울미(Lepidosaphes ulmi), 렙토글로서스 조나투스(Leptoglossus zonatus), 렙톱테르나 돌라브라타(Leptopterna dolabrata), 하급 밀랍 나방(lesser wax moth), 류코프테라 (Leucoptera)(나방),　류코프테라 카페인(Leucoptera caffeine), 연갈색 사과 나방, 리소롭트러스 오리조필루스(Lissorhoptrus oryzophilus), 긴꼬리 구더기, 리구스(Lygus), 마코넬리코쿠스 히르수투스 (Maconellicoccus hirsutus), 마크로닥틸러스 서브스피노수스(Macrodactylus subspinosus), 마크로시품 유포르비아에(Macrosiphum euphorbiae), 옥수수 바구미, 만두카 섹스타(Manduca sexta), 마에티올라 호르데이(Mayetiola hordei), 벚나무 깍지벌레, 부추 나방, 미주스 페르시카에(Myzus persicae), 네자라 비리둘라(Nezara viridula), 올리브 열매 파리, 오포미지다에(Opomyzidae), 파필리오 도모도쿠스 (Papilio demodocus), 파라코커스 마지나투스(Paracoccus marginatus), 파라타카르디나 슈도로바타(Paratachardina pseudolobata), 완두콩 진딧물, 펜타토모이디아(Pentatomoidea), 프토리마에아 오페쿨렐라(Phthorimaea operculella), 필로파가(Phyllophaga)　(속),　필록세라(Phylloxera), 필록세로이데아(Phylloxeroidea), 분홍색 나방 애벌레(pink bollworm), 플라티노타 이다에우살리스(Platynota idaeusalis), 플럼 쿠르쿨리오(Plum curculio), 슈도코커스 바이부르니(Pseudococcus viburni), 피랄리스 파리날리스(Pyralis farinalis), 붉은 수입 불개미, 붉은 메뚜기, 라골레티스 세라시(Rhagoletis cerasi), 라골레티스 인디퍼렌스(Rhagoletis indifferens),라골레티스 멘닥스(Rhagoletis mendax), 린코포루스 페루기네우스(Rhynchophorus ferrugineus), 리조페르타 도미니카(Rhyzopertha dominica), 쌀 나방, 러시아 밀 진딧물, 산호세 비늘, 비늘 곤충, 검정날개버섯파리과(Sciaridae), 시르토쓰립스 도르살리스(Scirtothrips dorsalis), 광대로린재과(Scutelleridae), 구불구불한 잎 곤충, 은잎흰나비, 작은 벌집 딱정벌레, 대두 진딧물, 스포돕테라 실리움(Spodoptera cilium), 스포돕테라 리투라(Spodoptera litura), 점박이 오이 딱정벌레, 호박 덩굴 천공충, 스테노투스 비노타투스(Stenotus binotatus), 깍지벌레(Sternorrhyncha), 스트라우지아 롱지페니스(Strauzia longipennis), 줄무늬벼룩벌레, 해충, 고구마벌레, 변색된 식물벌레, 트립스 팔미(Thrips palmi), 톡소프테라 시트리시다(Toxoptera citricida), 트리옥자 에리트리에(Trioza erytreae), 투 타 압소루타(Tuta absoluta), 변형된 카페트 딱정벌레, 비라콜라 이소크라테스(Virachola Isocrates), 밀랍벌레, 서부 옥수수 뿌리벌레, 밀 바구미, 겨울 나방,　및　자일보루스 글라브라투스(Xyleborus glabratus);을 방제하기 위해 사용될 수 있다.
실시예 10 - 침지 공동 배양을 사용한 리포펩티드를 포함하는 조성물의 제조
일 구현예에서, 리포펩티드(예: 서팩틴)를 포함하는 조성물은 바실러스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)와 믹소코커스 크산투스(Myxococcus xanthus)의 공동 배양을 사용하여 생산된다. 함께 성장할 때에 종(species)들은 서로를 억제하려고 하여 강력한 항균 특성을 가진 많은 양의 리포펩티드를 생성한다.
바실러스 아밀로리퀘파시엔스 접종물은 소규모 반응기에서 24시간 내지 48시간 동안 배양된다. 믹소코커스 크산투스 접종물은 48시간 내지 120시간 동안 2L 작업 부피의 종자 배양 플라스크에서 성장한다. 발효 반응기에 2개의 접종물을 접종한다.
영양 배지는 다음 성분들을 포함한다:
글루코스 1 g/L 내지 5 g/L
카제인 펩톤 1 g/L 내지 10 g/L
K2HPO4 0.01 g/L 내지 1.0 g/L
KH2PO4 0.01 g/L 내지 1.0 g/L
MgSO4.7H2O 0.01 g/L 내지 1.0 g/L
NaCl 0.01 g/L 내지 1.0 g/L
CaCO3 0.5 g/L 내지 5 g/L
Ca(NO3)2 0.01 g/L 내지 1.0 g/L
효모추출물 0.01 g/L 내지 5 g/L
MnCl2.4H2O 0.001 g/L 내지 0.5 g/L
Teknova 미량원소 0.5 ml/L 내지 5 ml/L
미세 입자 미립자 고정 담체는 영양 배지에 현탁된다. 담체는 셀룰로오스(1.0 내지 5.0g/L) 및/또는 옥수수 가루(1.0 내지 8.0g/L)를 포함한다. 두 종류의 박테리아는 액체 발효 배지로 리포펩티드를 생성한다. 그런 다음 발효 후 발효액을 건조하여 과도한 수분을 제거하고 박테리아 세포를 비활성한다. 영양 배지, 세포 및 리포펩티드를 포함하는 이 제품은 비활성화된 효모 세포가 예를 들어 유기 질소, 인 및 칼륨과 같은 영양소의 좋은 공급원이기 때문에 리포펩티드 단독보다 토양 및 식물에 더 유익하다.
실시예 11 - 해충 방제용 리포펩티드
서팩틴(surfactin)은 0.005%의 낮은 농도에서 물의 표면 장력을 72에서 27mN/m로 줄일 수 있다. 서팩틴은 강력한 항균(항바이오필름 포함), 항바이러스 및 항마이코플라스마 활성을 갖지만 항진균 활성은 적다.
이투린(iturin)은 다양한 병원성 효모 및 진균에 대해 항진균 활성을 갖는 기공 형성 리포펩티드 부류이다. 이투린은 이온 전도성 기공의 형성에 의해 미생물막 세포 투과성을 증가시킬 수 있다. 항진균 활성은 표적 세포의 세포질막과 iturin lipopeptide의 상호 작용과 관련이 있으며 K+ 투과성이 크게 증가한다.
펜지신(Fengycin)은 또한 강력한 항진균 활성을 나타내며 광범위한 식물 병원체, 특히 사상균의 성장을 억제한다.
이러한 리포펩티드 중 하나 이상을 포함하는 조성물은 예를 들어, 보트리티스 시네레아(Botrytis cinerea), 스클레로티니아 스클레로티오럼(Sclerotinia sclerotiorum), 콜레토트리쿰 글로에스포리오이데스(Colletotrichum gloeosporioides), 포마 컴플라나타(Phoma complanate), 푸사리움 종(Fusarium spp.), 아스페르길루스 종(Aspergillus spp.), 바이오폴라리스 소로키니아나(Biopolaris sorokiniana), 크실렐라 파스티디오사(Xylella fastidiosa) 및 모닐리니아 파스티디오사(Monilinia fastidiosa)(예: M. laxa 및 M. fructicola)의 성장을 억제할 수 있다.
실시예 12 - 미생물 세포가 있는 바이오계면활성제
유리하게는, 미생물 세포 배양물을 포함하는 본 발명에 따른 조성물은 식물, 인간 및 동물의 존재 하에 적용하기에 안전하다. 비활성화된 미생물 세포는 고농도의 단백질, RNA, 지질, 아미노산, 비타민, 미네랄 및 미량 원소를 함유할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 미생물 배양물을 생산하기 위해 사용되는 기질은 모두 식품 등급의 안전한 제품이다. 발효 주기가 끝나면 생성된 바이오계면활성제, 미생물 세포, 잔류 발효액 및/또는 고체 기질을 함유하는 생성된 조성물을 건조하여 과잉의 수분을 증발시키고 세포를 비활성화시킬 수 있다. 생성된 건조 덩어리는 최종 농산물로 사용되거나 다른 건조 미생물 배양물과 혼합될 수 있다.
일 구현예에서, S. 봄비콜라 세포는 귀중한 식물 영양소인 질소, 인 및 칼륨의 공급원이 될 수 있다. 또한 효모는 재배 중에 철, 구리 및 아연과 같은 금속이 풍부하여 토양에 적용할 때 식물에 이러한 영양소의 공급원을 제공할 수 있다.
일 구현예에서, S. 봄비콜라 세포를 포함하는 조성물은 살아 있든 비활성이든 상관없이 식물 뿌리에 의한 토양으로부터의 영양소 흡수를 증가시켜 뿌리 및 새싹 크기의 증가를 초래할 수 있다. 추가로, 일 구현예에서, S. 봄비콜라 가수분해물을 포함하는 조성물은 배양물에서 항균성 및/또는 항진균성 바이오계면활성제 및 기타 대사물의 존재에 더하여, 예를 들어 식물의 자연 방어 기전의 향상 및/또는 활성화로 인한 세균성 및/또는 진균성 질병을 예방하는 데 도움이 될 수 있다.
실시예 13 - 온실 가스 감소
온실 가스에는 이산화탄소, 메탄 및 아산화질소의 세 가지 주요 온실 가스가 있다. 특정 구현예에서, 본 발명의 방법 및 조성물은 이들 및 다른 오염 대기 가스의 방출을 감소시키는 방식으로 농업 관행을 향상시키는 데 도움이 된다.
일 구현예에서, 상기 조성물은 화학 비료, 제초제, 살충제, 훈증제, 살진균제 및 성장 촉진제를 대체하는 역할을 하며, 이는 대기 온실 가스 방출을 위한 전구체 화합물로 작용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명 방법의 조성물 및 방법은 대기 중 이산화탄소를 감소시킨다. 바이오계면활성제는 성장 촉진제 역할을 하여 식물의 뿌리와 새싹 크기를 증가시킨다. 따라서 더 건강하고 튼튼한 식물은 탄소 흡수원 역할을 하여 광합성 동안 탄소를 고정하고 잉여 탄소를 바이오매스로 저장한다.
일 구현예에서, 상기 방법은 메탄 배출을 줄인다. 메탄은 반추동물의 소화기관에 있는 메탄생성 고세균과 박테리아에 의해 생성된다. 본 발명에 따른 조성물은 방목 목초지 및/또는 가축 사료에 적용되어 동물이 섭취할 때 동물의 소화관에서 메탄 생성 유기체의 양을 감소시켜 메탄 생성을 감소시킬 수 있다.
일 구현예에서, 상기 방법은 아산화질소 배출을 줄인다. 대기 중 아산화질소의 약 60%는 아산화질소로 전환되는 질산염 및 아질산염 기반 비료를 사용하는 농업 관행에 의해 생성된다. 따라서, 본 발명에 따른 조성물은 광물질 비료에 대한 대체물로서 적용될 때 농업 산업에 의해 생성되는 아산화질소의 양을 감소시킬 수 있다.
실시예 14 - 고체 상태 "매트릭스" 발효
미생물을 배양하고/하거나 미생물 성장 부산물을 생성하는 방법은: 물 및 선택적으로 미생물 성장을 향상시키기 위한 영양분과 혼합된 고체 기질의 층을 트레이 위에 펼쳐 매트릭스를 형성하는 단계; 매트릭스의 표면에 미생물의 접종제를 적용하는 단계; 접종된 트레이를 발효 반응기에 배치하는 단계; 25-40℃ 사이의 온도를 안정화시키기 위해 반응기를 통해 공기를 통과시키는 단계; 및 미생물이 매트릭스 전체에 전파되도록 하는 단계를 포함한다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 방법에 따른 매트릭스 기재는 식료품을 포함한다. 상기 식료품은 예를 들어 쌀, 콩 또는 콩류, 렌즈콩, 퀴노아, 아마씨, 치아, 옥수수, 기타 곡물, 파스타, 밀기울, 가루 또는 식사(예: 옥수수 가루, 닉스타밀화 옥수수 가루, 부분 가수분해 옥수수 가루) 및/또는 미생물 배양물이 성장 및/또는 섭식할 수 있는 표면적을 제공하기 위한 기타 유사한 식료품을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 재배 방법은 예를 들어 표준 교정 오븐에 맞는 금속판 팬 또는 스팀 팬일 수 있는 트레이를 준비하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, "트레이"는 예를 들어, 플라스틱, 금속 또는 유리로 만들어진 플라스크, 컵, 양동이, 접시, 팬, 탱크, 배럴, 접시 또는 기둥모양의 것 등과 같이, 기질 및 배양물을 담을 수 있는 임의의 용기 또는 용기일 수 있다.
준비하는 단계는 예를 들어 호일로 트레이의 내부 표면을 덮는 것을 포함할 수 있다. 준비하는 단계는 또한 예를 들어, 트레이를 고압 멸균함으로써 트레이를 살균하는 것을 포함할 수 있다.
다음으로, 미생물 성장을 지원하기 위해 식료품, 물, 및 선택적으로 추가 염 및/또는 영양소를 혼합하여 매트릭스 기질을 제조한다.
그 다음, 혼합물을 트레이 상에 펼치고 층을 형성하여 대략 1 내지 12인치, 바람직하게는 1 내지 6인치의 두께를 갖는 매트릭스를 형성한다. 매트릭스의 두께는 준비되는 트레이 또는 기타 용기의 부피에 따라 달라질 수 있다.
바람직한 구체예에서, 매트릭스 기질은 미생물이 성장할 수 있는 충분한 표면적을 제공할 뿐만 아니라 산소 공급에 대한 향상된 접근을 제공한다. 따라서 미생물이 성장하고 번식하는 기질은 미생물의 영양 배지 역할도 할 수 있다.
접종된 트레이는 온도 제어 공간 형태로 발효 반응기 내부에 배치될 수 있다. 발효 매개변수는 생산하고자 하는 생성물(예를 들어, 원하는 미생물 바이오계면활성제) 및 배양되는 미생물에 기초하여 조정될 수 있다.
반응기 내의 온도는 배양되는 미생물에 따라 다르지만 일반적으로 온도 조절식 공기 순환을 사용하여 약 25℃ 내지 40℃ 사이를 유지한다. 순환 공기는 배양물에 지속적인 산소 공급을 제공할 수도 있다. 공기 순환은 또한 DO를 원하는 수준(예: 주변 공기의 약 90%)으로 유지하는 데 도움이 될 수 있다.
배양물은 미생물이 원하는 농도에 도달하도록 하는 시간, 바람직하게는 1일 내지 14일, 더욱 바람직하게는 2일 내지 10일 동안 배양될 수 있다.
일부 구현예에서, 미생물은 발효 전반에 걸쳐 매트릭스 기질의 일부 또는 전체를 소비할 것이다.

Claims (25)

  1. 스타메렐라 봄비콜라(Starmerella bombicola), 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae), 바실러스 모하벤시스(Bacillus mojavensis), 부르크홀데리아 타이란덴시스(Burkholderia thailandensis), 슈도지마 아피디스(Pseudozyma aphidis), 바실러스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens) 및/또는 믹소코커스 크산투스(Myxococcus xanthus) 미생물, 이들의 성장 부산물, 선택적으로, 발효액 및/또는 상기 미생물이 배양된 고체 상태 기질, 그리고 선택적으로, 하나 이상의 프리바이오틱스 공급원을 포함하는 조성물로서,
    상기 미생물은 살아 있거나, 비활성화되어 있거나, 또는 살아있는 세포와 비활성화된 세포의 조합이고,
    상기 성장 부산물은 바이오계면활성제인 것인 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 하나 이상의 프리바이오틱스 공급원은 다시마 추출물, 풀빅산, 키틴, 부식산염 및/또는 부식산인 것인 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 S. 봄비콜라(S. bombicola), B. 타이란덴시스(B. thailandensis), P.아피디스(P. aphidis) 및 S. 세레비지에(S. cerevisiae)에 의해 생성되는 바이오계면활성제는 당지질로 분류되는 것인 조성물.
  4. 제3항에서,
    상기 당지질은 람노지질, 만노실에리트리톨 지질 및/또는 소포로지질인 것인 조성물.
  5. 제2항에서,
    상기 B. 모하벤시스(B. mojavensis), B. 아밀로리퀘파시엔스(B. amyloliquefaciens) 및 M.크산투스(M. xanthus)에 의해 생성되는 바이오계면활성제는 리포펩티드인 것인 조성물.
  6. 제5항에서,
    상기 리포펩티드가 서팩틴(surfactin), 이투린(iturin) 및/또는 펜지신(fengycin)인 것인 조성물.
  7. 토양 건강 및/또는 식물 건강을 향상시키는 방법으로서,
    살아있는 및/또는 비활성화된 스타메렐라 봄비콜라(Starmerella bombicola), 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae), 바실러스 모하벤시스(Bacillus mojavensis), 부르크홀데리아 타이란덴시스(Burkholderia thailandensis), 슈도지마 아피디스(Pseudozyma aphidis), 바실러스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens) 및/또는 믹소코커스 크산투스(Myxococcus xanthus) 미생물, 이들의 성장 부산물, 선택적으로, 발효액 및/또는 상기 미생물이 배양된 고체 상태 기질, 그리고 선택적으로, 하나 이상의 프리바이오틱스 공급원을 포함하는 조성물을 토양 및/또는 식물에 적용하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 하나 이상의 프리바이오틱스 공급원은 다시마 추출물, 풀빅산, 키틴, 부식산염 및/또는 부식산인 것인 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 성장 부산물은 바이오계면활성제인 것인 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 S. 봄비콜라(S. bombicola), B. 타이란덴시스(B. thailandensis), P. 아피디스(P. aphidis) 및 S. 세레비지에(S. cerevisiae)에 의해 생성되는 바이오계면활성제는 당지질인 것인 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 당지질은 람노지질, 만노실에리트리톨 지질 및/또는 소포로지질인 것인 방법.
  12. 제9항에서,
    상기 B. 모하벤시스(B. mojavensis), B. 아밀로리퀘파시엔스(B. amyloliquefaciens) 및 M.크산투스(M. xanthus)에 의해 생성되는 바이오계면활성제는 리포펩티드인 것인 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 리포펩티드는 펜지신(fengycin), 이투린(iturin) 및/또는 서팩틴(surfactin)인 것인 방법.
  14. 제7항에서,
    상기 하나 이상의 토양의 품질이 개선되는 것인 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 토양의 보수력(water retention capability)이 개선되는 것인 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 토양의 배수 및/또는 분산 능력이 향상되는 것인 방법.
  17. 제14항에서,
    상기 토양의 양분 함량이 개선된 것인 방법.
  18. 제14항에서,
    상기 토양의 오염물질이 감소 및/또는 제거되는 것인 방법.
  19. 제14항에서,
    상기 토양의 염도를 감소시키는 것인 방법.
  20. 제14항에서,
    상기 토양의 삼투압을 감소시키는 것인 방법.
  21. 제7항에서,
    해충을 방제하는데 사용되는 것인 방법.
  22. 제7항에서,
    식물의 방어 메커니즘을 활성화하는 데 사용되는 것인 방법.
  23. 제7항에서,
    식물의 성장을 자극하는데 사용되는 것인 방법.
  24. 제7항에서,
    GHG 배출량이 감소되는 것인 방법.
  25. 제7항에서,
    상기 조성물을 상기 토양에 적용하는 단계 전에, 토양 유형을 특성화하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
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